ArduPilot
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.