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.