David Indermühle

Vortrag (Drohnen) David Indermühle 09.12.2014

Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung... 3 2. Entwicklung... 3 3. Einsatzgebiet... 3 4. Funktion... 4 4.1. Antrieb von Quadrokoptern... 4 4.2. Steuerung des Quadrokopter... 4 4.2.1. Rollen-Roll... 5 4.2.2. Nicken-Pitch... 5 4.2.3. Gieren-Yaw... 5 4.3. Elektrische Stabilisierung durch Gyroskope... 5 4.4. Anzahl Rotoren... 5 5. Verschiedene Modelle und Hersteller... 6 5.1. Parrot AR Drone:... 6 5.2. DJI Phantom 2... 6 5.3. DJI Inspire 1... 6 5.4. Height-Tech Drohnen... 7 5.4.1. HT-6(Hexakopter)... 7 5.4.2. HT-8... 7 5.4.3. HT-8 C180... 8 6. Gesetze... 8 7. Neusten Entwicklungen... 9 7.1. E-VOLO... 9 7.2. Easyjet... 10 8. Spezielles & Fazit... 10 9. Quellenangabe:... 11 09.12.2014 David Indermühle 2

1. Einleitung Ein ist ein Flugkörper mit mehr als zwei Rotoren. Ein Vorteil gegenüber normalen Helikoptern ist, die einfachere Rotormechanik. Helikopter welche Komplexe Rotormechaniken haben, haben eine bessere Stabilität bei Windstössen und ein besseres Handling. verwenden häufig stabilisierte Blätter. Die Steuerung wird durch Variation der Geschwindigkeit jedes einzelnen Rotors erzeugt. 2. Entwicklung Zu Beginn der Entwicklung von Hubschraubern wurde häufig eine Vielzahl von Rotoren eingesetzt weil man sich nicht die Steuerung via Taumelscheibe noch praktisch nicht vorstellen konnte. 1920 hatte ein Französischer Luftfahrtpionier mit Drehflügel experimentiert. 1922 hob er erstmals in die Luft. Bei diesem frühen Quadrokopter waren die vier Rotoren elastisch, und ihre Winkel konnten durch Seilzüge verändert werden. Mit diesem Quadrokopter wurden mehr als 1000 Flüge absolviert. 3. Einsatzgebiet Momentan werden keine personentragenden Quadrokopter mehr eingesetzt. Sie werden häufiger im Modellbau und in der Luftbildfotografie eingesetzt. Neben den kommerziell angebotenen Geräten entstehen auch immer vermehrt Privatprojekte und Eigenentwicklungen. Im Hobbybereich können oft über die Bewegungssensoren im Smartphone oder Tablet gesteuert werden, so kann die Bedienung schnell und intuitiv erlernt werden. Hochschulen befassen sich mit der Forschung im Bereich des Schwarmverhaltens. Quadrokopter-Drohnen finden zudem auch ihren Einsatz im Militär. Dort werden sie meistens zur Aufklärung von schwer zugänglichen Krisengebieten eingesetzt. Doch dank 09.12.2014 David Indermühle 3

der Tragkraft könnten sie auch zum Transport von lebensnotwendigen Hilfsmitteln benötigt werden. Die Deutsche Post AG führte im Dezember 2013 einen Demonstrationsflug durch. Dabei wurden Medikamente mit einem Quadrokopter an einen Mitarbeiter der Deutschen Post geliefert. Inzwischen wird mit dem DHL Paketkopter jeden Freitag eine Lieferung auf die Insel Juist geliefert. 4. Funktion 4.1. Antrieb von Quadrokoptern Im Modellbau und bei Drohnen in Quadrokopterbauweise werden die Propeller meistens direkt über dem Getriebe durch Gleichstrommotoren angetrieben. Diese sind als Außen- oder Innenläufer ausgelegt und am äußeren Ende von Auslegern befestigt. Die elektrische Energie beziehen sie gewöhnlich von Lithium-Polymer- Akkumulatoren. Die Rotoren A und C drehen nach rechts und die Rotoren B und D nach links. 4.2. Steuerung des Quadrokopter Im Schwerpunkt des Quadrokopter, meistens mittig im Zentrum, wird die Steuerelektronik platziert. Diese beurteilt die aktuelle Lage anhand von Sensoren(Gyroskop und auch GPS) die aktuelle Lage und Regelt die Rotoren. Jeder Motor hat meistens einen eigenen Controller. Durch unterschiedliche Drehzahle der Rotoren wird ein Steuerbefehl der Fernbedienung umgesetzt. Nebst dem Steigen, dass durch höhere Drehzahl erreicht wird, gibt es noch Folgende Bewegungen: 09.12.2014 David Indermühle 4

4.2.1. Rollen-Roll Rollen steht für die Bewegung nach links und rechts. Drehen sich die rechten Rotorn schneller als die linken, so neigt sich der nach links und fliegt auch in diese Richtung. Und Umgekehrt natürlich dasselbe. 4.2.2. Nicken-Pitch Um den Quadrokopter nach vorne zu bewegen, wird durch Neigung Vortrieb erzeugt. Analog zur Roll-Bewegung drehen sich in diesem Fall die hinteren Rotoren schneller als die vorderen. Soll es zurückgehen, drehen die vorderen Rotoren schneller als die hinteren. 4.2.3. Gieren-Yaw Die Gier-Bewegung bedeutet so viel, wie die Drehung um die eigene Hochachse. Das heisst der dreht sich an Ort und Stelle, dazu müssen die Rotorpaare unterschiedlich sein. Drehen die linksdrehenden Rotoren schneller als die rechtsdrehenden Rotoren dreht er sich nach links. Umgekehrt dreht sich der nach rechts. 4.3. Elektrische Stabilisierung durch Gyroskope Grundlage für die Weiterentwicklung der Modell und UAV-Quadrokopter sind die Fortschritte in der Elektronik und Sensorik, die ab etwa 200 auf dem Markt verfügbar waren und ab 2004 in Serienmodellen erschienen. Leistungsfähige Mikrokontroller werten die Daten von Gyroskopen aus und können so Kippmomente die plötzlicher auftreten als bei Hubschraubern, da der Auftriebsschwerpunkt meistens auf der Rotorebene liegt, automatisch ausregeln. Weitere Sensoren wie Kompass, Höhenmeter oder GPs ermöglichen auch eine exakte Positionierung über dem Grund. 4.4. Anzahl Rotoren Nebst den Quadrokoptern mit vier Rotoren gibt es auch noch mit 6,8 und 12 Rotoren. Umso mehr Rotoren vorhanden sind desto besser, kann der Ausfall eines Rotors kompensiert werden. Es gibt Sogar einige die den Ausfall eines Rotors bemerken und automatisch kompensieren. 09.12.2014 David Indermühle 5

5. Verschiedene Modelle und Hersteller Es gibt mittlerweile sehr viele verschiedene Modelle auf dem Markt. Hier sind einige. 5.1. Parrot AR Drone: Die AR.Drone 2.0 enthält eine HD Kamera. Das Bild kann direkt auf einen USB Stick oder Remote-Gerät gespeichert werden, während des Fluges. Das Video wird via WIFI direkt auf das Smartphone oder einen Remote-Controller übertragen. Die AR Drohne kostet zwischen 300.- und 450.- Franken. 5.2. DJI Phantom 2 Von dieser Drohne gibt es 3 verschiedene Kategorien. - DJI Phantom 2 Preis : 599 - DJI Phantom 2 Vision Preis : 749 - DJI Phantom 2 Vision + Preis : 1129 Der einzigen Unterschiede ist der Aufnahmewinkel der HD Kamera (Kamera bei der DJI Phantom 2 nicht vorhanden) und die Art der Fernbedienung. 5.3. DJI Inspire 1 Mit einem Aerodynamischen System kann der Winkel der Ausleger zum Hauptkörper der Drohne verstellt werden. Die Drohne verfügt über eine 4K Kamera, die um 360 rotiert werden kann. Die Ausleger sind komplett aus Karbon. Mit der App ist eine Liveübertragung möglich. Die App verfügt über eine Auto Landing und Takeoff Funktion. Diese Drohne kostet ca. 2900 Euro. 09.12.2014 David Indermühle 6

5.4. Height-Tech Drohnen Height-Tech hat drei verschiedene Drohnen entwickelt. Darunter sind ein Hexakopter und zwei Oktokopter. Sie sind alle bekannt für ihre extreme Windstabilität und Flugpräzision. Es sind alle Drohnen für Liveübertragungen geeignet. Alle dieser Firma verfügen über dieselbe Bodenstation. Während des Fluges wird das Sucherbild der Kamera über den HDMI- oder AV-Anschluss mittels eines Videosenders auf die Bodenstation des Piloten übertragen. So kann der perfekte Bildausschnitt kontrolliert werden. Zum Empfangen des Bildsignals werden Diversity- Empfangssysteme verwendet. Dieses wählt automatisch über mehrere Empfangsantennen die jeweils höchste Empfangsqualität aus. Über die Bodenstation kann nicht nur die Drohne sondern auch die Kamera gesteuert werden. 5.4.1. HT-6(Hexakopter) Der HT-6 besitzt 6 Rotoren die Symmetrisch zueinander angeordnet sind. Es ist keine Kamera in der Drohne integriert. Die Kamera kann via HDMI Kabel angeschlossen werden. Die Nutzlast beträgt 1800g inklusive Kameraaufhängung und Flug Akku. Das max. Abfluggewicht ist 3200g. Die Maximale Flugdauer beträgt 14 min und stabiler Flug wird bis zu 45km/h Windgeschwindigkeit garantiert. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 60km/h. Der Preis beträgt 11852.4. 5.4.2. HT-8 Der HT-8 besitzt 8 Rotoren die Symmetrisch zueinander angeordnet sind. Auch hier ist keine Kameras in der Drohne integriert, Kameras können aber auch hier via HDMI Kabel angeschlossen werden. Die Nutzlast beträgt 2400g auch inklusive Kameraaufhängung und Flugakku. Das max. Abfluggewicht ist 5kg. Die Flugdauer beträgt 18 min. Die Drohne kann eine Geschwindigkeit von 70km/h erreichen. Kostet ca. 26000. 09.12.2014 David Indermühle 7

5.4.3. HT-8 C180 Der HT-8 C180 besitzen 8 Rotoren die nicht Symmetrisch zueinander angeordnet sind, da die Kamera auf derselben Höhe wie die Rotoren ist. Dies soll ein besseres Handling des Kamerabildes ermöglichen. Die Nutzlast beträgt 2350g auch inklusive Kameraaufhängung und Flugakku. Das max. Abfluggewicht ist 5kg. Die Flugdauer beträgt 18 min. Die Drohne kann eine Geschwindigkeit von 70km/h erreichen. Kostet ca. 30000. 6. Gesetze Rechtlich sind Drohnen den Modelflugzeugen gleichgestellt. Die wichtigsten Regelungen sind hier Aufgeführt: Sofern der «Pilot» jederzeit direkten Augenkontakt zu seinem Flugobjekt hat, dürfen Drohnen und Flugmodelle ohne Bewilligung betrieben werden. Will jemand technische Hilfsmittel wie Feldstecher oder Videobrillen einsetzen, um die natürliche Sichtweite der Augen zu erweitern, ist dafür eine Bewilligung des BAZL erforderlich. Innerhalb des Sichtbereiches des «Piloten» ist der Betrieb mit Videobrillen und dergleichen gestattet, sofern ein zweiter «Operateur» den Flug überwacht und bei Bedarf jederzeit in die Steuerung des Fluggerätes eingreifen kann. Der «Operateur» muss sich am gleichen Standort befinden wie der Pilot. Ein automatisierter Flug (autonomer Betrieb) innerhalb des Sichtbereiches des «Piloten» ist erlaubt, sofern dieser bei Bedarf jederzeit in die Steuerung eingreifen kann. Luftaufnahmen sind zulässig, sofern die Vorschriften zum Schutz militärischer Anlagen berücksichtigt werden. Zu beachten sind dabei auch der Schutz der Privatsphäre respektive die Vorschriften des Datenschutzgesetzes. Über Menschenansammlungen bzw. im Umkreis von 100 Metern von Menschenansammlungen dürfen Drohnen grundsätzlich nicht betrieben werden. Wer eine Drohne oder ein Flugmodell mit mehr als 500 Gramm Gewicht betreibt, muss für allfällige Schäden eine Haftpflichtdeckung im Umfang von mindestens 1 Million Franken gewährleisten. In der Nähe von Flugplätzen bestehen Einschränkungen für Flüge von Drohnen und Flugmodellen. Es ist zum Beispiel nicht gestattet, solche Fluggeräte näher als 5 Kilometer von den Pisten entfernt fliegen zu lassen. Kantone und Gemeinde können ergänzende Einschränkungen für den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen erlassen. Für öffentliche Flugveranstaltungen, an denen ausschliesslich Modellflugzeuge oder Drohnen eingesetzt werden, ist nach wie vor keine Bewilligung des BAZL erforderlich. 09.12.2014 David Indermühle 8

7. Neusten Entwicklungen 7.1. E-VOLO Das deutsche Unternehmen E-Volo ist seit einigen Jahren an der Forschung von Volokoptern (elektrisch angetriebene Bemannten ). Im Oktober 2011 schaffte das Unternehmen den ersten Flug der durch rein elektrischen Antrieb stattfand. Mitte 2012 sagte das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie dem Unternehmen zwei Millionen Euro Förderungsmittel zu. E-Volo entwickelte den VC200, der mit 18 Einzelmotoren ausgerüstet ist und bis zu zwei Personen tragen kann. Auf der Luftfahrtausstellung Aero Friedrichshafen präsentierte das Unternehmen im April 2014 einen Prototyp der Maschine. Das Ziel der Entwickler ist ein zulassungsfähiger, zweisitziger Volokopter, basierend auf der Konzeptstudie VC Evolution 2P mit folgenden Flugleistungen: Geschwindigkeit: über 100 km/h Erreichbare Flughöhe: über 6500 ft (1981,2 m) Abmessungen: Höhe 2,20 Meter, Durchmesser auf Rotorebene 9,80 Meter. Abflugmasse: 450 kg Flugdauer: rund 1 Stunde Der VC 200 wird mit einem Fallschirm-Rettungssystem ausgestattet, was bei Hubschraube bis jetzt nicht vorhanden war, da der Hauptrotor den Weg nach oben versperrte. 09.12.2014 David Indermühle 9

7.2. Easyjet werden in vielerlei industriellen Bereichen zur Wartung eingesetzt. Nun will auch Easyjet auf diese Technik setzen, um Inspektionen an Flugzeugen durchzuführen. Easyjet stellte jüngst -Systeme vor, die die kosten- und zeitintensiven Wartungen der Flugzeuge in naher Zukunft übernehmen könnten. Die ferngesteuerten Hexakopter sind mit hochauflösenden Kameras und diversen Sensoren ausgestattet, mit denen sich die Außenhaut von Flugzeugen innerhalb von wenigen Stunden k omplett inspizieren lässt, etwa nach Blitzeinschlägen. Dazu benötigt es lediglich eine Bodenstation und einen Piloten. Die Filmaufnahmen könnten zeitgleich ausgewertet oder sogar gespeichert und dokumentiert werden. 8. Spezielles & Fazit Nicht alle Leute sind Drohnen Liebhaber. Im US-Bundesstaat Connecticut wurde ein 17 Jähriger Junge von einer Frau attackiert, weil er seine Drohne an einem öffentlichen Strand Testen wollte. Da der Junge alles mit dem Handy aufgenommen hatte, wurde die Frau kurze Zeitspäter in Polizeigewahrsam genommen. werden auch immer wieder wegen Datenschutz und Spionage schlecht gemacht und sind deshalb bei einigen Leuten unbeliebt. Wenn man zum Filmen benötigen will, und nicht ein halbes Vermögen ausgeben möchte, doch trotzdem einen guten haben will, wird auf vielen verschiedenen Internetseiten die DJI Phantom Produktserie empfohlen. Wenn man aber nur eine Drohne zum Spass will, bekommt man diese auch schon ab 50.- Fr. Ich persönlich finde es eine interessante Erfindung, und habe mir auch schon überlegt einen zu kaufen. 09.12.2014 David Indermühle 10

9. Quellenangabe: http://www.technikblog.ch/2013/03/projekt-multicopter-wie-funktioniert-ein-multicopter/ http://de.wikipedia.org/wiki/quadrocopter# http://de.wikipedia.org/wiki/parrot_ar.drone http://en.wikipedia.org/wiki/multirotor http://fpv-community.de/wiki/index.php?title=quadrocopter http://www.dji.com/product/inspire-1/feature https://store.dji.com/product/phantom-2-vision-plus http://ardrone2.parrot.com/ http://de.wikipedia.org/wiki/volocopter http://www.bazl.admin.ch/dienstleistungen/02658/index.html?lang=de http://www.drohnen.de/1405/drohnen-und-multikopter-easyjet-setzt-auf-zukunftstraechtigeinspekteure/ http://www.drohnen.de/3208/hubsan-x4-mini-quadrokopter-erster-eindruck-test-underfahrungsbericht/ 09.12.2014 David Indermühle 11