VLCinstruct

Leren van elkaar

Anders

Hoe bouw je een Drone?

Een jaar of wat geleden is er geld geregeld om op school te gaan bouwen aan en vliegen met First Person View (FPV) race-drones. Gek genoeg kwam het team leerlingen om dat te gaan doen niet lekker van de grond.

Afgelopen jaar deed  het VLC mee aan de Drone Cup Finals , met een team ‘obstakelbouwers’, een deelnemer aan de ‘drone race’, en een team ‘zelfbouw drones’. We wonnen de hattrick: de eerste prijs in al deze drie categorieën!

Deze instructable beschrijft hoe we die drones gebouwd hebben en waar we tegenaan zijn gelopen.

Onderdelen
We hebben ons gehouden aan de voorschriften van de wedstrijdorganisatie: een drone voor een budget van 150,-, en met een spanwijdte van 10 x 10 cm.
Al snel bleek dat het vinden van de juiste onderdelen een uitdaging op zichzelf was. We hebben een aantal leveranciers benaderd, en droneshop.nl was zo aardig om voor ons een lijstje met op elkaar afgestemde onderdelen bij elkaar te zoeken, volgens de specs en binnen het budget van de dronecupfinals. (zender, extra accus en lader niet meegerekend in het budget, en een kleine tweak door wat met 5 euro te schuiven, anders was 150 euro niet goed haalbaar)

Hier een lijstje van de onderdelen, met linkjes naar de site met informatie:
(Let op: sommige onderdelen zijn best ingewikkeld, de manuals heb je zeker nodig!)

F4 Flightcontroller (FC) stack met ESC en de Manual
1106 Brushless Motors (zie b.v. deze video)
FlySky FS-A8S V2 ontvanger en de manual
FlySky i6 zender en de manual
Propellers (links en rechtsdraaiend)
Dinogy 600mAh 65C 2S LiPo  (een flink aantal!)
SkyRC S60 acculader en de manual

De Dronecupfinals stonden het niet toe, maar wij wilden FPV (FirstPersonView) drones bouwen. Dan moet je nog meer hebben:

Eachine VR006 FPV goggles met manual
Foxeer Arrow Micro V2 camera met manual
RunCam TX200U videozender met manual

Grote kans dat dit lijstje al weer lang verouderd is tegen de tijd dat je zelf gaat bestellen. Vraag een deskundige of vraag de winkel. Zij weten wat goed (genoeg) is en wat bij elkaar past. Als je haast hebt: levertijd is soms ook een ding.

Frame

In eerste instantie wilden we het frame zelf ontwerpen. Er is een hele mooie instructievideo hoe je dat doet in Fusion360, en de ontwerper geeft er ook het bestand van de 3D tekening bij. Helaas is dat een frame van 20 x 20 cm, en moet er veel opnieuw getekend worden. Dat bleek voor onze leerlingen een beetje te veel van het goede.

Gelukkig zijn er op thingiverse.com meer dan genoeg drone frames te vinden:

We zochten er eentje met de juiste maat (afstand propellers, bevestiging motoren, flight controller en geschikt voor een FPV camera) en we vonden deze:
De onderkant van dit frame is een aantal keer geprint met PLA. PLA print makkelijk, is redelijk sterk, maar ook bros. Als je drone crasht breekt er zo een stuk van het frame. Later zijn we de frames ook met ABS (sterker) en Nylon (nog sterker, taaier ook) gaan printen. Nylon printen is best een dingetje. Om te beginnen moet je het drogen anders gebeuren er rare dingen. Dan moet de temperatuur van de nozzle loeihoog zijn (260 of hoger) en ook het bed moet flink opgestookt (100). Op glas was de hechting goed en ging het printen voorspoedig.

De bouw

Het in elkaar zetten van de drones is best te doen. Het wordt pas ingewikkeld als alles in elkaar zit, maar daarover dadelijk meer:

1) Je begint er mee om de soldeerpunten op de flightcontroller en ESC van tin te voorzien. Dan kun je straks veel gemakkelijker draadjes solderen.
2) Bevestig de motoren met de bijgeleverde schroefjes op het frame. De draadjes waren wat lang, die hebben we rond de armpjes gedraaid. Let op dat de schroefjes soms niet gemakkelijk door het frame gaan. Dan kan zo’n schroefje scheef gaan en de draad in het motortje beschadigen. Boor de gaatjes in het frame even na, dan gaat het vast beter. Draai ook niet te hard, want dan wordt die draad dol en zit de motor niet meer goed vast.
3) Bevestig de flightcontroller met daar bovenop de ESC, met de bijgeleverde schroefjes en afstandsbusjes op het frame. Let op dat de flightcontroller de juiste orientatie heeft, anders gaat het mis. (we weten even niet meer wélke oriëntatie!)
4) Soldeer de draden van de motoren op de ESC volgens het schema uit de manual, als de draadjes te lang zijn kun je ze korter maken of een keer rond de pootjes van het frame draaien.
5) Soldeer de draden van ontvanger aan de FC? Let op dat de ontvanger zijn antennen goed kwijt kan en monteer m op de drone (dubbelzijdig tape?)
6) Soldeer de videozender op de FC (FPV)
7) Monteer de camera op het frame en soldeer de draden vast op de FC.

Het testen van de videozender en de camera was best een ding: hij deed in eerste instantie niets (OMDAT?!). Toen dat verholpen was heeft het een tijd lang uitstekend gewerkt, totdat de videozender ineens stuk was. Het bleek dat de videozenders nogal wat warmte produceren: zo veel dat ze zonder koeling stuk gaan! Toen hebben we een oude fan uit een computer gehaald en die aangesloten op 12V. Dat werkt prima zo lang de voeding niet ineens op 19V wordt gezet. Daar merk je niks van totdat de fan is doorgebrand!

Het programmeren van de FlightController

Een FlightController (FC) is de kleine computer die de drone aanstuurt. De brains van je drone zeg maar. Als je zelf een drone bouwt moet je die FC programmeren (of ‘flashen’, dat wil zeggen: de chip in de FC van software en instellingen voorzien).

Dat kan met Betaflight. Betaflight is behoorlijk ingewikkeld, het aantal instellingen is nagenoeg oneindig, en de leercurve is stijl. Gelukkig is er een hele uitgebreide instructievideo (van 45 minuten!) voor ‘Total Beginners’. Als je een team leerlingen hebt: laat er een paar alvast met Betaflight stoeien ‘voor als de drone straks klaar is’.

We kregen Betaflight niet gedownload (we kenden ook die instuctievideo nog niet!). Blijkt dat je ook Betaflight Configurator moet hebben! Betaflight is de software die je op de FC van de drone staat. De Betaflight Configurator staat op je PC (Windows, Linux, OSX) en gebruik je om die software te configureren.

Als je Betaflight Configurator hebt geïnstalleerd kun je die met een USB kabeltje met de FlightController (FC) laten praten. Als je de FC hebt aangesloten kun je allemaal informatie zien, bijvoorbeeld de stand van de gyroscopen zien, en ze kalibreren (zodat als de drone horizontaal ligt, de gyroscopen dat ook aangeven).

Betaflight kent in ieder geval twee aspecten: het configureren van de drone (aantal motoren, draairichting, positie op het frame etc.) en het tunen van de drone (throttle response, stabilisatie etc.).

Het configureren van de drone is nog kinderspel. Je moet ook aangeven hoeveel motoren je drone heeft, in welke volgorde ze zijn aangesloten etc.,

Het tunen of kalibreren van de drone is het belangrijkste gedeelte, en kent heel (erg) veel opties. Als de drone niet recht staat zal hij de lucht ook niet ingaan. Zodra de drone preview (betaflights weergave van hoe de drone staat) overeenkomt met hoe de drone ook echt staat, heb je de het eerste probleem al uit de weg geholpen.

Om de drone in de lucht te krijgen moet hij recht staan met een speling van 3 graden, anders laat betaflight de drone niet opstijgen. Naast ‘rechtop staan’ zijn er nog veel meer zogenaamde arming flags, de meest voorkomende zijn:

FAILSAFE Failsafe is active
RXLOSS(1) No valid receiver signal is detected
BADRX(1) Your receiver has just recovered from receiver failsafe but the arm switch is on
BOXFAILSAFE The ‘FAILSAFE’ switch was activated
ANGLE Craft is not level (enough)
CLI CLI is active
OSD OSD menu is active
MSP MSP connection is active, probably via Betaflight Configurator
ARMSWITCH Arm switch is in an unsafe position

joshuah bardwell (youtube) heeft een hele serie met videos gemaakt om elk van deze problemen op te lossen.

Als de drone wel vliegt maar niet trimbaar of bestuurbaar is op een normale manier gebruik je waarschijnlijk het verkeerde motorprotocol.  Als je dat wilt oplossen, bel dan even naar droneshop. (sowieso, droneshop kan je met Betaflight snel verder helpen!)

Helaas heb ik thuis geen FC liggen, dus op dit plaatje van Betaflight Configurator zien we hier eigenlijk nog niks:

Betaflight configurator: de software die je gebruikt om de FlightController (FC, de ‘brains’ van de drone) te programmeren en in te stellen.

 

Betaflight kent in ieder geval twee aspecten: het configureren van de drone (aantal motoren, draairichting, positie op het frame etc.) en het tunen van de drone (throttle response, stabilisatie etc.).

Het programmeren van de zender

Als Betaflight goed staat ingesteld dan rest nog het programmeren van de zender. Wat moeten de joysticks doen, en de knoppen? En wat moet er op het informatie display? Het is best te doen, maar LET OP: na eindeloos proberen kwamen we er achter dat je alle instellingen NIET met de OK knop moet vastleggen (zoals in de manual staat) maar met de Cancel knop (!).

De Lader
Accus hebben niet alleen + en – aansluitingen, maar ze hebben ook een extra stekkertje. Daarmee kan de acculader zien hoe de cellen van de accu er aan toe zijn. Zo kan de accu optimaal geladen worden. Dat stekkertje moet dan wel zijn aangesloten. Onze lader heeft daarvoor een ingang met 4 pinnetjes. Het stekkertje heeft 2 contactjes. Neem de rechter twee pinnen van de ingang, en sluit de zwarte draad die van de accu komt aan op de – van de lader. De rode draad zit dan vanzelf goed. Met 2Ah laadstroom zit je goed.

Waar zijn we tegenaan gelopen?
Eeeh, heb je even?! Frames zelf ontwerpen was te veel werk. Betaflight is erg lastig (wij op zoek naar software voor de PC, blijkt dat je Betaflight Configurator moet hebben). Videozenders moet je koelen, anders gaan ze stuk. De lijst is veel langer, gelukkig zijn we het meeste alweer vergeten ;-).
Wat bij ons ook nog speelde: ons drone team bestond uit leerlingen van verschillende klassen en locaties. Dat kwam de samenwerking niet altijd ten goede. Leerlingen B. (vooral) en S. (ook) hebben zich he-le-maal uit de naad gewerkt, aan de drone én aan de film . . .

We doen ons best om deze instructable een beetje up-to-date te houden.
Maar we zijn nog lang niet klaar. Mocht je ongeduldig zijn: op internet is natuurlijk ook het een en ander te vinden over de bouw van drones:

https://www.instructables.com/howto/drone/
https://www.instructables.com/id/DIY-Drones/

Deze zag er goed uit:

https://maker.pro/custom/projects/diy-quadcopter-tutorial

En als je een grote wilt bouwen is dit misschien iets:

http://mydronelab.com/blog/how-to-build-a-drone.html

Leave a Reply

Theme by Anders Norén