Hochschule Reutlingen

ArduSmartPilot

Jetzt neu: ArduSmartPilot APP mit dem MIT App Inventor programmieren (WLAN Variante)!

Jetzt kann die App mit dem webbasierten MIT App Inventor statt mit Processing programmiert werden. Dafür sind keine Softwareinstallationen auf dem PC mehr nötig, und die Programmierumgebung ist grafikbasiert - optimal für Schülerprojekte.

Näheres siehe "ArduSmartPilot App Inventor".

ArduSmartPilot – High Tech Mechatronik von Schülern

Einen Spielzeug-Wurfgleiter zu einem Motor­flugzeug umzurüsten, um ihn mit ei­ner selbst programmierten Smartphone-App zu steuern, klingt nach „Rocket Science“ - absolute Hoch­technologie.

Ist es aber nicht: Wir haben bewiesen, dass Schüler in der Lage sind, dafür die kom­plette Mechatronik von der App-Soft­ware bis zum Antrieb zu realisieren.

Und dies überwiegend mit Open Source Soft-/Hardware bei Materialkosten unter 60 € für das komplette Flugzeug.

Projekt ArduSmartPilot

Was in der Kindheit unserer Väter Dampfmaschinen waren, sind für unsere Kinder heute komplexe me­chatronische Systeme wie automatische Fertigun­gen oder moderne Automobile.

Unsere Väter lernten die Technik ihrer Zeit über Mo­dell-Dampfmaschinen kennen. Das Projekt Ar­duSmartPilot macht die heutigen Kinder mit mechatronischen Sys­teme vertraut, indem sie bei ei­nem Modellflug­zeug - dem sogenannten „ArduSmartPilot“- die Mechatronik inklu­sive Fernsteuer­ung selbst planen, bauen und in Be­trieb neh­men.

Die Basis hierbei ist der Spielzeug-Wurfgleiter Fe­lix80 des Hersteller Mi­niprop in Röthenbach (siehe Foto), den Schüler in ein intelligentes mechatronisches Sys­tem umbauen.

Das Herzstück des ArduSmartPilot ist eine Ar­duino-Mikrocontroller Platine. Diese wird mit einem Blue­tooth (BT) Sender ver­sehen, damit sie mit einem Android Smartphone kommunizieren kann. Der Arduino steuert die Hö­hen- und Seitenruder des Flugzeugs sowie den Elektromotor für den Propel­ler. Dazu wird eine An­droid App von den Schülern erstellt, mit der das Flugzeug via Bluetooth über den Arduino ge­steuert wird. Der Ar­duino empfängt zudem Daten mitfliegender Sensoren und über­wacht die Qualität der Funkverbindung bzw. den Akkuladezustand des Flugzeugs.

Die Schüler erfahren dabei hautnah die Kerngebiete der Mechatronik: Mechanik, Antriebe, Senso­rik, Mikrocontroller, Elektronik, Informatik und Kommunikationstechnik.
Typisch für eine Hochschule der angewandten Wissenschaften steht beim ArduSmartPilot-Projekt der Praxisbezug im Mit­telpunkt:
Die Schüler erstellen wie Mechatronik-Studenten Software und elektronische Schaltkreise. Sie ent­werfen Mechanikteile, bauen Kinematiken und integrieren alle diese Komponenten mechanisch, elek­trisch und algorithmisch zu einem funktionsfähigen System.

Anders als noch vor zehn Jahren ist dieses abenteuerliche Vorhaben heutzutage als Schülerpro­jekts realisierbar:
Das liegt an den geringen Komponentenkosten, einfach zu bedienender Software-Entwicklungs­umgebungen (IDE) und speziell an der Arduino-Plattform. Hinzu kommt folgende Tatsache: Nahe­zu jeder Schü­ler hat in seiner Hosentasche ein ideal geeignetes Endgerät, um das Flugzeug zu steuern und dessen Sensorsignal zu visualisieren: Das Smartphone.

Aktuelles

ArduSmartPilot WLAN und MIT App Inventor: Endlich ganz einfach ohne jegliche Installation auf dem PC die Android-App erstellen (Januar 2017)

Es ist oft problematisch, die IDE Processing zusammen mit der Android-Erweiterung zu installieren. Wenn man diesen Aufwand scheut, dann kann nun die ArduSmartPilot App auch mit dem MIT App Inventor programmiert werden!
Dabei handelt es sich um eine "webbasierte" IDE, die sehr gut funktioniert und eine grafische Programmieroberfläche hat. Der App Inventor eignet sich daher ideal für Schülerprojekte.
Eine Anleitung hierzu finden Sie unter dem Menüpunkt "ArduSmartPilot App Inventor".

ArduSmartPilot WLAN: Endlich genügend Reichweite durch WiFi statt Bluetooth (Dezember 2015)

Inzwischen gibt es preiswerte Mikrocontroller mit integrierter WLAN-Schnittstelle wie z.B. den ESP8266, der den Arduino Pro Mini ersetzt. Damit ausgestattet wird der ArduSmartPilot zu einem WLAN-Access Point, mit dem sich das Smartphone verbindet. Abgesehen von der Hardware sind hierfür nur kleinere Modifikationen der Software nötig. Durch die Kommunikation via WLAN erhöht sich aber die Reichweite auf über 200 m. Unter dem Menüpunkt "ArduSmartPilot WLAN" finden Sie eine Zusammenfassung zur WLAN-Steuerung des ArduSmartPilots. Hierfür danken wir Hr. Brandhorst für die Idee und die erste Realisierung.

ArduSmartPilot 2.0: Bugfixes und neue Tipps (Oktober 2015)

Unter dem Menüpunkt "ArduSmartPilot 2.0" finden Sie eine Zusammenfassung von Optimierungen sowie Erfahrungen, die Ihnen den Aufbau und das Fliegen des ArduSmartPilot erleichtern werden. Hierfür danken wir auch den vielen ArduSmartPilot-Makern für ihre wertvollen Rückmeldungen zu diesem Projekt.

ArduSmartPilot in der Zeitschrift Make 3/2015 (Juni 2015)

Eine ausführliche Beschreibung inkl. Blockschaltbilder und anschaulich erklärten Grundlagen finden Sie im aktuellen Magazin Make. Auf den Internetseiten dieser Zeitschrift finden Sie einen Artikel zu dem ArduSmartPilot-Schülerprojekt der Hochschule Reutlingen.

ArduSmartPilot App ohne Treiber- und IDE-Installation im Web mit dem AppInventor programmieren (nur Bluetooth) (Juni 2015)

Bei Schülerprojekten kann man leider aus organisatorischen Gründen oft keine Treiber geschweige denn die Processing IDE auf den Schul-PCs installieren. Daher haben wir nach einer Möglichkeit gesucht, wie man die ArduSmartPilot-App ganz ohne Installationen und damit verbundene PC-Rechte programmieren kann.

Die Lösung hierfür ist der „MIT App Inventor“. Wie man genau die ArduSmartPilot App damit erstellt, finden Sie in einer PDF Dokumentation im Downloadbereich der Legoino-Projektseite.

ArduSmartPilot fliegen lernen mit dem Flugsimulator FMS (Juni 2015)

Oft funktionieren Flugzeug und die Fernsteuerung einwandfrei, der Pilot hat aber noch keine Flugerfahrung und tut sich schwer, das Flugzeug mit einem Smartphone zu steuern.
Daher haben wir nach einer Möglichkeit gesucht, das Modellfliegen „im Trockenen“ zu lernen, damit der ArduSmartPilot nicht allzu oft nach einer Bruchlandung wieder repariert werden muss ;-)

Sie finden ein Video, nähere Informationen über den Menüpunkt "Flugsimulator". Eine ausführliche PDF-Anleitung finden Sie im Downloadbereich.

Ausblick

Technisch, inhaltlich wie auch gestalterisch ist das ArduSmartPilot Projekt in der bis hierhin ge­schilderten Form noch sehr weit ausbaubar. In Zukunft werden folgende Ideen angegangen wer­den:

  • Es werden Funktechniken mit höherer Reichweite wie z.B. WLAN verwendet.
  • Sensoren im Flugzeug werden dazu verwendet, um das Flugverhalten aktiv zu stabilisie­ren.
  • Der ArduSmartPilot wird autonom mit Hilfe eines GPS Sensors und eines Laserabstandssensors fliegen und lan­den können.
  • Es werden Luftaufnahmen mit einem ArduSmartPilot möglich sein.
  • Mehrere ArduSmartPilot werden einen Flugroboterschwarm bilden können.
  • Die Steuerung des ArduSmartPilot wird über neue Smartphonefunktionen wie die Gestenerken­nung realisiert.
  • …

Diese Projektideen schließen den Kreis zwischen den Studenten der Mechatronik und den Schü­lern in den ArduSmartPilot-Projekten:
Im Mechatronikstudium arbeiten Studenten innerhalb ihrer Abschlussarbeiten solche neuen Projek­te aus. Dabei lernen die Studenten das Design, den Aufbau, die Dokumentation und die Inbetrieb­nahme dieser intelligenten mechatronischen Systeme, analog zu einer späteren Berufstätigkeit in der Industrie.

Übersicht der Systemdesign- und Technologiekomponenten

Systemdesign

Hardware

Software

Elektronische Schaltung

Flugsimulator

ArduSmartPilot 2.0

ArduSmartPilot mit WLAN-Kommunikation

ArduSmartPilot mit MIT App Inventor

Danksagung:

Ich danke den nachfolgend genannten Personen und Organisationen, die zum Erfolg dieses Pro­jektes mit beigetragen haben:

Den Studenten des Studienbereichs Mechatronik der Hochschule Reutlingen für die Unterstützung dieses Projektes in der Form von Abschlussarbeiten und Tutorien in der Schülerar­beit.

Den Lehrern des Friedrich-Schiller-Gymnasiums in Pfullingen und des Gymnasiums im Bildungs­zentrum Nord in Reutlingen für die Mitarbeit an diesem Projekt.

Dipl.-Ing. Bernd Rothenberger für die Modellbauberatung.

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schwager für die Initiierung und fachlich/organisatorische Unterstützung dieses Projektes.

Dem O'Reilly Verlag GmbH & Co. KG in Köln für die Unterstützung durch Fachbücher.

Der Fa. Robert Bosch GmbH in Reutlingen für die technische und materielle Unterstüt­zung dieses Projektes.

Der Fa. Leuze electronic GmbH + Co. KG in Owen für die finanzielle Unterstützung die­ses Projek­tes.

Dr. G. Brandhorst für die Idee und Realisierung der WLAN-Steuerung mit dem ESP8266 Mikrocontroller.

 

Informationen über weitere Schülerprojekte des Studienbereichs Mechatronik der Hochschule Reutlingen finden Sie unter www.letsgoIng.de.

Besuchen Sie unser neues Projekt LEGOINO!

Hier lernen Sie, wie man aus den Legosteinen vergangener Kindertagen für wenig Geld einen intelligenten Roboter bauen kann, den man ähnlich wie den ArduSmartPilot auch mit dem Smartphone steuert.

Hier geht es zum Legoino-Projekt.

Rechtliche Hinweise

Selbst für kleine Modellflugzeuge wie den ArduSmartPilot besteht seit 2005 Versicherungspflicht. Erkundigen Sie sich bitte bei Ihrem Haftpflichtversicherer, ob Ihr ArduSmartPilot in Ihrer Privat-Haftpflichtversicherung mit eingeschlossen ist.
Fliegen Sie den ArduSmartPilot nur dort, wo Sie niemand/nichts gefährden können. Halten Sie insbesondere einen großen Abstand zu Straßen, Flughäfen oder Bahnanlagen.

Lizenzierung

ArduSmartPilot von Hochschule Reutlingen ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.

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