Begonnen habe ich meine modellfliegerische Karriere als Flächenflieger. Als mich dann das Thema FPV mit voller Wucht überrollte, wollte ich nichts anderes mehr als einen Flieger mit einer Kamera auszustatten, um dann Landschaften, Gewässer und Straßen von oben zu sehen. Nach den ersten Versuchen war schnell der Wunsch geboren, auch gute Fotos zu schießen. Dies ist mit einem Flächenflugzeug allerdings nicht so einfach zu realisieren. Langsame Vorbeiflüge? Na ja.
Deshalb machte ich mich auf die Suche nach einer geeigneten Plattform. Einem Kopter. Ich durchforstete das Internet und fand auch schnell einige geeignete Fluggeräte. Als frischgebackener Familienvater war mein Budget jedoch sehr begrenzt und die gefundenen Plattformen relativ teuer. Das gesamte Projekt stand schon vor seiner Entstehung davor, eingestampft zu werden. Da stieß ich auf einen Bericht über einen Wii-Kopter.
Vive La France
Ein Franzose, der unter dem Pseudonym Alexinparis im Internet bekannt ist, hat es geschafft, mit einem Bauteil der Wii-Spielekonsole von Nintendo, dem Wii-Motion-Plus, einen Kopter zu bauen der auch noch sehr gut fliegen soll. Schnell fand ich heraus, dass sich mir hier eine äußerst kostengünstige Plattform eröffnete. Außerdem handelt es sich um ein Open-Source-Projekt, wodurch Hilfe durch diverse Internetforen gesichert war. Also auch einem Anfänger in der elektronischen Baustellenwelt, zu dem ich mich zähle, sollte es möglich sein, einen Wii-Kopter zusammenzulöten. Das Projekt wurde also wieder aus der imaginären Schublade gezogen und die Planung eines solchen Fluggeräts konnte beginnen.
Zuerst ging es an die Beschaffung sämtlicher Bauteile. Diese wurden ausschließlich aus dem Internet bezogen. Zu Beginn muss ein Wii-Motion-Plus-Adapter her, da elektronische Bauteile davon die zentrale Einheit des Kopters darstellen. In diversen Elektronikfachmärkten oder im Internet findet man diesen für knapp unter 20,– Euro. Er enthält drei Gyroskope, durch welche die absoluten Winkel des Kopters im Flug erkannt werden. Zweiter wichtiger Bestandteil ist eine Platine, über die der Kopter programmiert und die Befehle gesteuert werden, die er von der Fernsteuerung über den Empfänger erhält. Das Arduino-Pro-Mini 16Mhz 5V gibt es für durchschnittlich 15,– Euro im Internet.
Um den Kopter per Knopfdruck wieder in die Horizontale zu bringen, wird noch ein Beschleunigungssensor benötigt. Zu Beginn des Open-Source-Projekts wurde hierzu ein Teil der Platine des Nunchuck-Controllers, ebenfalls aus dem Wii-Zubehör, benutzt. Zwischenzeitlich geht die Tendenz dahin, das BMA020 von Bosch zu verwenden, da dieses schneller und präziser arbeiten soll. Also wurde das Teil ebenfalls für knappe 10,– Euro in den virtuellen Warenkorb gelegt.
Ardu – was?
Um später das Programm auf das Arduino-Board zu laden, wird noch ein so genannter FDTI-Adapter für etwa 10,– Euro sowie ein USB-Kabel benötigt. Es stellt sich die Frage: Wie werden die Bauteile miteinander verbunden, ohne großartig mit Lochrasterplatinen hantieren zu müssen? Die Antwort hierauf ist die Anschaffung eines fertigen Boards. Findige Wii-Erbauer hatten sich der Einfachheit halber Platinen geätzt, um sich die Fummelei mit den Lochrasterplatinen zu ersparen.
Inzwischen werden diese Platinen äußerst professionell hergestellt. Für Anfänger ist hier wohl das Warthox-Board (MWC-Board) die erste Wahl. Für zirka 8,– Euro braucht man sich dann nicht weiter um die Verkabelung zu kümmern. Zum Fliegen bedarf es natürlich noch einiger weiterer Bauteile. So auch vier Motoren und entsprechende Regler. Die EMAX CF2822 und Pentium Mystery Cloud 30-Ampere-Regler können zusammen für rund 80,– Euro erstanden werden. Ein Warthox-Rahmenset rundet die Sache ab. Durch dieses Set für 14,– Euro von Flyduino wird unnötiger Kabelsalat vermieden, da hier die Stromversorgung auf dem Set durch entsprechende Lötpads bereits vorbereitet ist.
Ein Rechts-links-Propeller-Set mit den Maßen 10 × 4,5 Zoll für 8,45 Euro, ebenfalls von Flyduino, ist zum Abheben selbstverständlich unabdingbar. Dazu werden noch Propellermitnehmer für 1,45 Euro das Stück benötigt. Alternativ können auch so genannte Propsaver verwendet werden. Die restlichen benötigten Kleinteile sind der Bauteileliste zu entnehmen. Mit dem üblichen Modellbauerwerkzeug im Bastelkeller sollte der Bau jetzt zu schaffen sein. Ein Lötkolben mit einer Bleistiftspitze für die Lötarbeiten an der Wii-Motion-Plus und an den anderen Elektronikbauteilen ist hilfreich, genauso wie eine dritte Hand.
Die Steuereinheit
Als Hilfestellung für die Lötarbeiten und die ersten Schritte dienen einschlägige Seiten im Internet. Für die ersten beiden Bauteile, den Wii-Motion-Plus und dem Beschleunigungssensor wählt man am besten die
FPV-Community und die von Tilman, der die Seite
www.microcopters.de im Internet betreut, als Hilfe.
Anhand der dort beschriebenen Anleitungen ist es relativ einfach den Wii-Motion-Plus und das BMA020 richtig für das MWC-Board vorzubereiten, wofür einige Änderungen notwendig sind. Zum einen lötet man die Litzen entgegen der Flugrichtung auf die Platinen, da auf dem MWC-Board auch die entsprechenden Lötstellen hinten angebracht sind. Außerdem werden alle Litzen auf dem BMA020 auf der Oberseite angelötet, da die Unterseite frei sein sollte, um es dann von oben auf den Wii-Motion-Plus kleben zu können. Nun noch das Arduino Pro Mini an der kurzen Seite mit einer Sechserreihe-Stiftleiste versehen und die Vorbereitungen für das MWC-Board sind abgeschlossen.
Auf dem MWC-Board sind die Lötstellen für die Stiftleisten für das Arduino vorgesehen. Hierzu werden die Stiftleisten einzeln, nacheinander mit Tesafilm eingeklebt und dann von der Rückseite eingelötet. Danach werden noch die Stiftleisten für die Regler und Empfänger in Flugrichtung links angebracht und der restliche Zusammenbau kann beginnen. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass an den Positionen 11, 10 und 9 auf dem MWC-Board der mittlere Stift der einzulötenden Stiftleisten vor dem Einlöten entfernt wird. Sehr hilfreich sind einige Videos auf
www.youtube.com und
www.vimeo.com, die die Lötschritte im Detail aufzeigen.
Arduino-Board programmieren
Zur Programmierung des Arduino-Boards wird einiges an Software aus dem Internet heruntergeladen. Erst einmal die Treibersoftware für den FTDI-Adapter, die Arduino-Software, um den Kopter zu programmieren und letztlich die Multi-Wii-Software. Den FTDI-Treiber für das FDTI Basic Breakout 5V von Sparkfun findet man zum Beispiel unter
www.ftdichip.com. Bei der weiteren Programmierung hält man sich streng an die Vorgaben auf den Seiten von Tilmans
www.microcopters.de. Sollte der Upload des Sketch nicht auf Anhieb funktionieren, muss man es mit einigen anderen passenden USB-Kabeln versuchen, da es hier erhebliche Unterschiede gibt.
Kleiner Tipp noch am Rande. Die Anschlüsse am FTDI-Adapter sind etwas schwach gebaut. Empfehlenswert ist es deshalb, die Anschlussplatte mit Klebeband oder einem Tropfen Sekundenkleber zu sichern. Die SMD-LED auf dem FTDI sollten jedoch noch zu sehen sein. Bei Erstellung dieses Berichts wurde die WiiCopter-Software 1.8 patch2 gewählt, da die 1.9er Version angeblich noch keine gravierende Verbesserungen liefert und die 1.8er, gemäß den Beiträgen im Internet, stabil lief. Bei dieser Version findet man die einzustellenden Werte im Reiter config.h. Hier werden grundsätzlich nicht viele Einstellungen vorgenommen. Durch das Zeichen # werden im Sketch die Befehle für den Kopter aktiviert, beziehungsweise durch // deaktiviert.
In diesem Fall musste X-Quad aktiviert – und kontrolliert werden, ob die anderen WiiKopter-Optionen auch wirklich deaktiviert sind. Die anderen Grundeinstellungen passen soweit. Nur den Beschleunigungssensor musste man noch einschalten. Auf Tilmans Seite microcopters.de findet man auch einen Link zum MultiWii-Kompendium. Dort werden leicht verständlich die verschiedenen verfügbaren Boards, wie zum Beispiel auch das MWC-Board erklärt. Unter anderem findet man dort auch die Codeschnipsel für die Aktivierung des BMA020 und auch anderen so genannten IMU’s.
GUI
Nach der Kompelierung und dem Upload des Sketch auf das Arduino können die ersten Tests mit der MultiWii-Software (GUI) durchgeführt werden. Das GUI läuft unter JAVA. Die aktuelle 64-Bit-Version lässt das Programm nicht starten. Eine JAVA Neuinstallation mit der 32-Bit-Version bringt den gewünschten Erfolg.
Nachdem die GUI gestartet, der COM-Port aktiviert und Start angeklickt ist, geht es los. Das Board kann nun in verschiedene Richtungen geschwenkt werden. Nun sollte deutlich erkennbar sein, dass die Software das MWC-Board erkannt hat und auch auf die Bewegungen reagiert. Das BMA020 muss noch mit einem Klick auf Calib_ACC (ACC=Acceleration) auf null gesetzt werden.
Rahmenbau
Für den Rahmen werden Aluprofile auf 350 Millimeter (mm) Länge zugeschnitten. Das schafft genügend Platz für den Drehkreis der Propeller und einer geplanten Kamera. Anhand einer Motorträgerplatte, die man von einem Motor kurz entfernt, und mithilfe des Warthox-Rahmensets, werden die Ausleger entsprechend der Löcher markiert und gebohrt.
Am Rahmenset verlötet man am großen Mittelloch noch zwei 4-Quadratmillimeter (mm²) -Kabel am Plus- und Minuspol. Diese sollten entgegen der Flugrichtung mit dem entsprechenden Akkustecker versehen werden. Die Länge wird natürlich so gewählt, dass man problemlos einen LiPo-Akku anstecken kann.
Jetzt werden die Motorausleger, als solche dürfen sie ab sofort bezeichnet werden, mit dem Rahmenset verschraubt. Da die Kontakte für die Regler am Rahmenset sehr eng an die Ausleger kommen, werden Letztere sicherheitshalber am inneren Ende mit Klebeband isoliert oder mit Schrumpfschlauch gesichert. Durch das mittlere Loch der Befestigungslöcher am Rahmenset werden 40 mm lange Gewindestangen als Abstandhalter gesteckt. Auf der Oberseite der Gewindestangen fixiert man nun mittels M3-Sicherungsmuttern das MWC-Board.
Energie
Da der Akku nicht einfach unter dem Kopter hängen soll, wird eine 1,5 mm starke GFK-Platte als Akku- und Kamerahalter gefertigt. Aus dieser wird mit einem Dremel ein Bauteil in Größe des Rahmensets und ein weiteres, etwa doppelt so langes, geschnitten. Die kleine Platte wird mit acht Löchern versehen. Vier im Abstand der mittleren Löcher im Rahmenset und vier etwas weiter am Rand, sodass die zu verschraubenden Muttern nicht aufeinander treffen können. Die kleinere Platte wird nun unter dem Rahmen mit den herausstehenden Gewindestangen und mit Sicherungsmuttern gesichert.
Danach schneidet man nochmals vier 50-mm-Stücke von der Gewindestange und von einem Aluröhrchen ebenfalls vier 40-mm-Stücke als Abstandshalter ab. Nun werden die beiden GFK-Platten mittels der Gewindestangen und der Aluröhrchen als Abstandhalter miteinander verschraubt. Nun fehlt noch ein kleines Landegestell, um den Kopter sicher und gerade abstellen zu können. Um den Akku auf seiner Plattform zu halten, reicht ein Stück Klettband auf dem LiPo und ein langes Klettband zum Fixieren. So kann Flug kann nichts mehr passieren.
Regler und Motoren
An den Motoren werden die Goldstecker angelötet. Danach kann man die Aggregate auf den Motorauslegern mit 16-mm-M3-Schrauben und Sicherungsmuttern verschrauben. Nach der Montage der Motoren sind die Regler an der Reihe. Der Schrumpfschlauch der Controller wird mit einem Cutter vorsichtig angeschnitten und dann abgezogen. Die Kabel zum Motor werden abgelötet, da diese viel zu kurz sind. Aus rein optischen Gründen bringt man die Regler nicht auf den Auslegern an, sondern im Rahmenset. Die Regler werden provisorisch angebracht, um 1,5-mm²-Silikonkabel für die Motoren abzulängen.
Anschließend werden die Regler mit der Kühlplatte nach unten mit doppelseitigem Schaumstoffklebeband in den Rahmen gesetzt und mit Kabelbinder zusätzlich gesichert. Nun versieht man die selbstklebenden SMD-LED Strips, die zur Lageerkennung nötig sind, mit Litzen und klebt sie am Ende des Auslegers auf die Unterseite. Nachdem die Stromkabel der Regler und der LED miteinander auf die entsprechenden Kontakte des Rahmensets verlötet sind, kann ein erster Stromtest durchgeführt werden.
Verkabelung
Damit ist der Rahmen fertig und die Controller können programmiert werden. Die hier verwendeten Regler haben nur drei Einstellmöglichkeiten, was die Programmierung recht einfach macht. Eine Anleitung hierzu gibt es unter
www.modellbau-koepenick.de
Inwieweit man von LiPo auf NiXX umstellt, bleibt jedem selbst überlassen. Durch die LiPo-Einstellung kann es sein, dass bei Unterschreitung der Akkuspannung ein Regler frühzeitig abschaltet und dadurch ein Absturz unausweichlich ist. Die Motorbremse darf natürlich auch nicht aktiviert sein. Während der Programmierung sollte nach jedem Programmierschritt der LiPo komplett abgezogen werden, da einzelne Regler schon durchgebrannt sind, als beispielsweise nur der Minuspol abgeklemmt wurde. Auch ist es empfehlenswert, die Controller einzeln zu programmieren und keinen Adapter zu verwenden.
Inbetriebnahme
Jetzt können die Regler mit dem MWC-Board und dieses mit dem Empfänger verbunden werden. Erste Versuche die Motoren über die Fernsteuerung zu starten, gelingen nicht. Die Propeller sind aus Sicherheitsgründen natürlich noch nicht angebracht. Erster Tipp: Die Servowege in der Fernsteuerung vergrößern. Sollte dies immer noch nicht den gewünschten Erfolg bringen, kann im Sketch nachgeholfen werden.
Eventuell genügt es, den vorgegebenen Wert von 1000 auf 900 umzustellen, damit die Motoren wie gewünscht auf die Befehle reagieren. In der 1.8er-Version sind außerdem zwei Steuerwege vorgesehen um die Motoren zu aktivieren. Wer möchte, kann das Starten der Motoren über die Rollfunktion im Sketch deaktivieren. Den entsprechenden Codeschnipsel gibt es im Forum der FPV-Community.
Nun werden die Einstellungen gemäß den Vorgaben im Internet nochmals im GUI überprüft. Sollte das BMA020 nicht funktionieren, muss ein Schalter auf der Fernbedienung programmiert werden. Wenn im GUI immer noch keine Reaktion auf den Schalter erkennbar ist, ist noch ein graues Kästchen unter AUX1, Level auf HIGH zu aktivieren. Per Klick auf WRITE wird die neue Einstellung auf das Board geladen. Jetzt kann man das BMA020 über die Fernsteuerung einschalten.
Sind alle Werte und Einstellungen, wie auf den Internetseiten vorgeschlagen, soweit in Ordnung, werden die Propeller noch gewuchtet und dann auf den Motoren montiert. Nun sollte der Kopter flugbereit sein. Fliegt er nicht – nicht verzagen, Foren fragen.
Fliegen
Der Wii-Kopter fliegt genauso, wie ich es mir vorstellte. Wer hätte gedacht, dass ein Anfänger solch ein Projekt erfolgreich zum Abschluss bringen kann. Ich empfehle jedem Interessierten, nicht lange zu überlegen und selbst ein Wii-Kopter-Projekt in Angriff zu nehmen. Allerdings gelang es mir nicht, die Kosten für den Bau unter 200,– Euro halten, es wurden knapp 50,– Euro mehr.
Aussicht
Für den Wii-Kopter gibt es immer mehr Bauteile. Barometer und Kompass laufen schon stabil und lassen sich per Schalter aktivieren. Ein GPS ist ebenso vorgesehen. Durch die rasante Entwicklung dieses Open-Source-Projekts könnte der Wii-Kopter bald anderen Multikoptern Konkurrenz machen. Es steht noch aus zu testen, ob die zur Orientierung an der Unterseite der Motorausleger angebrachten LED die Filmaufnahmen der Kamera beeinflussen. Sollte dies der Fall sein, werde ich die LED mit einem Schalter versehen um zwischen FPV-Flug und Normalflug umschalten zu können.
Bauteileliste
| www.flyduino.net |
| MWC Board: | 7,80 Euro |
| Rahmenset: | 14,– Euro |
| Flyduino Pro Mini (Arduino): | 15,20 Euro |
| Wii Motion Plus: | 18,30 Euro |
| Bosch BMA020: | 9,80 Euro |
| Propeller-Set Carbon: | 8,30 Euro |
| Propellermitnehmer: | 5,80 Euro |
| Landegestell: | 2,80 Euro |
| 5 x Servokabelverlängerung 10 cm: | 3,– Euro |
| 2 x 10 cm LED Strip Rot: | 2,98 Euro |
| 2 x 10 cm LED Strip Blau: | 2,98 Euro |
| 4 x 3er-Set 2 mm Goldstecker: | 7,20 Euro |
| 3 Meter 1,8 mm Silikonkabel: | 2,70 Euro |
USB UART-Adapter mit Kabel:
(Bessere Alternative zum FTDI Basic Breakout 5 V von watterott.com) Plus Versandkosten | 8,90 Euro |
| www.eBay.de |
| 4 x EMAX CF2822: | 44,– Euro |
| 4 x Pentium Mystery Cloud 20A BEC: | 44,– Euro |
| 1 x GFK Platte 1,5 mm 50x25cm: | 13,– Euro |
| www.Reichelt.de |
2 x Stiftleiste gerade 1x40 RM 2,54: | 0,30 Euro |
| 1 x Stiftleiste gewinkelt 1x32 RM 2,54: | 0,34 Euro |
| www.pollin.de |
|
Schaumstoff-Klebeband: | 1,95 Euro |
|
Klettkabelbinder 360 mm: | 0,95 Euro |
| Baumarkt: |
2 x 1 Meter Aluvierkantprofil 10mm: | 2,50 Euro |
| M3 Gewindestange: | 1,50 Euro |
| M3 Sicherungsmutter: | 3,– Euro |
| M3 16 mm Zylinderkopfschrauben: | 2,50 Euro |
| M3 20 mm Zylinderkopfschrauben: | 2,50 Euro |
| Alurohr für M3-Gewindestange: | 3,– Euro |
