Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

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mtiga
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#1 Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von mtiga »

Hallo liebe Community,
Wir sind von der Jugend Forscht AG und bauen einen Quadrocopter. Der Quadrocopter soll 500g Nutzlast (Kamera und Mikrocontroller) tragen können und unser Budget beträgt 100€. Optimalerweise sparen wir uns noch ein bisschen für Ersatzteile oder eventuelle Ausfälle.
Der Quadrocopter sollte möglichst stabil und einfach sein, wir wissen aber schon, dass wir bei unserem kleinem Budget schon ein wenig basteln müssen.
Im Internet haben wir bisher keine guten Bauanleitungen gefunden, wenn es da welche gibt, die gut sind, dann benutzen wir die auch gerne. Falls ihr uns irgendwelche Setups empfehlen könnt, dann würden wir uns sehr freuen.
Der Quadrocopter soll nachher mit einer Stereokamera autonom durch den Raum fliegen. Den programmiertechnischen Part kriegen wir hin, nur von Aerodynamik haben wir nicht so viel Ahnung.
Vielen Dank für eure Antworten
mtiga
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Husi
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#2 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von Husi »

Hallo Mann / Frau ohne Namen.

etwas spärliche Infos, die rüber kommen.
mtiga hat geschrieben:Wir sind von der Jugend Forscht AG und bauen einen Quadrocopter.
mtiga hat geschrieben:Der Quadrocopter soll nachher mit einer Stereokamera autonom durch den Raum fliegen. Den programmiertechnischen Part kriegen wir hin, nur von Aerodynamik haben wir nicht so viel Ahnung.
Von der Aerodynamik braucht ihr für einen Quadcopter auch keine Ahnung zu haben.
Habt ihr Ahnung von / über Sensoren? Denn woran / womit soll der Quadcopter sich im Raum orientieren?

Ist denn überhaupt schon etwas an Modellbau-Zubehör vorhanden?
z.B. Fernsteuerung, Ladegerät etc.?
Wenn nein => dann macht einen Haken an die Sache.
Wenn ja, lasst euch möglichst viele alte Komponenten wie z.B. einen flight controller schenken. Sonst kommt ihr mit 100 € nicht weit...

Viele Grüße
Mirko
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Crizz
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#3 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von Crizz »

Wir sind von der Jugend Forscht AG
davon hab ich jährlich dutzende Mails die so beginnen........
Der Quadrocopter soll 500g Nutzlast (Kamera und Mikrocontroller) tragen können und unser Budget beträgt 100€.
Absolut weltfremd, wenn da jemand mit Ahnung dahintersteckt wird er gleich sagen das es nicht machbar ist. Für das Geld kriegt man die Hardware nichtmal komplett, nicht bei den Anforderungen - unmöglich.
Im Internet haben wir bisher keine guten Bauanleitungen gefunden
sorry, aber dann habt ihr euch keine Mühe gegeben. Es gibt ein Mega-Projekt auf Open-Source-Basis namens MWC oder Multi-Wii-Copter, und das seit über 4 Jahren. Wir haben hier alleine einen Thread der über 1000 Seiten umfaßt seit ich ihn hier eingeschleppt habe, die Roots sind im ersten Beitrag verlinkt, da sollte man mit klarkommen.

http://www.rchelifan.org/post1149683.html#p1149683
Der Quadrocopter soll nachher mit einer Stereokamera autonom durch den Raum fliegen
Alleine die Stereo-Cam sprengt das Budget, von autonomem ( richtigerweise : autarkem ) fliegen ganz zu schweigen. Dafür bedarf es ein Board das neben der üblichen 9-DoF-Sensorik noch ein Baro UND ein GPS beinhaltet, am besten mit Sonar (Doppler) Sensoren. All das steht in krassem Widerspruch zum Budget. Hängt ne "0" mit dran und dann kommt es hin. Wenn es billig wäre würde es "Fußball" heißen, und selbst da sind 100.- heute ein Witz. Sorry für meine Offenheit, aber ich will euch nichts vormachen, alles andere ist hanebüchener Unsinn

Tipp :

den MWC-Copter-Thread auf den ersten Seiten studieren, die News der letzten 10 Seiten studieren, die Sources durchgehen, und dann bei der Industrie oder den Dstris erstmal anfragen, wer in welcher Form das Projekt sponsern würde. Dazu benötigt ihr auf jeden Fall eine offizielle Bescheinigung über die Projektarbeit.

Und : wenn ihr wirklich was reissen wollt, dann solltet ihr euch die Arbeit machen, euer Projekt in einem Elevator-Pitch vorstellen zu können. Denn alles andere führt zu nix.
Ich selber habe 3 Jahre in Folge solche Projekte unterstützt - wenn man aber keinerlei Feedback über die Projektarbeit bekommt, und man dann nach eigenen Recherchen in den offiziell über das Web zu findenden Reports nicht einmal am Rande erwähnt wird, verliert man die Lust, sein Kapital darin zu investieren.

Das mal als Anmerkung zu "Jugend forscht", was auch gerne an die offiziellen Stellen weitergetragen werden darf - ich für meinen Teil kann es mir aus wirtschaftlichen Gründen leider nichtmehr leisten als Mentor aufzutreten.

(Edit : Typos)
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acanthurus
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#4 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von acanthurus »

Crizz, ich denke, er will (allein) mittels Stereokamera-Bild die absolute Positionsbestimmung durchführen. Damit (sofern es funktioniert) wäre GPS und Baro hinfällig.

@Mr./Mrs. Jugend Forscht für Olympia: Mit den allerbilligsten China-Komponenten und reichlich Eigeninitiative beim Frame könnte man vielleicht gerade so mit 100€ Bruttokosten (ohne Fernsteueranlage und Akku versteht sich) einen Quad zusammentackern, der IRGENDWIE fliegt und dabei IRGENDWIE für ne Minute oder zwei die 500g vom Boden wegbekommt. Für ein zuverlässiges Gerät, welches dann auch so gut fliegt dass man darauf basierend über eine teilautonome Steuerung nachdenken kann reicht dieses Budget aber nie im Leben.
Ich hab an anderer Stelle schon mal so ne Billig-Minimal-Konfiguration für einen sauber fliegenden Quad gepostet. Den hab ich auch schon mit Auch und Krach mit 400g Payload betrieben, aber das wird dann schon grenzwertig. Gut, es wäre noch Luft nach oben durch umstricken der Motoren von Stern auf Dreieck und Verwendung deutlich größerer Props.
Die Frage ist nur, mit welchem Controllerboard und auf welche Art und Weise du deinen "Kür-Teil" der Stereokamera irgendwie mit reinbekommst - oder, wenn du schon einen recht großen Controlleraufwand für dieses System betreibst, ob du die Flight Control da gleich komplett mit reinnimmst und nur externe Sensoren beschaffst.

gruß
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Crizz
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#5 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von Crizz »

Andi, dann hatte ich das falsch interpretiert - von daher relativiert es sich dann natürlich auch wieder etwas. Aber wie du auch geschrieben hast : selbst für eine quick & dirty -Lösung dürfte es fraglich sein damit hinzukommen.
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mtiga
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#6 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von mtiga »

Hi Leute,

Ersteinmal zur Kamera:
Wir benutzen die Minoru3D Stereo Kamera als Kamera und wollen die 3D Tiefenbilder mit OpenCV dann generieren. Es gibt bereits manche Projekte die die Minoru mit OpenCV benutzen. Bei uns funktioniert es erst so halb ;)
Das Ziel war nachher mit der Kamera nachher in Echtzeit eine Punktwolke zu erstellen und diese dann in der 3D Karte zu speichern (Mittels der Positionsdaten von Gyro/Accelerometer und Vergleich von markanten Punkten). Dann kann man ein 3D Model der Umgebung erstellen und mittels einer Form von 3D Navmeshes(2D Variante wird auch in Spielen verwendet) dadrin navigieren. Hoffentlich ist die Auflösung der Kamera hoch genug, sonst müssen wir da noch mal ummodeln. Die Kamera wiegt mit Frame und Kabel ca. 100g.

Controller:
Die Auswertung der Kamera und die generelle Steuerung übernimmt ein Raspbery PI oder etwas ähnliches, was einige unnötige Sachen wie den LAN Anschluss nicht hat. Die "Low-Level" Steuerung mit Daten vom Accelerometer und Gyro übernimmt ein Arduino mit MultiWii oder was ähnliches. Kommt darauf an, welches Board (Es soll ja auch welche geben, die bereits alle wichtigen Sensoren dabei haben) wir nehmen und wie gut man mit diesem kommunizieren kann. Eventuell bauen wir noch einen WLAN/Bluetooth Stick temporär ein, damit man das ganze irgendwie debuggen kann. Das ganze sollte so ungefähr (50g Rasberry PI, 30g Arduino, 70g Accelerometer/Gyro, 20g Stick, 30g Kabel) 200g wiegen.

Dann wollten wir noch 200g als Puffer haben.

Wir haben Zugriff zu einem Akkuladegerät für Lipo Akkus.

Die Frage ist jetzt, wie genau die Hardware des Quadrocopters aussehen soll. Wichtig ist, dass er stabil fliegt, was bei eigentlich allen Quadrocoptern der Fall sein sollte, dass er viel tragen kann und dass er billig ist. Bei der Auswahl dieser Hardware würden wir uns gerne von Experten beraten lassen, da wir selbst absolut keine Ahnung im Modellbau haben ;)
Notfalls darf es auch mehr als 100€ kosten oder weniger Traglast haben. Wäre nur nicht so schön.
Könnt ihr uns da irgendwelche Bauanleitungen empfehlen?
Viele Grüße
mtiga
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acanthurus
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#7 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von acanthurus »

Dann wollten wir noch 200g als Puffer haben
Solche luxeriösen Puffer von 20% des Abfluggewichtes kann man sich in der Luftfahrt normalerweise niemals leisten.
Der Payload-Unterschied zwischen 300g und 500g ist absolut signifikant!
Zudem sind deine Annahmen für Arduino und Sensorpaket (70g!) reichlich konservativ. Ein NanoWii-Board zum Beispiel hat einen Arduino Leonardo SOWIE 6-kanal Sensorpaket (3x gyro, 3x Beschleunigung) auf einem Board und wiegt ohne Pins weniger als 4 Gramm.

in Echtzeit eine Punktwolke zu erstellen und diese dann in der 3D Karte zu speichern (Mittels der Positionsdaten von Gyro/Accelerometer und Vergleich von markanten Punkten)
Ein Inertialsensorpaket liefert dir keine absoluten Positionsdaten, sondern lediglich ausreichend informationen zur Stabilisierung des Fluggerätes,d.h. unterste Reglerebene zur Nullung von Drehraten und "zweitunterste" Reglerebene zum Finden der Horizontalen. Absolute Geschwindigkeiten erhälst du daraus nur durch Integration über die Zeit, und diese müsstest du dann nochmal über die Zeit integrieren, um eine Position zu errechnen. Der dabei entstehende Fehler skaliert mit dem Quadrat(!) der absolvierten Flugzeit und dem Quadrat des (stets vorhandenen) Sensorfehlers und taugt nur für die Überbrückung kurzer Abschnitte zwischen dem Erhalt zweier Absolutpositionsdatenpakete.
Um eine optisch gesammelte Punktewolke mit absolutkoordinaten zu korellieren braucht ihr vorab als minimum sowas wie n GPS.

Eine billige, aber gut fliegende Lösung für Payload bis 300g habe ich dir oben verlinkt.
da wir selbst absolut keine Ahnung im Modellbau haben
Gaaaanz schlechte Voraussetzung, denn dann werden einfach zu viele Fehler gemacht, welche aufgrund des Fehlens jeglicher "common practise" Erfahrung zustande kommen.
Zudem muss das Ding vermutlich am Anfang jemand mal soweit einfliegen dass die unterste Ebene funktioniert.
Ihr BRAUCHT jemanden vor Ort, der grundsätzliche Modellbauerfahrung hat, sonst wirds nicht nur frustrierend sondern ggf. auch gefährlich.

gruß
andi
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powersmarv
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#8 Re: Quadrocopter 500g Nutzlast kleiner 100€

Beitrag von powersmarv »

Hi,

erst einmal Hochachtung für eure Pläne. Doch ich würde raten, euch mit Modellbauer und Lehrer abzusprechen, da ich den Eindruck habe, es ist noch nicht klar, was da alles auf euch zukommt.
Eine genaue Projektplanung und besonders genaue Vorabfestlegung der genauen Ziele ist speziell in einem solchen komplexen Thema wichtig. Sonst verrennt Ihr euch ganz schnell.

BTW, hat das Projekt eigentlich einen Namen?
Was genau sind die Ziele, bitte hier nicht vage bleiben, dann verzettelt Ihr euch!
mtiga hat geschrieben:Hi Leute,

Ersteinmal zur Kamera:
Wir benutzen die Minoru3D Stereo Kamera als Kamera und wollen die 3D Tiefenbilder mit OpenCV dann generieren.
Ihr habt die Bewertungen dazu gelesen, die Framerate ist gering und um annehmbare Bilder zu haben, braucht ihr viel Licht. Es handelt sich hier eben nur um zwei Webcams, die zusammengeschaltet werden. Außerdem wird erwähnt, dass unter Linux diese nur als Einzelkameras zu erfassen sind (OS von Raspbery PI => Linux), somit muss anschließend das Bild zu einem 3D-Bild zusammengerechnet werden. Schafft das das Steuerungsboard??
mtiga hat geschrieben: Controller:
Die Auswertung der Kamera und die generelle Steuerung übernimmt ein Raspbery PI oder etwas ähnliches....
Hm, zusätzlich zur Bildberechnung muss das System sich im Raum zurechtfinden, muss also immer alle 3 Achsen im Raum berechnen + die Daten aus dem 3D-Bild, das ist doch schon anspruchsvoll für ein Raspbery PI & Co. oder? Was wollt Ihr denn machen, soll das System nur schweben, soll es sich auf einer bestimmten, vorgegebenen Bahn bewegen oder bekommt es ein Startpunkt und ein Zielpunkt und muss die Flugbahn selbst finden? Soll es auch Hindernissen ausweichen? Entscheidend ist, kann die Flugbahn vorausberechnet werden (oder ist vorgegeben) oder muss diese während des Fluges berechnet werden. Prüft das Steuerungsboard nur die Abweichungen von der vorgegeben Flugbahn, um sie zu korrigieren oder muss das System eben komplett autark arbeiten? Kann das das Raspbery PI bewältigen? Und, noch entscheidender ist, wenn ja wie schnell kann das berechnet werden, geht das in nahezu Realtime? Zu späte Steuerungssignale führen zum aufschaukeln und zur Unkontrollierbarkeit.

Wie soll das System überhaupt aussehen? Wollte Ihr ein Quadkopter mit Grundsteuerung nuten und für die Bewegung im Raum eure Steuerung mit der Kamera und eurem Board durchführen? Oder soll die gesamte Steuerung, mit Lage und Steuerung der Motoren durch euer Board übernommen werden? Das Zweite würde ich für machbar aber sehr ambitioniert halten!

Bitte denkt auch frühzeitig an den Failsafe: was passiert, wenn die Steuerung versagt, was soll dann passieren mit dem Kopter? Beachtet, dass ein Kopter mit dieser Tragkraft schon enorme Zerstörungskraft hat und ein hohes Verletzungrisiko darstellt.

Grüße Marvin
Wenn's sich dreht, ist's shon mal gut!
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