Pixhawk 4 S500-Kit von Holybro

Aufbau und Test Pixhawk 4 S500-Kit

☞ Update auf Pixhawk 4 S500 V2 Kit (15.07.2019)

Das Pixhawk 4 S500 Kit von HolyBro ist ein Baukasten mit S500 Quadkopter-Frame und wahlweise mit Pixhawk 4 oder mit Pixhawk 4 Mini AutoPilot erhältlich. Hier stellen wir das Produkt näher vor und berichten über den Zusammenbau, die Inbetriebnahme und erste Flugerfahrungen. Im zweiten Teil der Produktvorstellung folgt ein Video zu den Flugeigenschaften.

1. Das Frame S500

S500 Quadkopter

Die einteiligen Ausleger mit Motorhalter sind aus Plastik-Verbundmaterial gefertigt und ergeben mechanisch einen Anstell-Winkel der Motoren/Rotorebene von ca. 3° Grad. Dadurch wird die Flugstabilität erhöht. Update V2: Ausleger und Motorhalter sind nun steifer ausgeführt.

Die Center-Plate mit integrierter Stromverteilung ist ab Werk schon mit einem Power-Modul (PM02) bestückt. Das Power-Modul ist bis max. 42V und 120A belastbar und verfügt über einen Stromsensor. Die Center-Plate ist mit dem Power-Modul und den Reglern (ESCs) betriebsbereit verlötet.

Technische Daten S500 Frame:

  • Frame Typ: Quadrotor X
  • Achsenabstand: 480 mm
  • Höhe: 210 mm
  • Höhe/Freiraum Unterkante Nutzlast-Rohre: 185 mm
  • Frame-Gewicht inkl. Regler: 450g
  • Voll ausgerüstet inkl. Telemetrie-Modul, ohne Akku: 900g

2. Der Antrieb des Pixhawk 4 S500-Kit von Holybro

(Der im Lieferumfang enthaltene Antrieb setzt sich aus 920 KV BL-Motoren, 20A-Reglern und 9.4×4.3 Zoll Propellern zusammen). Update V2: Jetzt 880 KV BL-Motoren und 10×4.5 Zoll Propeller. Die Motoren und Propeller sind mit Gewinde ausgerüstet. Dadurch können die Propeller werkzeugfrei montiert/de-montiert werden. Roter Punkt auf der Motorachse = schwarze Propellerkappe (rechtsdrehend). Die Regler sind mit der Pixhawk – „All-In-One“ Kalibrierung kompatibel. Für die Stromversorgung eignen sich 3s bis 4s LiPo Akkus.

3. Pixhawk4 AutoPilot

Der Pixhawk 4 (FMUv5) gehört zu den technisch aktuellsten AutoPiloten im Markt und ist derzeit zugleich Flaggschiff der Dronecode Foundation (ETH-Zürich und Mitglieder).

Der Pixhawk 4 Mini ist ebenfalls mit der FMUv5 bestückt, ist jedoch technisch zu Gunsten der Baugröße reduziert ausgestattet. Herstellung jeweils durch Holybro Ltd.

Ein uBlox GPS/GNSS Modul (M8N) mit integrierter Multi-LED und Sicherheitsschalter gehören genauso in den Lieferumfang des Pixhawk4/-Mini wie ein kompletter Kabelsatz, Montage-Material und GPS-Modulhalter.

4. 433 MHz Telemetrie-Set

Das Telemetrie-Set besteht aus 2x SiK Funk-Modem, 2x Antenne, 2x Antennen-Winkeladapter und Kabelsatz. Die Reichweite beträgt, je nach Umgebungsbedingungen, ca. 500 m bis 800 m. Durch den Einsatz optimierter Antennen kann die Reichweite bei Bedarf noch (legal) optimiert werden.

Verkabelung, Zusammenbau

Der Zusammenbau beginnt mit der Montage der Motoren und der Verkabelung entsprechend dem Motor-Schema. Bei PX4 Pro- und ArduCopter-Firmware handelt es sich um die jeweils gleiche Anordnung und Drehrichtung. Vorne rechts wird also ein Motor ohne Kennzeichnung (Propeller mit silberfarbener Kappe = linksdrehend) verbaut. Vorne links ein Motor mit rotem Punkt auf der Motorachse (Propeller mit schwarzer Kappe = rechtsdrehend) u.s.w.

Für die Verbindung der Regler (RC-Kabel) mit dem Pixhawk 4 wird ein 8×3 Pin Stiftleistenblock (2 Stk. im Lieferumfang) verwendet. Die vertikalen Reihen sind mit 1 – 8 durchnummeriert. Die Zahl entspricht der Motor-Nummer. Dieser Stiftleistenblock wird später mit der „I/O PWM OUT“-Buchse am Pixhawk 4 verbunden.

Bei dem Pixhawk 4 Mini werden die RC-Kabel der Regler (ESCs) direkt an den PWM-Ports angeschlossen.

Ist die Ansteuerung eines Gimbals oder weiterem Zubehör geplant (AUX-Ports), sollte gleich auch der entsprechend benötigte Stiftleistenblock (wahlweise 8×3 oder 5×3 im Lieferumfang) für die AUX-Ports verbaut werden. Dieser wird später mit der FMU PWM OUT-Buchse verbunden.

! Die Stiftleistenblocks sollten fixiert/verschraubt und die RC-Stecker unbedingt gegen Abrutschen z.B. mit Heißkleber gesichert werden.

Nachdem die Ausleger verschraubt, die Verkabelung erledigt und die obere Center-Plate montiert ist, wird das Frame mit dem AutoPiloten, dem GPS-Modul/Modul-Halter sowie mit dem Telemetrie-Modul vervollständigt.

Inbetriebnahme

Für die Inbetriebnahme wird ein geeigneter RC-Sender und Empfänger (ab 6 Kanal) benötigt. RC-Sender bzw. -Empfänger mit S.BUS-, DSM- oder PPM Summensignal werden per RC-Kabel (S.BUS/DSM/PPM trad. = 4-phasig bzw. PPM Sumo = 3-phasig) direkt am Pixhawk 4 an der jeweils dafür vorgesehenen Buchse angeschlossen. Beide Kabel befinden sich im Lieferumfang. Für andere RC-Sender/Empfänger (Mode PPM traditionell) wird ein PPM-Encoder benötigt (nicht im Lieferumfang).

Für die Stromversorgung/Antrieb ist mindestens ein 3-zelliger LiPo-Akku mit einem C-Rating ab ca. 20c (je nach Kapazität) notwendig. Im Hinblick auf Nutzlast und einen etwas höheren Wirkungsgrad (längere Flugzeit) sowie der ersten Flugerfahrungen mit dem Pixhawk 4 S500 Kit von Holybro, empfehlen wir die Verwendung eines 4-zelligen LiPo-Akku, z.B. GensAce/Tattu 4s 40c 5.200 mAh.

1. Auswahl der Firmware

Der Pixhawk 4 AutoPilot ist vom Hersteller mit der PX4 Pro-Firmware (Dronecode) vorinstalliert. Auf verfügbare Updates prüfen. Für die nötigen Konfigurationsarbeiten wird die Bodenstations-Software QGroundcontrol benötigt. Diese Software steht für die Betriebssysteme Windows, Mac OS, und Linux zur Verfügung.

Soll alternativ die ArduCopter-Firmware von ArduPilot verwendet werden, muss zumindest für das automatisierte Ändern/Einspielen der Firmware sowie für das Grund-Setup die Mission-Planner Bodenstations-Software (für Windows) verwendet werden. Für Linux und Mac OS kommt alternativ der APM-Planner zum Einsatz.

Für einen (Rück-/)Wechsel von ArduCopter zur PX4 Pro Firmware muss QGroundcontrol verwendet werden. Das Wechseln der Firmware verläuft problemlos.

! Auf Grund der langjährigen Zusammenarbeit von ArduPilot und der ETH Zürich (heute unter Dronecode getrennte Entwicklung), ist die jeweilige Bodenstations-Software in vielen Funktionsbereichen untereinander noch kompatibel. Für das Einspielen oder Update der jeweiligen Firmware sowie für die Kalibrierungsarbeiten empfehlen wir aber die Verwendung der jeweils vom Hersteller vorgesehenen Software wie vor aufgeführt.

2. Auswahl des Kopter-Profils bzw. Frame-Typs

Die PX4 Pro-Firmware (Version 1.9.0) verfügt bereits über ein vorgefertigtes, wählbares „S500“ -Profil. Alternativ kann das Profil „Generic Quadrotor X“ bzw. „Generic Quadrotor X mit Mount“ ausgewählt werden. Das S500-Profil beinhaltet schon Frame- und antriebsspezifisches Tuning (für 3s LiPo) und bietet ein ausgewogenes Grundsetup. Bei Verwendung eines 4s LiPo Akkus für den Antrieb sollten die Standardwerte für Roll und Pitch etwas reduziert werden da sonst das System etwas ruppig regelt.

Bei Verwendung der ArduCopter Firmware (Stand 3.6.9) erfolgt die Auswahl Quadrotor und Frame-Typ X. Die Default-Settings passen bereits gut für 4s LiPo Akkus.

3. Grundsetup und Kalibrierungsarbeiten

PX4 Pro Video , PX4 Pro Grundkonfiguration

ArduCopter Grundkonfiguration

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Vorläufiges Fazit

Abbildung mit 10×4.5 Zoll MasterAirscrew Propellern (Zubehör)

Das Pixhawk 4 S500-Kit von Holybro bietet in der Version mit Pixhawk 4 für 399,00 € ein ausgesprochen gutes Preis-/Leistungsverhältnis. Die um 10,00 € günstigere Version mit Pixhawk 4 Mini bringt eher wenig Vorteile hinsichtlich Platzbedarf und Gewicht. Die Version mit dem technisch besser ausgestatteten Pixhawk 4 ist aufgrund des nur geringen Preisunterschieds empfehlenswerter. Dieser kann natürlich auch für große Kopter und alle weiteren Fahrzeuggattungen verwendet werden und ist daher langfristig gesehen die bestimmt bessere Investition.

Bei dem S500-Frame handelt es sich um eine Interpretation des DJI F450 Flamewheel, überzeugt aber mit kompletterer Ausstattung wie Landegestell, Akkuhalter, Montagerohre und nahezu betriebsbereit vorbereitete Center-Plate mit Power-Modul und Reglern.

Sehr gut gefällt uns auch die Kompatibilität der Regler mit der Pixhawk Regler (ESC) -Kalibrierung. Denn die ermittelten Werte während der Regler- (und RC-) Kalibrierung ermöglichen der Firmware das automatische Setzen einiger sehr wichtiger Parameter, die sonst zeitintensiv mit Probeflügen erarbeitet und optimiert werden müssen.

Die Motoren und Propeller überzeugen mit vibrationsarmen Lauf (Vibe-Werte im Mittel bei 12 = sehr guter Wert).

In Summe führen diese Details zu einem geringen Bauaufwand und somit wenig Zeitbedarf für den Aufbau und die Inbetriebnahme des Pixhawk 4 S500-Kit.

Dank der Ausstattung des Pixhawk 4 S500-Kit mit Telemetrie-Set, steht „aus der Box heraus“ schon der volle Leistungsumfang der AutoPiloten für wegpunktbasierte Flüge, Follow-Me-Szenarien und Remote-Steuerung per Bodenstation-Software (PC, MAC) sowie Android und IOS* Apps für Tablet und Smartphone bereit.

(Bei unseren Tests sind die jeweiligen Erstflüge sowohl mit der PX4 Pro (Vers. 1.9.0) als auch mit der ArduCopter (Vers. 3.6.9) Firmware problemlos verlaufen). Update V2: Noch keine Tests durchgeführt.

Weitere Testergebnisse mit unterschiedlichen Propellern und Messwerte zum Strombedarf im 2. Teil des Berichts.

Video Erstflüge mit unterschiedlichen LiPo-Akku`s und Propellern.