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Wie funktioniert eine Drohne?

Drohnen Grundlagen: Wie funktioniert eine Drohne?

Um ein besseres Verständnis zu bekommen wie und warum ein Multicopter fliegt, sollte man einige technische Drohnen Grundlagen kennen, auf welche im Folgenden kurz eingegangen wird.

Ein Multicopter ist ein Fluggerät, bei dem der nötige Auf- und Vortrieb durch mehrere unabhängig steuerbare Motoren realisiert wird. Durch unterschiedliche Ansteuerung dieser wird der Schubvektor verändert, was zu einer Bewegung in der Roll- und Nickachse führt. Um zu steigen oder zu sinken wird der Gesamtschub aller Motoren gleichmäßig erhöht oder verringert.

Da die Anzahl aller rechts- sowie linksdrehenden Propeller gleich ist, neutralisiert sich das resultierende, um die Hochachse entstehende, Drehmoment. Um eine Drehung um die Gierachse zu erreichen, muss die Drehzahl aller rechtsdrehenden Motoren gegenüber der linksdrehenden Motoren verändert werden, was eine Änderung der Summe der Drehmomente der Motoren mit sich führt. Daraus resultiert, dass der Copter sich dreht. Bei manchen Multicoptern werden zusätzlich die einzelnen Motoren leicht gegeneinander verdreht montiert, um diesen Effekt zusätzlich zu verstärken. Ein Sonderfall ist hier der Tricopter, bei welchem die Gierbewegung durch einen Schwenk des Heckrotors oder einer Steuerfläche erreicht wird.

Flight Controller gehört zu den Drohnen Grundlagen

Für den sicheren Flug wird der Flight-Controller zu den wichtigen Drohnen Grundlagen gezählt. Da es nicht möglich ist, einen stabilen Flug mittels manueller Kontrolle der einzelnen Motoren zu erreichen, kommt ein so genannter Flight-Controller zum Einsatz. Dieser misst permanent die Abweichung der aktuellen Fluglage zur gewünschten Fluglage mittels einer IMU (Inertial Measurement Unit – eine Sammlung verschiedener Sensoren, die die Bewegung und Lage im Raum messen) und regelt die einzelnen Motordrehzahlen dementsprechend nach. Da Brushless-Motoren ein elektrisches Drehfeld benötigen, hat jeder Motor als fester Bestandteil der Drohnen Grundlagen einen eigenen ESC (Electronic Speed Controller), welcher über Variation der Frequenz seines Drehfeldes die Drehzahl des Motors steuert. Die Daten weiterer Sensoren können bei der Berechnung der Steuerungsbefehle in die Drohnen Grundlagen mit einfließen, um dem Copter autonome Funktionen zu ermöglichen.

Abgestimmte Drohnen Grundlagen für einen sicheren Flug

Wie ruhig und stabil ein Copter fliegt, hängt also in großem Maße von den Drohnen Grundlagen und insbesondere von dem verwendeten Flight-Controller sowie der verwendeten Firmware ab. Moderne Copter besitzen oftmals eine Vielzahl an weiteren Sensoren, welche genutzt werden können, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen und dem Nutzer seine Arbeit zu erleichtern. Heutzutage ist GPS zum Halten der Position oder zum Abfliegen bestimmter Wegpunkte in einer Drohne fast Standard. Leider funktioniert dies nicht überall, wie zum Beispiel in den meisten Gebäuden.

Um die Position eines Copters im Raum automatisch stabil zu halten und auch in Innenräumen autonom zu navigieren, kommen daher auch vermehrt Sonarsysteme, Laserscanner sowie in den Copter integrierte Motion-Tracker als Drohnen Grundlagen zum Einsatz.

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