Drohnen und Multicopter bauen

Mit Bauanleitungen für verschiedene Modelltypen

John Baichtal

Übersetzung aus dem Amerikanischen von Knut Lorenzen

Impressum

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.

ISBN 978-3-95845-281-7

1. Auflage 2016

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Authorized Translation from the English language edition, entitled BUILIDING YOUR OWN DRONES: A BEGINNER’S GUIDE TO DRONES, UAVS, AND ROVS, 1st Edition by JOHN BAICHTAL, published by Pearson Education, Inc, publishing as Que Publishing, Copyright © 2016 by Que Publishing

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GERMAN language edition published by mitp Verlags GmbH & Co KG Copyright © 2016.

Lektorat: Sabine Schulz

Sprachkorrektorat: Petra Heubach-Erdmann

Coverbild: © Marek, fotolia.com

electronic publication: III-satz, Husby, www.drei-satz.de

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Anhang B: Bezugsquellen

Die Preise der benötigten Bauteile weisen manchmal deutliche Unterschiede auf. Auch wenn hier, um Ihnen die Beschaffung zu erleichtern, Bezugsquellen genannt werden, sollten Sie sich nicht auf einen Anbieter festlegen, sondern sich umsehen und die Angebote vergleichen.

Der Vollständigkeit halber folgt eine Liste (in alphabetischer Reihenfolge) mit den URLs der im Buch genannten und einiger weiterer Anbieter:

Anhang A: Glossar

3D-Drucker Eine Maschine, die in der Lage ist, aus Kunststoffen schichtweise dreidimensionale Objekte aufzubauen.

Abstandsbolzen Ein ringförmiger Abstandshalter aus Metall oder Kunststoff, der dafür sorgt, dass sich zwischen Platine und einer anderen Oberfläche genügend Platz befindet.

Ampere Die Einheit des elektrischen Stroms.

Analog Daten, die in Form einer sich kontinuierlich ändernden Spannung übertragen werden, im Gegensatz zur digitalen Übertragung, bei der Daten durch eine Sequenz von Ein- und Aus-Signalen gesendet werden.

Array Im Zusammenhang mit Programmierung ist ein Array eine Liste von Werten, die für den zukünftigen Gebrauch gespeichert werden.

Außenläufer Ein Elektromotor, bei dem das äußere Gehäuse und die Elektromagneten um eine feststehende Achse rotieren.

Autonomer Roboter Ein Roboter, dessen Steuerung auf seiner eigenen Programmierung beruht – nicht auf den Anweisungen eines menschlichen Operators.

Autopilot Der Mikrocontroller, der eine Drohne auf ihrer programmierten Flugbahn steuert.

Beschleunigungssensor Ein Sensor, der seine Geschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt und diese Werte an einen Mikrocontroller überträgt.

Bibliothek Zusätzlicher Code, auf den ein Arduino-Sketch zugreift, damit das Hauptprogramm übersichtlich bleibt.

Board Eine Abkürzung für engl. Printed Circuit Board (gedruckte Schaltung).

Breakout-Board Eine kleine gedruckte Schaltung, die zur Ansteuerung einer einzelnen Komponente dient. Man könnte beispielsweise ein Breakout-Board zur Handhabung eines L293D-Motorsteuerungs-Chips entwickeln.

Bürstenmotor und bürstenloser Motor Verschiedene Typen von Gleichstrommotoren, die sich dadurch unterscheiden, wie die elektrische Energie auf die Wicklungen übertragen wird.

Chassis Der Rahmen, an dem die Komponenten eines Roboters oder einer Drohne befestigt werden.

CNC-Tools Werkzeuge, die durch computergestützte numerische Steuerung (Computerized Numerical Control, CNC) äußerst präzise vorgegebenen Wegstrecken folgen.

Datenlogger Ein Modul, das von einem Mikrocontroller erfasste Daten aufzeichnet, beispielsweise die Messdaten eines Sensors.

Digital Daten, die nur aus Ja- oder Nein-Anweisungen bestehen, im Gegensatz zu analogen Daten, die in Form einer sich kontinuierlich ändernden Spannung übertragen werden.

Drehgeber (engl. Encoder) Ein Gerät, das erkennen kann, wie weit sich die Nabe eines Motors gedreht hat, und diesen Wert an einen Mikrocontroller übermittelt.

Dremel Ein handliches Werkzeug mit verschiedenen Aufsätzen zum Bohren, Schleifen, Polieren oder Fräsen.

ESC (Electronic Speed Controller, elektronischer Geschwindigkeitsregler) Ein Gerät, das auf Niederspannungs-Steuersignale eines Mikrocontrollers oder eines Funkempfängers reagiert und daraufhin einen Motor mit hoher Spannung ansteuert.

First-Person-Video (FPV) Live-Videoaufnahmen, typischerweise in geringer Auflösung, die es dem Drohnenpiloten erlauben, den Flug aus der Perspektive der Drohne zu beobachten.

Flugwerk Das Chassis eines Quadcopters.

Funkfernsteuerung Ein Steuersystem für Roboter oder Modellbaufahrzeuge, das aus einem Sender und einem Empfänger besteht.

Gedruckte Schaltung (Printed Circuit Board, PCB) Eine mit leitfähigem Material beschichtete Platine, auf der durch Ätzen die Leiterbahnen für eine elektronische Schaltung erzeugt werden.

Gleichstrommotor Ein gebräuchlicher Motor, der sich dreht, wenn an seinen Anschlüssen eine Gleichspannung angelegt wird.

Infrarotempfänger (IR-Empfänger) Ein Sensor, der moduliertes Infrarotlicht der richtigen Frequenz (für gewöhnlich 38 MHz) erkennt.

Infrarotlicht Licht mit einer Wellenlänge, die das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann. Moduliertes Infrarotlicht wird zur Übertragung geringer Datenmengen genutzt, beispielsweise um einem Fernsehgerät zu signalisieren, dass es sich ausschalten soll.

Initialisierung Erzeugung einer Variablen und Zuweisung eines Werts.

Innenläufer Ein Elektromotor mit rotierender Achse, der von feststehenden Magneten umgeben ist.

Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) Eine Software, die Programmierern beim Schreiben von Code technische Dienste bereitstellt.

Integrierte Schaltung (Integrated Circuit, IC) Miniaturisierte elektronische Schaltungen, die in einem Gehäuse aus Kunststoff untergebracht sind.

Kohlefaser Ein robustes und leichtgewichtiges Material, das oft bei Drohnen und anderen Fluggeräten Verwendung findet.

Kompilieren Die Umwandlung eines in einer für Menschen verständlichen Programmiersprache geschriebenen Programms in ein vom Computer ausführbares Programm.

Lagersitz Eine kleine Halterung zur Befestigung einer Achse.

Laserschneider Mit einem Laserschneider kann man dünne Materialien wie Pappe, Sperrholz oder Holzfaserplatten zurechtschneiden.

LED (Light-Emitting Diode) Die LED ist sozusagen die Glühbirne der Elektronik.

Lichtsensor Ein Sensor, der Licht erkennt. Manche Lichtsensoren fungieren als variable Widerstände, wobei die Menge des einfallenden Lichts den Widerstand festlegt. Andere hingegen übermitteln einem Mikrocontroller digitale Werte.

LiPo Ein wiederaufladbarer Lithium-Polymer-Akku, der in der Robotik Verwendung findet.

Luftdrucksensor Ein Sensor, der ähnlich einem Barometer Änderungen des Luftdrucks feststellen kann.

Magnetometer Ein Sensor, der Magnetfelder erkennt, insbesondere das der Erde.

Masse Das Bezugspotenzial einer elektrischen Schaltung. Bei Batterien ist die Masse mit einem Minuszeichen (–) gekennzeichnet. Masse wird oft mit GND (für engl. Ground) abgekürzt.

Mecanum-Räder Räder, die am Rand mit kleineren, nicht angetriebenen Rädern bestückt sind und omnidirektionale Bewegungen ohne mechanische Lenkung gestatten.

Mikrocomputer Miniaturisierte Computer, die über dieselben Fähigkeiten wie Computer normaler Größe verfügen, jedoch nicht deren Leistungsfähigkeit besitzen.

Mikrocontroller Ein einfacher Computer, der Sensoren auslesen und Motoren und Lampen ansteuern kann.

Motor-Shield Eine speziell für die Ansteuerung von Motoren ausgelegte integrierte Schaltung zur Erweiterung des Arduinos.

Multicopter Ein Quadcopter oder ein Copter mit mehr oder weniger als vier Motoren, wie z.B. Tricopter oder Octocopter.

NiCd Nickel-Cadmium, eine wiederaufladbare Batterie.

NiMH Nickel-Metallhydrid, eine wiederaufladbare Batterie.

Omni-Rad Siehe Mecanum-Räder.

Open-Source-Hard- und -Software Elektronikprojekte, bei denen Code und Schaltungsentwürfe kostenlos mit anderen geteilt werden. Jedermann kann Beiträge leisten oder sie modifizieren.

Passiver Infrarotsensor (PIR-Sensor) Ein Infrarotsensor, der anhand geringer Temperaturschwankungen Bewegung erkennt.

Pin Die Strom- und Datenanschlüsse eines Arduinos.

Potenziometer Ein Potenziometer oder kurz Poti ist ein variabler Widerstand, dessen Widerstandswert mit einem Drehregler einstellbar ist.

Prop-Saver Eine Propellerhalterung, die sich bei zu starker Belastung löst und dadurch den Propeller vor Beschädigungen schützt.

Pulsweitenmodulation (Pulse-Width Modulation, PWM) Eine Methode zum »Dimmen« elektronischer Bauteile wie Motoren oder LEDs, die normalerweise nur die Zustände »Ein« und »Aus« kennen, indem der Strom mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird.

Quadcopter Ein kleines Luftfahrzeug, das von vier auf Motoren montierten Propellern angetrieben wird, die in der Regel in quadratischer Form angeordnet sind.

RFID Ein RFID-Sensor (Radio-Frequency Identification, Identifizierung mithilfe elektromagnetischer Wellen) kann RFID-Transponder auslesen, die keine eigene Spannungsversorgung benötigen.

ROV (Remote Operated Underwater Vehicle, ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug) Ein über ein Kabel mit der Steuerung verbundenes Tauchfahrzeug zur Erkundung der Unterwasserwelt.

Rover Ein Bodenfahrzeug, meist in Form eines Autos.

Schaltplan Die schematische Darstellung einer elektronischen Schaltung mit Symbolen der verschiedenen Bauteile.

Schrumpfschlauch Nicht-leitende Gummiröhrchen, die dazu verwendet werden, Kabelverbindungen zu isolieren. Wenn der Schlauch erhitzt wird, zieht er sich zusammen und umschließt die blanken Drähte.

Sensor Ein elektronisches Bauteil, das einem Mikrocontroller in Form von Daten oder Spannungswerten Messdaten der Umgebung übermittelt.

Serielle Kommunikation Eine Kommunikationsmethode, bei der Datenbits sequenziell über eine einzige Leitung übertragen werden.

Serieller Monitor Ein Fenster der Arduino-IDE, das den seriellen Datenverkehr anzeigt. Bei der Fehlersuche in Programmen ist der serielle Monitor von großer Hilfe.

Servo Ein mit Getriebegehäuse und Drehgeber ausgestatteter Motor, der es erlaubt, exakt zu steuern, wie weit sich die Motorachse dreht.

Servo-Arm Ein Hebel, der sowohl an der Drehachse des Servos als auch an dem Objekt befestigt wird, das vom Servo bewegt werden soll.

Shield Eine Erweiterungsplatine für den Arduino, die direkt aufgesteckt wird, die Pins durchreicht und gleichzeitig die Funktionalität erweitert.

Sketch Der Arduino-Jargon für das Programm zur Ansteuerung der Arduino-Pins.

Spannungsversorgungsleiste Der leitende Metallstreifen eines Steckbretts, der zur Spannungsversorgung dient.

Steckbrett Eine gelochte Kunststoffplatte mit darunter befindlichen Leitern, die das Testen von Schaltungen ohne Löten ermöglicht.

Steckbrücken (Jumper) Ein allgemeiner Begriff für Kabel und Leitungen, die bei Elektronikprojekten Verwendung finden.

Steckleisten Die elektrisch leitend verbundenen Teile eines Steckbretts, die mit Massen- und Spannungsversorgungsleisten einen rechten Winkel bilden.

Steppermotor Ein Motor, der dafür ausgelegt ist, sich nur in kleinen, wohldefinierten Schritten zu drehen. Ein solcher Motor besitzt meist vier Anschlussleitungen, manchmal auch mehr.

Temperatur- und Feuchtigkeitssensor Ein digitaler Sensor, der Temperatur und Feuchtigkeit misst und dem Mikrocontroller numerische Messwerte übermittelt.

Transistor Ein winziger elektronischer Schalter, der durch elektrische Signale gesteuert wird.

UAV (Unmanned Aerial Vehicle, unbemanntes Luftfahrzeug) Die korrekte Bezeichnung für eine Drohne.

Ultraschallsensor Ein Sensor, der Hindernisse erkennt und Entfernungen misst, indem er für Menschen unhörbare Töne von sich gibt und auf das Echo lauscht.

Uhr-Modul (Real-Time-Clock- oder RTC-Modul) Ein batteriebetriebener Chip, der einem Arduino mehrere Monate lang die Uhrzeit bereitstellen kann.

Vermaschtes Netzwerk Ein Netzwerk mehrerer Netzknoten, die gleichberechtigt miteinander kommunizieren können.

Wegstrecke Die Route, der ein computergestütztes Werkzeug bei der Bearbeitung eines Werkstücks folgt.

Widerstand Ein elektronisches Bauteil, das den Stromfluss begrenzt, um empfindliche Bauteile zu schützen, und die Spannung einer Stromschaltung steuert.

XBee Ein drahtloses Modul, das mittels des verbreiteten ZigBee-Protokolls kommuniziert, das häufig zur Hausautomatisierung eingesetzt wird.

Zuleitung Ein Kabel, das an einem Bauteil oder einer Lüsterklemme angeschlossen ist.