Achtergrond: alles wat je moet weten over drones

31 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. Met kunst en vliegwerk
  3. 3. Zelfbouw of Ready To Fly?
  4. 4. Gebruiksdoelen
  5. 5. Drones voor video
  6. 6. Altijd stabiele beelden
  7. 7. Populaire Drones
  8. 8. Xiro Xplorer
  9. 9. Wet en regelgeving
  10. 10. Conclusie
  11. 11. Reacties

Inleiding

Drones zijn hot. Markleider DJI verkocht vorig jaar 400.000 drones en voor dit jaar verwacht het zelfs een verdubbeling van dat aantal. Maar wat kan je eigenlijk met drones, hoe werken ze wat mag je er wel en juist niet mee? Wij zochten het uit.


Laten we allereerst met de naam drone beginnen. De Nederlandse vertaling daarvoor is ‘dar’ ofwel een mannetjesbij. De naam is voor het eerst gebruikt in 1935, toen het Amerikaanse leger modelvliegtuigjes inzette als doelen bij schietoefeningen. De naam drone wordt momenteel toegepast als overkoepelende term voor vliegende voertuigen waar geen piloot in zit. Dat loopt dus uiteen van de zeventien meter lange Amerikaanse Predator drones die, bestuurd vanuit commandocentra in Nevada, bombardementen uitvoeren aan de andere kant van de wereld, tot minuscule vliegtuigjes die in de palm van je hand passen en via bluetooth door een smartphone bestuurd worden.

Drones voor consumentengebruik werken allemaal op basis van hetzelfde principe. Ze beschikken doorgaans over drie tot acht armen met elk een eigen propeller, waardoor ook wel gesproken worden over ‘multicopters’. De propellers zijn in alle gevallen verticaal gemonteerd en kunnen dus alleen een kracht recht naar boven uitoefenen op het voertuig. In de consumentenmarkt lijken momenteel quadcopters, met vier propellers dus, het populairst te zijn. Dit komt omdat deze goedkoper zijn dan hexa- en octacopters, en stabieler dan tricopters. Meer armen zorgen doorgaans voor grotere stabiliteit en meer hefvermogen, maar ook voor hogere bouwkosten.

Met kunst en vliegwerk

Bij een quadcopter draaien twee propellers met de klok mee, terwijl de andere twee in tegengestelde richting draaien. Door de draaisnelheid van de individuele motoren aan te passen kan het voertuig behalve omhoog en omlaag ook horizontaal vliegen en om zijn eigen as draaien. Handmatig zijn deze doorgaans minuscule motor-aanpassingen onmogelijk te doen. De reden dat aerodynamisch instabiele apparaten als multicopters überhaupt in de lucht kunnen blijven is de zogenaamde ‘flight controller’ op basis van gyroscopen en een acceleratiemeter. Zelfs wanneer een drone stil in de lucht hangt, past deze flight controller de snelheid van de motoren continu aan om te zorgen dat het voertuig horizontaal blijft hangen. Met aanpassingen met de hand zou dat nooit mogelijk zijn.

De toegenomen belangstelling voor drones van de afgelopen jaren is dan ook direct gerelateerd aan de ontwikkeling van deze flight controllers. Deze maken gebruik van technologie die je ook aantreft in mobiele telefoons: GPS-ontvangers, gyroscopen, acceleratiesensoren en kleine processors zijn de afgelopen jaren in rap tempo beter en veel goedkoper geworden. Kostte een goede flight controller tien jaar geleden nog duizenden euro’s, tegenwoordig koop je een prima werkend exemplaar voor minder dan honderd euro.

Drones hebben meestal drie tot zes armen met propellers. Hierboven een hexacopter, met zes propellers.

Het brein van elke drone is dus de flight controller, met daarin een gyroscoop, acceleratiemeter en barometer. Die laatste dient om de hoogte van het voertuig te bepalen. In de meeste gevallen worden ook een kompas en GPS-ontvanger op de flight controller aangesloten, zodat de drone zijn oriëntatie kan bepalen en hij ook bij wind stil in de lucht kan blijven hangen. Zonder positiebepaling zou een multicopter namelijk met de wind meedrijven. GPS maakt het daarnaast ook mogelijk om een voorgeprogrammeerde route te vliegen, of om met één druk op de knop terug naar een startpunt te gaan. Doordat het voertuig op elk moment precies weet waar het is, kan je het niet alleen een vooraf bepaalde route langs verschillende coördinaten laten vliegen, maar bijvoorbeeld ook een perfecte cirkelvormige beweging om een gebouw laten uitvoeren. Dat soort extra functionaliteit verschilt wel per apparaat.

De flight controller van de drone wordt enerzijds aangesloten op de ontvanger die commando’s vanaf de grond ontvangt, en anderzijds op de elektronische snelheidsregelaars. Per motor is zo’n regelaar of ESC (electronic speed controller) aanwezig. De taak van de ESC is om de commando’s van de flight controller om te zetten in stroom die richting de motoren gaat. Een laatste essentieel onderdeel is uiteraard een accu. Hiervoor worden vrijwel zonder uitzondering lithium-polymeer accu’s gebruikt, omdat deze relatief veel capaciteit hebben ten opzichte van hun gewicht, en met een hoog ampèrage op- en ontladen kunnen worden.

De flight controller (links) is het brein van elke drone. Geholpen door een compacte GPS-module (rechts) weet een moderne drone altijd precies waar hij is.

Zelfbouw of Ready To Fly?

Het lijstje onderdelen waaruit een drone bestaat is dus beperkt. Het is dan ook prima mogelijk om zelf een drone te bouwen. Diverse merken leveren losse controllers, ESC’s, motoren, ontvangers en accu’s. Die onderdelen kan je naar keuze monteren op een frame dat je helemaal zelf ontwerpt en bouwt, of op een frame dat je als bouwpakket koopt. Vooral modelbouwhobbyisten kiezen voor zelfbouw, omdat het veel vrijheid geeft bij de keuze van componenten. Het is mogelijk om tegen relatief beperkte kosten grote drones te bouwen die veel gewicht kunnen tillen, of juist compacte maar zeer snelle drones samen te stellen.


Het is prima mogelijk om zelf een drone te bouwen uit losse onderdelen. Hier zie je een grote octacopter met daaronder een professionele Red Epic filmcamera.

De markt voor zelfbouw valt qua aantallen echter in het niet bij de snel groeiende markt voor kant en klare drones. De bekendste drone is wellicht de witte Phantom van het Chinese DJI. Deze compacte quadcopter wordt kant en klaar opgebouwd geleverd, inclusief accu en zender. Het enige wat je hoeft te doen voordat je ermee de lucht in kunt, is de propellers op de motor schroeven. DJI krijgt echter steeds meer concurrentie. Andere Chinese merken als Walkera en Yuneec bouwen interessante drones die veelal iets goedkoper zijn dan die van DJI, terwijl vanuit Amerika en Europa bedrijven als 3D Robotics en Parrot ook geavanceerde consumentenmodellen hebben gelanceerd. Net als bij PC’s lange tijd het geval was, zijn drones die je nu koopt, over een jaar waarschijnlijk al sterk verouderd, zo snel gaan de ontwikkelingen.

De eerste Phantom drone van DJI zorgde in 2013 voor een revolutie in de drone wereld.

Gebruiksdoelen

Eén van de redenen waarom de drones van DJI zo populair zijn geworden, is het feit dat ze leverbaar zijn met ingebouwde camera’s, of met de mogelijkheid om een GoPro actiecamera of zelfs een echte filmcamera eronder te monteren. Volgens DJI worden haar drones bijna altijd gebruikt voor het maken van foto- en video-opnames, een mogelijkheid die grote aantrekkingskracht heeft op zowel consumenten als professionele fotografen en filmmakers. Ook onderzoeksbureau GfK ziet het maken van beeldopnames als de grootste toepassing van drones, zowel nu als in de nabije toekomst. Dat maken van opnames kan overigens met verschillende doeleinden. Drones worden namelijk niet alleen gebruikt om ‘mooie’ video’s te schieten, maar worden bijvoorbeeld ook ingezet door boeren voor controle van gewassen en door brandweerkorpsen om een brand in kaart te brengen.

Hobbyisten gebruiken drones daarnaast ook om mee te racen. Dit gebeurt meestal in combinatie met een FPV bril, waarmee de bestuurder het beeld ziet vanuit de drone. Deze race-drones zijn doorgans erg compact en kunnen snelheden tot ver boven honderd kilometer per uur behalen.

Met andere gebruiksdoelen voor drones wordt ook geëxperimenteerd. Amazon heeft bijvoorbeeld al laten weten dat het in de toekomst pakketjes wil gaan bezorgen met drones. Voordat dit werkelijkheid wordt, zal er echter nog veel moeten veranderen, zowel qua regelgeving als qua technische mogelijkheden. Drones hebben nu namelijk een beperkte vliegduur van maximaal zo’n 20 minuten, en daardoor ook een beperkte actieradius.


Amazon wil drones in de toekomst inzetten voor het bezorgen van pakketjes.

Drones voor video

Hoewel de drones zelf de afgelopen jaren een snelle ontwikkeling hebben doormaakt, gaan de ontwikkelingen op het gebied van de videomogelijkheden nog veel sneller. Bij de eerste consumentendrones kon je een camera onder de behuizing hangen, de opname starten en vervolgens op goed geluk proberen opnames te maken. Of dat een beetje gelukt was, kon je pas na terugkomst op de grond bekijken.

De afgelopen jaren werden drones daarom steeds vaker uitgerust met analoge videozenders. Zo’n zendertje koppel je aan de analoge video-uitgang van bijvoorbeeld een GoPro camera, waarna het beeld naar een videontvanger op de grond wordt gestuurd. Voordeel hiervan is dat je live kan zien wat je opneemt, een vereiste voor het maken van goede shots. Nadeel van deze oplossing is dat het niet mogelijk is om de camera in de lucht te bedienen. Het starten of stoppen van een opname, maar ook het aanpassen van de belichting is er niet bij. Bovendien is de beeldkwaliteit van een analoge videoverbinding niet geweldig. De veelgebruikte 5,8 GHz technologie heeft weliswaar een redelijk groot bereik, maar de beeldverbinding is erg gevoelig voor storing, met lage beeldkwaliteit als gevolg.

Sinds ongeveer een jaar zien we daarom een trend waarbij er een digitale verbinding wordt opgezet tussen de camera in de drone en een smartphone of tablet die op de afstandsbediening wordt gemonteerd. Met zo’n digitale verbinding is het mogelijk om beelden live in 720p of zelfs 1080p-kwaliteit te streamen. Omdat het een tweewegverbinding betreft, is het bovendien mogelijk om de camera op afstand te bedienen. DJI gebruikt zo’n digitaal systeem bij haar Phantom 2 Vision en Vision+, en recenter ook bij de Inspire 1 en Phantom 3. Die twee nieuwste modellen kunnen bovendien video in 4K resolutie opnemen.

Middels een digitale (wifi-)verbinding is het mogelijk om live HD beelden vanuit drones op een smartphone of tablet te bekijken.

Tot voor kort was het niet mogelijk om de bij drone-vliegers populaire GoPro camera’s digitaal uit te lezen en te bedienen. Wilde je een GoPro camera gebruiken, dan koppelde je die aan een analoge videozender en was je verplicht om voor take-off de opname handmatig te starten. Daar is echter verandering in gekomen. Het Amerikaanse 3D Robotics heeft als eerste dronebouwer toestemming van GoPro gekregen om een dataverbinding met hun camera’s te maken, waardoor het met de 3D Robotics Solo mogelijk is om een GoPro Hero 3+ of Hero 4 op afstand te bedienen én om beelden live in 720p-kwaliteit te streamen. Of andere fabrikanten van drones ook toegang zullen krijgen tot deze mogelijkheden is onduidelijk. GoPro kondigde eind 2014 namelijk aan ook eigen drones te willen ontwikkelen.

Markleider DJI lijkt ondertussen juist weg te bewegen van ondersteuning van de GoPro camera’s. Hoewel zij het gebruik hiervan onder hun Phantom drones pionierden, zet het Chinese bedrijf nu vooral in op camera’s van eigen makelij. Zoals gezegd levert het bij de onlangs geïntroduceerde Phantom 3 Professional zelfs een eigen 4K camera. Deze stuurt zijn beelden digitaal naar een smartphone of tablet die op de afstandsbediening geklemd wordt. Een nadeel van DJI’s ingebouwde camera’s is dat de kwaliteit niet zo goed is als die van de populaire GoPro actiecamera’s. Een directe vergelijking tussen de 4K camera’s van DJI en de GoPro Hero 4 laat zien dat die laatste een hogere beeldscherpte en vooral ook een groter dynamisch bereik heeft. Aan de andere kant is het met DJI’s nieuwe camera wel mogelijk om op afstand opnames te starten en stoppen en om instellingen als sluitertijd en diafragma aan te passen.


Middels apps voor smartphones kan je niet alleen live videobeelden bekijken, maar ook camera-instellingen aanpassen.

Altijd stabiele beelden

Naast de ontwikkeling van de camera’s zelf en de mogelijkheid om deze op afstand te bedienen en beelden ervan te bekijken, is er nog een belangrijke ontwikkeling die de kwaliteit van drone-video’s sterk heeft verbeterd. De afgelopen twee jaar zijn zogenaamde gimbals voor camera’s sterk in opkomst. Een gimbal is een camerahouder die voorzien is van twee of drie motoren die, gekoppeld aan een 3-assige gyroscoop, ervoor zorgen dat de camera altijd perfect stabiel blijft hangen. Ook wanneer het voertuig tijdens het vliegen naar voren, achteren of opzij helt, blijft de camera altijd naar voren gericht. De gyroscoop herkent bewegingen van het vliegtuig namelijk, waarna de motoren van de gimbal die beweging razendsnel in tegenovergestelde richting corrigeren.

In de meeste gevallen is het bovendien mogelijk om de gimbal ook met de afstandsbediening te bedienen, waardoor je tijdens de vlucht de camera omhoog, omlaag en soms zelfs opzij kunt laten bewegen. Duurdere drones beschikken hiertoe zelfs over een landingsgestel dat omhoog geklapt kan worden, zodat deze nooit in het beeld van de camera te zien is. De komst van gimbals heeft het mogelijk gemaakt om zeer stabiele beelden te schieten, iets wat een jaar of tien geleden nog ondenkbaar was.


Een gimbal zorgt ervoor dat de camera perfect recht blijft hangen, ook als de drone zelf beweegt.

Populaire Drones

Het aantal verschillende drones neemt bijna wekelijks toe, maar een paar merken springen qua populariteit boven de rest uit. Op deze pagina bespreken we er een aantal.

DJI Phantom

DJI’s witte Phantom is inmiddels bij de derde generatie aanbeland. De nieuwe Phantom 3 is momenteel te koop in drie smaken, namelijk een Standard' en een ‘Advanced’ versie met 1080p camera's, en een ‘Professional’ model met 4K camera. Allen beschikken over een 3-assige gimbal en digitale downlink voor de video, maar bij het standard-model zijn de mogelijkheden beperkter. De prijzen van de Phantom 3 liggen op respectievelijk, 819, 1099 en 1399 euro. De oude Phantom 2 Vision+ met een minder goede 1080p camera is voorlopig ook nog te koop, maar is niet veel goedkoper en daardoor niet zo interessant. Wil je met een GoPro aan de slag, dan zal je bij DJI moeten kiezen voor een Phantom 2 met h4-3d gimbal. Zo’n setje kost momenteel 800 euro, maar dat is exclusief GoPro camera en videozender/-ontvanger.

3D Robotics Solo

Een drone die eerder dit jaar met zeer veel enthousiasme werd ontvangen is de Solo van 3D Robotics. Dit Amerikaanse bedrijf, waar een aantal ex-DJI werknemers werken, heeft de Solo primair ontwikkeld als videoplatform. De drone wordt geleverd met 3-assige gimbal voor een GoPro camera en kost in Amerika 1400 dollar. Dankzij een innige samenwerking met GoPro kan de camera op afstand bediend worden en is er een 720p stream naar een tablet of smartphone die je op de controller klikt. Die controller beschikt verder over een grafisch scherm en meerdere knoppen, waarmee je eenvoudig acties kunt inprogrammeren. Zo is het mogelijk om de drone volautomatisch over een object te laten vliegen, terwijl de camera in een vloeiende beweging automatisch steeds verder naar beneden kantelt. 

Parrot Bebop

Het Franse Parrot was één van de eerste bedrijven dat in 2012 met de A.R. Drone een consumentendrone op de mark bracht. Hoewel voorzien van een camera, waren zowel de A.R. Drone als diens opvolger eigenlijk niet geschikt om serieuze video-opnames te maken, daar was de beeldkwaliteit te slecht voor. Eind vorig jaar lanceerde Parrot daarom de Bebop, die betere beeldkwaliteit en gestabiliseerde video belooft. Parrot pakt dit echter anders aan dan de concurrentie. De bebop maakt geen gebruik van een gimbal, maar heeft een groothoekcamera gekoppeld aan een 4K videosensor. De videoresolutie van de Bebop is echter 1080p, waarbij de opgenomen 1080p video een uitsnede is van het beeld dat de 4K sensor ziet. Deze uitsnede wordt steeds aangepast, al naargelang de beweging van de drone. Op die manier ontstaat een softwarematige gestabiliseerde video. Het resultaat van deze stabilisatie is goed, maar niet zo goed als dat van een echte gimbal. Nadeel is bovendien dat de beeldkwaliteit van de Bebop op zichzelf niet zo goed is, wat goed te zien is in de diverse filmpjes die hiervan online te vinden zijn. De sensor heeft een beperkt dynamisch bereik, waardoor delen van het beeld snel onder- of overbelicht zijn. Hierdoor is de Bebop ondanks zijn relatief gunstige prijs van circa 499 euro eigenlijk geen aanrader voor het maken van luchtopnames.

 

Xiro Xplorer

De Xiro Xplorer is een directe concurrent van de populaire DJI Phantom, maar met een aanzienlijk lagere prijs. De Xplorer, het basismodel dat geleverd wordt zonder camera heeft een prijs van 499 euro. De Xplorer G, de variant met een 3-assige gimbal voor de GoPro Hero 3 en 4 kost 899 euro en de Xplorer V met 3-assige gimbal én een ingebouwde 1080p videocamera gaat voor 999 euro over te toonbank.

De meegeleverd controller heeft een ingebouwde smartphone steun, waardoor het mogelijk is om live videobeelden op een Android of iOS apparaat te bekijken. Met de WIFi extender die achter op de controller geklikt kan worden is een bereik haalbaar tot 500 meter. Op de controller zijn verder knoppen ondergebracht voor het instellen van de verlichting van de drone, de camerahoek, en functies voor return to home en automatisch opstijgen en landen.

Wet en regelgeving

De wet- en regelgeving rondom het gebruik van drones staat wereldwijd nog in de kinderschoenen. Overheden hebben de prijsdaling en snel stijgende populariteit onder zowel consumenten als bedrijven duidelijk niet zien aankomen. In Nederland vallen drones met een gewicht van maximaal 25 kilo voorlopig nog onder de ‘Regeling modelvliegen’, waarbij per 1 juli 2015 aanscherping van de bestaande regels heeft plaatsgevonden. Sinds 1 juli zijn de volgende regels voor particulier gebruik kracht:

  • niet hoger vliegen dan 120 meter boven de grond of het water
  • niet boven mensenmenigten of aaneengesloten bebouwing vliegen
  • niet in het donker vliegen
  • niet binnen het plaatselijke verkeersleidingsgebied van een gecontroleerde civiele of militaire luchthaven vliegen
  • niet binnen een straal van 3 kilometer rondom een ongecontroleerde luchthaven vliegen
  • altijd in het zicht van de vlieger zijn
  • altijd voorrang geven aan vliegtuigen, helikopters.

De bedoeling was dat er per 1 oktober aanstaande weer nieuwe - nog strengere - regels van kracht zouden worden, waarbij alleen het vliegen met zogenaamde 'mini-drones' met een gewicht van maximaal 4 kilo nog zomaar mogelijk zou zijn. Het kabinet heeft eind augustus echter besloten dat die extra beperkingen voorlopig niet doorgevoerd zullen worden.

Het voornemen is echter wel om de regels in de toekomst verder aan te scherpen, maar er wordt gewacht op besluiten op Europees niveau. Naar het er zich nu laat uitzien zullen er uiteindelijk verschillende categorieën komen, waarbij in de toekomst mogelijk alleen apparaten met een gewicht van minder dan 1 kilo vergunningsvrij gevlogen mogen worden.

Conclusie

De ontwikkelingen bij drones gaan zo snel dat het eigenlijk onmogelijk is om een goed aankoopadvies te geven. Er worden continu nieuwe drones gelanceerd die méér kunnen dan hun voorgangers en vaak ook nog eens minder kosten. Dat gezegd hebbende zijn er momenteel twee kant-en-klare drones die voor het maken van video-opnames het meest populair zijn. Enerzijds de DJI Phantom 3 Professional met ingebouwde 4K camera en de mogelijkheid om beelden live naar Youtube te streamen, en anderzijds de 3D Robotics Solo. Die laatste is écht bedoeld als videoplatform en stelt de gebruiker in staat om ingewikkelde vlieg- en camerabewegingen in te programmeren en deze vervolgens automatisch uit te laten voeren. Beide zijn niet goedkoop en kosten zo'n 1400 euro. DJI's Phantom 3 Standard is met een prijskaartje van iets meer dan 800 euro een stuk voordeliger, maar mist de 4K videomogelijkheid. Daar laatste geldt ook voor de Xiro Xplorer V, die inclusief camera en gimbal voor 1000 euro over de toonbank gaat.

0
*