AR.DRONE Tuning für den fliegenden Linux-Computer

Transkript

1 AR.DRONE Tuning für den fliegenden Linux-Computer Prof. Dipl.-Ing. Klaus Knopper

2 AR.DRONE 2.0 Technische Daten Quadrocopter (4 Propeller) Motoren: 4 bürstenlose Innenläufermotoren (max. 14,5 Watt / U/min) Prozessor: 1-GHz-32-bit-ARM Cortex A8 1GB DDR2-RAM (200MHz) OS: Linux Akku: 1000-mAh-Lithium-Polymer Frontkamera: HD Ready (720p = 1280x720) Bodenkamera: QVGA Sensoren: dreiachsiges Gyroskop, dreiachsiges Magnetometer, Ultraschall bis 6 Meter + Luftdruck-Sensor Funkverbindung (Smartphone/Tablet): WiFi b/g/n (Reichweite max. 80m, bei durchschnittlichem Elektrosmog eher 20)

3 Quadrokopter Technik

4 Konnektivität Wifi unverschlüsselt (Drohne = Accesspoint) Feste Kopplung über Beschränkung auf MAC- Adresse des Smartphones (Kidnapping möglich!) Shell-Zugang per telnet AR.DRONE-eigenes Kommando-Protokoll per UDP Port 5556 Video-Übertragung per UDP Port 5555 Bei Verlust der Kontrollverbindung wird die aktuelle Position beibehalten (je nach Windverhältnissen, siehe Demo-Video), nach einiger Zeit (Akkuzustand) wird eine sanfte Landung versucht. Videoaufzeichnung offline auf USB-Stick, Bilder auf internes Flash (können anschließend per App heruntergeladen werden)

5 Tunings (sortiert nach Zeitaufwand) 1. Akkulaufzeit: High Capacity Akkus 2. Vogelperspektive: Frontkamera drehen 3. Flugeigenschaften: Kugellager wechseln 4. Bildqualität: Frontkamera Fokus justieren 5.Flugeigenschaften + Bildqualität: Propeller ausbalancieren 6. Weitere Empfehlungen

6 1. Akkulaufzeit Für die AR.DRONE 2.0 werden diverse Akkus mit höherer Kapazität angeboten. Problem: Mehr Kapazität Höheres Gewicht + schlechterer Formfaktor Kompromiss: 1500 mah HD Akku vom Hersteller (passt ins Gehäuse und erhöht die Flugzeit von 7 auf ca. 10 Minuten)

7 2. Vogelperspektive Standardmäßig ist die Frontkamera fast horizontal ausgerichtet Objekt wird von der Seite gefilmt. Besser: Kamera um 5-10 nach unten drehen, um aus der Vogelperspektive einen interessanteren Blickwinkel zu erhalten. Problem: Die Kamera ist am Kunststoff-Arm vorne festgeklebt. Tuning: Plastik vorsichtig mit Skalpell entfernen (Achtung: Flachbandkabel oben nicht beschädigen!) und Kamera im gewünschten Winkel mit PEThaftendem Kunststoffkleber befestigen.

8 3. Kugellager wechseln Standardmäßig sind keine Kugellager vorhanden, sondern lediglich Messing-Gleitlager, die sich durch Abrieb selbst schmieren. Reibung = Verlustleistung + Verschleiß! Besser: Gedichtete Highspeed-Präzisions-Kugellager verwenden. (Kostenpunkt: 8 Stück ca. 24 EUR) Tuning: Propeller und Achsen ausbauen, alte Gleitlager vorsichtig mit Schraubendreher herausdrehen (Kreisel-Bewegung genügt, keine Gewalt anwenden!), neue Lager eindrücken, Achse, Zahnrad und Propeller wieder einbauen und mit Sprengringen (oft sind neue dabei) wieder befestigen.

9 4. Fokus korrigieren (1) Standardmäßig ist die Webcam -Frontkamera auf eine Schärfentiefe von wenigen Metern eingestellt, d.h. entferntere Objekte sind unscharf. Durch Drehen des Objektivs um 1-2 kann die Schärfentiere auf längere Distanzen optimiert werden. Problem: Das Objektiv ist am Gewinde festgeklebt! Tuning: Klebstoff zwischen Objektivring und Gewinde vorsichtig entfernen (keine Lösungsmittel verwenden, da diese Linse und Kunststoff angreifen!). Der verwendete Kleber ist zum Glück von schlechter Qualität und mit etwas Übung in ein paar Minuten entfernbar.

10 4. Fokus korrigieren (2) Die Schärfentiefe richtig einzustellen erfordert ein gutes Display oder Vergrößerung des Bildausschnittes, in dem sich in der gewünschten Entfernung stehende Objekte befinden. Unter Android kann mit der Accessibility -Funktion 3-Klick-Zoom die Vergrößerung in der FreeFlight-App aktiviert werden. Im Zweifelsfall: Objektivposition mit Strich markieren, Foto erzeugen und herunterladen, und dann nächste Position ausprobieren. Fotos vergleichen.

11 5. Propeller ausbalancieren (1) Die Propeller haben durch Ungleichverteilung der Masse auf den beiden langen Seiten eine Unwucht, die sich bei hoher Drehzahl als Vibration bemerkbar macht. Durch die Videokodierung entsteht dann ein Wabern des Bildes auch bei Windstille. Außerdem verbraucht die Vibration unnötig Energie und reduziert die Flugzeit. Im Internet kursieren verschiedene Anleitungen zum Hinzufügen oder Entfernen von Masse auf den Propellerseiten. Da der verwendete Verbund- Kunststoff sehr resistent gegen Lacke oder Kleber ist, ist vom Auftragen von Material eher abzuraten. Abschleifen des überschüssigen Materials ist besser.

12 5. Propeller ausbalancieren (2) 1.Auseinandernehmen von Propeller und Achsen durch vorsichtiges Entfernen der Sprengringe. Hierzu gibt es ein Spezialwerkzeug, das Herausziehen mit einem Uhrmacher-Feinwerkzeug-Schraubenzieher tut's aber auch. 2.Propeller auf die herausgenommene Achse setzen und drehen. Die schwerere Seite wird sich nach unten einpendeln. 3.Zunächst mit grobem, anschließend feinerem Sandpapier Material von der schwereren Seite (Unterseite) abschleifen, am besten gleichmäßig nach Mitte und außen, bis beide Propellerseiten gleich schwer sind.

13 5. Propeller ausbalancieren (3) 4.Propeller und Zahnrad wieder auf Achse und in Achslager einsetzen, Sprengringe wieder vorsichtig einsetzen. Die abgerundete Seite der Sprengringe sollte nach oben zeigen, sonst drehen sie sich auf dem Propeller und fräsen mit der Zeit Löcher ins Plastik. 5.Vorgang mit den restlichen 3 Propellern wiederholen, dabei darauf achten, dass jeder Propeller wieder an die ursprüngliche Stelle eingesetzt wird!

14 6. Weitere Empfehlungen Nach Ändern des Kamerawinkels muss mit Skalpell oder Linolmesser noch Material rund um die Kamera von der Außen- und Innenhülle entfernt werden, da man diese sonst auf den Fotos/Videos sieht. Ein Verlängern der Füße mit Kabelbindern zum Dämpfen der Landung oder zum Erhöhen des Startpunktes, Abstand für den Einbau einer GoPro -Kamera oder ähnlichem ist möglich, erhöht aber das Gewicht und die Drohne passt nicht mehr in die alte Verpackung. Wichtig: Wasserfesten Aufkleber mit Telefonnummer auf der Drohne anbringen!

15 Ende