Quadrotor Control System

Das QCS auf dem 2-DOF Gelenk zur absturzsicheren Entwicklung einer Quadrokopterflugsteuerung am Arbeitsplatz.

Das 2-DOF Gelenk ermöglicht es, die Regler des QCS für Roll- und Yaw-Achse unabhängig von einander sicher einzustellen.

Über ein praktisches Stecksystem wird das QCS auf den DOF-Gelenken montiert und mit Rändelschrauben fixiert.

Durch die Fixierung der Roll-Achse ist es mit dem 2-DOF-Gelenk möglich, die Regelung der Yaw-Achse separat zu betrachten.

Mit einer weiteren Rändelschraube kann die Yaw-Achse des QCS arretiert werden, sodass man die Roll-Regelung gezielt parametrisieren kann.

Das System kann mit einfachen Handgriffen auf das 3-DOF-Gelenk umgesteckt und fixiert werden, um die Regelung um 3 Achsen einzustellen.

Mit der Flying - Erweiterung erhält man das QCS-F, das bereit ist zum Abflug! Spätestens jetzt sind dem Erfindungsgeist keine Grenzen mehr gesetzt!

Das Komplettpaket zur Quadrokopter-Programmierung in Lehre und Forschung!

Das Quadrotor Control System (QCS) ist ein flexibler Lehr- und Entwicklungsaufbau für die Quadrokopter Programmierung. Es wird seit Jahren in der Lehre eingesetzt und erweist sich seit dem als ideales System für die praxisnahe Arbeit. Das QCS sowie die zugehörigen Lehr- und Lerninhalte sind für technische und berufliche Schulen optimal auf die Anforderungen im Unterricht der Fächer Informatik, Mechatronik, Regelungstechnik und Elektrotechnik zugeschnitten. In der Ausführung für Hochschulen und Universitäten kann das QCS als Lehr- und Entwicklungsaufbau in den Feldern der Signalverarbeitung, Reglertheorie, Echtzeitsysteme, Autonome Systeme und verwandten Gebieten eingesetzt werden.

Absturzfreie Entwicklung von Quadrokopter Flugsteuerungen von A bis Z mit Dokumentation und Beispielimplementierungen!

Die Entwicklung der QCS Flugsteuerung geschieht über die hardwarenahe Implementierung in C. Dazu stehen Lerninhalte zur Verfügung, die das nötige Wissen für die Programmierung der Quadrokopter Flugsteuerung vermitteln. Angefangen bei der Echtzeitkommunikation zwischen System und Bodenstation, über das Auslesen und die Verarbeitung der Sensorik bis zur Kommandierung des QCS über Fernsteuerung und Telekommandos erfährt man mit dem Quadrotor Control System alles, um auch darauf aufbauend weitere Entwicklungen mit dem QCS vorzunehmen. Dazu bietet das QCS eine komplette Hardware-Entwicklungsumgebung für das schrittweise Vorgehen bei der Entwicklung.

Kernelement des QCS sind die DOF - Aufhängungen, die eine systematische Entwicklung der Regler für die einzelnen Kontrollachsen des QCS Quadrokopters ermöglichen. Die DOF-Aufhängungen limitieren die Bewegung des QCS auf konfigurierbare Bewegungsfreiheitsgrade (engl.: degrees of freedom, DOF). Dies erlaubt eine konzentrierte Programmierung der Regelung für die verschiedenen Freiheitsgrade. Dabei wird das System am Arbeitsplatz gehalten und die gewöhnlich enormen Absturzrisiken zu Beginn der Entwicklung stark reduziert. Dadurch erreicht man eine sichere Implementierung einer kompletten Quadrokopter Flugsteuerung, angefangen bei der einfachen Regelung eines Freiheitsgrades bis hin zum freien Flug. Die DOF-Aufhängungen sind zudem so konstruiert, dass ein äußerst einfaches Umstecken durch wenige Handgriffe gewährleistet ist.

Das Quadrotor Control System enthält einen flugfähigen Quadrokopter, die DOF-Aufhängungen sowie Entwicklungshard- und software:

  • QCS - Quadrokopter mit
    • Chasis
    • 32bit Kontrollkern
    • 4 Brushless Motoren
    • 4 Brushless Controller
    • 4 Propeller
    • MPU 6000 mit Gyroskop und Accelerometer
    • I2C, USART und PWM Kommunikaionsschnittstellen

  • 2-DOF Aufhängung
  • 3-DOF Aufhängung
  • EVK 1100 Development Board
  • Softwareframework
  • Dokumentation
  • Entwicklungssoftware
  • Lehrmaterialien
  • Kabel für I2C Kommunikation und Spannungsversorgung
DOF Aufhängungen für flexible und sichere Quadrokopter Programmierung

Das Quadrotor Control System - Flying als Entwicklungsplattform für weiterführende Fragestellungen der Drohnentechnik

Über die Entwicklung am Arbeitsplatz hinaus, bietet die Erweiterung des QCS, das Quadrotor Control System - Flying (QCS-F) alle Freiheiten der Entwicklung von Drohnentechnik im Flug. Mit dem QCS-F erhalten Sie zusätzliches Equipment, um Flugmissionen zu implementieren und autonome Aufgaben im Flug durch die Drohne übernehmen zu lassen. Das offene Softwareframework des QCS / QCS-F bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Integration von individueller Sensorik und intelligenter Funktionalität! Ihrem Erfindungsgeist sind dabei kaum noch Grenzen gesetzt!

  • Akkuhalterung
  • Landegestell
  • Fernsteuerung
  • Remote-Satellit
  • 3000mAh Akkupack
QCSF - Quadrotor for individual research and development

Vielseitige Add-Ons für den optimalen Einstieg in die Weiterentwicklung der Drohnentechnik mit dem QCS-F

Für das Quadrotor Control System - Flying (QCS-F) können wir Ihnen verschiedene Add Ons anbieten, mit denen Sie direkt mit der Entwicklung Ihrer Ideen in den besonders interessanten Themengebiet loslegen können! Jedes dieser Add Ons beinhaltet Hardwarekomponenten und offene Software-Implementierung für den schnellen Einstieg in die Entwicklung.

  • Höhensensorik
  • Die automatische Kontrolle der Flughöhe ist der Grundstein für die Entwicklung intelligenter Drohnen. Mit diesem Add On erhalten Sie ein Modul bestehend aus Ultraschall-, Infrarot- und Luftdrucksensoren, die kontinuierlich die Flughöhe messen und für die Verarbeitung in einer Höhenregelung bereitstellen.

  • GPS Modul
  • Das globale Positionierungssystem ist das optimale Hilfmittel für die externe automatisierte Positionskontrolle der Drohne. Steuern Sie das QCS-F über GPS Wegpunkte und lassen Sie gezielte Missionen selbständig abfliegen, ohne manuell eingreifen zu müssen!

  • Optischer Fluss
  • Mit der Sensorik zur Erfassung des optischen Flusses ist das System in der Lage, seine laterale Bewegung bezüglich des Grundes zu bestimmen. Dadurch wird eine sehr genaue Positionsregelung und Flugstabilisierung des Systems ermöglicht, was für komplexere Aufgaben erforderlich ist!

  • Hinderniserkennung
  • Eine abdeckende Hinderniserkennung ist essenziell für die Durchführung von autonomen Missionen. Mit dem Hinderniserkennungsmodul können Objekte in der Umgebung der Drohne erfasst, und entsprechende Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung unternommen werden.

  • Objekterkennung
  • Für die eigenständige Missionsplanung ist eine möglichst umfassende Kenntnis über die Umgebung der Drohne entscheidend. Mit High-End CPU und On-Board Kameras kann eine automatische Objekterkennung und Situationsbeurteilung für die Drohne implementiert werden.

  • Stereo Vision
  • Eine erweiterte Form der Umgebungserfassung ist die Methode der Stereo Vision. Nach dem Prinzip des menschlichen Sehens, kann die Drohne mit High-End CPU und On-Board Kameras ausgestattet durch Bildverarbeitung ein räumliches Abbild der Umgebung errechnen.

  • Personalisierte Abdeckung
  • Für Ihre Eigenpräsentation integrieren wir Ihr Logo bereits bei der Fertigung in die QCS-Abdeckung! Unsere Teams für Grafik und Produktion benötigen dazu nur eine passende Bilddatei von Ihnen!

  • Digitales Videoübertragungssystem
  • Nichts ist spannender als Echtzeit-Videoaufnahmen von einem fliegenden Multikopter aus! Mit diesem Add On erhalten Sie das nötige Equipment einschließlich Kamera, Videotransmitter und -receiver sowie Display.

Nutzen Sie das QCS / QCS-F Softwareframework als Rahmen für eigene Konzepte und Lerninhalte

Das QCS / QCS-F wird mit einem vollständigen Softwareframework geliefert, um eine modulare Implementierung von Add-Ons zu ermöglichen. Dabei sind dem Benutzer vielerlei Möglichkeiten gelassen, relevante Funktionsweisen anzupassen und zu reimplementieren. Das Softwareframework eignet sich ideal dazu, individulle Lehrinhalte zu integrieren und eigene Lösungen für weitergehende Fragestellungen zu erarbeiten. Zu den QCS Lerninhalten stehen zudem ensprechende Code Samples als Lösung zur Verfügung.

Ausgearbeitete Lerninhalte für den spannenden Unterricht

Das Quadrotor Control System wurde im praktischen Einsatz zur Lehre optimiert. Daraus entstanden sind praxisnahe Methoden, Konzepte und Anleitungen, die die Lehre im Bereich der Drohnentechnik noch vielseitiger machen, als man allein durch das Themengebiet selbst schon erwarten kann! In 10 Kapitel aufgeteilt, decken die Lerninhalte Methoden und Konzepte von der Theorie der grundlegenden Signalverarbeitung bis hin zur Praxis eines autonomen Quadrokopters führen, ab. Die Lehrinhalte sind in Form von Power Point Präsentationen oder händischen Skripten erhältlich. Die einzelnen Kapitel behandeln die folgenden Themen:

  • Einführung in die USART / UART Kommunikation
  • Die Kommunikation ist ein entscheidender Baustein für die Umsetzung von Programmen verteilter Systeme. Sämtliche Datenübertragungen zwischen QCS und Bodenstation werden, ebenso wie die Lageregelung, vom Benutzer implementiert, wozu in diesem Kapitel eine Einführung gegeben wird.

  • Einführung das AVR Entwicklungs-Framework
  • Die Steuerung des QCS geschieht über einen AVR Microcontroller, der in C programmiert wird. Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit dem Einstieg in das AVR Entwicklungs-Framework.

  • Sensorik
  • Für die Regelung des QCS ist Sensorik notwendig, die die aktuelle Orientierung des Systems bezüglich der 3 Achsen des Raumes erfasst. In diesem Kapitel wird die Ansteuerung und das Auslesen dieser Sensorik umgesetzt.

  • Signalverarbeitung und Quaternionen
  • Die effiziente Verarbeitung der Sensordaten ist entscheidend für die spätere Verwendung für eine funktionierende Lageregelung des QCS Quadrokopters. Dazu werden Quaternionen verwendet, deren Implementierung in diesem Lernabschnitt erläutert wird.

  • Telemetrie
  • Die Telemetrie ist die Übertragung von Systeminformationen an die Bodenstation in Echtzeit. In diesem Kapitel wird eine grafische Bodenstationssoftware, sowie ein Kommunikationsprotokoll entwickelt, um die QCS Sensordaten für den Benutzer anschaulich zu machen.

  • Telekommandos
  • Telekommandos werden genutzt, um einem System Befehle zu übermitteln. Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit der Implementierung der Telekommandierung von der Bodenstationssoftware zum QCS.

  • Quadrokopter Lageregelung
  • Für die Lageregelung eines Quadrokopters müssen mehrere Regler implementiert werden. Dieses Kapitel erläutert die Funktionsweise von PID-Reglern und beschäftigt sich mit der Implementierung der Regelung von Roll- und Pitchachse des QCS Quadrokopters

  • Quadrokopter Gierregelung
  • Für die stabile Lageregelung eines Quadrokopters muss neben Roll- und Pitchachse auch die Gierachse geregelt werden, womit sich dieses Kapitel befasst. Dabei werden einige Besonderheiten im Gegensatz zur Regelung der beiden horizontalen Achsen erläutert.

  • Quadrokopter 3-DOF Regelung
  • Schließlich werden die unterschiedlichen Regler superpositioniert, um die Reglung des QCS Quadrokopters um alle 3 Achsen des Raumes simultan zu gewährleisten. Die Problematik dieses Arbeitsschrittes wird in diesem Kapitel behandelt.

  • Automatisierung
  • Autonomie ist eines der Hauptziele der Entwicklung von Robotersystemen. Im letzten Kapitel wird der Grundstein für die weitergehende Entwicklung mit dem QCS gelegt, um das System selbständig Aufgaben lösen zu lassen.

Dokumentation und Einführung

Das QCS / QCS-F ist als Gesamtsystem für den optimalen Einstieg in die Programmierung und Entwicklung von Drohen konzipiert. Dazu ist das QCS Softwareframework ausführlich für die weitere Arbeit durch den Benutzer dokumentiert und erklärt.

Natürlich bieten wir für ein besseres Verständis unsere Erfahrung in der Entwicklung auch bei jeglichen Fragen rund um das Thema der Drohnenentwicklung und den Einsatz des QCS in der Lehre und Forschung an. Den Aufbau des QCS / QCS-F erklären wir Ihnen auch auf unserem YouTube Kanal!

Falls doch noch Fragen beim Aufbau und dem Einstieg in die Arbeit mit dem QCS bestehen, besuchen wir Sie auch gerne, und helfen Ihnen bei der Einrichtung direkt an Ihrem Arbeitsplatz!

Zögern Sie nicht, uns bei Fragen und besonderen Wünschen zu kontaktieren! Wir freuen uns auf Sie!



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