Resultate

Mit Hilfe von Infrarot- & Ultraschallsensoren kann der Quadrocopter Hindernisse erkennen und Kollisionen vermeiden. Somit können auch Kollisionen mit Personen vermieden werden, was allein mit Utraschallsensoren nicht zuverlässig möglich ist, da die Schallwellen von Personen mit Kleidern nicht gut reflektiert werden.

Eine Besonderheit dieses Systems ist die Abstandsregelung. Das System benötigt weder ein aufwändiges kartenbasiertes Verfahren, um Kollisionen zu vermeiden, noch weicht es schlicht Hindernissen in die Gegenrichtigung aus, sondern hält statt dessen basierend auf der Abstandsmessung einen festgelegten minimalten Abstand zu Hindernissen ein. Somit wird aktiv der Abstand zu Hindernissen geregelt und ein autonomer Flug mit Hindernissen möglich.

Mit gerichtetem Flug ist die Fähigkeit gemeint, dass der Quadrocopter sich im autonomen Flug um die eigene Achse drehen kann. Dieses Gieren ist dann erforderlich, wenn der Quadrocopter eine Vorzugs- richtung hat, z.B. wenn nur an der Vorderseite bestimmte Sensoren befestigt sind. Dann kann der Quadrocopter durch Gieren die Sensoren in Flugrichtung ausrichten.

Während das Gieren bei Systemen mit anderer Sensorik, z.B. GPS, OTS oder Abstandssensoren wie Laser Scanner keine besondere Herausforderung darstellt, ist dies sehr wohl ein Problem, sofern ein optischer Flusssensor on-Board Verwendung findet, der nur Translationen messen kann. Dann führt das Gieren zu Fehlern.

Um dieses Problem zu lösen wurde im Rahmen einer Bachelorarbeit ein zweites optisches Positionsbestimmungssystem unter Verwendung der Fourier Transformation, Fourier Tracking genannt, entwickelt. Im Rahmen eines Journal-Papers wurde das Fourier Tracking nun mit dem bisherigen Positionsbestimmungssystem verheiratet, so dass der Quadrocopter gerichtet fliegen kann. Das aktuelle System funktioniert aktuell so, dass der Fehler erst nach der Drehung korrigiert wird. Während der Drehung bewegt sich das System noch fälschlich. Da das Fourier Tracking robust gegenüber Helligkeitsänderungen ist, kann es auch bei schlechten und wechselnden Lichtverhältnissen genutzt werden.

Das System operiert autonom, d.h. verwendet nur on-Board Sensorik und Rechenleistung. Das optische Trackingssystem dient hierbei lediglich der Evaluierung. Im ersten Video fliegt der Quadcopter ein Nikolaushaus gerichtet ab, im zweiten Video hält er seine Position bei wechselnden Lichtverhältnissen.

Im Rahmen eines auf der UAV World 2013 vorgestellten Konferenzpapers wurde das hier am Lehrstuhl entwickelte System weitergeführt: Unser Quadrocopter wurde in die Lage versetzt, ein Objekt autonom zu suchen sowie multiple Objekte zu zählen und zu lokalisieren. Dabei operiert der Quadrocopter im vorgegebenen Testbereich vollkommen autonom, d.h. ohne zu Hilfenahme jeglicher externer Referenzsysteme oder Benutzereingriffe. Der Drohne werden die Parameter Suchbereich, Suchstrategie und Sichtbereich übergeben und diese generiert daraus eine Wegpunktliste und fliegt diese autonom ab. Die Drohne scannt auf diese Weise iterativ die Oberfläche des gesamten Suchbereichs mit ihrer nach unten gerichteten Kamera ab (siehe Bild rechts). Erkennt der Quadrocopter ein Zielobjekt, so wird dieses der Liste der gefundenen Ziele (Targets) hinzugefügt, sofern sich an dieser Stelle nicht bereits ein Objekt befindet. Auf diese Weise wird eine Mehrfacherkennung des selben Objekts ausgeschlossen. Wir haben in dem Paper untersucht, welche Auswirkungen die relevanten Suchparameter auf das Suchergebnis haben. Resultat der Suche ist eine "Schatzkarte" mit den gefunden Targets (Bilder unten). In diesem Fall sind das rote Bälle, die im Raum ausgelegt waren. Diese Arbeit ist Teil des Projekts AQopterI8 und "Lebensretter mit Propellern", das vom Universitätsbund Würzburg gefördert wird. Hintergrund ist die Suche nach Verletzten, z.B. in einem Feuerwehreinsatz. Wir arbeiten auch daran Personen statt Bälle zu suchen, wenngleich nicht die Bildverarbeitung sondern die Autonomie Schwerpunkt unserer Forschung ist.