Quadrokopter sind Helikopter mit vier in einer Ebene angeordneten Rotoren. Kleine unbemannte Modelle, die oft nur eine Schubkraft von wenigen Newton erzeugen können, sind im Spielzeug- und Modellbaubereich beliebt, werden aber auch von Militär und Polizei als Drohne für Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben eingesetzt. Diese Diplomarbeit befasst sich mit den theoretischen Grundlagen der Steuerung eines Quadrokopters und entwickelt darauf aufbauend eine kostengünstige Steuerplatine für einen Modellquadrokopter.
Die theoretischen Grundlagen enthalten eine Untersuchung der Dynamik eines frei fliegenden Quadrokopters, bei der Bewegungsgleichungen hergeleitet und mit den Ergebnissen verglichen werden, die in "Design and control of quadrotors with application to autonomous flying" ([Bou07]) vorgestellt wurden. Weiterhin wird die Funktionsweise verschiedener Sensoren beschrieben, die zur Bestimmung der aktuellen räumlichen Ausrichtung geeignet sind, und es werden Verfahren besprochen, mit denen die Ausrichtung aus den Messwerten dieser Sensoren abgeschätzt werden kann. Zusätzlich wird in den Schiefkörper der Quaternionen eingeführt, in dem dreidimensionale Rotationen kompakt dargestellt und effizient verkettet werden können.
Daran anschließend wird die Entwicklung einer einfachen Steuerplatine beschrieben, die sowohl einen autonomen Schwebeflug als auch Fernsteuerung ermöglicht. Die Platine wurde auf einem X-Ufo-Quadrokopter der Firma Silverlit entwickelt und getestet, der daher ebenfalls vorgestellt wird. Die eingesetzten Bauteile und deren Zusammenspiel werden besprochen. Dabei ist insbesondere die WiiMotionPlus hervorzuheben, die als kostengünstiges Gyrosensormodul verwendet wird. Daneben werden verschiedene Aspekte der Steuersoftware erläutert: die Auswertung der Sensordaten, die Zustandsschätzung mit Hilfe des expliziten komplementären Filters nach Mahony et al. ([MHP08]), die Umsetzung des Ausrichtungsreglers sowie die Erzeugung der Steuersignale für die Motoren. Sowohl die Steuersoftware als auch Schaltplan und Platinenlayout der Steuerplatine liegen dieser Arbeit auf einer CD bei. Schaltplan und Platinenlayout sind zusätzlich im Anhang der Arbeit abgedruckt.
Particle swarm optimization is an optimization technique based on simulation of the social behavior of swarms.
The goal of this thesis is to solve 6DOF local pose estimation using a modified particle swarm technique introduced by Khan et al. in 2010. Local pose estimation is achieved by using continuous depth and color data from a RGB-D sensor. Datasets are aquired from different camera poses and registered into a common model. Accuracy and computation time of the implementation is compared to state of the art algorithms and evaluated in different configurations.
3D-Curve-Skeletons are often used, because the object surface repesentation is less complex and also needs less computing power in further processing, compared to the representation created by the Medial Axis Transformation introduced 1967 by Harry Blum.
This theses aims at developing a 3D curve skelton approximation algorithm that keeps these advantages and is also able to handle different scenarios of the object surface input data.
The purpose of this master thesis is to enable the Robot Lisa to process complex commands and extract the necessary information in order to perform a complex task as a sequence of smaller tasks. This is intended to be achieved by the improvement of the understanding that Lisa has of her environment by adding semantics to the maps that she builds. The complex command itself will be expected to be already parsed. Therefore the way the input is processed to become a parsed command is out of the scope of this work. Maps that Lisa builds will be improved by the addition of semantic annotations that can include any kind of information that might be useful for the performance of generic tasks. This can include (but not necessarily limited to) hierarchical classifications of locations, objects and surfaces. The processing of the command in addition to some information of the environment shall trigger the performance of a sequence of actions. These actions are expected to be included in Lisa- currently implemented tasks and will rely on the currently existing modules that perform them.
Nevertheless the aim of this work is not only to be able to use currently implemented tasks in a more complex sequence of actions but also make it easier to add new tasks to the complex commands that Lisa can perform.