Bauanleitung Tricopter

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Die Entscheidung steht fest: Ich will einen Copter bauen. Mindestens eine GoPro Hero HD Kamera soll er tragen können und FPV-fähig soll er sein. Seit ungefähr 2 Jahren steht die Idee im Raum, und nach viel Recherche möchte ich meine gewonnenen Erkenntnisse (vorrangig erstmal für mich selbst) dokumentieren, wohl aber in der Hoffnung anderen damit weiter zu helfen. Viele der erwähnten Informationen stammen aus einschlägigen, englischsprachigen Foren im Internet, wie z.B. rcgroups, [2], fpvlab, flitetest sowie fpv-community.

Inhalt

Diese Anleitung ist in mehrere Phasen unterteilt

  1. Entscheidungsprozess
  2. Benötigte Werkzeuge, Materialien und Komponenten
  3. Herstellung der Kleinteile
  4. Bau des Rahmens, Schwenkmechanismus und Motorhalterungen
  5. Batterie- und Kamerahalterung, optional: Gimbal für Schwenkausgleich
  6. Programmierung der Motorregler und Kontrollplatine
  7. Propeller wuchten und Probelauf

 

Phase 1: Entscheidungsprozess

Was für ein Copter soll es sein und was soll er können?

Ich möchte keine Eierlegende Wollmilchsau, die zwar alles kann, aber nichts richtig. Daher lege ich ein paar Grundparameter fest, die mir wichtig sind.

  • Verwendung hauptsächlich für Videoaufnahmen mit einer GoPro
  • Sanfte Kamerafahrten
  • Vibrationsarm
  • Nicht zu sperrig beim Transport
  • Einfacher, möglichst schneller Aufbau am Einsatzort
  • Einfach zu Reparieren nach einem Absturz
  • Und das Ganze natürlich möglichst günstig

Worauf ich Verzichte zugunsten von Gewicht, Rentabilität, Komplexität und Kosten:

  • GPS
  • On Screen Display
  • Autopilot, Wegpunktführung
  • Long-Range (Amateurfunk)

Übliche Multirotor Helikopter werden entweder mit 8, 6, 4 oder 3 Rotoren aufgebaut. Im Grunde lässt sich sagen: “Je mehr Rotoren verwendet werden, desto größer die mögliche Nutzlast”. Allerdings heißt das auch, dass man entsprechend mehr Batteriekapazität einplanen muss, die dann wiederum einen Großteil des Eigengewichts ausmachen werden. Motoren und Batterien sind mit einer der größten Posten auf der Kostenrechnung. Das sollte auch für eventuelle Reparaturen nach einem Absturz bedacht werden.

Meine Entscheidung fällt auf einen Tricopter in Y-Form mit 3 Rotoren, der außer dem Vorteil des geringeren Anschaffungspreises für Motoren, Reglern und Batterien, keine gegen den Uhrzeigersinn drehenden Rotorblätter benötigt. Anders als bei allen anderen Coptern mit einer geraden Anzahl Rotoren neigt man beim Tricopter den Heckrotor mit Hilfe eines Servos in die gewünschte Richtung. Dieser Aufbau erlaubt außerdem schnelle, präzise Schwenks, was bei Videoaufnahmen von bewegenden Objekten hilfreich ist. Als Vorlage verwende ich fast 1:1 das Konzept des Tricopters v2.6HV von David Windestål, der meine oben genannten Punkte erfüllt und obendrein bereits jahrelang erprobt ist.

 

Phase 2: Benötigte Werkzeuge, Materialien und Komponenten

Da ich keinen fertigen Bausatz verwende, wird selbst Hand angelegt.

Im Grunde hat man vieles schon zu Hause liegen, wie zum Beispiel eine Bohrmaschine. Einiges kann man beim Baumarkt seines Vertrauens meist im Tausch gegen kleinere oder größere Papierschnipsel erwerben. Abgesehen davon ist es hilfreich Zugang zu einem Lasercutter zu haben. In meiner Gegend (Nürnberg) gibt es glücklicherweise eine Art offene Werkstatt – das Fablab, in der ich mir die meisten Einzelteile lasern lassen kann.

Werkzeuge

  • Bohrmaschine, Drillbits in verschiedenen Größen
  • Dremel
  • Holzsäge
  • Cutter (Messer)
  • Abisolierer
  • Seitenschneider
  • Flach- und Rundzange
  • Heißluftpistole oder zumindest ein Feuerzeug
  • Lötkolben und Helfende Hand
  • Lasercutter oder Laubsäge und viel Geduld
  • CNC-Fräse oder Laubsäge und viel Geduld
  • Lineal + Messchieber (Schieblehre)
  • Heißklebepistole

 

Material und Komponenten

Legende:

Online bestellen
Baumarkt
Modellbaugeschäft
Anzahl Bezeichnung Gesamtpreis
 1 KK2-Board  23,60 €
 3 Motor  27,81 €
 3 ESC 20A  16,71 €
 1  Battery 4s 3000 mAh  14,48 €
 1  Servo  16,36 €
 1  Propeller  2,41 €
 1  Servo Mount  2,07 €
 1  Transparent Heatshrink  0,60 €
 1  Black Heatshrink  0,28 €
 4  Red wire  4,12 €
 4  Black wire  4,12 €
 1  Servo cable  3,80 €
 1  M3x16 Screws  1,55 €
 1  M3 Locknuts  0,63 €
 1  M4 Locknuts  0,63 €
 1  XT60 Connectors  2,55 €
 1  Battery Strap  3,92 €
 1  Servo Extension  2,30 €
 1  Gold Connectors  1,27 €
 4  Black wire mesh  1,56 €
 1  BESC Programmer  5,55 €
 1  USB AVR Programmer  3,96 €
 1  ESC Flash Adaptor (optional)  15,95 €
 3 Kantholz 12 mm  ?? €
 1  50 Kabelbinder 2,5 mm  ?? €
 1  Stahldraht 1,2 mm  ?? €
 1 Funkempfänger  ?? €
 1 Funksender  ?? €
 1 Video Sender  ?? €
 1 Antenna wire  ?? €
 1 Antenna connectors  ?? €
 1 CA Kleber  ?? €
 1 Schraubenlack  ?? €
 1 Kohlefaserstab 4mm  ?? €
 1 Sperholzplatte 1,5mm 400×300 mm  ?? €
 1 GFK Platte 1,5 mm (G10) 200×300 mm  ?? €

 [todo] SS-Gimbal Komponenten zusammenstellen

Phase 3: Herstellung der Kleinteile

Zunächst werden die Kleinteile hergestellt. Der Rahmen des Tricopters besteht aus zwei gleichen GFK-Teilen, die mit Schrauben miteinander verbunden sind. Diese müssen am besten mit Hilfe einer CNC-Fräse nach Vorlage ausgeschnitten. Desweiteren müssen für die Kamerahalterung ein paar Stücke per Lasercutter aus Sperrholz geschnitten werden.

Die Vorlagen für den Rahmen und die Kamerahalterung hat David Windestål, der mittlerweile Praktikant bei Flitetest ist auf deren Homepage hochgeladen: Tricopter_v2.6hv

Vorlage für die Kamerahalterung: Tricopter_v2.6hv-Camera_tray

Da mein mir zur Verfügung stehender Lasercutter mit diesen vorgefertigten PDFs nichts anfangen kann, mussten sie angepasst werden.

  1. Screen Shot 2013-04-14 at 22.56.30Dafür habe ich die Vorlage in Inkscape geöffnet und erst einmal unter den Dokumenteneinstellungen die maximal vom Laser beschneidbare Größe von 400×300 mm eingetragen.
  2. Screen Shot 2013-04-14 at 22.57.31Anschließend erst alles markiert, die Gruppierung aufgehoben und die nicht benötigten Objekte entfernt.
  3. Screen Shot 2013-04-14 at 22.58.37
  4. Screen Shot 2013-04-14 at 23.00.21
  5. Screen Shot 2013-04-14 at 23.00.29
  6. Screen Shot 2013-04-14 at 23.02.58
    Damnach die Füllfarbe auf Transparent gestellt, sowie die Rahmenfarbe auf 100% und die Rahmenstärke auf 0,01 mm. Das sind die Angaben, mit denen mein Cutter zurecht kommt. Bei den vorher im PDF vorhandenen Linienstärken hätte er nicht geschnitten sondern nur graviert. Da noch genug Platz vorhanden ist, habe ich die Objekte dupliziert und schneide sie in einem Aufwasch in doppelter Ausführung, falls mal was kaputt geht. Die fertige Vorlage sieht dann so aus: Tricopter_v2.6hv-Camera_tray_laser-ready

Wie sich herausstellt, sind die im orginalen Plan vorgesehenen Sperrholzplatten gar nicht so leicht im Baumarkt zu besorgen. Man erhält z.B. bei Obi nur 3 mm Platten. Bei eBay bin ich fündig geworden für grob 20,- inkl. Versand. Wenn man bedenkt dass 3 mm Platten für 3,50 verkauft werden, schreit das förmlich nach weiterer Recherche. Auch GFK-Platten finde ich bisher nicht allzu günstig. In schwarz bei masterplatex für knappe 20,- oder farblos für 7,50. Hmm schwarz schaut halt schon sehr viel besser aus *zähneknirsch*.

Update vom 22.04.13:

Die GFK-Platte im Maß 150×350 habe ich mir nun bei Conrad geholt. Die Fläche reicht für insgesamt 3 Platten. Somit hab ich im Notfall noch eine übrig.

Außerdem ist nun die Frage vom Tisch wie ich den GFK schneide: Nachdem einige Stimmen gegen die Idee den GFK zu lasern laut geworden waren, ging es heute ab zur CNC-Fräse. Nach einer kurzen Einweisung mussten nur die Elemente vom PDF in VCarve übernommen werden und ein paar Parameter für das fräsen von Glasfaserverstärktem Kunststoff eingetippt werden. Nachdem ich keine Erfahrungswerte hatte, gingen wir es langsam an, und haben 50% der Geschwindigkeit, die normalerweise für das Fräsen von Aluminium verwendet wird, bei einer 3 mm Fräse angepeilt. Alles hat gut geklappt.

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Die Kamerahalterung ist aus 1,5 mm starkem Sperrholz (Conrad konnte es bei Robbe bestellen) und wurde in den Laser gesteckt. Auch hier reichte mir der Platz um gleich den ganzen Satz zwei mal auszuschneiden.

Das Ergebnis von heute sieht also so aus:

IMG_20130422_200131

Update vom 14.10.13:

Mit der Dokumentation bin ich irgendwie nicht mehr so hinterhergekommen. Er fliegt nämlich bereits. Jetzt mache ich mir erstmal Gedanken über die FPV Verschaltung und werde hoffentlich bald ein paar Bilder/Videos einstellen und die Doku so gut es geht aus dem Kopf fertig stellen.

Verkabeldung für FPV:
tricopter-wiring

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