IMAV 2019

Rückblick

Im September 2019 folgte unser zweiter Wettbewerb in Madrid, die „International Micro Air Vehicle Competition and Conference“, kurz IMAV. Der von Airbus, Parrot, der spanischen Post Correos und vielen weiteren Unternehmen unterstützte Wettbewerb fand in diesem Jahr an der polytechnischen Universität Madrid statt.  

Mit unseren Quadrocoptern für die autonome Indoor Navigation erreichten wir den 3ten Platz sowie eine Sonderauszeichnung für das beste Package-Handling. An dem Wettbewerb nahmen insgesamt 12 internationale Teams von vier verschiedenen Kontinenten teil. Unser Team setzte sich im Rahmen der IMAV 2019 aus Studenten der Fachrichtungen Informatik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen-Maschinenbau zusammen. 

Das Team bedankt sich besonders für die Unterstützung durch die Voss-Stiftung und zahlreichen anderen Sponsoren aus der Drohnen-Industrie. 

Was war das Ziel des Wettbewerbs?

Ziel war es, autonome Drohnen für den Einsatz in einem automatisierten Lagerhaus zu entwickeln. Unter anderem sollten Regale inventarisiert, Pakete transportiert und autonom navigiert sowie gelandet werden.

Wie lief die Hardware-Entwicklung?

Der Quadrokopter wurde von Grund auf von unseren Teammitgliedern aus den verschiedensten Ingenieurstudiengänge (Maschinenbau und Elektrotechnik) entwickelt. Es wurden im Rahmen unserer Wettbewerbsvorbereitungen gleich zwei fast identische Versionen der Drohne gebaut, damit die Aufgaben auf dem Wettbewerb zeitgleich absolviert werden konnten. Die zwei Versionen boten zudem eine Absicherung im Falle eines Software- oder Hardware-Defekts. Der Schwerpunkt lag auf der Integration aller erforderlichen Komponenten für die vollständige Onboard-Berechnung der Computer-Vision-Aufgaben. Ein weiterer Konstruktionsfaktor war die Möglichkeit, Pakete an Zielorte zu befördern und dort auch abzulegen. Das Hauptmaterial für die Bauteile sind Kohlefaserplatten, das Fahrgestell hingegen besteht aus leichtem Holz. Alle Teile wurden maßgeschneidert gefertigt und CNC gefräst. Die Halterungen für die Kameras, das Fahrwerk und die Verpackung wurden von unserem Team entworfen und 3D gedruckt.

Wie lief die Software-Entwicklung?

Der Software-Stack der Raupe Nimmersatt-Drohnen basiert auf dem Robot Operating System, kurz ROS, der gängigsten Plattform für die Entwicklung von Robotik-Anwendungen. Zudem wurden bestimmte Pakete wie beispielsweise MAVROS für den Einsatz und die Einbindung der Flughardware in die Navigation und das Kontrollsystem genutzt.  

Schon in der Entwurfsphase wurde festgestellt, dass die Rechenleistung eines Bordcomputers nicht ausreicht, um alle Aufgaben zu erfüllen, und anschließend wurde die Entscheidung getroffen, die Last zwischen einem NVIDIA Jetson Nano und einem Raspberry Pi 4 aufzuteilen. Der Jetson Nano das Hauptgerät, hat auch den Roscore ausgeführt, während der Raspberry Pi über Ethernet mit dem Jetson Nano kommunizierte. Zur Steuerung der Flughardware wurde der pixhawk flight controller über USB mit dem Jetson verbunden. Zum schnellen Testen unseres Software-Stacks und unserer ROS-Knoten wurde die gesamte Umgebung für die Verwendung in einer Gazebo-Simulation modelliert. Die T265 sowie eine Picam wurden an den Jetson angeschlossen. Um die vom T265 gelieferten Positionsdaten zu überprüfen und Drift zu kompensieren, wurden Aruco-Marker als feste Referenzpunkte in der Welt verwendet. Für die Markererkennung wurde eine Kamera auf der Unterseite der Drohne verwendet. Auf diese Weise konnte eine globale Position in der Umwelt immer mit hoher Genauigkeit bestimmt und verifiziert werden. Zwei Knoten, um diese Daten zu verschmelzen, wurden vom Team entwickelt (Mapper und Fusion).

Technische Daten und Fakten

Leergewicht: 1.200g 

MTOW: 2.500g 

Rahmengröße: 330mm 

Bau- und Entwicklungszeit: Juli 2019 – Aug. 2019 

Motoren: 4x F80 Pro 2200kv 

Regler: 4x HGLRC Forward FD50A 

Akku: 2p 14,8V 2600mAh LiPo (zur Verfügung gestellt von MyLipoShop) 

Propeller: 7×3.8in 

max. Schub: 8.500g 

Besondere Merkmale: 

  • Intel Realsense T265 
  • Nvidia Jetson Nano 
  • Raspberry Pi 4 
  • Holybro Pixhawk PX4 
  • 2x Pi Cam 

Kontakt

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