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Drohnenrennen & Race Copter: Adrenalinkicks für Technikfans

Drohnenrennen & Race Copter
Das Chassis der Renndrohnen besteht aus sehr leichtem Material wie Kohlefaser (CFK) und wiegen gerade mal 500 bis 600 Gramm. Das ist Modellbau auf sehr hohem Niveau (Screenshot: youtube.com/DroneRacingLeague).

Drohnenrennen, FPV Quadrocopter Rennen oder eben Drone Racing: Kleine technische Wunderwerke mit zwei Kameras sowie einem Steuergerät fliegen in sämtliche Richtungen durch die Luft. Tatsächlich: in sämtliche Richtungen!  

FPV Quadrocopter: du fliegst selbst

Du fliegst mit deinem Minicopter durch einen Kurs aus Hindernissen und versuchst, deine Mitstreiter zu überholen. Oder du fliegst auf dem ersten Platz Richtung Ziellinie. Dann musst du noch mehr auf die Hindernisse des Parcours aufpassen, um nicht aus der Bahn zu geraten und den Drohnenrenntag frühzeitig zu beenden. Vielleicht nimmst du auch an der Disziplin Freestyle teil und kannst die Route durch den Parcours selbst wählen. Wie auch immer: Spaß, Adrenalin und Technik auf hohem Niveau bekommst du auf jeden Fall.

Doch eins nach dem anderen: FPV? Quadrocopter? Drohnenrennen? Freestyle? Das klingt nach Gaming, anspruchsvoller Technik und hartem Wettbewerb. Aber was ist das, worum geht es und was bedeutet die Abkürzung FPV? Sie steht für First-Person-View und beschreibt die Perspektive der Person, die die Renndrohne steuert. An der Drohne sind kleine Kameras angebracht, deren Bild live übertragen wird. Entweder auf ein Bildschirm und die Videobrille des Piloten, oder nur auf einen Bildschirm. FPV bedeutet: Der Pilot sieht, was die Drohne sieht – je nach Kamera Set-up. Mit einer Videobrille fühlt es sich an, als ob du in der Drohne sitzen würdest. Moderne Video- und Funktechnologien ermöglichen das.

Das FPV-System besteht aus mehreren Komponenten, die das Bild von der Drohne auf eine Videobrille oder eine Leinwand übertragen. Häufig kommenzwei Kameras zum Einsatz: eine für die Steuerung und eine für das Publikum. Während das Publikum die Bilder in HD-Qualität auf einer Leinwand genießen kann, ist der Pilot auf ein möglichst ruckelfreies Bild in der Videobrille angewiesen. Deshalb werden Bildsensoren verwendet, die das Bild stabilisieren und auch in Digitalkameras verbaut sind. Dabei gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten:

  • CCD (Charge Coupled Device; ladungsgekoppeltes Bauteil): Hohe Lichempfindlichkeit, wenig Bildrauschen, langsame Übertragungsraten, hoher Stromverbrauch.
  • CMOS (Complemtary Metal Oxide Semiconductor; ergänzender Metaloxid Halbleiter): Hohe Übertragungsraten, wenig Stromverbrauch, geringere Lichtempfindlichkeit, anfällig für Bildrauschen.

Entscheidend sind meist das Gewicht, der Stromverbrauch und die optischen Eingenschaften. Denn eine Full-HD-Kamera wiegt schon einige hundert Gramm; die Kamera für die FPV-Steuerung muss also sehr kompakt und auch sparsam sein, damit der Copter lange in der Luft bleiben kann. Bildsensoren aus Digitalkameras sind nicht viel größer als eine SD-Speicherkarte. Prinzipiell haben aber beide Sensoren Vor- und Nachteile. Derzeit geht die Entwicklung in Richtung CMOS-Bildsensoren. Das heißt aber nicht, dass CCD-Bildsensoren auf dem neuesten Stand ungeeignet wären.

FPV Quadrocopter: du fliegst selbst
Bei Drohnenrennen werden zum Beispiel CCD-Sensoren verwendet, um das Videobild zu stabilisieren. (Quelle: wikipedia.org, Lizenz: Gemeinfrei)

Die Daten aus den Bildsensoren werden anschließend im 5,8 Ghz-Bereich an die Videobrille übertragen. An der Drohne befindet sich ein Sender, an der Videobrille ein Empfänger. Mitunter dient eine spezielle Antenne zur Verstärkung des Signals – sie wird als Patchantenne bezeichnet und vergrößert die Reichweite enorm. Das Videosignal wird durch ein Breitbandnetz gejagt, da die Datenübertragunsraten für HD-Bilder sehr hoch sein müssen. Das Steuersignal arbeitet mit 2,4 Ghz, damit die Kontrolle über die Fernsteuerung nicht vom Videosignal beeinträchtigt wird. Andernfalls würde die Drohne ein wenig verrückt spielen.

Drohnenrennen: Nicht ohne meine Drohne

Kameras, Sender und weitere Bauteile werden möglichst in kompakter Bauweise auf einem Chassis befestigt. Die eigentliche Drohne besteht aus einem Rahmen, der zwischen 150 und 250 mm lang ist. Die Länge wird in der Diagonalen gemessen und gibt den Abstand der Motoren an. Das Chassis besteht aus sehr leichtem Material wie Kohlefaser (CFK) und oft aus einzelnen Teilen aus Aluminium. Im Schnitt wiegen Renndrohnen gerade mal 500 bis 600 Gramm. Das ist Modellbau auf sehr hohem Niveau.

Wie der Name schon sagt, verfügen Quadrocopter über vier Motoren, die genügend Power und Umdrehungen haben müssen. An den Motoren sind sogenannte Props verschraubt; die Kurzform für Propeller. Sie bohren sich durch die Luft und erzeugen den Auftrieb. Hinzu kommt eine Steuereinheit, die auch die Software beinhaltet. Viele Copter-Piloten arbeiten mit Open Source-Software. Und natürlich darf eine Energiequelle in Form eines leistungsfähigen Akkus nicht fehlen. Drohnenpiloten haben häufig mehrere davon im Gepäck.

Die Grundlagen für ein Renndrohnen Set-up:

  • Race Copter Chassis
  • 4 x Motoren
  • 4 x Propeller
  • Akkus
  • Steuereinheit (Regler für die Motoren, Flight Controller)
  • FPV Kamera und eventuell Actioncam
  • Sender und Empfänger sowie Funkfernbedienung
  • Videobrille

Das alles ist modular aufgebaut, sodass sich einzelne Bauteile sehr zügig austauschen lassen. Bei einem Drohnenrennen passiert den Piloten eigentlich nichts – es sei denn sie stolpern die Treppe hinauf zum Pilotenlager. Dort sitzen sie mit ihren Videobrillen und den Funksteuereinheiten – und sind hochkonzentriert. Was trotz dessen relativ wahrscheinlich ist: Kleine und größere Drohnencrashs. Zum Beispiel: Drohne trifft auf Pylone; der Propeller ist ab und der Minicopter segelt zu Boden. Drohnenrennen sind kein Zuckerschlecken.
Sieh selbst:

Die Drohnen bewegen sich mit bis zu 130 km/h durch den Parcours und müssen zahlreiche Hindernisse, Pylonen und hochgradige Kurven hinter sich lassen. Das heißt: actiongeladene Szenen sind garantiert. Und: die Piloten müssen es richtig drauf haben; sie müssen die technischen High-End-Produkte sehr genau durch die Luft in alle Richtungen steuern. Sozusagen eine dreidimensionale Rennsportart.

Drohnen-Set-up fürs Rennen & für Zuhause

Neben dem Know-how ist das Set-up zentral für ein Drohnenrennen. Wie bei anderen Rennsportarten kommt es auf gutes Equipment an, das aufeinander abgestimmt ist. Motoren, Props, Akkuleistung, Hard- und Software sowie das Gewicht des Chassis – das sind viele unterschiedliche Faktoren, die für den Erfolg bei einem Drohnenrennen ausschlaggebend sein können. Einerseits geht es dabei um das Zusammenspiel der Module oder Bauteile; andererseits um Gewichtsreduzierungen und ein Optimum an Leistung und Kontrolle. Um faire Bedingungen für alle zu schaffen, bekommen die Teilnehmer bei offiziellen Drohnenrennen das gleiche Set-up gestellt. Meist übernimmt ein Hersteller das und sponsert das Event mit seinen getunten Profi-Modellen.

Für den Heimbereich gibt es zwei Optionen: zum einen können Interessierte sich ein Set-up selbst zusammenstellen. In diesem Fall könnt ihr euch den Race Copter genauso aufbauen, wie ihr euch das vorstellt. Bei Bausätzen wie dem Graupner 3D Alpha 300Q beachte bitte unbedingt die Spezifikationen von den einzelnen Bauteilen; sie sollten zum Zweck passen. Zum anderen gibt es fertige Aufbauten, die gerade für Anfänger perfekt geeignet sind. Zum Beispiel von Blade, Robitronic, Walkera, Scorpion oder Graupner. Fündig werdet ihr im Conrad-Online-Shop.

Klar: Übung macht den Meister. Deshalb ist es sinnvoll, anfangs auf Wiesen und Freiflächen zu trainieren, um sich dann langsam zu steigern. Nachdem die ersten Manöver sitzen und du die volle Kontrolle über den Minicopter im Rennformat hast, kannst du dich an höhere Ziele heranwagen. Der nächste Schritt könnte ein Wald oder eine verlassene Industriehalle sein. (Ps: Das mit der verlassenen Industriehalle ist keine Aufforderung zum Nachmachen; vielmehr eine Empfehlung, sich mal die Videos zum Thema Drone Racing League anzuschauen.) Übrigens: in den USA spielen sich derzeit interessante Entwicklungen ab. Es wurde eine professionelle Renndrohnenliga gegründet. Im März fand in Dubai zudem der erste Renndrohnen-Weltcup statt; im folgenden Video gibt es einige Eindrücke. Einige Events in Deutschland gibt es auch, zum Beispiel die Drone Masters in Berlin.

Habt ihr Lust bekommen, mal in die Rolle eines Drohnenpiloten zuschlüpfen? Oder seid ihr schon dabei? Habt ihr Anregungen, Fragen oder sogar Tipps für Drohnen-Events und -Veranstaltungen? Immer her damit, unsere Leser und wir freuen uns auf Tipps!

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