Der Countdown läuft

Juni 15, 2012 in Allgemein

Unsere neuen Motoren am neuen Gestell!

Wir würden gerne schreiben, dass wir unseren ersten “Meilenstein” erreicht haben, also dass unser Quadrocopter bereits die Welt von oben betrachten durfte, doch leider sieht derzeit alles danach aus, dass es Sonntag erst soweit sein wird. Heute haben wir jedoch alle Grundsteine dafür gelegt:

Unser Demon-Tag heute startete anders als all die anderen Demon-Treffen: Wir unternahmen einen Ausflug zum Baumarkt! Dort angekommen (und das war bei diesem Wetter nicht leicht), haben wir uns ein neues Aluvierkantprofil mit den Maßen 10mm x 10mm x 1m (Höhe x Breite x Länge) gekauft. Da wir bereits da waren, haben wir auch gleich ein kurzes Abflussrohr mitgenommen, welches in je vier dünne Scheiben geschnitten, als Füße für unseren Quadrocopter dienen soll (an dieser Stelle vielen Dank für die Anregungen von euch!). Dann ging es schnell ab zu Kasse und wieder auf dem Weg zum Projektraum. Doch bevor wir gänzlich zurück gefahren sind, gab es natürlich noch ein wohlverdientes Mittagessen bei einem Sandwich-Restaurant (mit dem sprechenden Baguette).

Endlich zurück haben wir uns direkt an die Aufgaben für den Tag gesetzt. Während Lennart das neue Gestell zurechtgesägt hat, kümmerten Simon und meine Wenigkeit sich um die gerade eingetroffenen neuen Motoren.

Fehlt nur noch die untere CD...

Das neue Gestell wird, wie bereits erwähnt, aus einem 10mm x 10mm Aluvierkantprofil mit einer Auslegerlänge (die Gestellstäbe, die von der Mitte nach außen zu den Motoren führen) von 17cm. Unserer Idee mit der CD blieben wir im übrigen treu, jedoch befinden sich nun jeweils auf beiden Seiten zwei CDs (erst zwei CDs auf einer Seite bieten die nötige Stabilität, jedoch auch Flexibilität). Auch anders als zuvor, haben wir dieses mal die Ausleger nicht an die CDs verschraubt, sondern mit Starkkleber verklebt, da Schrauben die CDs splittern lassen und instabil machen.

Verschrauben der Motoren

Die Motoren wurden ebenfalls heute an die Ausleger befestigt. Dafür haben wir jeweils auf der Unterseite der Ausleger zwei große Löcher gebohrt, wo die Schrauben komplett durchpassen und auf der Oberseite zwei Löcher an denen die Motoren mit Schrauben an den Auslegern festgeschraubt wurden (mit 3mm Schrauben). Diese Schrauben haben wir relativ festgezogen bekommen, um sie einerseits so zu lassen, jedoch auch um zu sehen, ob die Motoren in irgendeiner Weise wackeln. Das Ergebnis: Sie sitzen bombenfest und sicher auf den Auslegern!

Wie schon erwähnt, haben Simon und ich uns um die Mikrocontroller->Regler->Motor-Geschichte gekümmert, wobei wir ein PPM Signal vom Mikrocontroller an die Regler schicken, die dann aus diesem Signal Drehstrom erzeugen und die Motoren betreiben. Bevor wir jedoch jegliches an den Motoren gebastelt haben, nahmen wir uns unsere Regler zur Hand und haben erst einmal einen netten Startsound programmiert.

Die GF2210 Motoren

Er heißt: End of the World! und bedeutet: Sobald unser Demon sich über die Welt erheben wird, ist es aus. Doch zurück zu den Motoren: Schnell das Programm auf den Mikrocontroller geschrieben, alle Kabel angeschlossen und einen ersten Test gestartet (wir waren gewagt und haben direkt die 8×4,5 Zoll Propeller aufgesetzt gehabt). Unser erster Test war erstaunlich und zugleich hat er uns eines klar gemacht: Die Propellerhalter muss man sehr fest an der Motorenwelle anziehen. Wieso? Beim unserem ersten Test haben wir erst 4,5% der maximalen Signalfrequenz ausgegeben und bereits dort ist der eigentlich schon festsitzende Propellerhalter mitsamt dem Propeller allein, ohne die Motoren, fortgeflogen.

Anlegen und Maße nehmen

Nach diesem erschütternden Ergebnis haben wir beim zweiten Test darauf geachtet, dass wir die Propellerhalter mit aller Kraft an der Welle festgezogen haben und einen erneuten Test gestartet. Ergebnis dieses mal: Die Motoren haben Auftrieb, soviel Auftrieb, dass es für Simon schwer war, die Motoren mit der Zange festzuhalten (wobei man bemerken muss, dass es mit einer Zange auch wesentlich schwerer geht!). Doch auch das Indiz, dass und die Hälfte der Materialien vom Tisch gefegt sind, lassen hoffen, dass wir mit diesen Motoren unser Quadrocopter abheben lassen können, da sie bereits jetzt einige Auftriebskraft erzeugen und wir nicht einmal ein Zehntel der maximalen Leistung getestet haben (wir schätzen, dass unser Rohgestell mit den nötigsten Materialien, wie Controller, Regler und Akku bereits bei 30% der maximalen Leistung abheben wird).

Ebenfalls ein Video vom sauberen Testlauf:

Nachdem wir zufrieden waren mit unseren neuen Motoren, haben wir noch unseren Akku und die untere CD mit Klettband versehen (auch hier vielen Dank für die Anregung), sodass wir den Akku während des Fluges gut am Gestell befestigt haben, jedoch auch nach dem Flug wieder leicht abnehmen und aufladen können.

Als letztes Ziel haben wir das Gestell vervollständigt, indem wir die CDs mit den Auslegern verklebt haben. Dazu haben wir zu Millimeterpapier gegriffen und die Ausleger (welche genau 10mm breit sind) genau auf dem Millimeterpapier in genauen 90° Winkeln ausgerichtet, mit Kleber beschmutzt und die CD auf den Auslegern mit viel Druck aufgepresst und somit ein vollständiges Gestell erhalten.

Das fertige Gestell!

Wie man bereits sieht, sind die einfachen Vorraussetzungen zum Flug geschaffen, sodass wir am Sonntag (unserem ersten außerplanmäßigen Treffen, da wir es nicht erwarten können!) nur noch die Stromleitungen von den Reglern verbinden müssen, diese an den Mikrocontroller anschließen müssen und abheben können, wobei dies zu Anfang wohl ein sehr wackeliges und absturzbehaftetes Fliegen sein wird, da wir noch keine Beschleinungsensoren und auch kein Gyroskop einsetzen (wobei diese demnächst in Bestellung sind).

Ebenfalls möchten wir uns an dieser Stelle noch einmal für die großzügige Spende von unserem Sponsor den Freunden und Förderern des Gymnasium an der Willmsstraße und unserem netten Spender BulletByte (Eric R.) bedanken! Ein großes Dankeschön!

Wir melden uns am Sonntag zurück und werden hoffentlich an jedem Tag gute Nachrichten verkünden können!

Wie immer könnt ihr alle Bilder vom heutigen Tag hier anschauen: Gestellbau und Motortest

Soviel vom Tage,
Das Demon-Team!

~ Christian

Demon wird erleuchtet!

Juni 8, 2012 in Allgemein

Da mittlerweile der Freitag ein neues Synonym hat, also Demon-Tag, müssen wir nicht weiter erwähnen, dass heute wieder ein Treffen stattfand. Doch dieses mal gab es wahrlich eine Erleuchtung!

Während wir unser Mittagessen eingenommen haben, diskutierten wir, wie wir weiter verfahren werden, nun, da wir nur noch drei funktionierende Motoren besitzen und wir kaum Motorenersatz finden, der auch zu unseren Regler passt (die Motoren sollten weniger Ampere benötigten, als die Regler zur Verfügung stellen können, da ansonsten die Lebensdauer des Reglers sehr kurz sein wird). Dabei sind wir uns einig geworden, dass wir auf jeden Fall, neben neuen Motoren, auch neue Regler gebrauchen werden. Daher haben wir uns umgeschaut und uns für e-max GF2210 Motoren entschieden, welche mit 1200KV und einem Schub zwischen 600-800g daherkommen. Die e-max GF2210 Motoren sind kein unbeschriebenes Blatt, denn die Vorgänger dieser Motoren, die CF2822 sind sehr weit verbreitet und durchaus bekannt. Auch über den Preis lässt sich wenig diskutieren, da wir vier Motoren bereits für 47,60€ bekommen, was durchaus ein guter Preis ist (im Verhältnis zur angebotenen und benötigten Leistung).

Da die e-max GF2210 jedoch einen Dauerstrom von mindestens 10A benötigen und einen Spitzenstrom von 15A besitzen, lassen diese Motoren die Last für unsere Turnigy Plush 12A Regler übersteigen. Deshalb haben wir uns nach neuen Reglern umgeschaut und sind auf die Hobbywind Skywalker 20A gestoßen, welche mit 500Hz schnell genug sind, einen guten Strompuffer zu unseren Motoren haben (von 20A – 15A = 5 Ampere) und sich von der Einstellung her genau wie unsere Turnigy Plush Regler verhalten (sie sind genau gleich programmierbar). Auch hier haben wir nach dem Preis geschaut und würden vier Regler für 43,10€ bekommen.

Bei den Rotorblättern werden wir vorerst unseren 8×4,5 (erste Zahl ist die Gesamtlänge in Zoll, die zweite Zahl ist die Steigung in Zoll) Rotorblättern treu bleiben und schauen, ob sie mit den Motoren genügend Schub erreichen können, wobei wir in dieser Sache recht optimistisch sind, da bereits zwei andere Quadrocopter-Bauten mit der gleichen Konstellation erfolgreich abgehoben und geflogen sind.

Damit unser Gestell den neuen Anforderungen gerecht wird, haben wir es weiter optimiert und sind derzeit noch in den Umbauarbeiten, wobei diese lediglich aus einer Materialschmälung und Längenvergrößerung bestehen. Dabei haben wir den vier Stangen mittig eine Kurvenform verpasst, entfernen die Schrauben, in dem wir die Stangen mit starken Kleber an die CD befestigen und setzen am Ende jeder Stange noch eine 3cm x 3cm Carbonplatte auf, für die Befestigung der Motoren. Den Konstruktionsplan unseres Gestells findet ihr hier: Gestell-Zeichnung

Der Akku ist voll aufgeladen!

Doch neben Diskussionen wurde heute auch fleißig gewerkelt. Neben dem Beginn der Umbauarbeiten am Gestell, haben wir auch die LED-Beleuchtung nun fertiggestellt und das dazugehörige Programm erstellt (wobei das Programm weit aus schneller gemacht war, als die LEDs ohne dritte Hand zu verlöten).

Da mittlerweile auch unser 1200mAh Akku aus gewöhnlichen Lithium-Polymer-Zellen (mit drei Zellen) angekommen ist, inklusive Aufladegerät und Ladestandwarner, konnten wir auch diesen bereits an die Schaltung anbringen und diese vom Akku aus betreiben.

Als nächstes Ziel steht, neben dem Gestell, die Beschaffung der neuen Motoren und Regler an, wobei wir uns bei neuen Erkenntnissen in dem Bereich sofort melden werden.

Alle Bilder vom Tag, findet ihr hier: Beleuchtung 1

Bis dahin,
Das Demon-Team!

Alle Kraft den Motoren!

Mai 11, 2012 in Allgemein

Alles bereit zum Test!

Heute ist Freitag. Das ist weithin bekannt und nichts besonders, doch heute ist noch viel mehr! Denn Freitag ist Demon-Tag! Und so gab es auch heute wieder einiges zutun.

Unser traditionelles Mittagessen schnell verputzt, haben wir uns heute vorrangig mit unseren Brushless-Motoren beschäftigt und versucht diese zur Drehung zu bewegen. Brushless-Motoren haben den Vorteil, dass sie bei gleichem Leistungsbedarf mehr Leistung als Bürsten(Brush)-Motoren erreichen. Angetrieben werden sie, indem Magneten in dem Motor mit Drehstrom angetrieben werden. Der Drehstrom wird vom Regler, welcher vor den Motor geschaltet werden muss erzeugt, bei uns sind das die Turnigy Plush 12A (entgegen den zuvor erwähnten Turnigy Plush 10A, da diese nicht verfügbar waren).

Noch schnell alles nachmessen und los!

Nun haben wir heute einige Zeit darauf verwendet uns mit der Ansteuerung und den Eigenheiten der Regler vertraut zu machen und unseren Mikrocontroller so zu programmieren, dass er den Motor korrekt kalibriert, da der Regler das Maximum des PWM Signals und dessen Minimum kennen muss, um die Geschwindigkeit des Drehstroms entsprechend regeln zu können. Als dies geschafft war, war die Freude groß, denn der Testmotor drehte freudig seine Runden, welches wir euch hier im Video gerne zeigen wollen. Im Video wird der Motor immer wieder vom Mikrocontroller beschleunigt und leicht abgebremst, daher kommen die unregelmäßigen Geschwindigkeiten.

Als nächster Schritt ist vorgesehen die Motoren am Gestell anzubringen und ebenfalls die Rotorblätter an die Motoren zu montieren, sodass wir hoffen beim nächsten Treffen unseren Prototyp abheben lassen zu können. Für die Montage der Motoren sehen wir einfache Schraublöcher oberhalb des Gestells vor, welches wir dementsprechend heute auch schon präpariert haben. Ebenfalls ist zu erwähnen, dass wir unser Gestell deutlich leichter machen werden, indem wir von der Höhe aus gesehen die Hälfte des Gestells entfernen werden, sodass wir hoffen auf ein möglichst geringes Gewicht zu kommen.

Gut zu erkennen: Die Schrauben am Motor.

Für die Montage der Rotorblätter haben wir uns einfache Winkel überlegt, welche je bei einer Schraube an der Oberseite der Motoren befestigt werden und an deren ebene Oberfläche dann die Rotorblätter montiert werden.

Wie man bereits merkt, versuchen wir alles so einfach wie nur möglich zu gestalten, sodass alle Leser und Verfolger des Projekts jederzeit unsere Schritte und den gesamten Quadrocopter nachvollziehen können.

Hinweis: Das nächste Demon-Treffen findet erst wieder in zwei Wochen, also am 25. Mai 2012 statt, da wir über das verlängerte Christi Himmelfahrt Wochenende leider nicht alle anwesend sind. Bis dahin werden wir jedoch auch zu Hause fleißig weiter probieren und testen.

Alle Bilder vom Tag findet ihr wie immer in der Galerie: Motoren 1

Bis dahin,
Das Demon-Team!

~ Christian

Ein Kreuz für die Ewigkeit

Mai 4, 2012 in Allgemein

Lennart ist fleißig am Ausmessen

Nach einer zweiwöchigen Pause, in der wir über das Gestell diskutiert haben, gab es heute wieder etwas Praktisches zutun. Nach unserem traditionellen Mittagessen von einer Fastfood-Kette (Marke kann sich jeder denken), haben wir heute das Gestell zusammengebaut, mit dem wir vorerst arbeiten werden.

Unsere Materialien: Ein Vierkant-Aluprofil, Schrauben und CDs. Da unser Gestell eine Maße von circa 30cm x 30cm haben soll, haben wir das ein Meter lange Aluprofil mit einer Kantenlänge von 1,9cm in vier 15cm Stücke zersägt, wobei Lennart sich als wahrer Meistersäger herausgestellt hat. Um nun die vier Aluprofilstücke auch zu einem Kreuz verbinden zu können, musste eine Verbindung für die Mitte her, die auch gleichzeitig als Platz für die Mikrocontrollersteuerung und Sensoren dienen soll. Zunächst wollten wir dafür eine Kohlefaserplatte einsetzen, jedoch kam uns eine vielleicht bessere Idee: eine gewöhnliche CD.

Auf der Zielgeraden!

Das Material einer CD besteht aus Polycarbonat, ist flexibel und in CD-Form gepresst auch nur 15,9g schwer. Ebenfalls ist eine CD überall erhältlich und hat eine passende Größe, sodass wir uns dafür entschieden haben. Der nächste Schritt war nun für jede der vier Aluprofilstücke zwei passende Fixierungslöcher in die CD zu bohren, wobei es beim ersten Versuch einen Fehlschlag gab und die Symmetrie nicht gegeben war. Wir stellten ebenfalls fest, dass eine CD womöglich bei den Aluprofilstücken nicht starr genug wäre um um Flug alle Stücke gerade halten zu können und so legten wir zwei CDs übereinander. Der zweite Versuch jedoch glückte und nachdem wir auch Löcher in die Aluminiumstücke gebohrt hatten konnte geschraubt werden.

Hierbei stellte sich jedoch das nächste Problem auf: Wir mussten die Muttern der Schrauben in dem Vierkantprofil festhalten und hatten keinen passenden Schlüssel parat. Also eine kleine Zange genommen und die Arme verbogen, sodass wir die Schrauben schließlich doch festziehen konnten.

Das fertige Gestell

Das fertige Gestell hat ein stattliches Gewicht von 232g, ist dafür jedoch äußerst stabil. Besonders schön ist, dass die CD in der Mitte flexibel ist und sich die vier Stücke leicht biegen lassen, was bei einem Aufprall den Absturz dämpfen könnte, ohne dass etwas bricht. Zudem wäre ein Bruch der CDs schnell repariert, da sie, wie bereits erwähnt, leicht erhältlich sind.

Jedoch müssen wir auch sagen, dass dies womöglich nicht das letzte Gestell sein wird, da wir womöglich nach irgendwann auf ein Kohlefasergestell umstellen werden (danke an Peter!).

Nächste Woche könnte es schon zu einem ersten Aufbau des Quadrocopters kommen, da wir nur noch auf die Brushlessmotoren warten, welche jedoch bereits seit dem 02.05.2012 in Deutschland sind (vorher über Singapur – Schweiz). Wir denken, dass sie bis nächste Woche Freitag geliefert werden können.

Ebenfalls möchten wir eine Formel vorstellen, die wir mit unserem Lehrer entwickelt haben, mit den wir in unserer Steuerung näherungsweise die benötigte Drehzahl berechnen wollen, um den Quadrocopter in der Luft still zuhalten:

g = Schwerkraftskonstante der Erde (= 9.81)
w = Gewicht des gesamten Quadrocopters
ma = Motorenanzahl
ra = Rotorenanzahl
1.2041 = Luftdichte der Atmossphäre bei 20°C (kg/m³)
l = Länge eines Rotorblattes
b = Breite eines Rotorblattes
sin(g) = Stellwinkel eines Rotorblattes

Da wir uns nicht sicher sind, ob die Formel alle Aspekte berücksichtigt, kann möglicherweise jemand zu der Formel eine Aussage treffen.

Übrigens: Alle Bilder vom heutigen Tag findet auch auch in unserer Galerie: Gestellbau 1

Soweit vom Gestellbau-Tag,
das Demon-Team!

~ Christian

Neue Ideen, neue Konzepte, neue Hoffnung: Die Zweite

April 21, 2012 in Allgemein

Ein langer Diskussionstag geht zu Ende und einige Entscheidungen wurden getroffen, welche das jetzige Vorangehen betreffen.

In der Sache der Motoren haben wir uns nun für Brushlessmotoren entschieden, welche bei gleiche Größe wesentlich mehr Leistung haben und den Anforderungen einen autonomen Quadrocopters definitiv gerecht werden können. Bereits in der Bestellung sind folgende vier M1818 Motoren mit 3500KV ((Umdrehungen/Minute)/Volt).

Da Brushlessmotoren jedoch mit Drehstrom betrieben werden und zur Ansteuerung daher Reglerschaltungen verwendet werden, haben wir uns hier für einen bekannten Brushlessmotor-Regler entschieden, dem Turnigy Plush 10A. Leider ist es derzeit nicht möglich an diesen Regler für einen angemessenen Preis zu kommen, sodass sich dessen Bestellung noch um eine oder zwei Wochen verschieben wird. Jedoch bieten die Regler noch einen Vorteil. Denn durch sie entfällt die H-Brückenschaltung und die Stromversorgung für den Mikrocontroller, da dies bereits in dem Regler integriert ist, sodass wir die vier Motoren direkt über den Regler mit dem Mikrocontroller ansteuern können.

Daher werden wir nächsten Freitag zunächst wieder mit unseren Bürstenmotoren Johnson 10750 experimentieren, wobei hier das vorrangige Ziel ist, ein passendes Gestell zusammenzustellen. Hier wird jeweils ein Alu-Gestell gegen ein Holz-Gestell antreten (nach Möglichkeit mit Balsa-Holz).

Für erste Kameraaufnahmen werden wir vorerst auf eine Mikrocontroller-angesteuerte Kamera verzichten und stattdessen auf die günstigen und robusten 808-Kameras setzen in der Ausführung #3, welche uns eine Aufnahme auf MicroSD ermöglicht und dabei nur 9 Gramm wiegt.

Soweit vom Tage,
Das Demon-Team!

~ Christian

Neue Ideen, neue Konzepte, neue Hoffnung

April 21, 2012 in Allgemein

Nachdem wir gestern unseren ersten Versuchstag erfolgreich hinter uns gebracht haben und viele neue Erkenntnisse gewonnen haben, mussten wir uns nun neue Konzepte überlegen, wie unser Quadrocopter, DEMON, doch noch abhebt.

Zuerst werden wir uns um das Gestell kümmern. Unsere ersten Überlegungen bestanden darin, dass wir anstatt Holzleisten, lieber Stücke aus Holzplatten nehmen und diese miteinander verleimen. Dies spart sehr viel Gewicht ein und stellt uns außerdem noch eine zusätzliche Oberfläche zur Verfügung, auf der wir weitere Komponenten des Quadrocopters einfacher befestigen können. Zudem haben wir uns noch über das Material Gedanken gemacht. Sollten wir beim Holz bleiben werden wir wahrscheinlich Balsa-Holz verwenden. Dieses hat eine sehr geringe Dichte und kann man aufgrund der leichten Verarbeitung besonders gut für den Modellbau verwenden. Dazu werden wir noch mit Aluschienen experimentieren und überprüfen, ob diese vielleicht die noch bessere Wahl sind.

Als Zweites haben wir uns noch mit den Motoren auseinander gesetzt. Hier mussten wir leider feststellen, dass wir uns von Anfang an auf die falschen Motoren spezialisiert haben. Wir werden uns neben den Arbeiten am Gestell jetzt noch um neue Motoren kümmern, die auch, ohne die maximale Spannung und Stromstärke überschreiten zu müssen, die gewünschte Drehzahl erreichen.

Wir hoffen, dass wir durch diese beiden Hauptpunkte DEMON wenigstens in der Luft stehenlassen können, ohne, dass er wie ein Stein zu Boden fällt.

Euer DEMON-Team!

~Simon