Wii Copter

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Die Idee

Die Grundidee ist es mit günstigen und einfach zu beschaffenden Komponenten einem Multicopter zu bauen.

Dabei ist das ursprüngliche Projekt als Open-Source gehalten, so das es immer weitere Varianten gibt, wie das Projekt Ardu-Copter. Die Website mit dem Projekt, auf das sich hierbezogen wird, findet sich im Internet unter http://www.multiwii.com

Obwohl auch optional eine Stabilisierung für eine Kamera und die Möglichkeit einer Höhenregelung über einen Luftdrucksensor vorgesehen ist liegt der Hauptanwendungsbereich bei der Fun-Fliegerei mit der Möglichkeit gelegentlich eine Kamera mit zu nehmen, aber auf Grund er fehlenden GPS-Navigation wohl weniger im Bereich der Luftbildfotografie.

Komponenten

Arduino

Herzstück dieser Multicopter-Steuerung bildet das Arduino-Board, für gewöhnlich kommt das "Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz" zum Einsatz. Alternativ kann auch das "Arduino Nano V3.0" eingesetzt werden, was schon eine USB-Schnittstelle zum programmieren mitbringt oder das "Seeeduino Mega" welches mehr Ein- und Ausgänge zur Verfügung stellt.

Die Arduino-Board werden i.d.R. mit betriebsfertigem Bootloader ausgeliefert, es muß lediglich die Firmware aufgespielt werden und die Parameter für den Betrieb eignestellt werden ( Mittels GUI-Software [ GUI : Grafical User Interface ]).

Die nötige Software findet man unter http://www.multiwii.com

Wii Motion Plus

Das Wii-Motion Plus ist ein Zubehörteil für die Wii-Spielekonsole das neben einem 3-Achsen-Gyroskop auch einen Microchip mit A/D-Wandler beinhaltet der die Sensoren ausliest und die Werte über einen I²C-Bus bereitstellt.

Wii Nunchuck (optional)

Ebenfalls ein Zubehörteil für die Wii-Spielekonsole das neben dem für den Betrieb im Wii-Copter überflüssigen Steuerstick einen 3-Achs-Beschleunigungssensor, der ebenfalls über den I²C-Bus abgefragt wird, bereitstellt.

Weil es mit dem Sensor aus dem Nunchuck öfters zu Problemen gekommen ist, wird alternativ dazu der 3-Achsen-Beschleunigungssensor "BOSCH BMA020" der zudem auch noch günstiger ist.

Die Vorteile des BMA020 liegen im Vergleich zu anderen Beschleunigungssensoren wie dem ADXL345 und BMA180 im günstigerem Preis und darin das die Versorgungsspannung vom Regler-BEC verwendet werden kann. Die MultiWii Software unterstützt die oben genannten ACC ab der Version 1.6pre.

barometrischer Drucksensor (optional)

Will man das der Multicopter selbstständig die Höhe halten kann muss man diese messen, dazu wird der "BMP085" verwendet, der wie auch die anderen Sensoren über den IC2-Bus abgefragt wird. Da dieser Sensor allerdings nur für Ca. 3,3V Betriebsspannug ausgelegt ist, aber die restliche Elektronik mit 5V arbeitet muss man entweder die Spannung über Dioden herabsetzen oder man setzt einen Pegelwandler (z.B. "Sparkfun BOB-08745") ein.

Aufbau

Allgemein

Grundverdrahtung eines Quadro Wii Copters

Die Verbindung zum Empfänger erfolgt mit Einzelleitungen, + und - des Empfängers werden an einem Ausgang abgegriffen und mit dem Arduino-Board verbunden. Die Verbindung des Wii Motion Plus ( WMP ) erfolgt mit 4 Leitungen ( Vcc, Gnd, Data, Clock ). Wird ein Nunchuk ( NK ) oder BMA020 Beschleunigungssensor verwendet, so wird dieser mit 4 Leitungen mit dem WMP verbunden. Durch den I²C-Bus, der durchgeschleift ist, erfolgt mittels der Firmware ( Sketch ) im Arduino die Auswertung aller am I²C-Bus angeschlossenen Sensoren.

Genaue Schaltpläne für die Verdrahtung der verschiedenen Modellmöglichkeiten ( Quad, Tri, Y6, .... ) findet man unter http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1340771

Tricopter

(hier soll was zum Anschluss der Regler und des Servos hin, incl. der möglichen Optionen was Zusatzfunktionen angeht )

Quadrocopter

(sinngemäß wie Tricopter)

Hexacopter

(sinngemäß wie Tricopter)

Y-Hexacopter

(sinngemäß wie Tricopter)

Octocopter

(sinngemäß wie Tricopter)

Konfiguration

(hier soll z.B was hin zum einstellen der Gaswerte ,des Senders, ...)

Setup

(hier soll was hin zum einstellen der Regelparameter & Co)

PID - Was ist das, was macht es

Die PID-Werte (engl: proportional–integral–derivative, deu: proportional-integrierend-verzögernd) besteht aus den Anteilen des P-Gliedes, des I-Gliedes und des D-Gliedes. Diese drei Werte dienen zum Erfassen von sämtlichen Einflüssen auf ein System. Im Fall eines Multirotorsystems sind die Einflüsse Winkelveränderungen (Gyro), Beschleunigungen (ACC und Magnetometer) und Druckveränderungen (Barometer) existent, ständig durch die Sensoren zu erkennen und durch die PID-Regler die Lage zu stabilisieren.

P-Wert

P ist die Korrekturkraft die den Copter wieder in seine Ausgangsposition bringt. Je höher der P-Wert ist, desto höher ist die Kraft mit der der Copter wieder in seine Ausgangsposition zurückkehren will.

Erhöhung des P-Wertes: Der Copter ist immer stabil bis der P-Wert zu hoch ist. Dann beginnt der Copter zu schwingen und man beginnt die Kontrolle zu verlieren.

Senkung des P-Wertes: Wird der P-Wert zu weit gesenkt, gerät der Copter ebenfalls außer Kontrolle.

Praxiswerte: Bei Coptern mit 35 bis 40cm Achsabstand sind P-Werte von 3,0 bis 3,5 auf ROLL und PITCH empfehlenswert. Für weniger als 30cm Achsabstand sollte der Wert unter 3,0 liegen.

I-Wert

I ist der Zeitraum, bei dem die Winkel- und/oder Änderung abgetastet und gemittelt wird. Der Ausschlag der Korrekturkraft wird somit bestimmt, um zur Ausgangsposition zurück zukehren.

Erhöhung des I-Wertes: Wird der I-Wert erhöht, so erhöht man die Wahrscheinlichkeit die Ausgansposition zu halten und Drifts zu reduzieren. Ebenso steigt die Verzögerung für die Rückkehr in die Ausgansposition.

Senkung des I-Wertes: Die Verzögerung der Veränderung wird verkleinert, der Drift erhöht sich, die Fähigkeit Position zu halten wird reduziert.

Praxiswerte: Werte zwischen 0,010 und 0,050 sind in der Realität normal. Wert mit maximal 0,005 erhöhen oder senken.

D-Wert

D ist die Geschwindigkeit mit der der Copter in seine ursprüngliche Position zurückkehren will. Der Wert bei D ist ein Negativwert!

Erhöhung des D-Wertes: Hier wird die Geschwindigkeit erhöht mit der der Copter in seine Ausgangsposition zurück will. Mit Erhöhung des D-Wertes steigt die Wahrscheinlichkeit des Aufschwingens. Dies spielt auch mit der Wirkung des P-Wertes zusammen.

Senkung des D-Wertes: Reduziert die Geschwindigkeit mit der der Copter in seine Ausgangsposition zurück will.

Spannungsüberwachung

Für das Ausrechnen der ADC-Werte der Spannungsüberwachung gibt es eine kleine Exceltabelle. In der Tabelle einfach die gewünschte Warnschwelle (Spannung) eintragen und der ADC-Wert wird ausgerechnet. Ebenso ist eine Berechnung der Spannung eines ADC-Wertes möglich. Hier ist diese Datei zu finden.

Betrieb

(Hier sollen allgemeine Hinweise zum betrieb hin )

FAQ

(Frage und Antwortspiel)

Links

RHF-Forum

Der WII-Copter (Selbstbau-Projekt) http://www.rc-heli-fan.org/viewtopic.php?f=255&t=79362

Hauptseite des Ursprungs-Projektes mit Links zu verwendeten Firmware und Prog.-Software http://www.multiwii.com

LED-Steuerung MWClight http://www.rc-heli-fan.org/viewtopic.php?f=255&t=82517

MultiWiiKopter-Konfigurationsprogramm für Arduino (LCD) http://www.rc-heli-fan.org/viewtopic.php?f=255&t=80336

Baudokumentation - Mini Wii-Copter http://www.rc-heli-fan.org/viewtopic.php?f=255&t=82034

Baudokumentation - Wii-Y6 http://www.rc-heli-fan.org/viewtopic.php?f=255&t=81576

Rahmen

CAD-Dateien verschiedener Rahmen (Opensource) http://openkopterframe.svn.sourceforge.net/