DIY GPS-Boje für RC-Segelregatten – Bauanleitung mit ArduPilot

Warum eine DIY-GPS-Boje?

Bei RC-Segelregatten sind präzise und reproduzierbare Bojenpositionen Gold wert:

  • Startlinie sauber ausrichten
  • Kurse schnell an wechselnden Wind anpassen
  • Bojenpositionen später wieder exakt anfahren

Eine motorisierte GPS-Boje kann:

  • selbständig zur gewünschten Position fahren
  • ihre Position halten (Loiter / Position Hold)
  • bei Bedarf auf Knopfdruck versetzt werden

Fertige Systeme sind oft teuer oder unflexibel. Mit etwas Bastelspaß, 3D-Druck und Open-Source-Software (ArduPilot) lässt sich eine erstaunlich leistungsfähige Lösung bauen – perfekt zugeschnitten auf RC-Segelregatten.

Komponenten und Materialübersicht

Schwimmkörper & Mechanik

  • Styroporplatte (oder XPS):
    • Dicke z. B. 30–50 mm
    • Größe so wählen, dass Auftrieb für alle Komponenten + Sicherheitsreserve da ist
  • Kleber für Styropor
    • z. B. PU-Kleber oder spezieller Styroporkleber (kein lösungsmittelhaltiger Kleber!)
  • Verstärkungen
    • Dünne Sperrholzplatten oder GFK-Plättchen für Motoraufnahmen und Gehäuseverschraubungen

Antrieb & Elektronik

  • Controller: Speedy Bee Wing Controller (F4/F405/… – je nach vorhandener Version)
  • 2 ESCs für Boote mit Vorwärts/Rückwärts
    • passend für deine Motoren, z. B. 30–40 A wassergekühlt oder luftgekühlt
  • 2 Brushless-Motoren 2212
    • KV nach Geschmack, z. B. 920–1400 KV
  • Propeller
    • z. B. 3-Blatt-Propeller aus dem 3D-Drucker oder fertige Marine-Props (links/rechts laufend)
  • GPS-Modul mit integriertem Kompass
    • möglichst wasser-/spritzwassergeschützt montieren (idealerweise auf Mast)
  • RC-Empfänger
    • Kompatibel zu deinem vorhandenen Sender
  • 3S LiPo-Akku
    • Kapazität nach gewünschter Laufzeit (z. B. 2200–5000 mAh oder mehr)
  • Wasserdichtes Gehäuse für Elektronik
    • z. B. kleines Elektronikgehäuse mit Dichtung oder modifizierte Lock&Lock-Box

Sonstiges

  • Kabel (Silikonlitze für Motor/ESC, dünne Servo-Kabel für Signale)
  • Schrumpfschlauch, Kabelbinder, ggf. Kabeldurchführungen mit Dichtung
  • Schrauben, Muttern, Einschlagmuttern oder Gewindeeinsätze für Styroporverstärkung
  • 3D-Drucker + Filament (z. B. PETG oder ABS für Thruster-Teile)

Bau der Styroporplattform

1. Design & Zuschnitt

  1. Grundform planen
    • Klassisch ist eine rechteckige oder katamaranähnliche Form mit zwei Schwimmkörpern.
    • Vorteil Doppelrumpf: Thruster können weit außen sitzen → bessere Drehfreude / Manövrierbarkeit.
  2. Schablone erstellen
    • Auf Papier oder Karton Kontur anzeichnen (Länge x Breite, Rundungen an Bug und Heck).
    • Schablone auf die Styroporplatte übertragen.
  3. Ausschneiden
    • Mit scharfem Cuttermesser oder Heißdrahtschneider die Teile sauber ausschneiden.
    • Kanten leicht anfasen, um Beschädigungen zu vermeiden und die Optik zu verbessern.

2. Verkleben & Verstärken

  1. Rumpfsegmente
    • Wenn du einen Katamaran baust: zwei längliche Rümpfe + eine Mittelplatte, die beide verbindet.
    • Mit PU-Kleber oder Styroporkleber sorgfältig verkleben, Trocknungszeit beachten.
  2. Verstärkungen einarbeiten
    • Dort, wo Thruster befestigt werden, kleinere Sperrholzstückchen oder GFK-Platten einkleben.
    • Unter dem wasserdichten Elektronikgehäuse eine durchgehende Verstärkungsplatte einbauen.
  3. Oberfläche schützen (optional, aber empfehlenswert)
    • Mit dünnem Epoxy harzen und ggf. Glasseide laminieren → styroporsicheres Harz verwenden.
    • Alternativ: mehrere Schichten Acryllack. So wird die Oberfläche robuster und unempfindlicher gegen Spritzwasser.

Thruster drucken und montieren

1. 3D-Design der Thruster-Gondeln

Die Thruster sollen:

  • Motor aufnehmen
  • Propeller führen/schützen
  • eine saubere Kabeldurchführung nach oben bieten
  • evtl. eine kleine Finne integrieren, um Strömung zu stabilisieren

Wenn du selbst designst (z. B. in Fusion 360 oder FreeCAD):

  • Motor-Montageplatte mit passendem Lochbild für 2212-Motoren
  • Platz für Propeller und ausreichende Wandstärke
  • Cable-Channel, der nach oben aus dem Wasser führt
  • Möglichkeit, die Thruster mit zwei bis vier Schrauben an der Styroporplattform zu befestigen

Falls du fertige Modelle nutzt: Achte darauf, dass sie für 22xx-Motoren passen und eine vernünftige Dichtung der Motorkabel ermöglichen.

2. Druck-Empfehlungen

  • Material: PETG oder ABS/ASA (besser als PLA wegen Wasser und Sonne)
  • Infill: 40–60 % je nach Wandstärke
  • Ausrichtung so wählen, dass die Motor-Montagefläche möglichst stabil und verzugsfrei wird

3. Motoren einbauen

  1. Motoren verschrauben
    • 2212-Motoren mit den passenden Schrauben in den Gondeln befestigen.
    • Schrauben ggf. mit mittelfester Schraubensicherung sichern.
  2. Propeller montieren
    • Auf Laufrichtung achten (ggf. einen rechts- und einen linksdrehenden Propeller einsetzen, damit sich Drehmomente aufheben).
  3. Kabel abdichten
    • Motorkabel im Thrustergehäuse mit Dichtmasse oder Epoxy fixieren.
    • Übergang zum Oberdeck über eine Kabeldurchführung mit O-Ring oder Gummitülle.
  4. Thruster an Plattform montieren
    • Durchgehende Schrauben + Unterlegscheiben durch Thrustergehäuse und Plattform.
    • Auf der Oberseite in eingelassene Verstärkungsplatten/Muttern verschrauben.

Verkabelung (Überblick – detaillierter Schaltplan folgt)

Die genaue Verdrahtung hängt etwas von deiner Speedy-Bee-Version ab, daher hier nur das Grundprinzip:

  1. Akku → ESCs
    • 3S LiPo an eine Hauptstromleitung, von dort verteilt auf beide ESCs.
    • Optional: Hauptschalter oder Stecksystem leicht zugänglich außen.
  2. ESCs → Motoren
    • Jede ESC-Phase an ein Motorkabel.
    • Drehrichtung prüfen: Stimmt sie nicht, zwei der drei Motorkabel tauschen.
  3. ESCs → Flight Controller
    • Signal- und Massekabel der ESCs an die entsprechenden Motor-Out-Pins des Speedy Bee Wing Controllers.
    • BEC-Versorgung beachten:
      • Entweder nur ein ESC-BEC aktiv (rotes Kabel bei den anderen ESCs im Servostecker ziehen)
      • oder separate 5 V-Versorgung / BEC nutzen, je nach Konzept.
  4. GPS mit Kompass → FC
    • GPS-Signale an die UART-Pins (TX/RX).
    • Kompass-Leitung an I2C-Port (SCL/SDA).
    • Auf korrekte Spannungsversorgung achten (5 V oder 3,3 V je nach Modul).
  5. RC-Empfänger → FC
    • Je nach Protokoll (SBUS, iBUS, CRSF, …) den passenden Eingang des Flight Controllers verwenden.
    • 5 V + GND vom FC an den Empfänger.
  6. Sonstiges
    • Optionale LEDs, Buzzer und Schalter an die vorgesehenen Ports.
    • Kabel so verlegen, dass sie im Gehäuse ordentlich geführt sind und sich bei Vibration nicht durchscheuern.

Einen detaillierten Schaltplan kannst du später im Blog als Grafik nachreichen (z. B. mit KiCad oder Inkscape erstellt).

Software: ArduPilot auf dem Speedy Bee Wing Controller

Die GPS-Boje verhält sich funktional wie ein kleines Boot / Rover, daher kannst du ArduPilot im Boat/Rover-Modus einsetzen (je nach unterstützter Firmware auf deinem Controller).

1. Firmware flashen

  • Mit dem üblichen Tool (z. B. Mission Planner oder QGroundControl, je nach Workflow) ArduPilot auf den Speedy Bee Wing Controller flashen.
  • Zielplattform wählen, die zu deinem Board passt (F4/F405…).

2. Grundkonfiguration

Typische Schritte (in deinem Blog kannst du später Screenshot-Serien ergänzen):

  1. Frame-Typ / Fahrzeugtyp
    • Modus Rover/Boat wählen, Antrieb auf Differential Thrust konfigurieren (zwei Motoren, links/rechts).
  2. Radio-Kalibrierung
    • RC-Sender einschalten, Empfänger gekoppelt.
    • Im Konfigurationsmenü Sticks kalibrieren.
  3. ESC-Kalibrierung
    • Standard ESC-Kalibrierung (Vollgas → drehen einschalten → Pieptöne → Gas auf Minimum, etc.), je nach ESC-Typ.
  4. GPS & Kompass
    • GPS als primäre Positionsquelle aktivieren.
    • Kompass kalibrieren (360° Drehung in verschiedenen Achsen durchführen).
    • Regionale Magnetfeldparameter ggf. automatisch übernehmen lassen.
  5. Fail-Safe Einstellungen
    • Failsafe bei RC-Verlust definieren (z. B. „Loiter“ oder Motoren aus).
    • Spannungsschwelle für 3S-LiPo hinterlegen (z. B. Warnung bei ~3,6 V/Zelle, Landen/Stop bei ~3,5 V/Zelle).
  6. Modi konfigurieren
    • Mindestens:
      • MANUAL (zum Testen / Notfall)
      • HOLD / LOITER (Position halten)
      • AUTO (für spätere Wegpunktfahrten)

Inbetriebnahme (High-Level – Details folgen)

Die Details kannst du in einem separaten Beitrag mit Fotos und Parametertabellen vertiefen. Hier der grobe Ablauf:

  1. Trockentest auf dem Tisch
    • FC an, RC an, Motoren ohne Propeller testen.
    • Prüfen, ob Links/Rechts-Steuerung korrekt ist.
    • GPS-Fix im Log/OSD kontrollieren.
  2. Wasser ohne Propeller
    • Boje ins Wasser setzen (z. B. in der Badewanne oder einem kleinen Becken).
    • Dichtigkeit des Gehäuses und der Kabeldurchführungen testen.
  3. Erste Fahrversuche
    • Propeller montieren.
    • Im MANUAL-Modus kurze Fahrtests bei niedriger Leistung.
    • Überprüfen, ob die Boje gerade fährt und gut dreht, ggf. Trim/Parameter anpassen.
  4. GPS-Positionstest
    • GPS-Fix abwarten.
    • LOITER / HOLD aktivieren: Boje sollte versuchen, ihre Position grob zu halten.
    • Anzeigen im Ground-Control-Tool (Mission Planner, QGC) prüfen.
  5. Regatta-Praxis
    • Wegpunkte definieren (z. B. typische Regattabojen-Positionen).
    • Auto-Modus testen: Boje fährt zu Punkt A, hält Position.
    • Auf Wind, Strömung und Motorkraft achten – ggf. Propellergröße oder PIDs nachjustieren.

Sicherheit und Praxis-Tipps

  • LiPo-Sicherheit: Akku niemals unbeaufsichtigt laden; nach Regatta nicht tiefentladen lagern.
  • Wasserdichtigkeit: Vor jedem Einsatz Dichtungen prüfen; Reserve-Silikon/Fett dabeihaben.
  • Failsafe / Notabschaltung: Immer einen Modus haben, der Motoren zuverlässig stoppt.
  • Zugänglichkeit: Gehäuse so planen, dass du schnell an Akku und Stecker kommst, ohne das ganze Boot auseinanderzunehmen.