Quadrokopter

Inbetriebnahme eines vierrotorigen unbemannten Fluggeräts

Wintersemester 2009/10

Kurzfassung

Quadrokopter sind Flugroboter mit vier Propellern. Im Gegensatz zu einem Hubschrauber befinden sich die Propeller in der Regel an den Ecken eines Rechtecks und die Rotorebenen liegen in einer gemeinsamen Ebene. Zur Realisierung von Flugmanövern werden die Drehzahlen der vier Propeller individuell eingestellt. Mittlerweile werden Quadrokopter beispielsweise zur Fotographie oder zum Filmen aus der Luft eingesetzt oder auch zur Inspektion von Bauwerken. Ziel dieses Projektpraktikums war die Analyse eines Quadrokopters und dessen Inbetriebnahme.

Zu Beginn des Projekts wurde ein kommerziell erhältlicher Bausatz eines Quadrokopters beschafft. Dieser enthält vier permanenterregte Synchronmotoren mit Leistungselektroniken zum Antrieb der Propeller. Daneben verfügt er über eine Steuereinheit mit Mikro-Controller, Inertialsensorik sowie drahtloser bidirektionaler Datenübertragung zu einem PC per XBee-Modul. Die Kommunikation zwischen Steuereinheit und Leistungselektroniken erfolgt per I2C-Bus.

Um die Verletzungsgefahr durch die schnell drehenden Propeller zu verringern, wurde im Projektpraktikum ein neuer Rahmen für den Quadrokopter konstruiert. Zur Steuerung durch einen menschlichen Piloten wurde eine im Modellbau übliche Fernbedienung angebunden. Daneben wurde der Roboter mathematisch modelliert, und die relevanten physikalischen Modellparameter wie auch die Kennlinien der Aktuatoren wurden experimentell identifiziert. Auf Basis des mathematischen Modells konnte ein nichtlinearer Regler für das Fluggerät entworfen und simulativ validiert werden. Das Projekt endete mit der Inbetriebnahme des Roboters und ersten Testflügen.

Teilnehmer

Fabio Dohr
Christian Stauch
Kai Weber
Daniel Wollscheid

Betreuer

Prof. Dr.-Ing. habil. J. Rudolph
Dipl.-Ing. M. Bachmayer
M.Sc. D. Kastelan
Dipl.-Ing. L. Kiltz