Frage zur Machbarkeit einer Quad-Copter Drohne

Hallo zusammen,

ich hoffe mal ich bin damit hier richtig :)

Ich grübel seit längerem an einem Konzept für eine persönliche Drohne und wollte in Erfahrung bringen, was davon realistisch ist und welche Pläne ich lieber schnell wieder verwerfen sollte.

Im Kopf habe ich dabei einen Quad-Copter mit 4 Elektromotoren, ich dachte auf jeden Fall an eine flugfähige Drohne. Sie soll unabhängig von einer Fernbedienung fliegen können (nach Zielvorgaben) und im Idealfall über das Internet programmierbar sein. (Dazu mehr später) Nach Möglichkeit sollte die Drohne auch mal etwas Regen aushalten.
Gundlegend stellen sich mir dazu schon viele Fragen:
- Welches Material verwende ich für die "Grundstrukturen" (Arme für die vier Rotoren, Grundfläche für die Hauptplatine, Akku) und die Außenhülle (sofern vorhanden)
- Wo kann man diese (vermutlich Kunststoff-)Teile herstellen lassen und von welchen Kosten reden wir dabei dann etwa?
- Welche Reichweite ist mit LiIo-Akkus der oberen Mittelklasse zu erreichen / Wie hoch ist etwa (gaanz grob) der zu erwartende Stromverbrauch durch die Motoren?
- Reicht es die Hauptplatine in ein wasserdichtes Gehäuse zu Packen und alle von außen erreichbaren Kontakte mit kratzfestem Klarlack zu überziehen um die Drohne Wasserdicht zu machen? (Regen, keine Tauchfahrt)
- Von welchem zulässigen Gesamtgewicht reden wir dabei ca. und wie viel davon wird etwa der Akku aus machen?
Ausserdem habe ich da noch ein paar Detailiertere Ideen dazu:
- Die Positionen von gespeicherten WLAN-Zugangspunkten ermöglichen es von unterwegs (per Internet) selbst über große Entfernungen neue Befehle zu erhalten.
- Bevor der "point of no return" erreicht ist soll die Drohne selbstständig zu seiner "Heimat" zurückkehren.
- Das Hauptsystem soll aus zwei Modulen und zwei Akkus bestehen:
- Ein minimalistisches Modul kontrolliert die Motoren und stellt mithilfe eines Gyroskops eine Schnittstelle zur Verfügung über die die Neigungswinkel des Quad-Copters entlang beider Achsen, sowie die gesamte Motorleistung, gesteuert werden kann. Die Steuerbefehle kommen vom zweiten Modul. Bricht die Verbindung ab richtet sich der Quad-Copter parallel zum Boden aus und beginnt eine kontrollierte Landung.
- Ein erweitertes Modul zur Navigation und Programmierung der Flugbefehle. Möglicherweise auf Basis eines alten PDA auf dem Linux läuft. Die Kommunikation mit dem anderen Modul über einen Akustikkoppler (Audio-Buchse) oder eine serielle Schnittstelle. Das Gerät verfügt über einen eigenständigen Akku und erhält über das erste Modul informationen über die verbleibende Akkuleistung. Fällt die Leistung von einem der beiden Akkus zu weit ab wird eine kontrollierte Landung eingeleitet und die aktuelle GPS-Position übermittelt. Dieses Modul verfügt über Bluetooth, Wlan, GPS, eine Kamera sowie einem LCD-Display zur Kommunikation mit dritten. Optional soll dieses Modul durch ein altes Smartphone mit mobilem Internetzugang ersetzt werden, ansonsten werden die Befehle über bekannte WLAN-Hotspots entgegengenommen die sich an den Zielpunkten befinden. Angedacht ist auch bei niedriger Akkuleistung einen bekannten WLAN-Hotspot anzusteuern um dort die Position des Quad-Copters mitteilen zu können, eine Notlandung an Ort und stelle sollte im Idealfall nur bei unvorhersehbaren Hardwaredefekten nötig sein (Kabelbruch durch Virbationen z.B.)

Zu den Komponenten:
- Minimalistisches Steuermodul: Programmierbarer Mikrocontroller (z.B. C-Control von Conrad) der mithilfe von Transistoren die Leistungsaufnahme der Motoren reguliert, die verbleibende Akkuleistung misst und über eine Serielle Schnittstelle (ggf. über einen Akustikkoppler) mit dem zweiten Modul kommuniziert. Empfangen wird dabei kontinuierlich die Ausrichtung des Quad-Copters relativ zum Boden (beide Neigungswinkel) und gesendet wird der aktuelle Akkustand und die wirklichen Neigungswinkel.
- Navigationsmodul: PDA/Navigationsgerät mit WLAN, Bluetooth, GPS, 600Mhz+ ARM Prozessor mit einem custom Linux (Kernel-Basis 2.5) - oder - Mit einem "alten" Android-Smartphone mit zuvor erwähnten Features (schnellerer Prozessor etc.) und zusätzlich zwei Kameras und HSDPA Konnektivität.
- Motoren/Akku: Habe ich ehrlich gesagt noch keine genaue Vorstellung, da ich auch noch nicht weiss welches Gewicht der Haupt-Akku haben wird und welche Leistung nötig ist um diesen samt Elektronik in die Luft zu bekommen bin ich hier auch noch nicht schlüssig. Der Akku ist dementsprechend auch eine schwierige Sache: mehr Kapazität -> mehr Gewicht -> mehr Leistung erforderlich -> höherer Stromverbrauch -> mehr Kapazität erforderlich ... Ich bin mir nicht sicher ob dieser Teufelskreis zutrifft und wo für meinen Fall der beste Kompromiss zu finden ist.
- Gehäuse: Die beiden Steuermodule sollen in einem (durchsichtigen - wegen der Kameras -) Kunststoffgehäuse untergebracht werden an dem die vier Arme für die Motoren angebracht sind. Diese bestehen entweder auch aus Kunststoff (wenn ich etwas passendes finde oder halbwegs Preisgünstig herstellen lassen kann) ansonsten aus Aluminium oder leichtem Holz. Kunststoff > Aluminium > Holz ist meine Priorität.

So dann habe ich definitiv erstmal genug geschrieben, wenn jemand Tipps oder Ratschläge hat wäre ich da sehr Dankbar für. Ich bin erfahrener Programmierer (Assembler, Basic, C++, Java, PHP, etc.) und habe auch in der Elektrotechnik zumindest grundlegende Kenntnisse (ich kenne die Funktion von Transistoren, Relais, Wiederständen/Spannungsweichen, Kondensatoren, etc.) und habe mich auch schon mit der Programmierung von C-Control Mikrocontrollern etwas Erfahrung gesammelt. Ich habe nicht vor irgendetwas zu übereilen oder das Projekt zu verwerfen. Im Moment geht es mir wie gesagt erstmal darum ob das Projekt so möglich ist, welche Einschränkungen ich ggf. hinnehmen muss und am besten ein paar Tipps was die Motor- und Akkutechnik angeht. Damit meine ich kein ausformuliertes Howto sondern eher einen Anstoß aufgrund dessen ich weiter Recherchiere um das richtige für mich zu finden.

MfG
Jens aka Forsaken