ArduPilot – Funktionen, Hardware und Einsatzmöglichkeiten

1. Einführung in ArduPilot

ArduPilot ist eine der leistungsfähigsten Open-Source-Autopilot-Softwarelösungen für unbemannte Fahrzeuge (UAV, Rover, Boote und sogar U-Boote). Es unterstützt eine Vielzahl von Flugsteuerungen und bietet ein professionelles Missions- und Flugmanagement.
Die Software ist modular aufgebaut, unterstützt zahlreiche Sensoren und ist dank einer aktiven Entwickler-Community ständig weiterentwickelt.

2. Pixhawk als Flight Controller

Einer der bekanntesten Hardware-Träger für ArduPilot ist die Pixhawk-Serie.

Pixhawk 4 / 6 / Cube Orange sind robuste, modulare Flight Controller mit redundantem IMU-Setup (mehrfache Gyroskope und Beschleunigungssensoren).

Unterstützt werden Funktionen wie Dual-GPS, umfangreiche Telemetrie, Logging, sowie CAN-Bus für erweiterte Sensoren.

Pixhawk ist industrieller Standard im professionellen UAV-Bereich und wird von Unternehmen wie ProfiCNC und Hex Technology hergestellt.

3. Professionelle GPS-Systeme für ArduPilot

Für präzise Navigation ist die Auswahl des GPS-Systems entscheidend. Professionelle Systeme unterstützen RTK (Real Time Kinematic) und liefern Genauigkeiten bis auf wenige Zentimeter.
Beispiele für professionelle GPS-Module:

Here 3 / Here 4 (CAN GPS mit RTK-Unterstützung)

u-blox ZED-F9P GNSS-Module (Dual-Band, RTK, hohe Präzision)

Septentrio Mosaic Module (Industriequalität, cm-genaue Positionierung)

Emlid Reach M2/M+ (RTK/PPK-System für Vermessung und Mapping)

Trimble MB-Two (hochpräzises GNSS für professionelle UAVs)

4. Flugmodi: Waypoints, Position Hold, Return to Home

ArduPilot bietet eine Vielzahl von Flugmodi, die sowohl für Hobby- als auch Profieinsätze geeignet sind:

Waypoints: Ermöglicht die Planung von automatischen Flugrouten über Mission Planner oder QGroundControl. Hierbei können Wegpunkte mit Höhe, Geschwindigkeit und Aktionen (z. B. Kameraauslösung) definiert werden.

Position Hold: Die Drohne hält mit GPS-Unterstützung ihre aktuelle Position und Höhe stabil. Ideal für Foto- und Videoaufnahmen.

Return to Home (RTH): Automatischer Rückflug zum Startpunkt oder zu einem vordefinierten Home-Point. Wird oft bei Signalverlust oder niedrigem Akkustand aktiviert.

5. Motoren und Propeller

Die Auswahl von Motoren und Propellern hängt vom Einsatzprofil ab:

Brushless-Motoren (BLDC) sind Standard für Drohnen mit ArduPilot. Sie bieten hohes Drehmoment, Effizienz und eine lange Lebensdauer.

Propellergröße bestimmt die Effizienz und Tragfähigkeit:

Kleine Propeller (5–7 Zoll) → FPV- und Racing-Drohnen, sehr agil.

Mittelgroße Propeller (10–13 Zoll) → Allround-Copter, z. B. für Mapping.

Große Propeller (15 Zoll und mehr) → Langstrecken- und Nutzlastdrohnen.

Effizienz wird erreicht, wenn Motor-KV-Wert, Propellergröße und Akku-Spannung optimal abgestimmt sind.

6. Stromversorgung und LiPo-Auswahl

Die Energieversorgung ist ein kritischer Punkt bei allen UAVs:

LiPo-Akkus (Lithium-Polymer) sind Standard, da sie hohe Energiedichte und Entladeströme bieten.

Auswahlkriterien:

Spannung (S-Zahl):

3S (11,1 V) → kleine Drohnen

4S–6S (14,8–22,2 V) → Standard für FPV und Profidrohnen

6S–12S → für große Lastdrohnen

Kapazität (mAh): Bestimmt die Flugzeit. Beispiel: 10.000 mAh für Langstreckenplattformen.

C-Rate: Gibt maximalen Entladestrom an (z. B. 100C bei 5000 mAh = 500 A Spitzenstrom).

Stromversorgungssysteme:

Power-Module mit BEC (Battery Eliminator Circuit) zur stabilen Versorgung von Pixhawk und Peripherie.

Redundante Systeme mit zwei Akkus sind in professionellen UAVs üblich.