Projektpraktikum Multikopter

Kollaboratives Entwickeln von Eingebetteten Systemen

• Einordnung: Master EI (fachliche Vertiefung/Ergänzung)
• 6 ECTS, 6 SWS (1/0/5)
• Englisch (seit WS16/17)
• Winter- und Sommersemester (seit WS 2014/15)

Dieses Projektpraktikum kombiniert das kooperative Bearbeiten von wechselnden, zusammenhängenden Problemstellungen aus den Bereichen der Eingebetteten Systeme und Multicopter mit dem Erlernen von praxisorientierter Projektplanung und effizienter Zusammenarbeit im Team. Entwicklungs- und Testplattform sind dabei die Multicopter des Lehrstuhls (MART).

Studierende lernen zunächst die Grundlagen des technischen Managements sowie moderne Werkzeuge zur effizienten Zusammenarbeit im Team kennen. In der anschließenden Gruppenarbeit werden dann zusammenhängende Problemstellungen bearbeitet. Dazu werden zunächst ein Projektstrukturplan sowie ein Projektplan erstellt, welchen die Gruppe während der Bearbeitung folgt. Die Projektpläne und Zwischenergebnisse werden durch die Betreuer überprüft und abgenommen, sodass ein schrittweises und sicheres Vorgehen bei der technischen Problemlösung gewährleistet wird.

Die Projektarbeit wird durch Erstellung eines Projektberichts sowie einer Präsentationen der Ergebnisse in einem gemeinsamen Seminar abgeschlossen.

Die Anmeldung erfolgt auf die Warteliste im Zeitraum vom 01.09.2017 bis 13.10.2017, nach dem neuen Vergabeverfahren für Praktika. Fixplätze werden in der Vorbesprechung nach Reihenfolge der Warteliste vergeben.

The following topics were offered in SS2017:

1. Aerial 3D mapping: Use the data from a light-weight LIDAR sensor attached to the copter to generate a 3D map of a small building and the ground around it.

The following topics were offered in WS2016/2017:

1. Smart Search-and-Rescue Flight Mode: Read images from a ground-facing onboard camera and use data classification algorithms (SVM, LDA, etc.) to automatically find “irregularities” in the scenery and through this identify interesting objects in the field of view, e.g., a missing person or a crashed drone. Interesting snapshots shall be shown in the ground station software as pop-up items on the map, where an operator can open them and evaluate whether the irregularity is the searched object.
2. In-flight Battery Status Monitoring: Build a measurement setup that monitors the voltage values of individual series-connected battery cells, current, and operating temperature. Gather measurement data from test flights and in-lab experiments. Find parameters such as internal resistance, capacitance, and temperature dependency for some existing Li-ion battery cell models. Implement a precise fuel gauge software that outputs reliable results for a wide range of operating temperature, and ages of batteries. Additional task would be to find some temperature management techniques such as embedding a heater in the batteries, pre-heating the batteries for a flight, etc.

The following topics were offered in SS2016:

1. C2 Link Management: Improving the reliability of the data link between copter and ground station by multiplexing multiple RF links (WiFi, 433MHz ISM, etc.), as well as prioritization of traffic. Design and implementation of a configurable rule set and measurements of the resulting performance during flight tests.
2. Flight-trajectory-synchronized camera control: Automatic time and location-dependent camera alignment (GoPro) based on a "camera schedule" synchronized to the flight trajectory. Selection and integration of a suitable gimbal, development of a graphical user interface for definition of the camera schedule, as well as development of an onboard component to control the camera alignment according to the schedule and vehicle attitude.

Folgende Themengebiete wurden im WS2015/2016 angeboten:

1. Flugzeitsteigerung: Validierung und Überarbeitung eines bestehenden Modells des elektrischen Antriebs (MATLAB) mit Hilfe von bereits gesammelten Flight Logs. Auswahl neuer Antriebskomponenten (Props, Motor, Regler) für eine längere Flugzeit. Mechanisch/elektrischer Aufbau der neuen Konfiguration und Bestätigung durch Flugtests.
2. 2D-Tracking: Entwurf und Implementierung eines Software-Bildverarbeitungssystems zur Marker-Erkennung und Beeinflussung des Flugpfades. Bildeinzug/-verarbeitung und Reglerberechnung erfolgen auf dem Payload-Rechner (Linux), die errechneten Stellsignale werden von dort an den Flug-Rechner übergeben. Parametrierung von Bildverarbeitung/Regelung und Validierung durch Flugtests.
3. Link Management: Erhöhung der Zuverlässigkeit der Funkstrecken zwischen Copter und Bodenstation durch Bündelung von Kanälen und Traffic Priorisierung. Design und Implementierung eines konfigurierbaren Regelkatalogs und Vermessung der resultierenden Performance während Flugtests.

Folgende Themengebiete wurden im SS2015 angeboten:

1. Konfigurations- und Monitoring-Subsystem: Entwurf und Implementierung eines Software-Subsystems zur Manipulation und Wiedergabe von Konfigurationsparametern bzw. Statuswerten der Anwendungen auf dem Payload-Rechner.
2. Funkstrecken-Charakterisierung: Systematisches Vermessen und Modellieren der vorhandenen RF-Links zwischen Copter und Ground-Station.
3. Flugtestinstrumentierung: Entwurf und Implementierung eines modularen Sensorsystems zur Erfassung zusätzlicher Messdaten während Testflügen.

Folgende Themengebiete standen im WS2014/15 zur Auswahl - Thema 1 musste dabei abgedeckt werden, da es als Basis für nachfolgende Projekte dient:

1. Interface Flug-/Payload-Rechner: Ermöglichen des Einspeisens von Missionsbefehlen vom onboard-Rechner aus (bisher nur von Ground Station möglich), sowie der Zwischenspeicherung von Telemetriedaten.
2. Flugzeitabschätzung: Berechnung und Test der Effizienz des elektrischen Antriebssystems, mit dem Ziel der Flugzeitprädiktion und Flugzeitmaximierung in Abhängigkeit von verschiedenen Lasten.
3. Video-Downlink: Auswahl und Integration von Komponenten (Modems, Kamera, etc.), sowie Implemtierung von geeigneten Kompressions-/Downsampling-Algorithmen, um ein qualitativ hochwertiges Onboard-Live-Video am Boden zu empfangen.
4. Flug-Log-Datenbank: Entwurf und Implementierung einer Datenbank zur Speicherung und Abfrage von vorhandenen Flugdaten.
   
5. Modellierung Flugdynamik: Aufbau eines Modells, welches das Verhalten des Copters in Reaktion auf Steuereingänge nachbildet, und Verifikation mit Flugtests.
6. WLAN QoS: Profilierung einer WLAN Verbindung unter verschiedenen Rahmenbedingungen und Entwicklung eines SW-Moduls, dass die Auswirkungen verschiedener Verbindungsprofile auf Paketebene simulieren kann.

Eigene Themen können ebenfalls vorgeschlagen werden.

Wir empfehlen allen Interessierten, sich vor Teilnahme an diesem Praktikum mit folgenden Themengebieten zu beschäftigen (geeignete Lehrveranstaltungen in Klammern):

• Grundlagen im Bereich Eingebetteter Systeme (Vorlesung Real-Time and Embedded Systems und Praktikum Mikroprozessorsysteme)
• Wissenschaftliches Arbeiten: Recherche, Analyse, Dokumentation und Präsentationstechnik (Hauptseminar)
• Kenntnisse im Umgang mit Linux-Systemen

Fragen und Anregungen zum Praktikum bitte an das KEES-Team.