3DR APM und Clone

Was ist das APM?

APM steht für ArduPilot Mega, einen Autopiloten auf Arduino-Basis von 3D Robotics (3DR). Die Versionen APM 2.5 und 2.6 und viele günstige Nachbauten, die sogenannten Clones, waren um 2012 bis 2015 in selbst gebauten Koptern und Flugzeugen weit verbreitet. Mit GPS, Kompass und Barometer wird ein APM zur vollwertigen Autopilot-Elektronik mit Position halten, Rückkehr zum Startpunkt und Wegpunktflug.

Die Software dahinter heißt ArduPilot und ist Open Source. Es gibt sie für Kopter (ArduCopter), Flächenmodelle (ArduPlane) und Fahrzeuge (ArduRover). ArduPilot wird bis heute aktiv weiterentwickelt, läuft inzwischen aber vor allem auf 32-Bit-Boards wie dem Pixhawk und seinen Nachfolgern – die alten APM-Boards bekommen keine neuen Firmware-Versionen mehr.

Hier geht es um APM-Boards und ihre Clones: vom Erstkontakt und der Einrichtung mit Mission Planner über GPS-Anschluss und Erstflug-Vorbereitung bis zu Problemen mit Nachbauten. Fragen zu ArduPilot auf neueren Boards passen ebenfalls hierher. Einen Überblick über weitere Programme gibt die Glossar-Kategorie Drohnen-Software.

Board, Sensoren und Bodenstation

Ein APM-Board vereint Mikrocontroller und Sensoren: Gyroskop und Beschleunigungssensor für die Lage, ein Barometer für die Höhe und beim APM 2.5 auch einen Kompass auf der Platine. Beim APM 2.6 fehlt der Onboard-Kompass; er sitzt im externen GPS-Modul, häufig mit uBlox-Empfänger, wo ihn Stromkabel und Motoren weniger stören. Spannung und Strom misst ein Strommodul (Power Module), das das Board zugleich versorgt.

Eingerichtet wird das APM mit einer Bodenstation am PC: Mission Planner unter Windows oder QGroundControl. Darüber spielst du die Firmware auf, wählst den Rahmentyp, stellst Parameter ein, planst Wegpunkte und wertest Logs aus. Im Flug verbindet ein Telemetrie-Funkmodul den Kopter mit der Bodenstation, in der EU meist auf 433 MHz.

ArduCopter bringt eine ganze Reihe Flugmodi mit: Stabilize für Handsteuerung mit Selbstnivellierung, AltHold zum Höhehalten, Loiter zum Position halten per GPS, RTL für die Rückkehr zum Startpunkt, Auto für Wegpunktmissionen und Land zum automatischen Landen. Gesteuert wird wie bei jedem Multikopter über Gas, Gier, Nick und Roll; die Feinarbeit an den Motordrehzahlen übernimmt das Board.

Einrichtung: Kalibrierung, Failsafe, Erstflug

Nach dem Aufspielen der Firmware stehen die Pflichtkalibrierungen an: Beschleunigungssensor (Accel), Kompass und Fernsteuerung (Radio). Ohne sie verweigert ArduCopter das Scharfschalten und nennt im Mission Planner in einer PreArm-Meldung den Grund. Den Kompass kalibrierst du im eingebauten Zustand und fern von Metall.

Danach richtest du den Failsafe ein: Was soll bei Verlust des Sendersignals, bei niedriger Akkuspannung oder abgerissener Telemetrie passieren? Üblich sind RTL oder eine Landung. Ein Geofence begrenzt Höhe und Entfernung und holt den Kopter zurück, wenn er die Grenze überschreitet. Damit die Spannungswarnung zuverlässig auslöst, muss das Strommodul richtig kalibriert sein.

Den Erstflug machst du in Stabilize auf freiem Gelände, erst danach testest du AltHold und Loiter. Klappt alles, planst du im Mission Planner deinen ersten Wegpunktflug: Wegpunkte auf der Karte setzen, Höhen festlegen, Mission auf den Kopter schreiben, in Auto umschalten – und jederzeit bereit sein, zurück in Stabilize zu gehen.

Wer heute neu baut, nimmt besser ein 32-Bit-Board mit aktueller ArduPilot-Firmware; die Bedienung über Mission Planner bleibt dabei fast gleich. Welche Regeln für Flüge draußen gelten, prüfst du aktuell beim Luftfahrt-Bundesamt oder deinem Modellflugverband.

Typische Probleme und wie du sie löst

Viele Probleme mit APM-Clones gehen auf die Stromversorgung zurück. Bricht die Spannung kurz ein, startet das Board neu – im Flug ein sicherer Absturzgrund. Versorg das APM über ein sauberes Strommodul oder ein separates BEC und prüf, ob Spannungsregler und Steckverbindungen des Clones etwas taugen.

Kreist der Kopter in Loiter oder fliegt im RTL in die falsche Richtung, ist meist der Kompass gestört oder falsch ausgerichtet. Setz das GPS-/Kompassmodul auf einen Mast, prüf die Einbauorientierung in den Parametern und kalibrier neu. Ist zusätzlich zum externen Kompass noch einer auf dem Board aktiv, kann das ebenfalls Ärger machen – dann muss der interne abgeschaltet werden.

Erkennt Mission Planner das Board nicht, fehlt oft der USB-Treiber oder die falsche Baudrate ist gewählt: 115200 über USB, 57600 über die Telemetrie. Lässt sich der Kopter nicht scharfschalten, verrät die PreArm-Meldung den Grund.

Nach einem Absturz sind die Logs dein wichtigstes Werkzeug: Sie zeigen Vibrationen, Spannungsverlauf, GPS-Qualität und Steuerbefehle bis zum letzten Moment. Lad sie herunter, bevor du am Kopter etwas veränderst.

So bekommst du hier schnell gute Antworten

Nenne Board und Version – Original oder Clone –, die Firmware-Version, Rahmentyp, GPS-Modul, Strommodul, Empfänger und Telemetrie. Häng PreArm-Meldungen, die Parameterdatei oder Logs an; damit lassen sich die meisten Fehler schnell eingrenzen.

Für andere Flugsteuerungen gibt es eigene Bereiche: Wer auf einem Crius-AIO-Board MegaPirate nutzt, ist bei MegaPirate und MultiWii richtig, Besitzer einer Naza bei DJI Naza und anderen DJI-Produkten. Den Überblick über alle Systeme findest du bei den Flight Controls.