9 Degrees of Freedom

Negen vrijheidsgraden en een hoogtemeter, dat heeft het sensorbord dat momenteel onderweg is vanuit Denemarken.

Het bord bevat:

  • ITG3200 3-axis gyro
  • BMA 180 3-axis accelerometer
  • HMC5883L 3-axis compass
  • BMP085 Absolute pressure sensor.

Deze 4 moeten samen de stabiliteit waarborgen van de KCXcopter. Het bord is een open-source ontwikkeling van een groep enthousiastelingen onder leiding van JussiH op RC-Groups. Dit initiatief is ontstaan uit onvrede met de Wii Motion Plus en Nunchuck. De kwaliteit hiervan blijkt nogal wisselend te zijn. Gisteren is de eerste definitieve productiebatch beschikbaar gekomen en ik heb er eentje te pakken gekregen!

Het bord sluit naadloos aan bij het breakoutbord dat ik al heb en kan daar zo op aangesloten worden. Dit bord geeft dus input aan het Arduino bordje, dat op zijn beurt weer de motoren aanstuurt.

Uitbreidingen zijn al in ontwikkeling: GPS (voor positiebehoud, geprogrameerde vluchtschema’s) en een ultrasone afstandsensor voor hoogtebewegingen dicht bij de grond.

Maar, eerst dit bord en dan verdiepen in de software, calibreren en vliegen!

Propellerbalanceerapparaat

Een mooi woord voor galgje, daarom gelijk maar de Engelse term: Propbalancer. Trillingen in een machine met vier propellers kunnen fataal zijn voor de werking van de elektronica. Gevolgen zijn tweeledig. De elektronica kan kapot gaan en de metingen van de sensoren die nodig zijn de quad te besturen kunnen verstoord worden.

Propellers balanceren is daarom een behoorlijk belangrijke activiteit voordat je ze op de multirotormachine zet. Hiervoor heb je dus een propbalancer nodig. Je kunt hele mooie kopen voor 40 à 50 euro, maar zelf maken is veel leuker!

De truuk is om een propeller op een as te monteren en die dan met zo min mogelijk wrijving op te hangen. De propeller die totaal rond de twintig gram weegt moet, hoe weinig ook, reageren door het zwaarste blad te laten zakken.

   

De as is kant en klaar. Deze komt tussen twee sterke magneten, die tegen een aluminium frame gelijmd worden. Het frame is stijf en verstelbaar, gemaakt van 15 x 15 mm aluminium kokerprofiel, op afstand gehouden door M6 draadeind. De Neodymmagneten hebben we ooit gekregen tijdens een open dag van één van de middelbare scholen hier in Oosterhout. Het resultaat mag er zijn, een perfect af te stellen apparaat. De as, zoals je op de foto’s kunt zien, raakt maar 1 van de twee magneten, De ander kant zweeft ongeveer een halve milimeter van de magneet.

  

Propellers en licht in de zender

Ze waren gisteren al binnengekomen. De propellers. Het zijn slowfly propellers met een maat van 10×4.5. Slowfly betekent dat ze uitsluitend geschikt zijn voor motoren met een relatief laag toerental. De propellers hebben een diameter van 10″ (25,4 cm) en een pitch van 4,5″. Het was even zoeken, maar dit betekent dat de propeller bij 1 volledige draai zonder weerstand 4,5″ (11,43 cm) zouden verplaatsen in de as-richting.

De propellers hebben een asgat van 5 mm, terwijl mijn motoren M4 schroefdraad zijn. Daar moest ik dus nog een oplossing voor vinden. Je hebt allerlei prop-adapters, maar deze zijn vrij duur en vooral geschikt voor gladde assen. De oplossing heb ik gevonden in het inlijmen van stukjes messing buis.  Dit past precies en blijkt een zeer goedkope oplossing. M4 boutje met ring eronder en M4 borgboutje met ring erboven, klaar is Kees!

Morgen ga ik een prop-balancer maken. Propellers moeten zoveel mogelijk in evenwicht zijn teneinde trillingen te voorkomen.

   

Vandaag kwam ook mijn LCD-backlight binnen. De zender is hier standaard niet mee uitgerust en kippig als ik ben was dit wel erg moelijk lezen. Monteren was eenvoudig en  het resultaat helemaal top!

 

Airborne!

Maar, nog niet met mijn quad. Op veel plaatsen wordt sterk aangeraden eerst wat ervaring op te doen met heli-vliegen voordat je een multirotormachine van ruim 1 kilo de lucht in stuurt. Dit heb ik maar ter harte genomen. Op RC Heliparts vond ik een leuke set met een 4 kanaals coaxiaal helicoptertje voor binnen en een fixed pitch exemplaar waar je ook buiten mee kunt vliegen. Dit zijn de Blade MCX en 120SR.

   

De coax heeft 2 tegen elkaar indraaiende rotors en is, samen met de ingebouwde giroscoop daardoor zeer stabiel. Fixed Pitch betekent dat de bladen star aan de as zijn bevestigd. De assen van beide machines kunnen wel kantelen, waarmee je voor, achteruit, naar links en rechts kunt vliegen.

Het einde nadert

Vandaag weer behoorlijk opgeschoten. De eerste twee motoren gemonteerd en aangesloten. De ESC’s geplaatst en een nieuwe stekker aan de LiPo gesoldeerd. Dit laatste was nog een spannend klusje omdat de LiPo namelijk half vol zit. Als ik kortsluiting maak kan ik de accu afschrijven.

   

De powerdistibutie werkt! Als ik de accu aansluit krijgt het Arduino-bordje netjes zijn voeding via de BEC van de ESC!

Wat rest zijn de twee laatste motoren, de propellers en het sensorbord. De propellers moeten nog uit Duitsland komen en over de sensors ben ik nog niet uit. Ga ik een Wii Motion plus met Nunchuck of een FFImu gebruiken. Hier later meer over.

Stroomdistibutie en batterijophanging

De motoren die ik gebruik gebruiken bij een 3-cel LiPo accu (11-12V) maximaal 18A stroom. Ik gebruik vier van die motoren, dus de maximale stroom kan oplopen tot 72A. Ter vergelijking, een kleine lastravo gebruikt ergens tussen de 40 en 100A (bij 48V).

Je hebt dus zeker op het stuk tussen de accu en de splitsing van de stroom een behoorlijke hoeveelheid koper nodig. De draad die uit de accu komt is van het type AWG10 en heeft in de doorsnede een oppervlakte van 5,3 mm2. Ik heb daarom vanag de aansluiting van de accu gekozen voor draad met een doorsnede van 6 mm2. Deze sluit aan op 2 op elkaar gesoldeerde messing ringen. De doorsnede is ruim 10 mm2. Mag geen problemen opleveren dus. In de ringen zijn de stekkers van de ESC’s (snelheidsregelaars voor de motoren) gesoldeerd. Tussen de polen zit een plaatje GVK en het geheel is met smeltlijm geïsoleerd.

Deze ring is gelijmd op een bord waar de accu onder hangt.

  

Nieuwe werkruimte

Ik begon op een opklaptafeltje van Blokker. Niets mis mee, maar het werkblad is ongeveer 3 mm dik en de electrische apparaten staan als ze in bedrijf zijn behoorlijk te schudden. Ook het vastklemmen van een kleine bankschroef op de alluminium rand was bijna een levensgevaarlijke klus. Afgelopen week liep ik door de plaatselijke Hornbach omdat ze daar zo heerlijk gesorteerd zijn met allemaal schoefjes, moertjes en aanverwante artikelen die je ook nog eens per stuk kunt afrekenen.

Daar liep ik tegen een werkbanksysteem aan, erg mooi, met stalen lades en ophangsystemen voor gereedschap. Je kunt echter de bladen los kopen. Dit blad met losse poten (de poten die bij het systeem horen zijn te hoog) blijkt voor mij een mooie oplossing, zeker toen bleek dat de laatste 1,7 meter-bladen voor een prikkie (€20) de deur uit gingen. Een ladesysteempje van Ikea erbij en ik kan weer volop klussen.

Dragonfly

Terwijl ik druk bezig ben met het maken van de powerdistributie even een intermezzo. Vanmiddag heeft Tim zijn Dragonfly gevonden en het was prachtig weer, dus…. Zou hij het buiten doen?

En ja hoor! Nog wat onwennig en we zijn bezig dit insect te trimmen (stukjes van de vleugel knippen ;)). Na 2 acculadingen begint hij er al aardig het gevoel voor te krijgen. Inmiddels vliegt hij al zonder staart. Komt dus helemaal goed.

Solderen

Vanavond de eerste solderingen gemaakt. Op het Warthox bordje moeten de aansluitingen voor de motoren, ontvanger, de Arduino en de sensors komen. Klein gepriegel, maar het is me gelukt alles netjes op de print te bakken. Klein truukje uitgehaald om de pinheaders waar de arduino op zit netjes uit te lijnen. Ik heb een stukje experimenteerprint genomen en die als mal gebruikt en vastgezet met 2 klemmetjes. De soldeergaten in de Arduino hebben het zelfde 1/10″ raster als het experimenteerbord.

  

Nu de pinheaders voor het interfacebordje naar de computer (FTDI-breakout) op de Arduino zitten kan ik eindelijk dit bordje testen. Een videootje van gemaakt.