Autonome Quadrokopter

Quadrokopter, kleine Helikopter mit vier Rotoren, werden künftig eine große Rolle bei Inspektionsaufgaben und der Überwachung von Gefahrensituationen aus der Luft spielen. Das zeigt die steigende Nachfrage der Industrie nach entsprechenden Lösungsansätzen. Ob sich die kleinen fliegenden Helfer in diesem Feld allerdings tatsächlich als preisgünstige und smarte Lösung durchsetzen können, wird sich vor allem daran entscheiden, ob ein Quadrokopter einfach und intuitiv zu bedienen ist.

Am Lehrstuhl für Bildverarbeitung der TU München arbeiten die Wissenschaftler an Methoden, um die Steuerung des Quadrokopters für den Benutzer zu vereinfachen. Die Idee: Der Quadrokopter navigiert weitestgehend autonom– ohne einen menschlichen Piloten. Dafür soll er im Betrieb so weit wie möglich eigenständig agieren können: Er hängt weder von externen Sensoren wie GPS zur Positionserkennung ab, noch verfügt er über Vorwissen von der Umgebung wie beispielsweise eine Karte.

Alle zum Fliegen benötigten Informationen werden vom Quadrokopter selbst gesammelt. Hierzu stehen ihm eine Vielzahl von Sensoren zur Verfügung: Eine Kamera ermöglicht die dreidimensionale Rekonstruktion der Umgebung und erlaubt es dem Quadrokopter, sich im Raum zu lokalisieren, während verschiedene Lage- und Beschleunigungssensoren für die nötige Stabilität sorgen.

Eine besondere Herausforderung besteht in der begrenzten Nutzlast eines Quadrokopters, Kameras sind hierfür ideal geeignet: Sie sind leicht, klein, energieeffizient und liefern reichhaltige Information. Das Auswerten dieser Daten erfordert moderne, effiziente und innovative Methoden der Bildverarbeitung. Der Lehrstuhl für Bildverarbeitung forscht aktiv in den Bereichen dichte visuelle Odometrie, SLAM, und 3-D-Rekonstruktion. Mit Hilfe dieser Methoden können (menschliche) Piloten den Quadrokopter einfacher und sicherer fernsteuern, z.B. indem automatisch eine Kollisionen erkannt und verhindert wird oder störende Umwelteinflüsse wie beispielsweise Wind ausgeglichen werden.

In der Zukunft sollen Quadrokopter für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt werden: Beispielsweise wäre es für Architekten nützlich, ohne großen Aufwand ein 3-D-Modell eines Gebäudes oder einer Fabrikhalle erstellen zu können – der Quadrokopter fliegt nur durch die Räume und erstellt selbständig die Karte. Nach einem Sturm könnten Quadrokopter Hausdächer automatisch nach Beschädigungen absuchen. Und für Privatpersonen dürften fliegende Kameras sehr interessant sein, um beispielsweise ein Video von der nächsten Ski-Ausfahrt aufzunehmen.

Am Lehrstuhl für Bildverarbeitung wurde kürzlich ein System entwickelt, mit dem ein Quadrokopter anhand einer nach vorne ausgerichteten Kamera seine eigene Position bestimmen und halten oder einfache Figuren abfliegen kann. Diese Ergebnisse dieser Arbeit werden auf der IEEE International Conference on Intelligent Robotsand Systems (IROS) vorgestellt, die vom 7.-12. Oktober 2012 in Portugal stattfindet. Außerdem ist eine Live-Vorführung am Tag der offenen Tür der TUM am 27.10.2012 geplant. Wer mehr zu diesem Thema erfahren möchte, ist herzlich eingeladen, im Sommersemester 2013 die Vorlesung „Visuelle Navigation für Flugroboter“ von Dr. Jürgen Sturm zu besuchen.

Mehr Informationen gibt’s hier.