Aufbau eines 250er Quadcopter

UPDATE: dieser Beitrag wird immer noch erweitert, letztes Update 25.11.2015
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Einen Quadcopter zu fliegen war schon lange ein Plan von mir, lange habe ich darüber nachgedacht mir einen DJI Phantom zuzulegen, bis ich vor kurzem auf eine interessante Serie auf mydealz gestoßen bin, die selbstgebaute Quadcopter der “250er Klasse” vorstellte. Diese kleinen Teile sind ausgelegt für schnelles Fliegen und werden meist per FPV (First Person View) Brille gesteuert, was mich absolut überzeugt hat, so einen Race Quad selbst zu bauen. Dieser kleine Artikel soll euch meine Erfahrungen beim Aufbau und Einstellen der Komponenten zeigen bis zum ersten flugfähigen Quadcopter. Die Erweiterung um die FPV Komponenten wird nächsten Monat kommen, da die “beste” FPV Technik (Hersteller nennt sich FatShark) doch einen stolzen Preis hat 🙂
Diese Anleitung wurde ohne groß geplante Reihenfolge geschrieben, daher empfehle ich erst einmal alles durchzulesen:

Zu den von mir verbauten Teilen und Werkzeug:

ZMR250 Carbon Mini Quadcopter (die Carbon Version ist leichter & stabiler)
Naze32 Acro Flight Controller
(alternativ den Klon “Flip32”)
Mini Power Distribution Board PDB (Zentrale Stromversorgung)
XT60 Stecker + Kabel (zum Anschluß des Akkus)
Quanum MT Series 2204 2300kv built by DYS (die Motoren)
DYS BL20A Mini ESC Opto 2-4s die ESC (Electronic Speed Controller)
Mini UBEC 3A 5V (um den Receiver mit Strom zu versorgen)
Gemfan 5040 ABS Propeller (alternativ 5030 Propeller)
FrSky Taranis X9D Plus (zusammen mit dem FrSky X8R Empfänger)
Nylon M3 Schrauben Set (zum Anbringen von Mini PDB und Flight Controller)

Inbus Schlüssel in Größen 1,5 / 2 / 2,5
Kabelbinder die Allzweckwaffe
Klettbänder für den Akku
Lötkolben & Lötzinn
Isolierband
Schrumpfschlauch

Der eigentliche Zusammenbau des Quadcopters ZMR250 (ZMR ist hier ein Nachbau eines Top Modells namens QAV250 von der Firma Lumenier, ist aber sehr gut verarbeitet und überzeugt durch seinen niedrigen Preis) ist relativ selbsterklärend. Momentan habe ich wie bereits erwähnt nur die notwendigen Teile zum Fliegen verbaut und kein FPV Equipment.

Überblick Power Distribution Board und Lötarbeiten

Das Verlöten der Komponenten mit Hilfe eines PDB vereinfacht den Zusammenbau meiner Meinung nach sehr. Auf dem folgenden Bild seht ihr wo die ESC an das Board, wo der Stromstecker (XT60) für den Akku und wo der UBEC (zur Stromversorgung des Flight Controller mit 5V) verlötet werden. ACHTUNG: Die Abbildung bei den UBEC Kabeln ist verkehrt, Schwarz muss natürlich an Minus, Rot an Plus!

PDB Layout

Die ESC habe ich zwischen den unteren beiden Carbon-Platten verlegt und mit doppelseitigem Klebeband fixiert.

Info zu ESCs und (U)BEC

Die oben verlinkten ESCs “BL20A” sind sehr klein und leicht. Erreicht wird das dadurch, dass in ihnen kein (U)BEC integriert ist ((Universal)Battery Elimination Circuit), daher auch der Namenszusatz “opto”. Der UBEC dient dazu, die hohe Spannung eines multi-cell Lipo (2s-6s) auf 5V runterzuregeln, damit euer Receiver unbeschadet arbeiten kann.

Kabelverbindungen von Motoren und Empfänger an die Naze32

Die Motoren müssen in der richtigen Reihenfolge auf den Flight Controller gesteckt werden sonst kann euer Quad nie abheben, bei der Naze32 (oder Flip32) und einem Quadcopter sieht die Reihenfolge wie folgt aus:

Quadcopter X Naze32

Steckt die ESC Connectoren von der Mitte des Boards beginnend an, und wichtig, mit dem schwarzen (oder auf dem Bild hier braunen) Kabel nach unten bzw. auf die äußerste Seite des Flight Controller (je nach dem wie die Pins bei euch verlötet sind, gerade oder angewinkelt):

ESCs am Flight Controller Naze32

An die 5. oder 6. Pins kann das Kabel des UBEC angeschlossen werden.

Firmware des Flight Controller updaten

Damit ihr den Flight Controller per Mini USB anschließen und nutzen könnt, müsst ihr auf eurem Windows Rechner einen Treiber installieren: CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers
Zugriff auf den FC bekommt ihr über eine Chrome App, d.h. ihr müsst euch den Browser falls noch nicht auf eurem PC installiert, erst noch herunterladen. Sucht dann im Chrome über Google nach “chrome baseflight configurator” und installiert euch dieses Tool.

Beim ersten Start des Baseflight Konfigurators solltet ihr den FC updaten, nutzt dazu den Button auf der rechten Seite “Firmware Flasher” (Wichtig: ihr dürft noch nicht zu eurem Flight Controller “connected” sein, sonst gibt es eine Fehlermeldung!)

Empfänger an die Naze32 anschließen

Hier seht ihr wie die mitgelieferte Kabelpeitsche an den Naze32 FC angeschlossen werden muss, achtet hier auf den Pfeil auf der Peitsche, und die Symbole und Zahlen auf dem Controller. Anmerkung: Eure Kabel können am Pfeil auch mit Schwarz-Rot-Weiß (anstatt Braun-Rot-Orange) beginnen, ändert aber nichts an der Vorgehensweise!

Naze32 Receiver Kabel

Das andere Ende mit den losen Steckern schließt ihr wie folgt an den Receiver:

x8r_rx

Ihr beginnt mit dem ersten Stecker mit den 3 Kabeln in Channel 1 (schwarzes Kabel befindet sich unten bzw. in der 3. Reihe). Danach einfach alle weiteren nacheinander in Reihenfolge anstecken, mit dem Kabel an der Oberseite mit den Kanalzahlen (diese Art der Verkabelung nennt sich “PWM” und ist quasi der Standard, es gibt auch andere, die z.B. nur mit einem einzigen Servo Kabel auskommen => “PPM”). Prinzipiell reichen hier auch erst ein mal nur die ersten 4 Kanäle, aber so sind zumindest alle Kabel mal aus dem Weg.

PPM Verkabelung am Beispiel des FrSky D4R-II Empfängers

Der X8R Empfänger kann kein PPM (dazu bedarf es eines SBUS-to-PPM Converter).
Ich bin mittlerweile für alle Kopter die ich besitze auf PPM und den D4R-II von FrSky umgestiegen, man hat weniger Kabelsalat und spart in Verbindung mit den ebenfalls kleineren Receiver einige Gramm. Die Verkabelung ist kinderleicht, siehe Screenshot.

PPM Receiver D4R-II

Unterschiede zu Flip32 in der Verkabelung

Der Anschluß für den Empfänger und FC unterscheidet sich bei Naze32 und Flip32. Im Gegensatz zum Naze32, wird der Flip32 OHNE Kabelpeitsche ausgeliefert und hat 3 Reihen im Gegensatz zu den 2 Reihen beim Naze32!
Ein passendes Kabel findet ihr hier: Breakout Kabel

Unterschied Flip32 Naze32

Hier beginnt ihr wieder mit dem Stecker mit den 3 Kabeln von dem Schwarz bzw. Braun zur Außenseite des FC kommt. Danach steckt ihr die restlichen verwendeten Kanäle auf die Pins der Innenseite, in der Minimalkonfiguration sind das 4 Kanäle für die 4 später erklärten “Richtungen”. Später kann man auch noch ein 5. Kabel/Kanal verbinden, und mit einem Kippschalter der Fernbedienung koppeln, um z.B. verschiede Flug-Modi des FC zu wechseln oder PID Werte zu manipulieren.

Fernbedienung (kurz TX “Transmitter”) und Empfänger (kurz RX “Receiver”) verbinden

Bind FrSky Taranis X9D Plus
Drückt mit einem dünnen Stift oder Schraubenzieher den F/S Knopf (Failsafe) am Empfänger ein, und versorgt ihn mit Strom (3er Kabel von Kanal 1). Die LED wird grün-rot leuchten und sagt euch damit, dass der Empfänger im “Bind-Mode” ist.

Taranis Bind Mode

Danach schaltet ihr euren Taranis TX ein, und navigiert über das Menü zum Punkt “Bind” wie im Screenshot, drückt Enter und die Verbindung ist hergestellt.
Solltet ihr eure Motoren nun endlich außerhalb der Cleanflight App testen wollen, vergesst nicht über die Fernbedienung den FC “scharzuschalten”, dafür den linken Stick für einen Moment in die rechte, untere Ecke halten und wieder loslassen. Erst jetzt werden die Motoren bei Throttle reagieren. Zuvor muss aber noch die Einstellung der Taranis (wie im folgenden Punkt erklärt) erfolgen.

FrSky Fernbedienung und Naze32 aufeinander einstellen

Es gibt im Modellflug vier “Richtungen”: Aileron / Elevator / Throttle / Rudder

Mode 2 Configuration

Aileron/Roll lässt euch seitwärts fliegen, entweder links oder rechts,
Elevator/Pitch lässt euch vorwärts oder rückwärts fliegen,
Throttle lässt euch auf- oder absteigen (Gas geben),
Rudder (Yaw) lässt den Quadcopter sich um die eigene Achse drehen.

Der Naze32 (und auch der Klon Flip32) verwendet die “AETR” Reihenfolge, in der Fernbedienung ist aber eine andere (glaube es war “TEAR”) voreingestellt.

Taranis inputs (page 5):

  • Throttle
  • Aileron
  • Elevator
  • Rudder

Taranis page 6 (mixer):

  • Channel 1 100 Throttle
  • Channel 2 100 Aileron
  • Channel 3 100 Elevator
  • Channel 4 100 Rudder

Setup in Baseflight

Wenn ihr den FC per USB am Rechner angeschlossen habt und euch connected habt, solltet ihr als erstes “Calibrate Acceloremeter” durchführen, dazu einfach nur den Copter auf eine ebene Fläche stellen. Ich persönlich habe noch auf der rechten Seite den Haken gesetzt bei “Don’t spin motors on start” und würde es euch auch so empfehlen. Drückt im Anschluß SAVE.

ESCs kalibrieren

Um die ESCs zu kalibrieren müsst ihr euren FC per USB mit dem PC verbinden und die Baseflight App starten. Unter Punkt “Motors” setzt ihr den Haken bei der Warnmeldung rechts, und schiebt dann den Master Regler bis zum Anschlag hoch. Nun steckt ihr euren Akku an (XT60 Stecker), es wird kurz piepsen (=> ESCs sind im Kalibrierungsmodus) und drückt dann zügig die “Bild runter” Taste auf eurer Tastatur, damit der Balken am Master Regler sofort wieder nach unten rutscht. Voila, eure ESC sind kalibriert! 🙂

Sonstige Tipps:

– Kauft euch genug Propeller! Am Anfang verschleißen die Luftschrauben schneller als euch lieb ist! Beachtet bei Bestellungen aus China das Zoll-Limit und die lange Lieferzeit!
– Zieht die Propellermuttern gut an! Ich musste hier schon in den Baumarkt latschen und neue
M3 (Sicherungs-)Muttern kaufen (die ich aber im Nachhinein als praktischer empfinde 🙂 ).
– Passt auf eure Hände auf! Die Propeller können euch verletzen!

Interessante Bauweise mit einer Naze32 und D4R-II Empfänger für kompakte Bauweise:

Naze32 and D4R-II FrSky

 

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