Die PORTER Drohne – erste Einblicke in unsere UAV Entwicklung für LiDAR Scanning & Photogrammetrie

Die PORTER Drohne: Die sichere und zuverlässige UAV Lösung für hohe Payloads und lange Flugzeit

Bisher gibt es keine passende Multikopter Plattform auf dem Markt – deswegen haben wir von LOGXON die PORTER Drohne entwickelt

Um unseren Service im Bereich UAV Vermessung, 3D Datenerfassung und UAV LiDAR Scanning (Laserscanning) zu verbessern, suchen wir seit längerem nach einem UAV System mit speziellen Eigenschaften. Neben der Nutzlast und der davon abhängigen Flugzeit stand vor allem auch die Flugsteuerungseinheit im Fokus. Die Flugsteuerung ist der entscheidende Faktor für die spätere Performance und Sicherheit. Zudem muss diese wichtige Funktionen wie z.B. das autonome Fliegen übernehmen. Zur Jahreswende 2018/2019 gab es kein UAV Modell auf dem Markt, das unsere Ansprüche vollständig erfüllen konnte. Wir entschieden uns daher, ein eigenes System zu entwickeln, welches all unsere Vorstellungen erfüllen soll. In diesem Beitrag teilen wir erste Informationen zu unserer PORTER Drohne.

Die Planung der Bauform und des Antriebs für die PORTER Drohne

Die Wahl des Antriebes und Akkumulatoren sind in Sachen Flugzeit und Traglast ein elementarer Faktor. Die Anzahl der Brushlessmotoren und Propellergröße beeinträchtigen dabei Größe und Grundgewicht des Gesamtsystems. Im Rahmen unserer Grundbedingungen war die Auswahl von sechs Motoren mit 28“ Propellern betrieben an 50 Volt (V) Nennspannung die effizienteste Variante. Durch die doppelte Spannung von 50V, statt der herkömmlichen 25V, liegt die Drehzahl anhand der Motor-Wicklungen bei etwa der Hälfte. Die Kombination aus größeren Propellern und kraftvolleren Motoren ergeben deutlich mehr Schubkraft und Effizienz. Für den Transport des UAV in einem PKW oder Flugzeug mussten die Arme demontier- und/oder klappbar sein. Die verwendete Klappmechanik ermöglicht einen „Aufbau“ des UAVs innerhalb von Sekunden ohne Verwendung von Werkzeug. Ein einfahrbares Fahrwerk war für uns ebenfalls ein Muss, um unsere Drohnen für verschiedenste Anwendungen nutzen zu können. Nachdem alle Rahmenbedingungen und Parameter festgelegt waren ging es um das Design und die Konstruktion des Frames. Die präzise CAD-Planung aller einzelnen Komponenten ermöglichte uns den Centerframe auf nur eine Ebene zu reduzieren. Dies spart Gewicht und unterstützte unser praktisches und simples Design.

Der Flight Controller für LiDAR Scans und autonome Photogrammetry Missionen

Nach mehreren Testdurchläufen an kleineren Plattformen entschieden wir uns für die Flugsteuerung Pixhawk von Adrupilot. Dieser Controller verfügt über eine auf Open Source basierende Software Lösung inklusive Autopilot und ermöglicht es uns daher jeden Parameter individuell einstellen zu können.

Die wichtigste Funktion ist jedoch die Möglichkeit, autonome Missionen zu planen und sicher durchzuführen. Der verbaute „Data Link“ hat eine theoretische Reichweite von 42km, womit das Potential der langen Flugzeit komplett ausgeschöpft werden kann. Ein Dual GPS System ermöglicht uns eine sehr präzise Navigation sowohl bei manuellen als auch autonomen Flugmissionen. Zudem liefert das duale GPS System deutliche Vorteile hinsichtlich des Empfangs, insbesondere in verschatteten Bereichen wie zwischen Gebäuden, hohen Wänden oder Schluchten.

Die Akkutechnik

Die Akkus spielen eine sehr wichtige Rolle, wenn es um das Thema Sicherheit und Performance geht. Unserer Partner Swaytronic ist spezialisiert auf Hochleistungs-LiPo-Polymer Akkumulatoren für UAV Anwendungen und hat unser Projekt mit jeder Menge Fachwissen tatkräftig unterstützt. Unter anderem hat uns das Team von Swaytronic geholfen, die richtige Zellen-Konfiguration für den PORTER zu finden.

Um unsere 50V Nennspannung zu erreichen werden jeweils zwei LiPo-Polymere Akkus in Serie geschaltet, welche dann im Parallelbetrieb eine zusätzliche Redundanz bilden. Das UAV ist für verschiedene Akku Kapazitäten ausgelegt, welche je nach Anwendung und Sensor variiert. Grund dafür ist das recht hohe netto Eigengewicht der Drohne und die deutschlandweite Obergrenze von 25kg Abfluggewicht (ohne Sondergenehmigung). Bei hohen Lasten zählt auch das Eigengewicht der Akkus zu dem verfügbaren „Payload“ und wird entsprechend der nötigen Flugzeit abgestimmt. Wenn nötig, sind jedoch auch Flüge mit über 25kg Abfluggewicht durch eine Sondergenehmigung möglich.

Fakten zur PORTER Drohne April 2019

Die ersten Flüge mit unserem PORTER bestätigten bereits, das dieses System unseren hohen Anforderungen gerecht wird. Dieser Heavylifter ermöglicht es uns, unseren Service zu erneut zu verbessern ohne dabei Abstriche im Punkto Sicherheit, Genauigkeit und Flugzeit zu machen. Darüber hinaus wird die Umweltbelastung durch die geringe Lautstärke während des Fluges durch die verhältnismäßig niedrige Drehzahl erheblich reduziert.

Das einfache und funktionale Design macht die PORTER Drohne einem perfekten Tool für unsere täglichen Anwendungen. Die Möglichkeit, schwere Lasten bis 31kg zu tragen, ist ideal um verschiedene Sensoren, Scanner und (mehrere) Kameras simultan zu verwenden. Innerhalb wenigen Minuten kann das System für verschiedene Anwendungen konfiguriert werden. Mit 3,5 kg Nutzlast und einem Abfluggewicht (MTOW) von unter 25kg ist eine Flugzeit von 35min möglich. In dieser Gewichtsklasse rangieren die meisten UAV LiDAR Scanner auf dem Markt.

Bei einer Nutzlast von 10kg und 25kg MTOW ist eine Flugzeit von 13min möglich. Dies ist bisher mit keinem anderen handelsüblichen UAV bei vergleichbarer Größe möglich. Sobald eine Sondergenehmigung ein höheres Abfluggewicht zulässt, kann der PORTER mit einem MTOW von 42kg den Boden verlassen und sicher seinen Job erfüllen. Dabei sind die Flugeigenschaften durch die maximale Schubkraft von 84kg nicht merklich eingeschränkt.

Mit einem Durchmesser von 1480mm (Motorwelle zu Welle) ist Porter vergleichsweise klein und durch die klappbaren Propeller und Arme problemlos in einem PKW oder im Flugzeug zu transportieren. Das macht das System sehr flexibel und mobil.

Spezifikationen PORTER (April 2019)

DIAMETER: 1480mm (SHAFT-SHAFT)
HIGHT: 700mm
Weight: 11.0kg (NO BAT.)
MAX. PAYLOAD: 31.0kg (INCL. BAT.)
MAX. MTOW: 42.0kg
MAX. TRUST: 84.0kg
MAX. BAT. SIZE: 266x116x195mm ~ 4x 6S 22Ah

So geht es weiter mit unserem PORTER UAV

Porter mit der Seriennummer „…-001“ erfüllt bereits täglich seinen Dienst bei Bestandserfassungen mittels LiDAR Scanner und Photogrammetrie. Zwei weitere Versionen mit einem anderen Motorentyp und einer weiteren Flugsteuerung sind kurz vor der Fertigstellung.

Ab Ende des Jahres 2019 wird die PORTER Drohne über Vertriebspartner von LOGXON käuflich zu erwerben sein. Sollten Sie Fragen oder Interesse bezüglich des Systems und dessen Möglichkeiten haben, können Sie uns gerne eine E-Mail an info@logxon.com schreiben oder uns telefonisch unter der Nummer +49 6257 5049011 kontaktieren.

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