Quadrotor Control System

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Das Komplettpaket für spannende Lehre und innovative Forschung!

Das Quadrotor Control System (QCS) ist ein flexibler Lehr- und Entwicklungsaufbau für die Quadrokopter Programmierung.
Das QCS ist erhältlich als Komplettpaket mit allem, was für den Einstieg gebraucht wird:

• Der QCS-Qopter (Quadrokopter der Größe 60cm x 60cm)
• Die Gelenke mit Stativ
• EMQ 3000 AVR32 UC3A0512 Entwicklungsboard
• Software mit Programmiervorlagen als Aufgaben und Lösungen, Beispielcodes, Libraries, Entwicklungsumgebung und allen benötigten Treibern
• Lehrmaterialien mit Aufgaben, Theorie und praktischen Hinweisen sowie umfangreiche Dokumentation
• Alle benötigten Kabel wie USB-Programmierkabel, I2C-Kommunikationskabel und Power-Kabel
• Hochstrom-Netzteil (20A) zum Betreiben des QCS-Qopters

Das QCS wird seit Jahren in der Lehre eingesetzt und begeistert Dozenten, Lehrer, Studenten und Schüler, da es erlaubt den Lernstoff praxisnah und spannend zu unterrichten und zu begreifen. Die Lehr- und Lerninhalte sind in zwei Varianten erhältlich, optimiert für Universitäten / Hochschulen und Berufsschulen / weiterführende Schulen.

Es werden Inhalte aus den Fächern / Gebieten Informatik, Technik, Mechatronik, Regelungstechnik, Informationstechnik und Elektrotechnik sowie Echtzeitsysteme und Autonome Systeme behandelt.

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

Die Arbeit (Programmierung / Bedienung) mit dem QCS-Qopter kann über vier Arten erfolgen:

• Für unerfahrene Einsteiger steht ein einfach zu bedienendes PC Steuerungs-Tool zur Verfügung, mit dem Einstellungen in Echtzeit (während des Betriebs) wie die Regler-Parameter vorgenommen und das dazugehörige Reglerverhalten angezeigt werden können.
• Für Programmier-Anfänger und Programmier-Fortgeschrittene kann die Programmierung der Flugsteuerung (QCS-Qopter) in der Programmiersprache C mit dem AVR32 Studio (Eclipse-Ableger) erfolgen, wobei einfache Programmstrukturen für Anfänger und komplexere Strukturen für Fortgeschrittene zur Verfügung stehen. Darüber hinaus haben Profis alle Freiheiten, die Sie benötigen.
• Die Programmierung kann auch in der Programmiersprache C++ mit Qt erfolgen, worüber die Bodenstations-Software mit einem Graphischen-User-Interface (GUI) programmiert werden kann.
• Die Programmierung der Flugsteuerung (QCS-Qopter) kann ebenfalls über Java erfolgen.

Es stehen umfangreiche Lerninhalte zur Verfügung, die Grundlagenwissen und weiterführende Inhalte in Theorie und Praxis mit Aufgaben und Lösungen zu folgenden Themen beinhalten.

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!

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.

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, individuelle Lehrinhalte zu integrieren und eigene Lösungen für weitergehende Fragestellungen zu erarbeiten. Zu den QCS Lerninhalten stehen zudem entsprechende 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 ab. Die Lehrinhalte sind in Form von Power Point Präsentationen 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 Verständnis 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!