APMCopter mit APM Autopilot Mega 2.5 auf Hexakopter HR6, PT6, X650..

Es ist Herbst 2012, die dunkle Jahreszeit hat angefangen. Alle laufenden Projekte sind abgeschlossen. Und was jetzt? Natürlich etwas neues anfangen. Bei meinen Programmierarbeiten mit Arduino Boards bin ich immer wieder auf die Begriffe APMCopter und Ardupilot gestoßen. Was ist ein APMCopter?

Ein APMCopter mit dem AutoPilot Mega 2.5 ist eine einfach zu

konfigurierende und zu nutzende Plattform für Multikopter,

Helikopter und Rover.

Das Projekt basiert auf dem von der DIY-Drones Community erstellten ArduPilot-Mega Autopiloten. Die gesamte Hard und Software ist Open Source und steht jedem zur Verfügung. Das jetzt schon sehr funktionsreiche System ist unbegrenzt erweiterbar. Für alle Baugruppen gibt es eine Dokumentation, selbst die Eagle CAD Daten für die Hardware sind vorhanden. Beispielprogramme ermöglichen das Testen einzelner Baugruppen. Der leicht zu verstehende Source in C++ wird fast stündlich verbessert und steht sofort zum Download bereit. Der AutoPilot Mega von DIY Drones kann hunderte von 3D-Wegpunkte (Waypoints) verarbeiten, ganze Flugmissionen abfliegen und selbstständig starten und landen. Durch die Unterstützung eines Sonarsensors und des optischen Flow Sensors ist es möglich auch ohne GPS z.B. in Räumen exakt auf einer Stelle in einer vordefinierten Höhe zu parken. Key Features: digitaler Compass mit Honeywell's HMC5883L-TR Chip Invensense 6 DoF MPU-6000 Six-Axis (Gyro + Accelerometer) MEMS MotionTracking™ hochauflösender Luftdrucksensor MS5611-01BA03 von Measurement Specialties (Genauigkeit 10 cm) GPS Modul uBlox LEA-6H (empfängt GPS, GLONASS oder Galileo) Onboard 4 MP Dataflash Chip für automatisches Datenloggen (zusätzlich wird im Mission Planner geloggt) Telemetrie-Verbindung zwischen APM und einer Bodenstation über 3DR Radio Module mit extrem hoher Reichweite On-Screen Display (OSD) Strom und Spannungsmessung mit dem APM Power Modul oder SEN-09028 (90 A) oder SEN-10644 (180 A) Atmel's ATMEGA2560 and ATMEGA32U-2 chips for processing and USB Functions Alle PWM, S-Bus (nutzbare 16 Kanäle) und Summensignalempfänger sind verwendbar Graupner HoTT V4 Telemetrie optional - Anzeige von Flugdaten auf den Sendern mx-16, mx-20 und mc-32 Telemetriedaten auf der TARANIS und Status Anzeigen von Armed, GPS, Mode, HDOP und Gasstick mitte über LEDs Es können beliebige Multicopter Regler verwendet werden Der MB1260 XL-MaxSonar-EZL0 Sonar Sensor unterstützt automatisches Starten, Landen und Höhe halten bis zu einer Höhe von 10 Metern. Es könen auch I²C Sensoren verwendet werden. Optical Flow Sensor ADNS-3080 für High speed motion detection (Pixelweise Abtastung des Untergrundes) bei Bedarf kann ein externer 3-Achsenkompass (HMC5883L - Triple Axis Magnetometer) verwendet werden Funktionelle Redundanz durch zwei GPS Module, die sich an einer störungsfreien Stelle montieren lassen unbegrenzte Anzahl von Wegpunkten, unbegrenzter GPS Radius  Geofencing - ein virtueller 3-D Zaun, der Copter darf nur innerhalb der Zaungrenzen fliegen Georeferencing - Geotagging, hinzufügen von geographischen Daten in die EXIF Bilderdaten komplett open Source sowohl Hardware als auch Software FollowMe mit der Andropilot App ohne kostenaufwendige Hardware - nur ein 5 EUR OTG Kabel erforderlich Lead-it Mode um den Copter durch Drehen des Körpers und neigen des Tablets oder Handys zu steuern Unterstützung von Sprayer und Spinnermotore für das Versprühen von Pflanzenschutzmitteln (EPM) Electro Permanent Magnet Gripper Support Unterstützung von Lidar (Light detection and ranging) PulsedLight zur Entfernungsmessung Parachute (Fallschirm) automatischer oder manueller Abschuss über Relais oder Servo Noch ein wichtiger Hinweis: Es gibt keine versteckten Kosten. Alles was wir je brauchen werden ist open Source, also kostenlos. Es gibt keinen Aufpreis für eine Lizenz, eine größere Anzahl von Wegpunkten oder einen größeren GPS- Radius. Für das Arbeiten mit Wegpunkten oder die Verwendung der Android App brauchen wir auch kein Geld bezahlen. Auch in der Zukunft wird es keine finanziellen Einschränkungen geben. Alle jetzigen und künftigen Erweiterungen stehen immer zum Nulltarif zur Verfügung. Die Copterfirmware und die PC oder Android Software darf privat und kommerziell uneingeschränkt verwendet werden. Hier eine Übersicht der momentan 12 verfügbaren Flugmodi: Acro Mode Das ist der manuelle Flugmodus für fortgeschrittene Nutzer, vergleichbar mit dem fliegen eines Helis. Der Copter stabilisiert sich nicht nach einem Flugmanöver.   Stabilize Mode Im Stabilize Modus fliegt der Copter eigenstabil, er versucht nach jeder Stickeingabe sich wieder in der Horizontalen auszurichten. Dieser Modus ist für Anfänger und vor allem für FPV-Flieger geeignet. Giert man den Copter, wird er die entsprechende Ausrichtung beibehalten, sobald man den Stick loslässt. Alt Hold Im Altitude Hold Modus versucht der Copter die Höhe zu halten. Hierbei kann die Höhe während des Fluges mit dem Throttle Stick variiert werden, indem man ihn, bezogen auf den Nullpunkt hoch oder runter schiebt. Der Nullpunkt wird beim aktivieren des Alt Hold Modus festgelegt. Schaltet man den Alt Hold Modus während des Fluges ein, so wird die gegenwärtige Position des Throttles sozusagen zur 0 Position für die Höhe festgelegt, von der ausgehend man höher oder tiefer fliegen kann. Beim Aktivieren des Alt Hold Modus hält der Copter eine konstante Höhe. Verlässt man den Alt Hold Modus während des Fluges, so sollte man auch darauf achten, dass die Position des Throttle Sticks bei ca. 50% liegt, da der Copter ansonsten schnell steigen oder sinken könnte. Man kann im Alt Hold Modus Starten und Landen. Um die Motoren abzustellen muss man erst in den Stable Mode umschalten. Loiter Mode Im Loiter Mode wird der Copter versuchen, die gegenwärtige Position zu halten. Man kann den Copter weiterhin steuern, wobei nach einer Bewegung der Punkt, an dem man die Sticks loslässt zur neuen Loiter Position wird. Die Höhe kann ähnlich wie im Alt-Hold Modus variiert werden. Die Throttlestellung zum Zeitpunkt des Einschaltend des Loiter Modus wird sozusagen der Nullpunkt. Bewegt man den Throttle oberhalb dieses Nullpunktes, wird der Copter steigen, bewegt man den Throttle unterhalb, wird er sinken. Zu beachten ist daher, dass man den Loiter Mode erst einschaltet, wenn der Copter die Höhe hält. Ansonsten könnte beim zurückschalten in z.B. den Stabilize Modus der Copter stark steigen oder sinken. Mittlerweile kann man auch im Loiter Modus landen. Simple und Super Simple Mode Diese Modes legt man sich am besten auf einen Dreifachschalter  Normal - Simple - Super Simple. Sie können auch in Kombination mit anderen Modes benutzt werden. Der so genannte Simple Mode wird beim MK als “Care Free” bezeichnet. In diesem Modus wird der integrierte Kompass genutzt, um die Flugrichtung des Copters aus der Sicht des Piloten zu fixieren. Konkret bedeutet das, dass in diesem Modus vorne immer vorne aus der Pilotensicht ist. Giert um z.B. 45 Grad nach rechts und drückt Nick nach Vorne, so wird der Copter nicht nach rechts fliegen, sondern aus der Pilotensicht weiterhin nach vorne. Der Pilot darf sich im Simple Modus keinesfalls um seine Achse drehen. Dieser Modus ist für Multicopteranfänger interessant, aber Leute mit Flugerfahrung sollten diesen Modus nicht verwenden. Super Simple Mode benutzt die Home Position als Referenz für die Vorwärts Richtung. Ein GPS Lock ist erforderlich. Wenn sich der Copter mehr als 10m von der Home Position entfernt, wird seine Orientierung ständig neu berechnet. Dadurch zeigt das Heck permanent zum Piloten. Auto Mode Der Auto Mode ist einer der interessantesten des APMCopters. Hierbei fliegt der Copter im Autopilot Modus und führt einen im Mission Planer festgelegten Flug aus. Der Copter kann starten, Wegpunkte abfliegen, ein Foto auslösen oder eine beliebige Aktion zum Ereignis X ausführen. Der Autopilot Modus kann sowohl am Boden als auch in der Luft gestartet werden. Sollte man vom Boden aus in den Auto Modus wechseln, so wird dieser erst beginnen, wenn man den Copter armed und den Throttle nach vorne bewegt. Dies ist eine Sicherheitsvorkehrung, damit der Copter nicht automatisch startet, falls man am Boden aus Versehen den Schalter mit dem Auto Modus betätigt. Beim Autopiloten sollte man beachten, dass der Copter nachdem er alle Wegpunkte abgeflogen hat nicht automatisch zum Ausgangspunkt (Home) zurückkehrt. Er wird beim letzten Wegpunkt in den Loiter Modus gehen. Will man, dass der Copter nach Hause kommt, sollte man als letztes Kommando Return to Launch (RTL) programmieren. Das Land Kommando läßt den Copter anschließen sanft landen. Man kann im Automodus nicht manuell landen. Um selbst eine Landung vornehmen zu können, muss man den Automodus abschalten und in den Stabilize, Alt Hold oder Loiter Modus schalten. RTL Mode RTL steht für Return to Launch, also zurückkehren zum Startpunkt. Der Startpunkt wird festgelegt wenn man den Copter armed, sobald dieser über GPS Fix verfügt (die blaue LED des APM 2.5 Boards leuchtet konstant). armed bedeutet: Starten der Motore indem man den Gasstick 5 Sekunden in die rechte untere Position schiebt. Die Höhe, in welcher der Copter zum Ausgangspunkt zurückkehrt kann man im Mission Planer einstellen. Stellt man RTL altitude im Mission Planer auf 0, hält der Copter seine aktuelle Höhe bei. Erreicht der APMCopter seinen Ausgangspunkt, wird er über diesem im Loiter Modus (GPS Hold + Alt Hold) hovern. Nach einer eingestellten Zeit wird der Copter eine automatische Landung initiieren. Um dies zu verhindern und eine manuelle Landung auszuführen, muss man in den Stabilize Modus umschalten. Immer daran denken, dass der Ausgangspunkt beim armen des Copters neu gesetzt wird. Steckt man also einen neuen Akku an und armed nachdem das Board einen GPS-Fix hat, ist der Ausgangspunkt neu gesetzt. Startet man den Copter ohne GPS-Fix, so kann es sein, dass dieser während des Fluges einen Fix erzielt und sich die Ausgangsposition somit irgendwo auf der Flugstrecke befindet. Also unbedingt auf die blaue LED achten! Guided Mode Der Guided Mode funktioniert im Prinzip wie der RTL Mode mit dem Unterschied, dass der Ausgangspunkt festgelegt wird, indem man auf einen Punkt auf der Karte klickt. Dieser Modus ist vor allem für alle interessant, die ihr Notebook auf dem Flugfeld dabei haben. Erreicht der Copter seinen Ausgangspunkt, wird er über diesem hovern bis er ein neues Kommando erhält. Position Hold Mode Der Position Hold Modus ist im Prinzip dasselbe wie Loiter Mode, aber die Höhe ist manuell steuerbar. OF_Loiter Mode Hier wird die Position nur durch den Optical Flow Sensor, also ohne GPS gehalten. Circle Mode Im Circle Modus umkreist der Copter einen bestimmten Punkt, wobei der vordere Ausleger immer auf das Zentrum des Kreises zeigt. Das Zentrum des Orbits wird der Punkt, an dem sich der APMcopter zum Zeitpunkt des Aktivierens des Circle Mode befindet. Im Circle Mode kann man nicht manuell landen oder die Motoren ausschalten. Der Radius wird in Meter im CIRCLE_RADIUS Parameter eingetragen. Steht dort 0 dreht sich der Copter nur um seine eigene Achse (ideal um Panoramas zu machen). Land Mode landet den Copter. Er sinkt mit der Geschwindigkeit “WPNAV_SPEED_DN” auf eine Höhe von 10 m und schaltet dann auf “LAND_SPEED” (default 50cm/s). Wenn er den Boden erreicht, fährt er die Motore runter und schaltet sie ab, wenn der Pilot den Gasstück auf 0 hat. Der “Lande-Controller” versucht bei GPS Lock die horizontale Position zu halten, aber der Pilot kann sie mit den Sticks korrigieren. Follow Me Mode Der Follow me Modus könnte im Deutschen als “Gassi gehen” Modus bezeichnet werden. Aktiviert man diesen Modus, wird der Copter dem Piloten folgen. Man braucht dazu:     einen APMCopter mit Telemetrie     ein Notebook (am besten mit GPS) oder ein USB GPS Dongle oder Bluetooth GPS oder ein Android Device mit der Andropilot App :) ein 3DR Radio Modul Um dem Piloten zu folgen, wird dessen aktuelle Position ständig an den Copter gesendet. Mit der Andropilot App kann man im Lead-it Mode den Copter durch Drehen des Körpers und neigen des Tablets zu steuern User definable flight modes Alle vorhandenen Flight Modes können modifiziert werden. Infos hierzu sind im Developer Bereich zu finden. (hier)
APMCopter Seite 2
Die Praxis: Um den Autopilot Mega in Betrieb zu nehmen, die wird Software “Mission Planner” auf dem PC oder Notebook installiert. Über den Menüpunkt Help sollte man sofort ein Update machen. Nun wird der APM2 über das beiliegende Micro USB Kabel mit dem PC verbunden. Windows, erkennt eine neue Hardware und installiert die notwendigen Treiber. Den nun gefundenen COM Port stellt man mit einer Baud Rate von 115200 im Mission Planner oben rechts ein. Bevor man jedoch auf “Connect” drückt, muss man die passende Firmware installieren. Dafür klickt man im oberen Bereich des Mission Planners auf “Firmware” und wählt für einen Hexa die “APMcopter Hexa” Version aus. Der Mission Planner lädt nun die neueste Version herunter und installiert diese auf dem Board. So sieht der Autopilot Mega 2.5 aus. Das Board ist 66,42 mm lang und 40,64 mm breit, also nicht quadratisch wie andere FCs. Die Funktion “Höhe halten” wird über den MaxSonar Sensor realisiert. In der Zukunft wird mit Sonarsensoren auch ein Kollisionsschutz möglich sein. Unterhalb von 10 m wird wird primär der Sonarsensor benutzt, über 10 m der Drucksensor. GPS wird zum Höhe halten nicht verwendet. Empfehlenswert ist der XL-MaxSonar EZ0, für eine größere Reichweite können auch der LV-E20 oder der  LV-EZ0 verwendet werden. Der Sonarsensor und der Optical Flow Sensor müssen noch im Mission Planner im Hardware Tab ausgewählt und eingeschaltet werden.
Der Optical Flow Sensor ADNS3080 ermöglicht es, die aktuelle Position sehr präzise zu halten indem er den Untergrund abtastet. Man sollte darauf achten, dass das Objektiv genau fokussiert ist. Ein entsprechendes Testprogramm liegt dem Source bei.
Für den ersten Prototypen verwende ich den bewährten PT-6 Rahmen. Auf der oberen CP wird der APM AutoPilot Mega 2.5 auf  fünf Schaumstoffpfosten mit geringer Stauchhärte montiert. Dann folgt eine Befestigungsplatte mit dem LEA-6H GPS Modul.
So sieht der PT6 mit APM 2.5 Elektronik flugfertig aus. Die beiden Sensoren haben ein Schutzgehäuse bekommen und sind auf der hinteren Seite montiert.
Für die Telemetrie und die Kommunikation mit der Bodenstation werden die 3DR Radiomodule eingesetzt. Das Modul gibt es für 868 MHz und 433 MHz. Ich verwende die 433 MHz Variante wegen der extrem hohen Reichweite.
Der AttoPilot Voltage and Current Sense Sensor versorgt das APM 2.5 Board mit Informationen über den aktuellen Strom und die Spannung der Lipo Akkus. Die Anzeige von Strom, Spannung und Restkapazität erfolgt im Mission Planner, auf dem OSD, der ArduStation oder auf dem Android Tablet
Die ArduStation zeigt alle relevanten Flugdaten an.
Die nächsten drei Fotos zeigen einen HR6 mit APM Elektronik.
Hier die Anschlußbelegung.
Beim APMCopter wird auch das MK Basis Modul in der Version 2.6 eingesetzt. Es ist in der hinteren Elektronikbox eingebaut Für die Lageerkennung sind zwei rote HighPower Leds rechts und links und eine weiße Led in der Mitte des HR6 montiert. Nach dem Einschalten des ArduCopters sind sie die Leds aus, bei einem GPS Fix blinken sie. Nach dem Starten der Motore zeigen sie Dauerlicht. Unterspannung wird durch schnelles Blinken angezeigt. Beim erreichen eines Navigationspunktes wird zweimal geblinkt. Das Modul hat einen 12V Ausgang zur Versorgung des Videosenders und einen Kamera Auslöserausgang über Optokoppler.
Das On-Screen Display Board (OSD). Es liest die MAVLink Daten und mischt sie mit  dem Kamerabild.
Das ist der Hexa / Octo Verteiler. Er ist unter dem Hexa befestigt
Unter dem Quadro ist das Schutzgehäuse für den Sonarsensor und den Optical Flow Sensor montiert.
Unten ein P4 Quadro, auch APMCopter APM 2.5 powered.
Das jD-IOBoard bekommt seine Daten auch über das MAVLink Protocol. Es hat 6 High Power Ausgänge für Leds und andere Spielereien. Jeder Ausgang ist bis 42 V und 0,5 A belastbar. Bestückt ist es mit einem Atmega 328P und einem ULN2003A Darlington Array.
Alle benötigten Infos zum Aufbau eines ArduCopters sind im Google Project Hosting  oder auf der im Aufbau befindlichen Seite APMCopter.com zu finden. Die Hardware wie APM 2.5 und alle Sensoren können bei Build Your Own Drone  bestellt werden. Der Service dort ist perfekt. Bestellungen kommen innerhalb von 24 bis 48 Stunden in Deutschland zollfrei an.
plischka.at  hexakopter.de  hexrotor.de
MIT UNSEREN MIKROKOPTERN KANN IHRE KAMERA FLIEGEN
Das ublox LEA-6H GPS Modul versorgt den AutoPilot Mega mit den genauen Positionsdaten.
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Sämtliche´Parameter können angezeigt und verändert werden.
eine feine Alternative ist die App Andropilot für Android Devices
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