verteilte Systeme (Anwendung Quadrocopter) an.

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1 verteilte Systeme Quadrocopter für Aufgaben im Indoor-Bereich (Luftfahrtinformatik). Die Systeme sollen in die Lage versetzt werden selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen) und dabei sicher und robust zu agieren. In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. Das aktuelle System kann stabil fliegen, stürzt jedoch bei einem Fehler unweigerlich ab, da es permanent geregelt werden muss und dazu ständig in Echtzeit Sensordaten benötigt. Sensor, Aktuator, die Schnittstelle zum Mikrocontroller (I²C Bus) und der Mikrocontroller selbst mitsamt der Software müssen fehlerfrei operieren. Tritt in einem der Komponenten ein schwerwiegender Fehler auf, ist dieser (fast) nicht zu kompensieren. Im Rahmen dieser Arbeit soll durch Redundanz die Robustheit des Systems erhöht werden. Eine Möglichkeit besteht darin das Betriebssystem RODOS und ein verteiltes System bestehend aus zwei Mikrocontroller zu verwenden. Stürzt ein Mikrocontroller ab, so springt der andere Mikrocontroller in Echtzeit ein und übernimmt dessen Aufgabe. Das System fliegt trotz schwerwiegendem Systemabsturz unbekümmert weiter. Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung und Hintergrundwissen zu Betriebssystemen sind von Vorteil. Erfahrungen mit RODOS sind hilfreich, aber nicht erforderlich. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik

2 Objekterkennung Quadrocopter für Aufgaben im Indoor-Bereich (Luftfahrtinformatik). Die Systeme sollen in die Lage versetzt werden selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. Das aktuelle System kann stabil und autonom in einem Raum fliegen. Mit Hilfe einer Kamera, die z.b. auf den Boden gerichtet ist, kann das System Objekte auf dem Boden wahrnehmen. Nun soll es in die Lage versetzt werden, Objekte zu erkennen und entsprechend zu handeln. Beispielsweise soll es autonom durch den Raum fliegen und einen Ball, der auf dem Boden liegt, erkennen und darüber stehen bleiben. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Objekterkennung basierend auf einer optischen Kamera implementiert werden. Lösungen zur Objekterkennung wie z.b. die CMUcam4 existieren bereits. Auf diese kann und soll zurückgegriffen werden. Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung sind von Vorteil. Hintergrundwissen zur Objekterkennung ist hilfreich, aber nicht erforderlich. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik

3 Two Wire (I²C) Bus Quadrocopter für Aufgaben im Indoor-Bereich (Luftfahrtinformatik). Die Systeme sollen in die Lage versetzt werden selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. Das aktuelle System kann stabil fliegen und verwendet als Schnittstelle für die Peripherie (Sensorik IMU, US + Aktuatoren BLCTRL) den Two Wire bzw. I²C Bus. Da beinahe die gesamte Kommunikation über diesen Bus geht, ist der Bus auch die Schwachstelle des Systems. Dementsprechend ist ein Großteil der Fehler auf Fehler auf dem I²C Bus zurückzuführen. Im Rahmen dieser Arbeit soll der I²C Bus optimiert werden, um das System insgesamt robuster und fehlertoleranter zu gestalten. Sowohl beim verwendeten Treiber (Software) als auch bei der Verschaltung (Hardware) besteht Potential zur Optimierung. Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung sowie Erfahrungen mit dem I²C Bus oder anderen digitalen Busen sind von Vorteil. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik (nils.gageik@uniwuerzburg.de).

4 optisches Tracking Quadrocopter für Aufgaben im Indoor-Bereich (Luftfahrtinformatik). Die Systeme sollen in die Lage versetzt werden selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. erkennen und Kollisionen vermeiden. Dazu wurde ein Quadrocopter entwickelt, der neben einer IMU zur Lageregelung über Ultraschall- und Infrarotsensoren verfügt und damit autonom in einem Raum fliegen kann. Statt Ultraschall- und Infrarotsensoren einzusetzen, soll im Rahmen dieser Arbeit ein optisches Trackingsystem (Infrarot Kameras) verwendet werden, um die Position des Quadrocopters zu verfolgen und steuern. Das System soll später zur Evaluierung eingesetzt werden können. Das optische Trackingsystem liefert bereits sehr genaue Positionsdaten. Mit Hilfe dieses soll die Lage des Quadrocopters im Raum bestimmt und gesteuert werden. Im Rahmen dieser Arbeit ist sowohl die Kommunikation des Tracking- PCs mit dem Quadrocopter als auch die Steuerung des Quadrocopters zu implementieren. Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung sowie in Mess- und Regelungstechnik (Zustandsregelung, PID Regler, etc.) sind von Vorteil. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik

5 Echtzeitregelung selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. erkennen und Kollisionen vermeiden. Dazu wurde ein Quadrocopter entwickelt, der neben einer IMU zur Lageregelung über Ultraschall- und Infrarotsensoren verfügt. Die Regler für alle Systeme wurden empirisch eingestellt. Für ein autonomes Agieren des Quadrocopters ist eine äußerst präzise Regelung des Systems zwingend erforderlich. Je besser die Regler ausgelegt sind, desto weniger Probleme treten auf. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein theoretisches Modell für einen Regler entworfen und dieses an dem realen System evaluiert werden. Dabei kann eine (oder mehrere) der folgenden Regelungen Thema sein: Lageregelung, Höhenregelung, Abstandsregelung, Positionsregelung Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung (C) sowie in Mess- und Regelungstechnik (Zustandsregelung, PID Regler, etc.) sind von Vorteil. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik (Fast) jedes andere Thema aus dem Themenkomplex Quadrocopter ist auch denkbar. Sprecht uns einfach einmal an, wenn Interesse besteht.

6 Fehlererkennungsverfahren bei Magnetsensoren selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. Das aktuelle System verwendet Accelerometer und Gyroskop und kann damit stabil fliegen und seine Orientierung halten. Jedoch kann die Gierachse (Rotationen um die z-achse) nicht durch den Accelerometer stabilisiert werden. Dadurch führen Fehler zu einem Drift des Systems um die z-achse. Um dies zu kompensieren soll ein Magnetsensor verwendet werden. Magnetsensoren sind jedoch sehr fehleranfällig. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Verfahren zur Fehlerkompensation von Magnetsensoren implementiert und an dem realen System evaluiert werden. Dabei kann auf das bisherige System aufgebaut werden. Insbesondere auf die Datenfusion mit Kalman-Filter kann zurückgegriffen werden. Schwerpunkt der Arbeit wäre demnach die Fehlererkennung von Magnetsensorwerten. Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung (C) sowie in Mess- und Regelungstechnik (Kalman-Filter) sind von Vorteil. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik Andere Themen aus dem Themenkomplex Quadrocopter sind auch denkbar. Sprecht uns einfach einmal an, wenn Interesse besteht.

7 Leichtbau selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. erkennen und Kollisionen vermeiden. Die verwendete mechanische Konstruktion ist doch alles andere als optimal. Dabei spielt der Faktor Gewicht eine entscheidende Rolle. Sowohl für die Flugdauer als auch das Flugverhalten (Trägheit, Regelung) ist das Gesamtgewicht möglichst minimal zu halten. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Aufbau konstruiert werden, der die Rahmenbedingungen Stabilität, Gewicht und Kosten gegeneinander abwägt und einen guten Kompromiss findet. Das fertige System soll dann mit Hilfe des vorhandenen Systems evaluiert werden (Vergleich: Vorher / Nachher). Theoretische Vorkenntnisse aus den Bereichen Leicht- und Modellbau sind von Vorteil, aber nicht erforderlich. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik (nils.gageik@uni-wuerzburg.de). (Fast) jedes andere Thema aus dem Themenkomplex Quadrocopter ist auch denkbar. Sprecht uns einfach einmal an, wenn Interesse besteht.

8 Bachelor-, (Master-, Diplomarbeit) W-LAN selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). Später soll ein Verbund oder Schwarm der Systeme realisiert werden, der als Kollektiv agieren kann. In diesem Zusammenhang sind noch einige Vorarbeiten zu realisieren. erkennen und Kollisionen vermeiden. Die Kommunikation zur Bodenstation (GS, PC) funktioniert aktuell über Bluetooth. Bluetooth ist fehleranfällig, hat eine geringe Reichweite und geringe Datenrate. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein System basierend auf W-LAN implementiert werden, mit dessen Hilfe ein Schwarm über ein drahtloses Netzwerk untereinander und mit der entfernten Bodenstation kommunizieren kann. Vorkenntnisse in Programmierung (Mikrocontroller, C) sind von Vorteil. Erfahrungen mit dem Einrichten von W-LAN Netzen (ad-hoc, AP) sind nützlich. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik

9 Bachelor-, (Master-, Diplomarbeit) autonome Suche selbstständig (autonom) zu agieren (z.b. Suchen durchführen). erkennen und Kollisionen vermeiden. Aktuell wird das System über eine Fernsteuerung bedient. Der nächste Schritt wäre es, dem System mehr Autonomie zu verleihen. Im Rahmen dieser Arbeit soll (unter Anleitung wie gewünscht) ein autonomes Suchverfahren (z.b. Tiefensuche) auf einem Quadrocopter implementiert werden. Das Verfahren kann primitiv sein. Die Schwierigkeiten basieren zunächst auf der korrekten Abstimmung aller notwendigen beteiligten Systemparameter (insbesondere Mess- und Regelungsparameter), damit eine Suche durchgeführt werde kann. Die Arbeit ist anspruchsvoll, aber auch sehr interessant und (relativ) innovativ. Vorkenntnisse in Mikrocontroller-Programmierung (C) sowie in Mess- und Regelungstechnik sind von Vorteil. Interessenten wenden sich bitte an Prof. Montenegro und Dipl.-Ing. Nils Gageik (Fast) jedes andere Thema aus dem Themenkomplex Quadrocopter ist auch denkbar. Sprecht uns einfach einmal an, wenn Interesse besteht.