Vielseitig, Intelligent, Sicher

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1 Flugrobotertechnik Vielseitig, Intelligent, Sicher Maßgeschneidert für Industrie, Gewerbe, Lehre und Forschung

2 Inhalte Emqopter ist Ihr Partner zur Freisetzung ruhender Potentiale mittels modernster Flugrobotertechnik. Optimieren Sie Abläufe und sparen Sie Kosten durch intelligente, vielseitige Lösungen, maßgeschneidert für Ihre Anwendung in Industrie, Gewerbe, Forschung und Bildung. Profitieren Sie von mehr Intelligenz, Sicherheit und Effizienz! Sicherheit durch Intelligenz - Effizienz durch Vielseitigkeit. 2

3 Maßgeschneiderte Flugrobotertechnik für jede Anwendung Wir entwickeln autonome Multikopter-Lösungen nach Ihren spezifischen Anforderungen, um Ihre Prozesse in Gewerbe und Industrie zu optimieren! Seite 4 Entwicklung eingebetteter Systeme Unser Entwicklungsteam unterstützt Sie gerne bei der Umsetzung Ihrer Ideen - auch abseits von Themen der Drohnentechnik! Seite 8 Flugassistenzsysteme als Module Unsere Flugassistenzsysteme als Plug & Play Module unterstützen Sie bei der Befliegung von anspruchsvollen Missionen mit intelligenter Flugrobotertechnik! Seite 10 Quadrotor Control System als Lehraufbau Das motivierende und vielseitige Lehr- und Entwicklungssystem für den Informatikunterricht an Schulen und Universitäten! Seite 22 3

4 Autonome maßgeschneiderte Flugrobotertechnik Multikopter sind vielseitige Werkzeuge! Mit autonomer, maßgeschneiderter Flugrobotertechnik optimieren Sie Ihre Prozesse in Industrie und Gewerbe! Mit der richtigen Technik lassen sich viele Anwendungen im Alltag optimieren. Wir liefern maßgeschneiderte individuelle Flugrobotertechnik, die mittels intelligenter autonomer Funktionen durch die Integration in Ihre Betriebsprozesse Potentiale wie z.b. Zeitersparnis, Kostensenkung und mehr Sicherheit freilegt. Typische Anwendungen unserer Technik sind Inspektion, Überwachung und Vermessung. Den Einsatzmöglichkeiten sind dabei keine Grenzen gesetzt! Sprechen Sie uns an. Wir helfen Ihnen gerne, Ihre Prozesse durch den Einsatz neuester Technik zu optimieren. 4

5 AUTONOME FLUGROBOTERTECHNIK IN DER ANWENDUNG Mit intelligenter Flugrobotertechnik und Dank autonomer Funktionen ergeben sich viele neue Einsatzmöglichkeiten für Drohnen. Unsere Systeme bieten Ihnen die Möglichkeit, schwer einsehbare Bereiche wie Lager, Versorgungsschächte, Tunnel oder Schornsteine zu befliegen, da sie speziell dafür konstruiert wurden, auch ohne die Steuerung des Piloten eigenständig und sicher zu navigieren! Das Abfliegen von Fassaden in einem festgelegten Abstand wird mit Funktionen wie der automatischen Abstandsregelung zum Kinderspiel! Wir sind seit vielen Jahren auf die Entwicklung der Technik zur autonomen Erkundung und Befliegung mit Multikoptern spezialisiert und liefern Ihnen die modernsten Lösungen, um Ihre Anwendungen sicherer und effizienter zu gestalten. Inspektion und Wartung Intelligente Flugrobotertechnik hilft Ihnen dabei, das optimale Bildmaterial von schwer erreichbaren Stellen zu erhalten, um Schäden zu finden und zu analysieren. Vermessung Mit modernster Vermessungstechnik an Bord einer Drohne lassen sich Bauwerke mit minimalem Zeitaufwand automatisiert vermessen. Überwachung Intelligente und autonome Flugrobotertechnik erleichtert deren professionellen Einsatz bei Großveranstaltungen. Intralogistik Mit autonomen Drohnen steigern Sie die Effizienz beim Ersatzteiltransport, der Inventur und Lagerhaltung sowie der Störfalluntersuchung. 5

6 UNSERE LEISTUNGEN MODULBAUSTEINE Wir liefern entsprechend ihrer Anforderungen und Vorstellungen eine maßgeschneiderte Lösung als Komplettsystem oder auch als Einzelkomponenten. Dabei greifen wir auf unser Portfolio an bestehenden Modulbausteinen zurück, sodass wir zeit- und kosteneffizient für Sie produzieren können. Sie erhalten somit ein optimal auf Ihre Anforderungen angepasstes System, welches keine unnötigen Komponenten mittragen muss und beste Flugeigenschaften besitzt. Dadurch wird das Gesamtsystem nur so schwer, wie es sein muss und Ihre Flugzeit und Ihr Nutzen maximiert sich. Anhand Ihrer Aufgabenstellung sind wir in der Lage, Ihnen mit unseren Modulbausteinen mit maximaler Zeit- und Kosteneffizienz die optimale Lösung zu liefern. Wir produzieren neue Lösungen für alltägliche Aufgaben in Industrie und Gewerbe wie den automatischen Transport von Kleinteilen über Ihr Betriebsgelände oder die Inspektion und Wartung von z.b. Lagern, Anlagen und Geräten (wie z.b. Rauchmeldern). UNSERE MODULBAUSTEINE FÜR INDIVIDUELLE LÖSUNGEN HINDERNISERKENNUNG Die Erfassung der Umgebung hilft dem Piloten und der intelligenten Drohne. Für jede Anwendung und Anforderung verwenden wir die optimale Sensorik. KOLLISIONSVERMEIDUNG Kollisionsvermeidung ist der Schlüssel für den autonomen Einsatz von Drohnentechnik. Sie profitieren von erhöhter Sicherheit und Zuverlässigkeit. ABSTANDSREGELUNG Die aktive Regelung des Abstandes zu Objekten ermöglicht das kontrollierte Abfliegen von Fassaden in einem gewünschten Abstand für einen einfachen und kontrollierten Betrieb. 6

7 UNSERE KOPTER Für die optimale Lösung stellen wir Ihnen einen maßgeschneiderten Multikopter zusammen, der auf die Anforderungen Ihrer Anwendung abgestimmt ist und über die nötige Nutzlastkapazität verfügt. Dabei greifen wir auf ein breites Spektrum an Bauformen für Multikopter zurück: QUADRO HEXA OKTO COAXIAL QUADRO FLUGHÖHENKONTROLLE Dieser Modulbaustein übernimmt die aktive Regelung der Flughöhe insbesondere zu Böden und Decken auch unabhängig von GPS und Luftdruck. Dadurch wird die Steuerung ein Kinderspiel. OBJEKTERKENNUNG Die Objekterkennung erlaubt die Identifikation von Objekten wie zum Beispiel Barcodes oder QR-Codes. Darauf aufbauend lässt sich das Verhalten automatisieren. POSITIONSREGELUNG Die Regelung der aktuellen Flugposition über GPS, Fourier Tracking, SLAM oder OF ermöglicht eine kontrollierte Navigation für zielgerichtete, autonome Einsätze. 7

8 Entwicklung eingebetteter Systeme Auf der Basis unseres Know-Hows im Bereich Drohnentechnik bieten wir Ihnen eine Vielzahl an Leistungen (Software, Hardware) im weitläufigen Bereich der eingebetteten Systeme, wie z.b. zur Prototypenentwicklung, an! 8

9 UNSERE LEISTUNGEN Software-Entwicklung Unser Entwicklungsteam konzipiert und entwickelt für Sie Software für eingebettete Systeme, beispielsweise in C, C++ oder Java. Treiberprogrammierung Wir binden für Sie Hardwarekomponenten ein und entwickeln Treiber. Sensor Aktor Systeme Wir integrieren für Ihre Anwendung und entsprechend Ihrer Anforderungen beliebige, neuste Sensoren, Aktuatoren oder Prozessoren. PCB Entwicklung und Bestückung Für Ihr individuelles, eingebettetes System entwickeln und fertigen wir ein PCB. Prototypentwicklung eingebetteter Systeme Wir konzipieren, entwerfen (3D Design), fertigen und optimieren Prototypen für eingebettete Systeme. UNSERE LANGJÄHRIGE ERFAHRUNG: Drohnentechnik Sensorik Mikroelektronik Programmierung Regelungstechnik 3D Design 9

10 Intelligente Flugassistenz Sicherheit ist das oberste Gebot bei der Befliegung mit Drohnen. Mit unseren intelligenten Flugassistenzsystemen erreichen Sie ein neues Level der Zuverlässigkeit und Einfachheit! 10 10

11 Sicherheit durch Intelligenz Intelligente Flugassistenzsysteme erkennen Hindernisse in der Umgebung des Multikopters, errechnen Steuerwerte, um Kollisionen zu vermeiden und regeln selbstständig den Abstand zu erfassten Objekten. Die Flexibilität von Multikoptern macht sie zu effizienten Werkzeugen für vielseitige Anwendungen wie Inspektion, Wartung, Photogrammetrie und Observation. Dabei dienen sie als Plattform für hochwertige Sensoren und Kameras. Trotz der sehr guten Manövrierbarkeit benötigt es erfahrene Piloten, den Kopter an die Position für die besten Aufnahmen heranzufliegen. Absturzgefahren an engen oder unübersichtlichen Stellen schrecken aber selbst sie davor ab, das teure System ideal zu platzieren. Emqopter hat sich das Ziel gesetzt, mit intelligenter Sensorik und autonomen Funktionen den Piloten bei seiner Aufgabe zu unterstützen, um auch die schwierigsten Flüge zu meistern. Unser Ergebnis intensiver Forschung und Entwicklung im Bereich autonomer Drohnen ist eine breite Palette von Sensormodulen für den Einsatz auf Multikoptersystemen, die optimal auf jede Anwendung angepasst sind. Mit unserer langjährigen Erfahrung sind wir heute in der Lage, für Ihre individuellen Anforderungen das perfekte System zu liefern. Wir von Emqopter bieten Ihnen intelligente Flugassistenz Funktionen, um die Arbeit des Befliegens von anspruchsvollen Objekten zu perfektionieren. Sprechen Sie uns an und lassen Sie uns Ihren Anwendungsfall maßgeschneidert optimieren! 1111

12 INTELLIGENTE FLUGASSISTENZSYSTEME IN DER ANWENDUNG Selbst für erfahrene Piloten sind viele Befliegungen aus Gründen der Sicherheit nicht ohne Hilfe realisierbar. Mit intelligenten Flugassistenzsystemen meistern Sie jedoch auch herausfordernde Aufgaben zuverlässig und einfach! Multikoptersysteme sind auf eine kontinuierliche, zuverlässige Regelung der Fluglage angewiesen. Diese Aufgabe übernimmt standardmäßig die Flugsteuerung des Kopters, die automatisch über Sensoren die Fluglage erfasst und Stellwerte errechnet, um das System in die gewünschte Ausrichtung zu bringen. Die Fluglagenregelung sorgt auch dafür, dass externe Störungen wie zum Beispiel Wind größtenteils kompensiert oder abgeschwächt werden und der Kopter an Ort und Stelle gehalten wird. Mit zunehmender Windstärke gerät diese Fluglagenregelung an Ihre Grenzen, sodass das System durch Windböen schnell einige Meter von der Sollposition abdriftet, was fatale Folgen für Ihr System und die Umwelt haben kann. Bei Inspektionen anhand von Nahaufnahmen ist die Kollisionsgefahr durch äußere Einflüsse wie Wind ein hochkritisches Problem. Die Kollisionsvermeidungssysteme von Emqopter untersuchen die Umgebung kontinuierlich auf Hindernisse und greifen dann aktiv in die Flugsteuerung des Kopters ein, um Zusammenstöße zu verhindern. Dadurch können Kollisionen und Schäden vermieden werden. Ein zuverlässiges Kollisionsvermeidungssystem ist essenziell für die sichere Befliegung zu Inspektionszwecken und Wartungsaufgaben. Erst über die Analyse der Flugumgebung auf Hindernisse während der Mission in Echtzeit ist das Umfliegen von Objekten in der Flugbahn des Kopters möglich. Besonders sich im Fluggebiet befindende Menschen können nur über Sensorsysteme zur Hinderniserkennung während des Fluges erfasst und umflogen werden. Alle Systeme von Emqopter sind darauf ausgerichtet, die Umgebung in Echtzeit zu erfassen und aus den gewonnenen Daten eine effektive Abstandsregelung zu errechnen. 12

13 IHRE VORTEILE AUF EINEM BLICK: Ausfallsicherheit Intelligente Flugassistenzsysteme helfen Ihnen, kritische Situationen zu meistern und Ihre Flugmissionen absturzfrei zu absolvieren. Zeiteffizienz Durch die aktive Kollisionsvermeidung verlieren Sie keine Zeit mehr für das sichere Manövrieren um die besten Aufnahmen zu erhalten. Kostensenkung Reduzieren Sie Ihre Kosten durch Minimierung von Reparatur- und Wartungsaufwänden sowie gesteigerter Zeiteffizienz. Optimale Ergebnisse Dank der intelligenten Flugassistenzsysteme können Sie sich ganz auf Ihre Aufgaben bei Inspektion und Wartung konzentrieren. Automatisierung Nutzen Sie die Möglichkeiten autonom arbeitender Flugrobotertechnik und optimieren Sie Ihre Prozesse in Gewerbe und Industrie. Lösung komplexer Herausforderungen Mit intelligenter Sensortechnik und Assistenzfunktionen meistern Sie auch die Missionen, die Ihnen heute noch zu riskant erscheinen. Für jede Anwendung die optimale Sensorlösung! Damit Sie diese Vorteile am effektivsten für sich nutzen können, ist es entscheidend, die ideale Sensortechnologie zu verwenden, die die typischen Hindernisse in Ihrem Anwendungsfall zuverlässig erfasst. Jede Sensortechnik hat intrinsische Vor- und Nachteile, so dass für verschiedene Anwendungen verschiedene Lösungen optimal sind. Um Ihnen einen Überblick über die verschiedenen Technologien zu bieten, mit denen wir arbeiten, haben wir auf den folgenden Seiten das Portfolio unserer Sensormodule für Multikopter zusammengestellt. Gerne beraten wir Sie zu Ihrem speziellen Fall. 13

14 HINDERNISERKENNUNG & KOLLISIONSVERMEIDUNG Die zuverlässige Erfassung von Hindernissen ist essenziell für die Kollisionsvermeidung und die optimale Unterstützung des Piloten beim Flug. Um den Piloten in kritischen Situationen optimal unter die Arme greifen zu können, muss das intelligente Flugassistenzsystem ein möglichst umfassendes Bild der Umgebung erhalten, woraus dann korrektive Flugmanöver errechnet und durchgeführt werden. Dabei ist jeder Anwendungsfall unterschiedlich. Das bedeutet, dass die optimale Sensorik für die Umgebungserfassung vom jeweiligen Einsatzgebiet des Kopters abhängt. Aus diesem Grund haben wir ein Portfolio an Sensormodulen entwickelt, die für jeweils unterschiedliche Anwendungen optimiert sind. Durch die Modularität der Sensorik lassen sich die Kopter kosteneffizient für die jeweiligen Einsatzgebiete ausrüsten. Die Plug & Play Technologie der Sensormodule ermöglicht eine schnelle Ausrüstung bestehender Kopter mit intelligenten Assistenzfunktionen wie Hinderniserkennung, Kollisionsvermeidung und aktiver Abstandsregelung. Jedes Sensormodul ist dabei mit einem eigenen Prozessor ausgestattet, um die erfassten Daten auszuwerten und korrigierende Stellwerte zu errechnen. Die Kommunikation und das Eingreifen in die Flugsteuerung finden über Standard-Schnittstellen wie USART oder SBUS statt, sodass eine einfache Anbindung an alle üblichen kommerzieller Autopiloten möglich ist. Bei allen Modulen legen wir bei der Entwicklung und der Produktion von Beginn an ein hohes Augenmerk auf Zuverlässigkeit, Gewichts- und Energieeffizienz, um die Flugleistung zu optimieren

15 ZENTRALE CHARAKTERISTIKEN DER KOLLISIONSVERMEIDUNGSMODULE Modular Plug & Play Serielle Kommunikation Energieeffizient Gewichtseffizient Abstandsregelung Moduleigene MCU Zuverlässig 15 15

16 ULTRASCHALL CAA US-3 Die Abstandsmessung mit Ultraschall basiert auf hochfrequenten Schallwellen. Diese Technologie eignet sich gut, um großflächige und glatte Hindernisse zu erfassen. Im Vergleich zu Infrarotsensoren haben Ultraschallsensoren keine Probleme bei der Erfassung von durchsichtigen Hindernissen oder bei schlechten Sichtund Lichtverhältnissen. Sie stellen eine kostengünstige Möglichkeit dar, eine einfache Hinderniskennung und Kollisionsvermeidung umzusetzen. Die Verarbeitung der Sensordaten erfordert nur geringe Prozessorleistung. Vorzüge: - Einfache Verarbeitung - Effizient für die Erfassung großer Objekte - Kostengünstige Technologie - Unabhängigkeit von optischen Eigenschaften der Hindernisse - Keine Beeinträchtigung durch schlechte Licht- und Sichtverhältnisse Ideale Einsatzgebiete: Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Auflösung: Gewicht 1 : Maße 1 : CAA US ,00 * 3 Ultraschallsensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU 20cm 500cm 100 horizontal x 40 vertikal 11 Hz 1 cm ca g 14 cm x 4 cm x 2 cm bis 14 cm x 11 cm x 5 cm - Erfassen von Gemäuern - Abstandsmessung zu Wänden - Befliegung von Glasfassaden Das CAA US-3 beinhaltet ein CAA US+ sowie die Zentraleinheit. Pro Kopter wird eine Zentraleinheit benötigt. Das CAA US+ ist die Erweiterung für eine weitere Richtung (vorne, hinten, links, rechts). Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Auflösung: Gewicht 1 : Maße 1 : 345,00 * 3 Ultraschallsensoren 20cm 500cm 100 horizontal x 40 vertikal 11 Hz 1 cm ca g 14 cm x 4 cm x 2 cm bis 14 cm x 11 cm x 5 cm 1 Abhängig von der Trichtergröße Fehler und Änderungen vorbehalten. Alle Spezifikationen sind unverbindlich. * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt. 16

17 INFRAROT Infrarotabstandssensoren nutzen Lichtimpulse zur Abstandsmessung. Die Reflexion des Lichtimpulses wird erfasst und ausgewertet. Die Sensoren eignen sich sehr gut für mittelgroße Objekte und detektieren auch schallschluckende Oberflächen, bei denen Ultraschall versagt. Optimal werden diese Sensoren innerhalb von Gebäuden oder komplementär, d.h. zusammen mit anderen Sensoren eingesetzt, da bei dieser Technologie Störungen bei sehr starker, direkter Sonneneinstrahlung auftreten. Der Messbereich von Infrarotsensoren ist abhängig von der Baugröße, sodass für verschiedene Arbeitsbereiche jeweils andere Sensoren zum Einsatz kommen. Die Sensoren sind klein, preiswert und leicht. Durchsichtige Hindernisse, wie z.b. Glas, werden nicht zuverlässig erkannt. Zusammen mit Ultraschallsensoren ergänzen sich beide Technologien daher ideal und sind für viele Anwendungen eine optimale Lösung. CAA IL ,00 * Hardware: 8 Infrarotsensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU Messbereich: 80 cm 500 cm Öffnungswinkel: 8 Sensoren à ca. 5 in 360 Anordnung Framerate: 10 Hz Auflösung: 1 cm Gewicht: ca. 200 g Maße: 20 cm x 18 cm x 4 cm CAA IM-8 Vorzüge: - Einfache Verarbeitung - Effiziente Erfassung mittelgroßer Hindernisse - Kostengünstige Technologie - Erfassung von schallschluckenden Oberflächen 1.910,00 * Hardware: 8 Infrarotsensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU Messbereich: 20 cm 150 cm Öffnungswinkel: 8 Sensoren à ca. 5 in 360 Anordnung Framerate: 10 Hz Auflösung: 1cm Gewicht: ca. 200 g Maße: 15,5 cm x 13 cm x 3 cm 17 Fehler und Änderungen vorbehalten. Alle Spezifikationen sind unverbindlich. * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt.

18 LIDAR CAA L-8 Auf Laserimpulsen basierende LIDAR Distanzsensoren zeichnen sich durch ihre hohe Präzision und Geschwindigkeit bei der Verarbeitung aus. Dadurch wird ein sehr genauer und stabiler Flug auch unter schwierigen Bedingungen, wie z.b. Turbulenzen, möglich. Die verwendeten LIDAR Sensoren kommen ohne bewegliche Teile aus, sind klein und leicht. Zudem trumpfen Sie mit bis zu 40m messbarem Maximalabstand und präziser Messauflösung von 1cm auf. Vorzüge: - Hohe Reichweite - Schnelle Verarbeitung - Scharfe Umgebungsabbildung CAA L+ Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Auflösung: Gewicht: Maße: CAA L ,00 * 8 Punktlaser-Sensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU 25 cm 4000 cm 8 Sensoren à ca. 1 in 360 Anordnung 500 Hz 1 cm ca. 200 g 20 cm x 18 cm x 4 cm 549,00 * 1.495,00 * Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Auflösung: Gewicht: Maße: 2 Punktlaser-Sensoren 25 cm 4000 cm 2 Sensoren à ca. 1 in 45 Anordnung 500 Hz 1cm ca. 80 g 13 cm x 7 cm x 3,5 cm Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Auflösung: Gewicht: Maße: 2 Punktlaser-Sensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU 25 cm 4000 cm 2 Sensoren à ca. 1 in 45 Anordnung 500 Hz 1cm ca. 80 g 13 cm x 7 cm x 3,5 cm Das CAA L-2 beinhaltet ein CAA L+ sowie die Zentraleinheit. Pro Kopter wird eine Zentraleinheit benötigt. Das CAA L+ ist die Erweiterung für eine weitere Richtung (vorne, hinten, links, rechts). Fehler und Änderungen vorbehalten. Alle Spezifikationen sind unverbindlich. * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt. 18

19 3D SENSORIK CAA SV Bildgebende Sensoren zeichnen sich durch eine hohe Datendichte aus, die für die Befliegung komplexer Innenräumen wie Hochregallagern und Industrieanlagen wichtig sind. Zu dieser Kategorie gehören die Sensortechnologien SV, PMD und RS. Durch die hohe Datendichte können auch relativ kleine oder komplexe Hindernisse wie Bäume mit Blättern zuverlässig erfasst werden. Vorzüge: - Scharfe Umgebungsabbildung - Große Datenmenge - Erkennt auch komplexe Hindernisse - Verwendung der Bilddaten möglich - 3D Mapping / SLAM Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Tiefenauflösung: Bildauflösung: Gewicht: Maße: Preis auf Anfrage Stereokamera mit i7-cpu 1 20m 65 horizontal, 45 vertikal Hz 5-10 cm 640 x 480 Pixel 250 g 16 cm x 2,5 cm x 1 cm zzgl. CPU: 10 cm x 8 cm x 2,5 cm CAA RS CAA PMD Preis auf Anfrage Preis auf Anfrage Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Tiefenauflösung: Bildauflösung: Gewicht: Maße: 3D Time of Flight Kamera Intel RealSense mit i7-cpu 20 cm 300 cm 70 horizontal, 50 vertikal 60 Hz 1cm 640 x 480 Pixel 300g auf Anfrage CPU: 10 cm x 8 cm x 2,5 cm Hardware: Messbereich: Öffnungswinkel: Framerate: Tiefenauflösung: Bildauflösung: Gewicht: Maße: 3D Time of Flight Kamera PMD mit i7-cpu 10 cm 400 cm 62 horizontal, 45 vertikal 45 Hz 1mm 224 x 171 Pixel 250g 7 cm x 2 cm x 1 cm zzgl. CPU: 10 cm x 8 cm x 2,5 cm 19 Fehler und Änderungen vorbehalten. Alle Spezifikationen sind unverbindlich.

20 KOMPLEMENTÄRE SENSORIK CAA UI Komplementäre Sensorik vereint die Vorteile verschiedener Sensortechnologien und reduziert die Schwächen einzelner Sensorarten. Während zum Beispiel Ultraschallsensoren bei der Detektion von schallschluckenden Oberflächen Schwierigkeiten haben, sind sie bei der Erfassung durchsichtiger Hindernisse nicht störanfällig. Mit Lichtwellen arbeitende Sensoren wie Infrarot und Lidar verhält es sich genau anders herum, sodass sich diese Technologien optimal ergänzen. Hardware: Messbereich: Framerate: Auflösung: Gewicht: Maße: 2.970,00 * 8 Infrarotsensoren, 12 Ultraschallsensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU 60 cm 500 cm 10 Hz 1 cm ca. 400 g siehe Einzelmodule CAA LU CAA UI mini 3.950,00 * 2.890,00 * Hardware: Messbereich: Framerate: Auflösung: Gewicht: Maße: 8 Punktlasersensoren, 12 Ultraschallsensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU 20 cm 4000 cm 10 Hz 1 cm ca. 400 g siehe Einzelmodule Hardware: Messbereich: Framerate: Auflösung: Gewicht: Maße: 8 Infrarotsensoren, 12 Ultraschallsensoren, Zentraleinheit mit IMU und MCU 10 cm 150 cm 10 Hz 1 cm ca. 400 g siehe Einzelmodule Fehler und Änderungen vorbehalten. Alle Spezifikationen sind unverbindlich. * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt. 20

21 DIE SENSORLÖSUNGEN IM ÜBERBLICK CAA Erkennt kleine Objekte Kostengünstig Klein und leicht Erkennt Glas, misst durch Rauch Erkennt schallschluckende Oberflächen Erkennt kontrastarme Oberflächen Hohe Reichweite Nahe Messweite Hohe Wiederholrate US-3 IL-8 IM-8 L-8 L-2 SV RS PMD UI LU UI mini 21

22 Quadrotor 1.485,- * Control System Direkt im Umfeld der Lehre entwickelt, ist das Quadrotor Control System (QCS) eine motivierende, vielseitige und praxisnahe Lehr- und Lernplattform für den Einsatz an Universitäten und Schulen. 22 * Preis gilt für das QCS Lehrsystem als Standardprodukt ohne zusätzliche Entwicklungsdienstleistungen.

23 ZUKUNFTSWEISENDER UNTERRICHT AN UNIVERSITÄTEN UND SCHULEN Der technische Fortschritt, vom Computer und Smartphone, über eingebettete Systeme wie automatische Türen und programmierbare Waschmaschinen bis hin zu Industrierobotern und Inspektionsdrohnen, bringt uns täglich viele Annehmlichkeiten und Vorteile. Diese Entwicklung ist aus unserer heutigen Welt kaum mehr wegzudenken. Dabei befinden wir uns erst am Anfang. Aktuell wird an Haushalts-Robotern, autonomen Autos und Paket-Drohnen geforscht und entwickelt. Die Bedeutung der zugrunde liegenden Technologien, deren Kern durch die Fächer Informatik, Robotik, Mechatronik und Regelungstechnik behandelt wird, nimmt stetig zu. Dabei wächst nicht allein die Bedeutung der Technik an sich, sondern immer neue, zusätzliche und mächtigere Systeme machen die Technik zunehmend komplexer. Zwangsläufig wächst damit die Notwendigkeit, dies alles zu verstehen, zu beherrschen, nutzen, aber auch lehren und unterrichten zu können. Ein Beitrag dazu leistet das Quadrotor Control System (QCS), ein Lehr- und Lernsystem für Universitäten und Schulen. Die Programmierung von Quadrokoptern bzw. Flugrobotern (Drohnen) ist dabei nur ein ausgezeichnetes Anwendungsbeispiel, das die Lernenden motiviert und ihnen so hilft, mit Spaß an der Sache und auf eine spielerische Art und Weise, wichtige Grundlagen anwendungsnah zu begreifen und zu beherrschen. Das QCS ist dazu Einstiegshilfe als auch Grundstein für Studien-, Fach- und Projektarbeiten, mit dem Ziel das Wissen im Bereich Informatik und Technik zu erarbeiten und vertiefen. Absturzsichere Entwicklung Mit den DOF Aufhängungen des QCS wird das System am Arbeitsplatz gehalten, ohne die Dynamik des Systems zu verfälschen. Schritt für Schritt zur Lösung Optimaler didaktischer Ansatz durch Rekonfigurierbarkeit des Systems für die nächsten Arbeitsschritte und Aufgaben. Start in die Forschung Offene Schnittstellen zur Integration eigener Hardware- und Softwaremodule nach eigenen Ideen und Vorstellungen. Das QCS Komplettsystem: QCS Quadrokopter DOF Gelenke Sicherheitsring EVK1100 Entwicklungsboard 20A Netzteil 8 Propeller Software Framework Software Bibliotheken Dokumentation Lerninhalte Aufgabenbeispiele Beispielimplementierungen Musterlösungen 23

24 DAS DOF - PRINZIP Die Programmierung und Entwicklung einer Quadrokopter-Flugsteuerung ist aufgrund der 6 Freiheitsgrade (engl. DOF = Degree of Freedom) des freien Flugs eine komplexe Angelegenheit. Doch dank der DOF-Aufhängungen müssen Sie sich bei der Entwicklung keine Gedanken über die Absturzgefahren des Quadrokopters machen. Die speziell für die Quadrokopterprogrammierung entwickelten DOF-Aufhängungen dienen dazu, das System sicher gegen unerwünschtes Abheben am Arbeitsplatz zu fixieren und mechanisch einzelne Freiheitsgrade zu schalten. Dadurch ermöglichen sie dem Benutzer die einzelnen Regler für die verschiedenen Bewegungsachsen des Systems unabhängig voneinander zu bearbeiten. Das Umstecken der Gelenke zur Konfiguration der Freiheitsgrade ist durch ein einfaches und schnelles Stecksystem realisiert, sodass keine Umbaupausen die Entwicklung behindern. In wenigen Sekunden kann das QCS am Arbeitsplatz fixiert und so kontrolliert betrieben werden oder sobald gewünscht - als QCS-F frei geflogen werden. Am Ende der Entwicklung haben Sie Ihre eigene Flugsteuerung für den QCS- Quadrokopter implementiert, die bereit ist, abzuheben. Tauschen Sie einfach die DOF-Aufhängung gegen den, in der QCS-F Erweiterung enthaltenen, Akkuhalter aus, schalten Sie die Fernsteuerung an und heben Sie ab! Auch über die anfängliche Entwicklung der Flugsteuerung hinaus können Sie mit Hilfe des DOF-Prinzips Ihre selbst entwickelte Software nach kritischen Änderungen zunächst auf Herz und Nieren testen, bevor Sie fliegen gehen. Damit vermeiden Sie Abstürze, Reparaturen und Kosten. 24

25 Ein Quadrokopter lässt sich über alle 3 Achsen des dreidimensionalen Raumes rotieren, sodass insgesamt 3 Regler für eine stabile Lageregelung des Kopters im Flug benötigt werden. Für die gesamte Programmierung der QCS-Flugsteuerung werden lediglich zwei DOF-Aufhängungen benötigt, mit denen Sie alle Regler unabhängig voneinander programmieren und konfigurieren können. Die 2-DOF-Aufhängung Mit dieser Aufhängung steigen Sie in die Programmierung der Quadrokopter - Flugsteuerung ein. Zunächst beginnen Sie, den Quadrokopter über die Roll-Achse zu stabilisieren. Dazu wird die Aufhängung in der Gier-Achse arretiert, sodass nur noch Rotationen des QCS um die Roll-Achse möglich sind. Durch die Fixierung können Sie entspannt die richtigen Reglerparameter finden. Wenn die Regelung um die Roll-Achse stabilisiert ist, kann mit der Regelung der Gier-Achse begonnen werden, wozu die Roll-Achse arretiert werden kann. Schließlich kann das überlagerte Reglerverhalten ohne Arretierungen von Roll- und Gier-Achse behandelt werden. Die 3-DOF-Aufhängung Wenn das QCS stabil um die Roll- und Gier- Achse regelt, kann mit wenigen Handgriffen die Aufhängung ausgetauscht werden, um die Regelung um alle 3 Achsen gleichzeitig zu betrachten. Die 3-DOF-Aufhängung ist so konzipiert, dass sie von ihren Systemeigenschaften dem freien Flug entspricht. Dadurch ist ein gut regelnder Quadrokopter auf der 3- DOF-Aufhängung bereit für den Flug. Mit wenigen Griffen kann das System mit dem QCS- Akkuhalter ausgestattet und für den freien Flug vorbereitet werden. Und fertig ist der selbst programmierte Quadrokopter! 25

26 EINSATZ IN DER SCHULE Der direkte Bezug zur Praxis und die Arbeit an einem hoch aktuellen Thema motiviert die Schüler von Berufsschulen und Gymnasien eigenständig Lösungen zu erarbeiten. Mit Spaß und etwas Handfestem lernt es sich schneller und einfacher. In 8 Lernabschnitten wird das Fachgebiet der Informatik und Quadrokopter-Programmierung umfassend behandelt. Jeder Lernabschnitt enthält Aufgabenstellungen, Hilfestellungen, Theorie sowie Software als Lückentext und fertige Lösungen. In einem kompakten Einführungskurs erhalten Sie als Lehrer das Hintergrundwissen, um mit dem QCS sofort in den Unterricht zu starten! Voraussetzungen Das QCS-Lehrkonzept setzt grundlegende Kenntnisse der Programmierung voraus. Ein Jahr Informatikunterricht ist empfohlen. Zudem wird maximal ein halbjähriger C- Grundlagenkurs benötigt. Ablauf und Zeitrahmen Je nach Vertiefung beträgt der zeitliche Umfang wenige Wochen bis ein Halbjahr. Die Aufgabenstellungen können unabhängig voneinander ausgeweitet oder reduziert werden, um gezielt Aspekte zu fokussieren. Es empfielt sich, die Grundlagen der Programmierung in C im ersten Halbjahr zu behandeln und mit dem QCS-Lehrkonzept im 2. Halbjahr einzusteigen. 8 Lernabschnitte: Unterrichtsmaterialien Für jeden der 8 Lernabschnitte: Theorie als Booklet oder Foliensatz Aufgabenstellungen Software Framework als Lückentext Fertige Programme als Lösung Dokumentation zu Hard- und Software Zielgruppe Das QCS-Lehrkonzept richtet sich an Schülerinnen und Schüler der 12. Jahrgangsstufe des Gymnasiums bzw. des 2. Lehrjahrs einer Berufsschule. Es ist für folgende Fächer optimiert: Informatik Mechatronik Robotik Regelungstechnik Technik Einführung Informationstechnik und eingebettete Systeme Informationsverarbeitung (Teil 1) und Darstellung Kommunikation: Senden, Empfangen, Verarbeiten von Informationen (Daten) Informationsbeschaffung und Sensorik Informationsverarbeitung (Teil 2) und Filter Modellbildung am Beispiel QCS Steuerung, Regelung und Parametrisierung Automatisierung Zusätzliche Informationen finden Sie in den beiden Broschüren für Schulen und Hochschulen. Online abrufbar unter 26

27 EINSATZ IN DER FORSCHUNG Das QCS ist eine einfache und vielseitige Plattform für den Einstieg in die eingebettete Programmierung an Universitäten und Hochschulen. Als Lehraufbau ist das QCS optimiert für den Einsatz im Rahmen von Lehrveranstaltungen und Laborübungen. Die Software steht als Open-Source Projekt zur Verfügung, sodass durch die Studierenden - über die Inhalte des QCS-Lehrkonzeptes hinaus - eigene Forschungsprojekte entwickeln und integrieren können. Für Studienarbeiten können moderne und neuartige Ansätze direkt mit dem QCS umgesetzt werden. Exemplarische Modulbeschreibung der Lehrveranstaltung: Modulbezeichnung Dauer Häufigkeit des Angebotes Lehrsprache Voraussetzungen Quadrokopter Programmierung 12 Wochen Jährlich einmal Deutsch / Englisch Grundkenntnisse in C-Programmierung ECTS-Credits 5 Gesamtworkload & Zusammensetzung Lehrform Prüfungsleistungen Lernergebnisse Inhalte Lehr- & Lernmethoden Literatur 150 h (30 Präsenz, 120 Selbststudium) Wöchentlich 2h Präsenzübungen mit selbständiger Vor- und Nachbereitung Testat Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer werden befähigt, eine Flugsteuerung für einen Quadrokopter zu implementieren. (Sensorik, Datenverarbeitung, Filterung, Regelung) Kommunikation: USART, Telemetrie und Telekommandierung Sensorik und Signalverarbeitung (Kalmanfilter, Komplementärfilter, Quaternionen) Quadrokopterregelung (Lage, Gier, 3DOF) Automatisierung von Steuerbefehlen Vermittlung der theoretischen und technischen Grundlagen in Frontalunterricht und Demonstrationen, Problemorientierte Aufgabenstellungen zur selbständigen Erarbeitung am Quadrotor Control System und PC Faszination Quadrokopter, Büchi, 2010 Drohnen: seit 1990, Laumanns, 2012 Regelungstechnik 1, Lunze, 2014 An introduction to the Kalman Filter, Welch & Bishop, 2006 Autonome Quadrokopter zur Innenraumerkundung, Gageik,

28 DIE THEMENBLÖCKE Mit dem QCS können Sie die komplette Programmierung und den Umgang mit Informationen vom ersten Auslesen der Sensoren (Informationsbeschaffung), über die Datenverarbeitung (Informationsverarbeitung) bis hin zur Regelung und Automatisierung (Modellbildung) durchlaufen, lehren und lernen. Dafür haben wir vollständige Unterrichtsmaterialien erarbeitet, die wir Ihnen als Foliensatz und Booklet mitgeben: 12. Die Automatisierung von Prozessen als wohl der wichtigste Anwendungsfall der Robotik wird in der letzten Übung behandelt. Soll Automatisierung Gierregler Lageregler Fehler Regler Ist 11. Schließlich sind die unterschiedlichen Regler zu superpositionieren, um eine gemeinsame und gleichzeitige Reglung aller 3 Achsen des Raumes zu leisten. In diesem Abschnitt wird auf Effekte und Randbedingungen der Superpositon und Mehrgrößenregelung eingegangen. 3 DOF Superposition Aktuatoren Lage SYSTEM Für die Lageregelung eines Quadrokopters müssen mehrere Regler implementiert werden. In zwei Abschnitten wird die Funktionsweise eines PID-Reglers erläutert und die unabhängige Regelung der Roll-, Pitch- und Yaw Achsen eines Quadrokopters behandelt. 8. Telekommandos werden genutzt, um Befehle zu übermitteln. Diese Übung beschäftigt sich mit der Gegenseite der Telemetrie bzw. Steuerung des QCS. 28

29 1. Die Steuerung des QCS erfolgt über einen AVR 32bit Mikrocontroller, der in C programmiert wird. In einem einführenden Abschnitt wird das AVR Entwicklungsframework und das Ansteuern eines Displays behandelt. 2. Die Kommunikation und das Debugging sind wichtige Hilfsmittel bei der Programmierung eingebetter Systeme. Sämtliche Übertragungen von Daten zwischen QCS und Bodenstation können Sie nach Ihren Vorstellungen gestalten, wozu dieser Abschnitt eine Einführung liefert. Bodenstation AVR Framework Qt Framework 3. Für die Regelung des QCS ist eine IMU, eine so genannte inertiale Messeinheit, notwendig, mit deren Hilfe die aktuelle Orientierung in 3D bestimmt werden kann. In diesem Abschnitt werden die Grundlagen, die Ansteuerung und das Auslesen der IMU behandelt. Signalverarbeitung Kalman Filter 4. Die korrekte Verarbeitung der inertialen Sensordaten zur Orientierungsbestimmung ist für die spätere Verwendung zur Regelung der Lage entscheidend. Quaternionen sind dazu heute das Mittel der Wahl. Die Übung gibt eine wertvolle Einführung in das Zahlensystem der Quaternionen und ihre praktische Verwendungsmöglichkeiten. Quaternionen IMU Komplementär Filter 5. Um eine driftfreie Orientierungsbestimmung zu gewährleisten, sind ein Accelerometer und ein Gyroskop nötig. Beide Sensoren haben Ihre intrinsischen Schwächen, aber mittels komplementärer Datenfusion lassen sich diese überwinden. Das in dieser Übung behandelte Komplementär-Filter ist ein einfaches, aber effektives Filter, um dies zu erreichen. 7. Die Telemetrie ist die Übertragung von Systeminformationen an die Bodenstation. Dazu werden eine grafische Bodenstationssoftware sowie ein Kommunikationsprotokoll behandelt. 6. Das Kalman Filter ist das weitverbreiteste Verfahren zur Datenfusion. Es kommt in Robotern, Autos, Flugzeugen und Raumschiffen zum Einsatz. In dieser Übung wird ein Kalman Filter für das QCS an einem einfachen Beispiel erklärt, diskutiert und implementiert. 29

30 BEREIT ZUM ABFLUG MIT DEM QCS-F FLUGMODUL Das Ergebnis der Arbeit mit dem QCS ist eine flugreife Flugsteuerung, die mit der Flugerweiterung, dem QCS - Flying (QCS-F), für weiterführende Arbeiten wie Studien-, Fachoder Projektarbeiten eingesetzt werden kann. Auf der Basis des QCS - Softwareframeworks, welches vielerlei Schnittstellen für die Integration weiterer Module bietet, können eigene Ansätze für aktuelle Forschungsthemen aus dem Bereich der Robotik und Technik behandelt werden. Zusammen mit dem QCS erhalten Sie eine ausführliche Dokumentation zu Soft- und Hardware. Darüber hinaus bieten wir Ihnen eine breite, ständig aktualisierte und wachsende Palette an Add - Ons, um einen schnellen Einstieg in eine Vielzahl tiefergehender Fragestellungen zu ermöglichen! Per oder Online erhalten Sie Datenblätter und Spezifikationen der Add-Ons. QCS-F Flugmodul Mit dem Flugmodul ist das QCS bereit zum Abflug! Enthalten sind: 390,00 * On-Board 32bit MCU Fernsteuerung + Empfängereinheit 3S 3000mAh LiPo Akku Akkuhalterung Landegestell * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt. 30

31 ADD-ONS Für QCS und QCS-F sind eine Vielzahl an Add-Ons verfügbar, die die Arbeit mit dem System noch vielfältiger gestalten. 1 Für den optimalen Einstieg erhalten Sie zu jedem Modul entsprechende Treibersoftware für die Einbindung in das QCS sowie Beispielimplementierungen. UPGRADES Motor Upgrade Mehr Power für größere Nutzlasten 290,00 * Haube mit Logo Ihre personalisierte Haube 290,00 * Rahmen Pro Für noch mehr Sicherheit und Stabilität 129,00 * i7 Board Starke Rechenleistung und Speicherkapazitäten 1249,00 * SHOWCASE KOMMUNIKATION QCS Showcase Maximale Sicherheit bei der Entwicklung 990,00 * Case Beschriftung Personalisierte Showcase Beschriftung mit Logo 39,00 * TM/TC Modul Echtzeitkommunikation über Bluetooth 19,00 * Zusatz RC Zweite Fernsteuerung für eine simultane Steuerung 169,00 * POSITIONSKONTROLLE GPS Modul Positionsbestimmung für Outdoor-Missionen 159,00 * Optischer Fluss Basic Einfache 2D Erfassung der Bewegung des QCS-F 89,00 * Optischer Fluss Pro Robuste 4D Erfassung der Bewegung des QCS-F² 224,00 * 1 Die hier angegebenen Preise gelten für die Module ohne implementierte Kollisionsvermeidung. Mitgeliefert werden jeweils Treiber, und Beispielimplementierungen. ² Benötigt i7 Board * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt. 31

32 OBJEKTERKENNUNG Objekterkennung Frontalkamera zur Objekterkennung 1 224,00 * Objekterkennung Pro Schwenkbare Kamera zur Objekterkennung 1 334,00 * VIDEOÜBERTRAGUNG Videolink Basic Frontalkamera mit analoger Videoübertragung 549,00 * Videolink Plus Videolink Basic mit schwenkbarer Kamera 589,00 * Videolink Pro Schwenkbare Kamera mit digitaler Videoübertragung 1.290,00 * HÖHENSENSORIK Höhensensorik Baro, IR und US Sensorik zur Höhenbestimmung 159,00 * Höhensensorik Plus Laser, Baro und US Sensorik zur Höhenbestimmung 349,00 * 1 Benötigt i7 Board * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt. 32

33 HINDERNISERKENNUNG INFRAROT UND ULTRASCHALL Hinderniserkennung US Sensormodul mit 3 Ultraschallsensoren 295,00 * Hinderniserkennung IRL Sensormodul mit 8 Infrarotsensoren bis 5m 590,00 * Hinderniserkennung IRM Sensormodul mit 8 Infrarotsensoren bis 1,5m 495,00 * Hinderniserkennung US12 4 Sensormodule mit je 3 Ultraschallsensoren 695,00 * LIDAR TECHNOLOGIE Alle Module mit Treiber und Beispielimplementierung! Hinderniserkennung LA8 Sensormodul mit 8 Lasersensoren 1.990,00 * Hinderniserkennung LA2 Sensormodul mit 2 Lasersensoren 529,00 * KOMPLEMENTÄRE SENSORIK Hinderniserkennung US-IRM 8 Infrarot- (5m) und 12 Ultraschallsensoren 1.090,00 * Hinderniserkennung US-IRL 8 Infrarot (1,5m) und 12 Ultraschallsensoren 1.170,00 * Hinderniserkennung US-LA 8 Punktlaser und 12 Ultraschallsensoren 2.485,00 * 3D SENSORIK Hinderniserkennung RS 3D ToF Intel RealSense Hinderniserkennung 349,00 * Hinderniserkennung PMD 3D ToF PMD Hinderniserkennung 1190,00 * Hinderniserkennung SV Stereooptische Hinderniserkennung 395,00 * 33 * Preise sind unverbindlich, fordern Sie ein Angebot an. Alle Preise zzgl. USt.

34 ERFAHRUNGEN MIT DEM QCS Das Quadrotor Control System wird seit 7 Jahren an Universitäten und Schulen eingesetzt. Das Lehrsystem erweist sich von Beginn an und fortwährend großer Beliebtheit unter Lernenden und Lehrenden. Prof. Dr. A. Fischer erklärt das Quadrotor Control System dem Brandenburgischen Ministerpräsidenten Dietmar Woidke anlässlich des Besuchs des Ministerpräsidenten auf der CeBIT 2016 in Hannover: Ich habe noch nie erlebt, dass so lange und hoch motiviert am Arbeitsplatz an Lösungen getüftelt wird! Ministerpräsident des Landes Brandenburg Dietmar Woidke am CeBIT-Stand der TH Brandenburg. Prof. Dr. S. Montenegro mit seinen Studierenden an der Universität Würzburg, an der das Quadrotor Control System im Studiengang Luft- und Raumfahrtinformatik seit über 6 Jahren erfolgreich in der Lehre eingesetzt wird: Einfach super! Prof. Montenegro (l.) an der Universität Würzburg ist vom Quadrotor Control System begeistert. 34

35 Teilnehmer der Summerschool Aerospace Information Technology 2015 in Würzburg: I am in my 1st year master studies and this was the best exercise I ever had! Quadrotor exercises VERY COOL! I really liked the Quadrotor Lab and enjoyed to work with the system! Die Wirkung des Einsatzes des QCS Lehrkonzepts auf Lernende wurde im Vergleich zu anderen Lehrveranstaltungen erfasst. Hier einige Ergebnisse (veröffentlicht auf der SPIE Conference in San Francisco 2015): Aus gestalterischen Gründen wurde gelegentlich die maskuline Form verwendet, um Personen beiderlei Geschlechts anzusprechen. 35

36 36 Emqopter GmbH Josef-Martin-Weg Würzburg Tel.: +49 (0)