Quadrocopter

Einführung

Im Quadrocopter-Projekt werden die Grundlagen für den Einsatz einer mobilen flugfähigen Kommunikationsplattformen für die International Graduate School on Mobile Communications an der TU Ilmenau erarbeitet.

Hauptaugenmerk liegt dabei auf Selbstorganisation und Kommunikation. Darin inbegriffen sind die autonome Navigation und auch die automatische Konfiguration sowohl des Systems selbst als auch der Kommunikationseinheiten. Auf Basis dessen existiert ein Beobachtungssystem, welches eine Überwachung der Plattform selbst als auch ihrer Sensorikeingaben ermöglicht. Des Weiteren sind Interaktionen mit Bodenstationen sowohl im Umfeld von strukturierten Netzen als auch im Umfeld von  Ad-hoc-Netzen möglich.

Im Folgenden soll ein kurzer Überblick über das bestehende Projekt und den daraus möglichen Anwendungsszenarien gegeben werden.

Prototypen

Es gibt am Fachgebiet bisher zwei Typen von Quadrocoptern. Beide werden von vier Motoren aus dem Modellflugbau angetrieben. Diese werden wiederum von einer LiPo-Batterie (11.1V, max. etwa 35A) gespeist. Das Gewicht der gesamten Konstruktion beträgt ca. 1000g und die Konstruktion hat die Ausmaße von etwa 80 * 80 * 20 cm.

Hardware

Das aktuelle Konzept sieht eine Konstruktion aus vier Ebenen vor, welche jeweils einen getrennten Aufgabenbereich abdecken. Eine Übersicht über die Konzeption ist hier zu finden. Im Nachfolgenden werden die vier Ebenen nochmals etwas näher erläutert.

• Basisflugsteuerung und Basissensorik (Flight-Control)
• Gyroskope
• Beschleunigungssensoren
• Kompass
• Höhenmesser / Luftdrucksensor
• Linux-basierte Service-Plattform (x86-kompatibles Board)
• wired LAN (Entwicklungsphase)
• wireless LAN (mobile Variante, montiert auf Zentralplatine)
• Kamera (montiert auf Zentralplatine)
• Echtzeitfähige Autonavigation (FPGA)
• > 7000 LookUpTables und FlipFlops
• 360 kbit BlockRAM
• 20 mal 18x18 Bit Hardware-Multiplizierer
• 4 Clockmanager
• > 35 Nutzer-I/O in Richtung Außenwelt
• Verbindung aller Komponenten (Zentralplatine)
• USB Devices
• GPS
• WLAN
• Stick
• Kamera
• X-Bee-Einheit für ZigBee-Kommunikationsprotokoll
• Ultraschallsensoren
• Serieller zweiter GPS-Sensor
• Temperatursensor
• SD-Card
• Anschließbare Peripherie
• VGA-Monitor
• eDIP-Display
• PC-Tastatur und Maus

Software

• Grundlegende Flugsteuerung (via Flight-Control)
• Kamera Streamingserver (via x86er Board)
• Überwachungsserver für Flight-Control (via x86er Board)
• µController-Firmware für Batterieüberwachung und Beleuchtung (via ZentralPlatine)
• Grafische Überwachung über Headup-Display mit eingeblendeten Monitoringelementen (via WLAN auf Bodenstation)
• künstlicher Horizont
• Höhenmesser
• Kompass
• GPS-kalibrierte geografische Karte
• Statusmeldungen
• Blackbox-System zur Aufzeichnung während des Fluges (via FPGA & SD-Card)
• Sensordatenmultiplexer für x86er Board und FPGA (via FPGA)

Anwendungen

• Autopilot
• autonome Navigation anhand von GPS und weiterer Sensorik (Ultraschall, etc.)
• autonome Landung
• Homing (Anflug einer Basisstation bei Abschluss der Aufgabe oder zum Nachladen der Akkus)
• Intelligente Navigation anhand von externen Vorgaben
• Optimaler Empfang (WLAN- Feldstärke, X-Bee-Feldstärke)
• Optimale Platzierung als mobiles Gerät für Ad-hoc-Netzwerke
• Vergrößerung von WLAN-Reichweiten (Relay-Station)
• Allgemeine Aufklärung und Koordination
• Kommunikation mit Bodenmobilen
• Videoüberwachung/-aufzeichnung
• Unterstützung der Kommunikation und Infrastruktur im Fall von schwerwiegenden Notfallszenarien

Viele interessante Aufgaben existieren und warten auf engagierte Studenten!