Enkele weken geleden crashte ik mijn DJI Spark. Het is was me nog steeds niet helemaal duidelijk wat er was gebeurd en ik was al van plan de hele drone in de prullenbak te gooien, tot ik erachter kwam dat DJI (via de Chinese marktplaatsen) alle onderdelen van haar drones los verkoopt. Dat is een uitdaging voor een ingenieur en ik heb wat uren besteed om de drone weer vliegklaar te maken.

Dank zij YouTube heeft iedereen de beschikking over de opgenomen ervaringen van anderen. Adamant IT, 'a small computer repair shop in Shaftesbury, England' repareerde al eens een DJI Spark met soortgelijke schade als de mijne en dankzij de zorgvuldig gedocumenteerde demontage-montagevideo had ik de Spark in geen half uur in onderdelen op de werkbank liggen.

Zo op het oog leken alleen het frame, de accu en de propellers gesneuveld. Ik ben daarom maar eens begonnen met het bestellen van een nieuw frame.

Het nieuwe frame bevat de draden naar de motoren en enkele subassemblages. Ik heb het demonteren alle onderdelen op kleine papiertjes met een schets van de subassemblage geplakt, zodat er maar een klein risico was dat ik het geheel niet weer precies in elkaar zou krijgen. De kleine connectoren die met iets van siliconenkit waren gefixeerd waren lastig los te maken; met een pincet verwijderen van de kit bleek een goede aanpak.

Voor het demonteren en monteren heb ik het volgende gereedschap gebruikt:

• Kruiskop schroevendraaiers
• Torx schroevendraaiers
• Pincet
• Desoldeerbout
• Soldeerbout
• Derde handje voor het solderen van de motoren en snelheidsregelaars
• Papier, plakband, potlood, zipzakjes en watervaste stift om onderdelen van subassemblages te documenteren, vast te plakken en in zakjes in volgorde te bewaren tot de assemblage

Na de montage met een nieuwe accu de drone aan DJI's Assistant software gehangen. Ik kreeg een foutmelding dat een motor defect was. Mij leek dat sterk, die motoren zien eruit alsof ze wel tegen een stootje kunnen dus ik heb naast twee nieuwe motoren ook twee snelheidsregelaars besteld. Uiteindelijk bleek dat er inderdaad twee snelheidsregelaars defect waren en geen motor. Na het vervangen van beide snelheidsregelaars en het bijwerken van de software daarvan leek alles weer te werken. Ik heb de drone voorzien van een nieuwe, groene afdekplaat: DJI Spark Groen, klaar voor een proefvlucht.

De proefvlucht op lage hoogte op een afgelegen veldje leek in eerste instantie heel succesvol, maar leverde na een paar minuten een problematische situatie op: de drone werd onbestuurbaar. Ik kon de drone nog net landen, voor hij op de vlucht was geslagen. Analyse van de vluchtgegevens leverde het volgende beeld:

In de documentatie van de DJI Spark staat vermeld, dat bij voortdurende kompasfouten de GPS module wordt uitgeschakeld. Persoonlijk zie ik daar de logica niet van, maar het verklaart het feit dat de drone ervandoor wilde gaan: zonder kompas en GPS is een drone aan de elementen overgeleverd en het waaide stevig op de testdag.

Een test van het kompas ging eenvoudig via de DJI GO 4 app, waar je de metingen van het kompas op het scherm getoond ziet. Viel gelijk op dat er alleen toevalsgetallen getoond worden: 34, 256, 2, 312, 2, 128, .. Ook het calibreren van het kompas ging steevast met een foutmelding gepaard.

Het was even zoeken waar de compas in de DJI Spark zit: bij de GPS module, op de hoofdprint, op de IMU module of op de 3D Vision module. Ik heb na wat Duck-Duck-Go-en op de 3D Vision module gegokt. De 3D Vision module zit voorin de drone, met hierop een camera, een afstandsmeter en (hopelijk) het elektronisch kompas. Ik heb er een gebruikte vervanger uit China voor laten komen.

Het vervangen van de 3D Vision module ging eenvoudig: een handjevol kruiskopschroeven losdraaien, een connectortje lospeuteren en overzetten op de nieuwe printplaat en de boel kon weer terug. Gelijk in de DJI GO 4 applicatie de metingen van het kompas bekeken en die waren heel anders dan de oude: stabiele waarden die afhankelijk van de draaiing van de Spark tussen de 0 en 1000 zaten. Ook de kompascalibratie ging nu foutloos.

Ik heb alle connectors voorzien van wat schilderskit (tandenstokertjehoeveelheid). Er wachten nog een paar testen maar ik durf te stellen dat de kans groot is dat de drone weer zo goed als nieuw is.

Bill of Materials:

• Frame, inclusief bedrading € 17,37
• 2 snelheidsregelaars 2 x € 10,48
• 3D Vision module € 15,49
• Nieuwe groene afdekplaat (niet nodig, wel mooi) € 9,31

Totale reparatiekosten: € 63,13

Afgelopen week maakte ik filmopnames van een groep trainees en probeerde ook nog wat opnames van het gebouw te maken waarin het traineeship werd gegeven. Dat werd mijn drone, een DJI Spark, fataal: door een vooralsnog niet duidelijke oorzaak probeerde de drone het gebouw in te vliegen en crashte van 65 meter hoogte op de straatstenen.

Voorafgaande aan de crash was de drone op de gewenste hoogte van ongeveer 65 meter (18e verdieping) op een meter of vier afstand van het gebouw. De bedoeling was om van de voorzijde van dat gebouw naar de zijkant ervan te vliegen en daarbij de camera op de ramen gericht te houden. Aan alle kanten rondom het gebouw was voldoende ruimte en onder het vluchtpad van de drone liep een brede stoep. Geen gevaar voor wandelaars of passerende auto's. Er liep wel iemand te filmen op een meter of twintig afstand hetgeen ook de 'live stuiterfoto' hierboven opleverde.

Als piloot kon ik de hele situatie overzien, hoewel de drone zelf met de zon in de rug maar net zichtbaar was. Het vliegen aan de voorkant ging prima, de rotatie op de hoek ook. Ik kreeg een melding dat de maximale vlieghoogte was bereikt en heb dat in het menu veranderd. Toen ik met de drone de hoek om ging, ging het mis: de drone vloog steeds dichter naar het gebouw en stuiterde tegen het glas, verloor een propeller (deze viel het eerst op straat en de drone viel hulpeloos naar beneden.

Na de crash hielpen omstanders de losse onderdelen te verzamelen. De drone zag er toen uit als op onderstaande foto: twee gebroken rotorarmen en een volledig total loss batterij. Ik heb de drone eerst maar eens in de koffer opgeborgen en later de schade beoordeeld.

De gimbal is zo op het oog nog intact (zit aan de andere kant van de gebroken rotorarmen) en de behuizing lijkt onbeschadigd. Ook de motoren draaien nog en de elektronica lijkt het nog te doen. Alle losse onderdelen waren verzameld, inclusief de dopjes en de veertjes. Alleen het micro-SD kaartje met de film die op het moment van de crash werd gemaakt ontbrak en zal waarschijnlijk nog op de plek van de crash liggen.

Na de crash heb ik de vluchtanalyse van de DJI Go 4 app geladen en het gelinkte filmpje gemaakt om aan de hand hiervan de omstandigheden en de oorzaak van de crash te analyseren. Dat is nog niet zo eenvoudig, het lijkt zo op het eerste gezicht een navigatiefout, maar het is nog onduidelijk of het te voorkomen was. Ook is het onduidelijk of er problemen waren met de GPS ontvangst.

Waarschijnlijk vervang en/of restaureer ik de drone binnenkort, maar het is wel belangrijk om niet weer dezelfde problemen te krijgen. Tips en adviezen? Laat het me weten!

Update

Het lijkt te doen om een ernstig beschadigde DJI Spark te herstellen, door het frame te vervangen door een nieuw exemplaar. Dat heeft natuurlijk alleen zin als de andere onderdelen (interne vluchtregelaar, gimbal en camera, motoren) nog bruikbaar zijn. Zo'n frame is na te bestellen en kost een kleine 20 euro. Het frame is dan al voorzien van nieuwe bedrading voor de motoren. Op dit filmpje is te zien hoe dat vervangen van het frame in z'n werk gaat.

Ik kwam recentelijk een relatief nieuw fenomeen tegen dat zich 'FPV Drone Racing' noemt: kleine quadcopters uitgerust met live videocamera's waarmee de piloten zien waar hun vliegtuig zich bevindt. De piloten gebruiken een videobril als enige navigatiemiddel (telemetrie van hun quadcopter, zoals hoogte, richting en accuspanning wordt in het videobeeld opgetekend). Volgens enkele website wordt het dé sport van 2016. Ik weet het niet, de regels rondom het gebruik van quadcopters in Nederland sluiten FPV gebruik nagenoeg uit. De gebruikte technieken (kleine videocamera's, analoge videozenders, videobrillen) zijn niet supergeavanceerd, maar waar mijn ook wel op viel was het slimme gebruik van glas- en koolstofvezelplaat om het frame van de quadcopter mee op te bouwen. Glas- en koolstofvezelplaat is enorm sterk en toch heel licht en daarmee een handig materiaal om snelle quadcopters mee te bouwen.

Uit de Open Source hoek komt ook het CC3D project: een volledige centrale vluchtcomputer. Verder heeft China een prachtige high-end 9 kanalen 2,4 GHz universele RC zender geproduceerd: de Turnigy 9X. Gecombineerd met de lage prijzen van motoren, lipo accu's en videocamera's ligt het in elk geval niet aan de kosten of FPV Drone Racing van de grond komt. Har.

In mei 2016 zijn de Nederlandse Kampioenschappen Drone Racing, georganiseerd door de KNVvL. De plaats en precieze datum zijn echter nogal mistig.

De DJI Phantom 2 is volgens de Nederlandse regelgeving een RPAS, een 'Remotely Piloted Aircraft System'. Ik maak hiervan hobbymatig gebruik met een recreatief doel en val daarom onder de Regeling Modelvliegen uit 2005. Die regelgeving staat het gebruik van camera's en dergelijke toe, zodat mijn 'P2' dan ook is voorzien van een actiecamera en XY-gimbal. Op die manier kun je leuke filmpjes maken, maar een actiecamera is niet altijd de meest geëigende manier om te fotograferen: voor een hele goede luchtfoto heb je andere apparatuur nodig. Om alle voorzieningen onder de P2 gemakkelijk te kunnen wisselen heb ik een externe uitbreidingspoort gemaakt, waaraan de verschillende apparaten gekoppeld kunnen worden.

Aan de buitenkant heb ik gekozen voor een 16-polige header, die met een stukje regenboogband met het binnenwerk is verbonden. Binnenin zitten een aantal relevante systeemdelen waar verbinding mee gemaakt kan worden:

• De DJI iOSD vluchtvisualisator, die vluchtgegevens over een analoog videobeeld heen kan superponeren (4 pinnen)
• De P2 CAN-bus, waarover alle vluchtgegevens worden gecommuniceerd en die ook voor de stroomverzorging (7,2 volt) kan zorgen (4 pinnen)
• Een servo-aansluiting F1 waarmee de kijkhoek ('pitch') van een camera kan worden ingesteld middels een hendeltje op de afstandsbediening (3 pinnen)
• Een servo-aansluiting F2 waarmee de horizon ('roll') van een camera kan worden ingesteld (3 pinnen). De standaard afstandsbediening heeft hiervoor geen bediening, maar losse afstandsbedieningen vaak wel.

Ik heb geprobeerd het geheel enigszins handig in te delen, zodat je bij gelegenheid gemakkelijk een stekkertje kunt wisselen. Er is op dit moment slechts één pin waarop de accuspanning van de P2 staat: de + van de CAN-bus. Dat is nog niet heel handig en wie weet dat ik de twee vrije pennen links van de plug hiervoor ga gebruiken.

DJI iOSD vluchtvisualisator (pennen 1, 2, 3 en 4)

De DJI iOSD vluchtvisualisator is via een CAN-bus aangesloten op de Naza vluchtcomputer van de P2 en ontvangt hierdoor alle vluchtgegevens. Het apparaat bevat een eigen computer die de vluchtgegevens omzet in een analoog videobeeld. Indien aangeboden wordt dit videobeeld over een ander videobeeld heengeprojecteerd. Op die manier kunnen vluchtgegevens over het beeld van een videocamera worden getoond. De iOSD heeft vier aansluitingen: GND (1), video-out (2), GND (3) en video-in (4).

P2 CAN-bus (pinnen 5, 6, 7 en 8)

De CAN-bus voert de digitale informatie binnenin de P2. Hierover loopt o.a. de communicatie tussen de Naza vluchtcomputer. Naast digitale informatie voert de CAN-bus ook de voedingsspanning.

Mijn DJI Phantom 2 heeft een heuse navigatie- en besturingscomputer aan boord, die gebruikmaakt van gyroscoop, GPS, batterijspanning en instructies van de afstandsbediening om vier motoren aan te sturen. Deze navigatiecomputer, de Naza-M, heeft informatie over de positie en bewegingen van de quadcopter. Informatie die je als gezagvoerder eigenlijk bij de hand wilt hebben: het maakt het vliegen veiliger en doeltreffender als je weet waar de neus van de quadcopter heen wijst, en hoeveel batterijlading er nog resteert.

DJI heeft voorzien in deze behoefte met een kleine uitbreidingsmodule waarmee de informatie van de navigatiecomputer aan een videoverbinding kan worden toegevoegd: de DJI iOSD mini. Deze kleine module wordt middels een CAN-bus met de navigatiecomputer verbonden. Alleen de bedrading voor de videoverbinding vereist nog wat knutselwerk. Er is in de DJI Phantom 2 net voldoende ruimte naast de navigatiecomputer om de OSD module, met wat dubbelzijdige tape, permanent een handige plaats te geven. In de afbeelding hieronder is links de kleine zwarte OSD module te zien en rechts de oranje navigatiecomputer.

De iOSD mini levert de volgende informatie op:

• Accuspanning van de Phantom 2 in volt en percentage bedrijfsduur
• Vertikale afstand tot de thuispositie in meters
• Horizontale afstand tot de thuispositie in meters
• Vluchtmodus (GPS, ATT, Manual)
• Autopilot modus (Fail Safe, Ground Station, Go Home)
• Pitch hellingshoek (neus omhoog of omlaag)
• Roll kantelingshoek
• Horizontale snelheid in meters per seconde
• Aantal ontvangende GPS satellieten
• Richting van de neus ten opzichte van de thuispositie
• Vertikale luchtsnelheid
• Kunstmatige horizon
• Kompas status

Een onbemand luchtvaartuig of drone is een luchtvaartuig zonder piloot aan boord. De toestellen worden vaak op afstand bestuurd. Er bestaan verschillende namen voor de verschillende soorten drones, zoals UAV en RPAS. De kleine toestellen zoals er eentje op de foto hierboven is afgebeeld worden microcopters genoemd. Het vliegen met een microcopter zoals een DJI Phantom 2 is een fantastische ervaring, zeker als deze is voorzien van GPS en vluchtcomputer, een gimbal, een Gopro-style videocamera en een first person view inrichting. De gemaakte beelden zijn vaak prachtig en het vliegen zelf is eenvoudig en doeltreffend. In alle enthousiasme zou je dan vergeten dat de veiligheid en privacy van vliegtuigen, gebouwen en mensen op het spel kan staan. De regelgeving rondom het vliegen met een microcopter is uitgebreid en er gelden voor verschillende omstandigheden extra regels.

Iemand die een vlucht met een microcopter maakt dient de veiligheid en privacy van de medemens als eerste prioriteit te beschouwen. Hieronder een samenvatting van de regelgeving zoals ik die zelf hanteer.

Deelnemen aan het luchtverkeer

Een microcopter is, zodra het vliegt, onderdeel van het luchtverkeer. De verplichtingen voor luchtverkeer zijn daarom van toepassing op degene die verantwoordelijk is voor een microcopter. Een basisregel is het verbod in artikel 5.3 van de Wet luchtvaart om op zodanige wijze aan het luchtverkeer deel te nemen dat daardoor personen of zaken in gevaar worden of kunnen worden gebracht. Artikel 5.4 verbiedt het om boven gebieden met aaneengesloten bebouwing of kunstwerken, industrie-en havengebieden daaronder begrepen, dan wel boven mensenmenigten, aan het luchtverkeer deel te nemen op een zodanige hoogte dat het niet meer mogelijk is een noodlanding uit te voeren zonder personen of zaken op het aardoppervlak in gevaar te brengen. En volgens artikel 5.7 is de gezagvoerder ervoor verantwoordelijk dat de uitvoering van de vlucht geschiedt in overeenstemming met de bij of krachtens deze wet gestelde regels. Degene die een microcopter bestuurt of oplaat geldt als gezagvoerder.

Commercieel of recreatief

Het maakt verschil of je een commerciële of een recreatieve vlucht maakt. Het is verboden om deel te nemen aan het luchtverkeer als de microcopter uit hoofde van een bedrijf of beroep, dan wel tegen bate, wordt gebruikt. Alleen recreatief gebruik is zonder verdere ontheffing toegestaan.

Binnen of buiten een luchtverkeersleidingsgebied

In Nederland kennen we een aantal luchtverkeersleidingsgebieden: dit zijn gebieden en de ruimten eromheen waar vliegtuigen opstijgen en landen. Luchthaven Eelde is zo'n gebied, maar ook Leeuwarden, Terlet, Schiphol, Twente, enzovoorts. Het is verboden om met een microcopter te vliegen in een luchtverkeersleidingsgebied.

Veiligheid

De vlucht met een microcopter mag slechts worden uitgevoerd onder omstandigheden waarbij er vanaf de grond tijdens de gehele vlucht goed zicht is op de microcopter en het luchtruim daaromheen. Verder moet de bestuurder tijdens de gehele vlucht goed zicht houden op de drone. Om die reden is besturing op basis van een camera aan boord (first person view) niet mogelijk. Het gebruiken van een camera aan boord voor andere doeleinden dan voor de besturing is niet aan luchtverkeersregels gebonden maar kan wel privacy-implicaties met zich meebrengen.

De vlucht met een microcopter mag verder niet worden uitgevoerd boven gebieden met aaneengesloten bebouwing of kunstwerken, industrie- en havengebieden, boven mensenmenigten, boven spoorlijnen of boven voor motorrijtuigen toegankelijke verharde openbare wegen, met uitzondering van wegen in 30 km-zones binnen de bebouwde kom en wegen in 60 km-gebieden buiten de bebouwde kom.

Privacy

Omdat van een microcopter moeilijk van een afstandje te bepalen is door wie en waarom ze ingezet worden, iemand die in zijn eigen leefomgeving een bepaalde privacyverwachting heeft en de camera van een microcopter het mogelijk maakt beelden op te slaan en via het internet te distribueren zal er eerder sprake zijn van inbreuk op privacy dan er in andere situaties het geval zal zijn. Dit maakt dat de bestuurder van een microcopter een grote plicht tot het beschermen van de privacy van medemensen heeft. Dit betekent ondermeer: het uitgebreid informeren van mensen die op zoek gaan naar de betekenis van een microcopter in hun leefomgeving, het uitsluiten van de mogelijkheid om mensen in hun eigen leefomgeving in hun privacy te schaden en ervoor waken, dat geen beelden van mensen worden opgenomen of opgeslagen die hiervoor geen toestemming hebben gegeven.

Gisteravond een ontwerp gemaakt voor een 'branding decal' voor de koffer voor mijn DJI Phantom 2. Best stoer geworden al zeg ik het zelf. Het ontwerp bevat het DJI logo in vector formaat (aan de hand van een plaatje van de DJI website gemaakt met Adobe Illustrator), de 'flight status LED indicators' (in Adobe InDesign) en aanwijzingen voor het uitvoeren van de kompas calibratie. Ik kon het precieze, door DJI gebruikte lettertype niet vinden, dus toen maar een benadering gebruikt. Ik ben uitgekomen op 'The Sans', een op Helvetica en Arial gelijkend lettertype waarvan de onderkastletters klein uitvallen.

Het ontwerp is 29,0 x 14,4 cm groot, precies de juiste afmetingen voor de goedkope koffer die veel mensen gebruiken voor hun Phantom. Ik laat het afdrukken op zelfklevend vinyl en schoonsnijden bij Copy Systems.

BangGood.com is tegenwoordig onze favoriete speelgoedwinkel. Je moet wel plannen om je verjaardagscadeautjes op tijd binnen te hebben, want verzending vanuit Shenzhen duurt ongeveer 10 dagen. De lage prijzen zijn echter alleszins de moeite om er even geduld voor te hebben. Onderstaande mini quadcopter staat in het oranje voor € 14,29, inclusief verzending, op je deurmat.

Een scherpe aanbieding van Conrad, gecombineerd met een strategisch ingewisselde kortingsbon maakt dat een professionele quadcopter voor minder geld kant-en-klaar gekocht kan worden dan zelfgemaakt. Bekijk de uitpakparty.

De Phantom 2 van DJI Innovations zoals deze op de foto is afgebeeld is een platform met een onvoorstelbare hoeveelheid sensoren en computerkracht.

Uiteindelijk zijn er slechts vier bewegende delen: de vier motoren waaraan de propellers zijn bevestigd. De rest van de elektronica bestaat uit GPS, accelerometers, een elektronisch kompas, heel veel LED's, microcontrollers, een 2.4 GHz 7 kanaals ontvanger en motorbesturingen.

Als platform kan de Phantom 2 worden uitgebreid met camera's en extra sensoren en zenders. Ik zie zelf heel veel in 'first person view', ofwel de mogelijkheid om live te zien wat de camera onder de Phantom 2 ziet. Het is een relatief uiterst goedkope manier om een oneindig aantal vlieguren te maken, zonder hiervoor een vliegtuig te hoeven huren.

Eén van mijn favoriete online-marktplaatsen is AliExpress: een Chinese webwinkel waar duizenden Chinese bedrijven en particulieren hun spullen aanbieden. De prijzen zijn er naar Europese standaarden laag en het aanbod verbluffend omvangrijk. Hierdoor is het echter wel flink zoeken naar de beste aanbiedingen. Er zijn enkele websites die dit euvel duiden: LightInTheBox, BangGood en GoodLuckBuy. De eerste specialiseert zich op het gebied van fotografie, de andere twee lijken zich vooral op aanbiedingen te richten.

Op BangGood ("Best Bang For Your Buck" is hun onderschrift, ze lijken zich bewust van hun vreemde naamskeuze) vond ik een kleine 1080p camera die sprekend lijkt op een GoPro, de "Novatek SJ4000". Het is een piepkleine camera die het goed zou doen bungelend aan een vlieger of gemonteerd op het dashboard van een auto. De reviews zijn goed en de interne werking) lijkt opgezet rondom een Novatek NT96650 videocontroller, die de digitale informatie van de beeldchip gereedmaakt voor de LCD achterwand, de HDMI uitgang en de geheugenkaart. 

Zo rondkijkend op het internet kwam ik een voor mij geheel nieuw concept tegen: de "gimbal". Een gimbal (Nederlands: cardanische ophanging, ofwel "draaibare ondersteuning") zorgt voor een bewegingsvrije ophanging van een camera aan een bewegend voorwerp. "Every self-respecting drone used for aerial photography needs a gimbal", aldus Instructables. Blijkbaar moet je een quadcopter hebben om gebruik te kunnen maken van een gimbal. Video's op YouTube laten mooi zien waar een gimbal goed voor is: ook met een wiebelend platform ontstaan er stabiele filmpjes. En laat GoodLuckBuy  (ik wil niet weten wat hún onderschrift is) nu voor enkele tientjes een goedwerkend exemplaar leveren!