Juni 2019

Multicopter Marke Eigenbau

 

Am 11. Juni 2019 konnte man sich wieder auf das nächste Meetup@HDP freuen, eine informelle Vortragsreihe für alle an technischen Themen interessierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Gleich nach Feierabend ging es los, und so traf man sich im Meetup-Raum, um bei Pizza und Cola über ausgesuchte innovative Technikthemen und Hobbies jenseits des Tagesgeschäfts parlieren zu können.

Dieses Mal ging es um Multicopter, auch bekannt unter dem Namen Drohnen. Herr Niklas Kahlstadt, Referent und wie sich herausstellte großer Experte auf diesem Gebiet, stellte dem Auditorium seinen selbst gebauten Multicopter vor – und das nicht nur theoretisch!

Kleines „Drohnen-Einmal-Eins“

Ein Multicopter ist ein Fluggerät mit mehreren fest montierten Rotoren, die für Auftrieb-, Neig-, Roll- und Gierbewegungen sorgen. Daneben sorgt eine intelligente Flugsteuerungseinheit für einen stabilen und sicheren Flug des Gerätes. Zunächst erläuterte Herr Kahlstadt seinen Zuhörern das kleine „Drohnen-Einmal-Eins“, das es zu beachten gelte, will man sich bei diesem schönen Hobby keinen Ärger mit Behörden oder Privatpersonen einholen. Die Anforderungen variieren hierbei je nach Gewicht des Multicopters. Exemplare bis 250 Gramm darf jedermann steuern. Bis zu einem Gewicht von fünf Kilogramm dürfen Multicopter ohne behördliche Erlaubnis geflogen werden. Für Fluggeräte ab 250 Gramm ist eine Haftpflichtversicherung abzuschließen und ab zwei Kilogramm ist zusätzlich ein Kenntnisnachweis vorzulegen. Der Kenntnisnachweis ist hierbei unterteilt in den Teil für private Piloten und gewerblich aktive Piloten. So ist es privaten Piloten beispielsweise untersagt für gewerbliche Zwecke Aufnahmen anzufertigen.

Für alle Lenker eines solchen Fluggerätes bis fünf Kilogramm gilt: Sie müssen ihren Multicopter immer auf Sicht steuern, dürfen also nur so weit fliegen, dass sie ihn noch mit bloßem Auge sehen. Es reicht nicht, den Flug per Fernglas verfolgen zu können. Was die Flughöhe betrifft, so ist für Hobbypiloten bei 100 Metern Schluss. Weiter aufsteigen darf ihr Fluggerät nur auf Modellflugplätzen.

Natürlich dürfen Multicopter nicht überall fliegen. Es gibt klar geregelte Flugverbotszonen, wie etwa Gefängnisse, Industrieanlagen, Militäranlagen, Botschaften, Parlamentsgebäude, Autobahnen, Bundesstraßen, Bahnanlagen, Krankenhäuser oder Naturschutzgebiete. Hierbei gilt es verschiedenste Abstände zu beachten. So ist es beispielsweise untersagt innerhalb von 1500 Metern an bzw. über einem Flughafen zu fliegen. Verboten sind zudem Flüge über und im seitlichen Abstand von 100 Metern von Menschenansammlungen. Gleiches gilt für Plätze, auf denen gerade Rettungskräfte oder Polizisten im Einsatz sind. Drohnen mit mehr als 250 Gramm dürfen nicht über Wohngrundstücke fliegen, geschweige denn dürfen Ton- oder Filmaufnahmen gemacht werden. Hierfür müsste die Zustimmung aller Bewohner vorliegen.

Die aktuellen Regelungen variieren von Land zu Land und sollen durch eine einheitliche, EU-weite Regelung im Laufe der Jahre ersetzt werden.

Technische Komponenten und On-Tops

Nachdem die rechtlichen Grundlagen genannt waren, stellte Herr Kahlstadt die technologische Seite und die Mindestanforderungen für ein solches Fluggerät vor. Der Referent erklärte das variable und sensible Zusammenspiel der Komponenten aus Rahmen, Motoren, Rotoren und Akku, dem Flightcontroller und dem Electronic Speed Controller, einem Bindeglied zwischen der Flugsteuerungseinheit und den Motoren.

Selbstverständlich kann ein Multicopter noch, je nach gewünschtem Einsatzzweck und Budget, vielfältig erweitert werden, beispielsweise durch einen Barometer, durch Ultraschallsensoren, optische Sensoren, LIDAR-Sensoren, durch Telemetrie-Systeme, GPS-Module und dergleichen mehr.
Heutzutage kann jeder einen Copter kaufen, fertige Markenprodukte sind im Handel leicht und für jeden Geldbeutel erhältlich.

Wer wie Herr Kahlstadt die technologisch anspruchsvollere Variante bevorzugt, kann sich mit speziellen Bildungsprogrammen, gut zugänglichen Infos und Tutorials aus Communities und im Open-Source-Sektor seinen Traum vom konfigurierten Multicopter selbst erfüllen.

Kleine Flugshow auf dem HDP-Gelände

Im Anschluss an den theoretischen Part und nach einer kleinen Stärkung gingen alle Meetup-Teilnehmer nach draußen auf ein freies Parkplatzareal der HDP, wo Herr Kahlstadt sein Fluggerät startete und versiert in der Luft manövrierte.

Ein sehr schönes, anspruchsvolles Hobby, dessen Image leider durch die zunehmende Kommerzialisierung in diesem Markt etwas lädiert ist. Nicht selten sieht sich Herr Kahlstadt dem Vorurteil ausgesetzt, bei der Ausführung seines Hobbies etwas Verbotenes zu tun, wenn er seinen Copter ordnungsgemäß über die Felder Rheinhessens lenkt. Hoffen wir, dass er sich davon nicht beeindrucken lässt!

Für eine Fortsetzung der Meetup-Reihe sorgen die Kolleginnen und Kollegen bei HDP immer wieder selbst, ist doch die Vortragsreihe eine längst etablierte, tolle Plattform, um das eigene, technik-affine Hobby dem Kollegium vorstellen zu können. Thema und Termin des nächsten Meetups stehen noch nicht fest, wir werden Sie natürlich wieder zeitnah informieren, bleiben Sie gespannt!

 

Hexacopter mit multiplen Schnittstellen verwirklicht

Der Multicopter von Herrn Kahlstadt ist als Hexacopter aufgebaut und besitzt somit sechs Antriebe. Als Flugcontroller kommt der in der Community bekannte „Pixhawk“ zum Einsatz. Ausgestattet mit der Open-Source Software „ArduCopter“, bietet dieser verschiedenste Hard- und Softwareschnittstellen, die eine reichhaltige und flexible Anbindung von zusätzlichen Komponenten ermöglichen.

ArduCopter von ArduPilot (http://ardupilot.org/) wird größtenteils von Privatpersonen verwendet und bietet eine hohe Gerätekompatibilität, ist vielseitig einsetzbar und lässt sich durch verschiedene Tools, wie das von ArduPilot bereitgestellte Tool „MissionPlanner“, nach den eigenen Wünschen konfigurieren.

Natürlich kann jeder begeisterte Programmierer auch selbst die Open Source Software nach eigenem Belieben verändern.

An dem Flugcontroller angebunden sind zusätzlich zwei GPS-Module, die die Position des Multicopters präzise feststellen können. Außerdem verbaut ist ein drei Achsen Gimbal, eine Vorrichtung zur Stabilisierung und Ausrichtung der verbauten Kamera, welcher über die Fernsteuerung bedienbar ist.

Zum vereinfachten Fliegen und der gezielten Ausrichtung der Kamera hat Herr Kahlstadt sich eines weiteren Open-Source Projekts bedient. „EZ-WifiBroadcast“ (https://github.com/rodizio1/EZ-WifiBroadcast/wiki) ermöglicht hierbei eine kostengünstige HD-Liveübertragung. Als Hardware wird der allseits bekannte und beliebte „Raspberry Pi“ verwendet. Die Bildübertragung basiert dabei auf einem Wifi-Protokoll und ist durch die Anpassungen der Programmierer relativ latenzarm und dennoch hochauflösend.

Ergänzend dazu werden Telemetrie-Daten direkt auf ein Tablet, welches als Bodenstation agiert, übertragen. Diese zeigen unter anderem die horizontale und vertikale Position des Multicopters präzise an und informieren über den aktuellen Ladezustand der verbauten Akkus. Diese Verbindung ist bidirektional ausgelegt, wodurch der Multicopter zudem in der Luft konfiguriert werden kann oder Steuerbefehle übertragen werden können, die üblicherweise über die Fernsteuerung erfolgen.

Unterschiedliche Sicherheitsvorkehrungen wurden ebenfalls nicht missachtet. Dabei ist die Spannungsversorgung der flugrelevanten Elektronik doppelt ausgelegt, der Hexacopter kann mit lediglich fünf Antrieben sicher gelandet werden und durch die zwei verbauten GPS-Module ist der Ausfall eines Modules nicht fluggefährdend.

Insgesamt kommt der Multicopter von Herr Kahlstadt auf ein stattliches Startgewicht von etwa drei Kilogramm und kann durch die zwei verbauten, großen Lithium Polymer (LiPo) Akkus bis zu 17 Minuten in der Luft bleiben.

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