Multicopter-Flugsteuerungen


ie Flugsteuerung ist das Herz eines jeden Multicopters. Sie sorgt dafür, dass die Signale der 4 Steuerknüppel in Drehzahlwerte für jeden Antrieb umgesetzt werden. Oft bieten Flugsteuerungen auch noch Stabilisierungsprogramme an, die dem Piloten Arbeit abnehmen. Die wohl am häufigsten genutzten einfachen Stabilsierungsprogramme halten den Multicopter in der eingestellten Lage und in der eingestellte Ausrichtung. Damit das Funktioniert, werden Sensoren wie Beschleunigungsmesser, Gyroskop und Kompass benötigt.

Eine Vielzahl von Zusatzfunktionen bekommt ihr mit einem GPS-Modul. Je nach Qualität des GPS-Empfänger und der Steuerungssoftware kann ein Multicopter damit fast unbeweglich auf der Stelle stehen bleiben. Auch autonome Flüge zum Abfliegen von Wegpunkten, dem automatischen Umkreisen von Punkten oder der selbstständigen Rückkehr zum Startpunkt und Notlandefunktionen sind damit möglich.

Darüber hinaus können Flugsteuerungen weitere Aufgaben übernehmen beispielsweise um ein Kamera-Gimbal zu steuern.

Welche Flugsteuerungen gibt es?

Es gibt eine überschaubare Anzahl von Flugsteuerungen für Multicopter. Von einigen dieser Flugsteuerungen gibt es verschiedene Varianten, da sie dem Open-Source-Prinzip folgen und Hardware und/oder Software offen dokumentieren und jedem den Nachbau und Modifikationen erlauben. Hier ist eine kurze Übersicht über die verbreitesten Flugsteuerungen:

Flugsteuerung Einstiegskosten Konfiguration/Setup Webseite
APM  Mittel  Komplex http://ardupilot.com
Autoquad  Teuer  Komplex http://autoquad.org/?lang=de
DJI Naza  Mittel  Einfach http://www.dji.com/product/naza-m-v2
DJI A2  Sehr teuer  Einfach http://www.dji.com/product/a2
DJI Wookong  Sehr teuer  Einfach http://www.dji.com/product/wookong-m
KK  Günstig  Einfach http://www.hobbyking.com
Megapirate/AIOP  Mittel  Komplex http://www.megapirateng.com
MultiWii  Günstig  Komplex http://www.multiwii.com
Naze32  Günstig  Komplex http://www.abusemark.com
Openpilot  Günstig  Einfach bis Komplex http://www.openpilot.org
3DR PX4  Mittel  Komplex https://pixhawk.org/choice

Viele Flugsteuerungen können teilweise sehr umfangreich erweitert werden. Durch diese Erweiterungen werden die Einstiegskosten aber schnell deutlich höher. Preise werden hier bewusst nicht genannt, da sich diese beim Kauf im In- und Ausland teilweise drastisch unterscheiden. Die Kategorie günstig liegt bei einigen 10 Euro, mittel bei 70-200 Euro, teuer bei 200-400 Euro und sehr teuer darüber bis deutlich über Tausend Euro.

Einige typische Erweiterungen für Flugsteuerungen sind:

  • GPS-Modul zur Feststellung der Position des Multicopters für vielerlei Anwendungen.
  • Verschiedene Telemetriemodule zur Feststellung des Zustands des Multicopters beispielsweise zur Überwachung der Spannung des Flug-Akkus.
  • Sonar-Modul zur Feststellung der Höhe über Grund.
  • Zusätzliche Sensoren wie Kompass oder Barometer.
  • Module zur optische Lageerkennung für Stabilisierungsfunktionen.
  • Buzzer (Summer) um akustische Signale zum Warnen oder Auffinden des Multicopters zu erzeugen.
  • Bluetooth-Module zur drahtlosen Steuerung oder Konfiguration.
  • On-Screen Display zur Einbettung von Telemetriedaten in FPV-Bilder.

Welche Flugsteuerung brauche ich?

Nun wählt ihr nicht irgendeine Flugsteuerung einfach so. Zunächst mal müsst ihr euch darüber klar werden, was ihr mit eurem Multicopter machen wollt. Die Flugsteuerungen unterscheiden sich teilweise sehr stark bei den verfügbaren Flugmodi. So werdet ihr für den 3D-Flug kaum eine Naza verwenden, auch wenn das prinzipiell funktioniert. Wenn ihr wisst, welche Flugmodi ihr benötigt, lässt sich leicht feststellen, welche Flugsteuerung diese anbietet, welche Erweiterungen dazu eventuell noch benötigt werden und was der Spaß dann kostet.

Aber nicht nur die Kosten spielen eine Rolle, sondern auch die Komplexität beim Anschluss und der Konfiguration. Die DJI-Flugsteuerungen sind beispielsweise verhältnismäßig simpel zu konfigurieren und bieten nur wenig Optionen in der Konfigurationssoftware. Bei einer MultiWii wird üblicherweise die Steuerungssoftware angepasst, diese auf dem PC kompiliert und in die Flugsteuerung eingespielt. Dann werden bei der MultiWii über die umfangreiche Konfiguration viele, für den Einsteiger äußerst unverständliche, Einstellungen geändert. Die Konfigurationssoftware kann in den meisten Fällen vor dem Kauf heruntergeladen und ausprobiert werden. Fast immer braucht ihr dazu gute Englischkenntnisse, da es nahezu keine deutschsprachigen Programme gibt.

Ardupilot

Ardupilot Mega 2.6

Ardupilot Mega 2.6

Die APM-Flugsteuerung ist eine der professionellsten Flugsteuerungen, zumindest wenn es um die Möglichkeiten geht. Sie bietet eine Vielzahl von Flugmodi und auch viele Möglichkeiten für autonome Flüge. Vom automatischen Start zum automatischen Landen und abfliegen von Wegpunkten erlaubt sie automatische Umkreisungen und weitere Aktionen.

Herausragend unter allen anderen System, die nicht auch die APM:Copter Software nutzen (PX4, Pixhawk), sind die Möglichkeiten für Analysen und Telemetrie. Die APM protokolliert während des Fluges bei Bedarf sämtliche Sensoren, Spannungs- und Stromwerte sowie alle eigehenden und ausgehenden Steueranweisung bis ins letzte Detail. Mit diesen Daten lassen sich je nach Setup während oder nach dem Flug Probleme analysieren. Selbst die Konfiguration ist während des Fluges möglich.

Wie bei MultiWii ist man bei der APM ohne gute Englischkenntnisse vollkommen aufgeschmissen. Und auch die Konfiguration ist extrem Komplex. Ein, aus meiner Sicht, großes Problem ist die Anfälligkeit für Vibrationen. Die Flugsteuerung kann quasi nicht ohne Dämpfer montiert werden. Warum bei einer solch professionellen Lösung so etwas nicht integriert ist und zum Standard gehört, kann ich nicht nachvollziehen. Natürlich sollte ein Multicopter eh nicht viel vibrieren, aber es ist nunmal nicht selten, dass das passiert.

Die Konfigurationssoftware, der APM Planner, ist ebenfalls sehr professionell und bietet wol die umfangreichste Konfiguration, die überhaupt irgendeine Flugsteuerung hat. Das ist gleichzeitig aber auch eine große Hürde für den Einsteiger. Das Verständnis, was überhaupt konfiguriert werden muss und was nicht, bedarf sehr viel Einarbeitung. Open-Source sicherlich ein gutes Konzept, wenn es um Innovationen geht. Die Gemeinde hält sich aber stark zurück, wenn es um Problemlösungen geht. Das ist leider nahezu in allen Foren ein Problem und meist wird man mit nachgeplapperten oder pauschalen Antworten abgespeist. Wirklich Hilfe bekommt man meist nicht und man ist gezwungen, sich selbst zu helfen.

Preislich gibt es die APM in einige ausländischen Shops bereits ab etwa 70-80 Euro inklusive GPS. Mit dem Varianten von 3DR liegt man aber leicht bei 150 Euro und darüber. Gewichtsmäßig ist die APM mit knapp über 30g ein Mittelgewicht. Mit Spannungsversorgung und GPS kommt man auf über 70 g. Die APM ist für Einsteiger ungeeignet. Wer diese Flugsteuerung verwenden will, muss sich tief in die Technik einarbeiten.

DJI Naza-M

DJI Naza-M V1

DJI Naza-M V1

DJI bietet mit den Naza-M-Flugsteuerungen schon länger robuste, einfach zu konfigurierende Flugsteuerungen an. Es gibt ein paar Unkenrufe und manche belächeln die Naza-M, die es in verschiedenen Versionen (V1, V2, Light) gibt. Ich und einige meiner Fliegerkollegen haben ohne signifikante Problem mit quasi null Aufwand bereits einige Multicopter mit Naza-Flugsteuerungen gebaut und konfiguriert und nicht einer davon flog nicht quasi gleich auf Anhieb.

Gelegentlich hört man von Fly-aways – die gibt es auch bei allen anderen Flugsteuerungen. In der Regel passiert sowas vor allem, wenn man sein Fluggerät nicht im Griff hat. Sprich: man ist nicht in der Lage es selbst zu steuern und ist ohne Vollautomatik einfach überfordert. Mir ist das selbst auch schon mit einer MultiWii passiert, weil ich nicht genug geübt habe und gleich hoch hinaus wollte.

Die Konfiguration der Naza-M-Flugsteuerung ist (fast) trivial. Natürlich muss man schon wissen, was ein Kompass ist, wie eine Fernsteuerung funktioniert und wie ein Flugsteuerung generell funktioniert. Das ist aber generell Voraussetzung für den Modellflug. Ohne das solltet ihr die Finger von eigenen Modellen lassen und irgendein RTF-Modell nutzen. DJI ist auch beim Anschluss vorbildlich und verwendet alle Komponenten mit fest angebrachten Steckern und Kabeln. Eine Verpolung von Anschlüssen ist fast ausgeschlossen. Zudem sind alle Komponenten sauber in Gehäuse verbaut und nahezu kaum anfällig für Vibrationen.

Preislich starten die Naza-M-Versionen schon bei etwa 70 Euro. Sie gehören auch nicht zu den Leichtgewichten. Da immer auch die Spannungsversorgung und das LED-Modul von DJI benötigt wird, ist man in der Minimalversion etwa bei 50g. Die komplette Ausstattung mit GPS wiegt bereits 100 g (ohne Bluetooth und OSD). Geeignet sind die Naza-M-Flugsteuerungen vor allem für stabil und ruhig fliegende Multicopter. Erstklassig ist die Naza-M V2 mit GPS-Modul. Damit kann man Multicopter fast auf dem Punkt in der Luft stehen lassen. Für einen Test habe ich das mit einem Hexacopter mal 45 Minuten am Stück gemacht, ohne dass dieser sich mehr als 1-2 m vom Fleck gerührt hat.

Ohne GPS-Unterstützung steuert die Naza-M aber auch im Atti und manuellen Modus durchaus agil bis aggressiv. Für Acro/3D ist sie aber nur sehr eingeschränkt geeignet. Die Naza-M ist vor allem für Einsteiger geeignet, die sich nicht viel mit der Technik beschäftigen wollen.

Hobbyking KK

Hobbyking KK 2.1.5

Hobbyking KK 2.1.5

Die KK Flugsteuerungen von Hobbyking sind kompakte, quasi nicht erweiterbare Flugsteuerungen. Es gibt sie in verschiedenen Varianten. In der kleinsten Variante für nicht einmal 10 Euro gibt es lediglich ein Gyroskop. Die größeren Varianten im Bereich von 20 Euro verwenden, wie fast alle Flugsteuerungen heute, einen MPU6050 Chip mit integriertem 3-Achsen-Gyroskop und 3-Achsen-Beschleunigungsmesser.

Eine Besonderheit der KK-Flugsteuerung ist, dass sie mit einem Display ausgestattet ist und die gesamte Konfiguration mit ein paar Tasten auf dem Board erfolgt. Die Einstellmöglichkeiten sind relativ begrenzt, aber für die vorhandenen Möglichkeiten völlig ausreichend. Mittlerweile gibt es auch die Möglichkeit, über zwei Motoranschlüsse ein Kameragimbal zu steuern.

Updates der Firmware, also der Flugsteuerungssoftware erfolgen über das Hobbyking KKMulticopter FlashTool, dass für Windows, Linux und Mac zur Verfügung steht. Für Firmwareupdates werden nur sehr wenige Einstellungen benötigt. Wenn es Erweiterungen gibt, werden diese über das Flashtool bereitgestellt. Wer sich mit der installierten Firmware zufrieden gibt, der benötigt nicht einmal einen PC.

Aufgrund des nicht vorhandenen Kompasses und GPS gibt es nur wenige Flugmodi. Da die Konfiguration sehr überschaubar ist, kommt man mit der KK bei der Konfguration auch durchaus nur mit den deutschen Anleitungen aus, die im Netz zu finden sind.

Die KK-Flugsteuerung ist für den Einsteiger im Low-Cost-Bereich eine gute Wahl. Auch das Gewicht bewegt sich mit um die 20 g in einem Bereich, der für sehr kleine Multicopter gut geeignet ist. Wer Wert auf Erweiterbarkeit legt oder mehr stabilisierte Flugmodi benötigt, der muss eine andere Flugsteuerung verwenden.

MultiWii

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Crius MultiWii SE V2.5

Die MultiWii-Flugsteuerungen gibt es in vielen Ausführungen. Da Hardware und Software offen dokumentiert sind, kann jeder beliebige eigene Varianten bauen. Der Großteil der Varianten kommt aus aus Fernost. Grundsätzlich haben nicht alle MultiWii dieselben Funktionen. Manche haben ein Barometer oder Kompass, andere nicht.

Das Konzept der MultiWii ist generell eher etwas für Bastler. Eine allgemeine deutsche Anleitung gibt es nicht. Alle verfügbaren Anleitungen in Deutsch sind auf bestimmte Bauformen ausgerichtet oder sogar noch spezieller auf genau ein Modell. Zudem beschäftigen sie sich kaum mir irgendwelchen Sonderfällen. Wer sich nicht mit umfangreicher englischer Dokumentation beschäftigen will, der sollte klar die Finger von der MultiWii lassen oder sich jemanden suchen, der diesen Teil übernehmen kann. Vorkonfigurierte Boards sind mit Vorsicht zu genießen. Wenn man nicht genau weiß, was dort konfiguriert wurde und auch den Quellcode für genau diese Version hat, kann man jegliche Korrekturen vergessen. Dann muss man sich eben doch in die Details einarbeiten.

Das Setup der MultiWii besteht aus drei essenziellen Teilen:

  • Anpassen und kompilieren des Arduino-Sketch mit der Arduino Entwicklungsumgebung
  • Konfiguration der Flugsteuerung (PIDs, Fernsteuerung, Flugmodi, Kalibrierung und einiges mehr) mit der MultiWiiConf-Software
  • Anschluss der Hardware und zusätzlichen Komponenten

Reizvoll sind vor allem Preis und Gewicht. Die billigsten Versionen gibt es schon für ca. 15-20 Euro. Die kleinsten Varianten wiegen gerade einmal 5-6 g. Die Vielfalt der Flugmodi macht die MultiWii zu einem Allrounder (je nach Board). Die Konfiguration kann aus dem Stehgreif manchmal direkt passen. Oft ist es aber so, dass der Multicopter kaum beherrschbar ist. Dann ist gutes Verständnis vor allem bei den PID-Einstelleungen gefragt. Allein schon welche PID-Werte bei welchem Flugmodus zum tragen kommen, ist schwer zu verstehen.

Hat man die MultiWii einmal gut im Griff, ist das Flugverhalten sehr gut und kann von gemütlich-stabil bis aggressiv für jeden Flugstil individuell eingestellt werden. Genau hier trumpft die MultiWii auf, weil sie sehr offen für jegliche Konfiguration ist und dem Benutzer nicht mit irgendwelchen Sicherheitsmaßnahmen die Möglichkeiten nimmt. Die MultiWii ist vor allem für Bastler, die sich tief in die Technik einarbeiten möchten, geeignet.

Openpilot

Openpilot CC3D

Openpilot CC3D

Die OpenPilot-Flugsteuerung gibt es in zwei Ausführungen, der CC3D und der OpenPilot Revolution. Die CC3D-Variante ist eine minimale Flugsteuerung nur mit einer Gyro und Beschleunigungsmesser. Sie verfügt aber über verschiedenen Schnittstellen, an die Erweiterungen wie GPS und Telemetrie einfach angeschlossen werden. Die Revolution (oder Revo) besitzt deutlich bessere Hardware. Beide Flugsteuerung sind sehr ausgereift und lassen sich sehr einfach (für Einsteiger) aber auch sehr detailliert (für Profis) konfigurieren.

Die CC3D eignet sich hervorragend für Einsteiger und vor allem für Racer der 250er-Klasse, vor allem, wegen des niedrigen Preises – diese ist schon für knapp über 10 Euro in einigen Shops zu finden. Die Software zur Konfiguration ist sehr ausgereift und einfach bedienbar. Für einen gut fliegenden Copter reichen wenige Einstellungen, durch die ein Wizard führt und einige wenige Anpassungen für die Flugmodi usw. Verglichen mit der MultiWii ist die Konfiguration sehr viel weniger wackelig und viel verständlicher. Wer hingegen eine voll ausgebaute Flugsteuerung mit möglichst viel Funktionalität will, für den ist die Revo eine sehr gute Wahl. Sie bietet deutlich mehr Möglichkeiten als die Naza V2, ist aber günstiger. Insgesamt eine tolle Lösung, die bis auf weniger Ausnahmen für die meisten eine gute Lösung sein sollte.

Naze32

Die Naze32 ist ein Klon der MultiWii, die statt der Atmel Mikrocontroller einen sehr viel schnelleren ARM Cortex-Prozessor von STMicroelectronics verwendet. Dadurch kann die Originalsoftware für die MultiWii nicht verwendet werden, sondern es wird die Portierung auf diese Plattform benötigt.

Wie auch die MultiWii kommte die Naze32 mit einem MPU6050. Es gibt aber auch Varianten mit Barometer und Kompass. Die Flugsteuerung kann mit einem GPS-Modul erweitert werden und unterstützt auch Telemetrie. Damit steht eine vollwertige Flugsteuerung zur Verfügung, die prinzipiell dieselben Flugmodi wie die MultiWii bereitstellt. Das es sich um eine echte Portierung der MultiWii handelt, lässt sich auch daran erkennen, dass die MultiWiiConf-Software für die Konfiguration verwendet werden kann. Allerdings gibt es eine eigene Software, die Baseflight genannt wird, die ein deutlich hübscheres GUI hat, sich aber stark an MultiWiiConf anlehnt.

Aufgrund der Komplexität und der vielfältigen Einstellungen wie bei der MultiWii ist die Naze32 nur empfehlenswert, wenn man sich tief in die Materie einarbeitet und über gute Englischkenntnisse verfügt. Durch das geringe Gewicht von unter 10 g eignet sich auch die Naze32 für sehr kleine Multicopter. Die Preise für die Naze32 starten ab etwa 20 Euro. Ob die hohe Geschwindigkeit und andere Vorteile des ARM Cortex Vorteile gegenüber der MultiWii bringen, ist schwer erkennbar.

 

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