Die Fliegende Käsedose 3.0

Obwohl nur noch wenig an unsere erste fliegende Käsedose erinnert, bleiben wir dem Namen treu und präsentieren hier die Käsedose 3.0.

Sie ist nunmehr mit einer Kamera mit Weitwinkelobjektiv und einem CMOS-Sensor (1/2,3" Exmor R) ausgestattet. Für Videoaufnahmen stehen effektiv 11,9 Millionen Pixel, für Einzelaufnahmen 2 Millionen Pixel zur Verfügung. Kamera und Käsedose 3.0 sind über eine von Jan Bickel entworfene und umgesetzte Bluetooth-Fernbedienung zu steuern.

Was die Kamera im Flug aufnimmt, kann am Boden mittels WiFi auf dem Handy empfangen werden. Die Auslösung für Fotos und Videos ist wahlweise über die Fernbedienung oder vom Handydisplay aus möglich. Als problematisch bei Filmaufnahmen stellt sich das Schaukeln des Ballons heraus. In den Videoaufzeichnungen ist das deutlich zu erkennen und die Videos müssen nachträglich mit per Software "entwackelt" werden. Das ist mit viel Fleißarbeit, aber auch mit einem Qualitätsverlust verbunden.

Diesem Thema werden wir uns in der Zukunft mehr zuwenden müssen. Ein Gimbal, eine kardanische Aufhängung als eine Art externe Bildstabilisierung, ist als Alternative nicht die beste Lösung, da der Gimbal selbst sehr viel Masse mitbringt. Ob die Aufnahmen dann letztendlich wackelfrei sind, hängt von der Dynamik und dem Regelverhalten von Kinematik und den Antrieben ab.

Flug des Luftschiffes durch das Festzelt
Bei den Feierlichkeiten zum zwanzigjährigen Bestehen der HTW Berlin fliegt die Käsedose 3.0 durch das Festzelt und macht Aufnahmen von diesem Flug. Neben der Flugbewegung sorgt jeder kleine Windzug für verwackelte Bildaufnahmen, die nachträglich korrigiert werden müssen.

Die Weiterentwicklung unseres Luftschiffs ging in allen Bereichen voran. Das Gestell besteht heute nicht mehr aus Strohhalmen und einer Käsedose. Diese Materialien mussten modernen Werkstoffen wie Rohren aus Kohlefasern und Abspannungen aus Polyamid weichen. Die Verbindungselemente werden mit einem 3D-Drucker hergestellt. Alle 12 mechanischen Teile wiegen zusammen nur noch 3 Gramm.

Sämtliche Funktionen und eine Lageregelung werden von einem Atmel Mikroprozessor (Atmega328P) gesteuert. Die offene Programmierung schafft uns einen Zugang zu allen Einstellungen und dynamischen Parametern, was viel Optimierungsspielraum verspricht.

Die Gondel besteht heute nur noch aus wenigen mechanischen Komponenten
In der dritten Version der Fliegenden Käsedose ist alles auf Gewichtsoptimierung und dem Einsatz möglichst vieler elektronischer Komponenten getrimmt, die das Luftschiff beim sanften Flug für wackelfreie Bildaufnahmen unterstützen.

Auf der Platine der Käsedose 3.0 befinden sich neben der Bluetooth-Schnittstelle (BTM 222B) für die Fernbedienung ein 3-Achsen-Gyro-Sensor (L3GD20) und ein 3-Achsen-Beschleunigungsensor (LSM303DLHC). Diese Sensoren prüfen, ob der Ballon in die vom Bediener vorgegebene Richtung fliegt. Dreht sich der Ballon oder beeinflussen Seitenwinde den Flug, wird dem durch automatisches Nachregeln der Antriebsmotoren entgegengewirkt. Der Bediener merkt davon nichts, außer, dass der Ballon immer genau so fliegt wie er es an der Fernbedienung vorgibt. Die Funktion kann wahlweise auch abgeschaltet werden.

Luftschiff fliegt durch einen Flur in der HTW
Die dritte Version der Fliegenden Käsedose bei einem Probeflug auf dem Flur im sechsten Stock des G-Gebäudes, dem Standort des Studiengangs Mikrosystemtechnik.

Weiterhin ist auf der Platine ein Drucksensor (MS5611-01BA01) untergebracht, mit dem sich die Flughöhe auf 10 cm genau bestimmen und auch regeln lässt. Die Fahrtregler für die Antriebsmotoren sind in dem aktuellen Aufbau steckbar mit der Platine verbunden. Zukünftig sind sie gleich auf der Leiterplatte integriert. Drei Mikroservos sorgen für die Manövrierfähigkeit. Jeder Servo wiegt 1,7 Gramm. Durch sie sind die Antriebsmotoren schwenkbar, damit der Ballon hoch- und runterfliegen kann. Der dritte Servo schwenkt die Kamera. Sie ist horizontal ausgerichtet, um beim Fliegen sehen zu können, wohin die Reise geht. Sie schwenkt nach unten, sind z.B. für Vermessungen Aufnahmen senkrecht aus der Luft zu machen.