Allgemeines

Inhaltsverzeichnis

Die Mission

Erfolgskriterien

Aufwandsabschätzung

Risikoanalyse

Aufbau des Luftschiffs

Flugsteuerung

Regelung

Wegberechnung

Film

Github

 

  Team

Die Mission

 

-> Bau eines Minatur - Luftschiffs, dass autonom einen vorgegebenen Hindernis - Parcours durchfliegt.

-> Während der Mission haben wir keinen Zugriff auf das Steuerungssystem unseres Luftschiffes.

-> Des Weiteren soll ein Rettungspaket an eine zuvor definierte Position transportiert werden.

-> Ein Prototyp eines Indoor Navigationssystems steht und jedoch bereits zur Verfügung.

 

 Der Stuerkurs

 

Erfolgskriterien

 Damit das Projekt gelingt sollten folgende Kriterien erfüllt sein:

  • Die Gondel darf ein Gewicht von 100 Gramm nicht überschreiten.  
  • Das Luftschiff muss in der Lage sein vorgegebene Koordinaten anzufliegen.
  • Die Position des Luftschiffs muss bis auf eine maximal zulässige Abweichung genau berechnet werden können. 
  • Die Regelung des Flugs muss stabil und robust gegenüber Störungen, vor allem un- erwarteten Luftstömungen, sein. 
  • Alle elektronischen Komponenten müssen korrekt miteinander verbunden sein. 
  •  Alle Komponenten müssen so fest montiert sein, dass sie während des Flugs nicht abfallen.

 

Aufwandsabschätzung

Für einen geregelten Arbeitsablauf müssen die Arbeitspakete sinnvoll auf- und eingeteilt werden. Während auf der einen Seite die einzelnen Komponententests und die Software Programmierung aufteilbar ist, wird es auch zu Knotenpunkten kommen an denen bestimmte Aufgaben abgeschlossen sein müssen. Wichtige Knotenpunkte sind:

- Zusammenbauen der Gondel. 
- Inbetriebnahme der Gondel 
- Kommunikation der einzelnen Programme -> Bodenstation 
- Gondel - IPS. 
- Testen der Regelung am realen Objekt

Diese Punkte werden sehr kritisch behandelt, da sie einige Probleme direkt oder im späteren Verlauf bereiten können.

 

Risikoanalyse

Risiken für das Projekt sind stets Verzögerungen und unerwartete Kosten. Dabei sind zu beachten: 

Inkompatible oder beschädigte Bauteile 
-> Nachbestellungen können lange dauern und sind teuer.
-> alternative Teile verlangen möglicherweise Kompromisse und müssen neu getestet und verstanden werden.

 

Fazit: Frühe Zusammenstellung aller Komponenten und sorgfältige Tests auf Zusammenwirken mit anderen Bauteilen und den Microkontrollern um Probleme früh zu erkennen.
Programmfehler
-> Debugging ist sehr Zeitaufwendig 
-> Fehler treten unerwartet auf und riskieren den Erfolg des Projektes 


Fazit: Die Softwarearchitektur muss gut Überlegt sein, Arbeitsmittel müssen verstanden sein, enge Zusammenarbeit verhindert Probleme bei der Kommunikation der Programme/Programmteile.

Ausfälle/ Terminprobleme
-> Besprechungen, Testphasen können nicht wahrgenommen werden 
-> Kollaboration mit anderem Team/Tutoren kommt schwer zustande

Fazit: frühe und verbindliche Terminplanung durch gute Kommunikation, mittels Skype, Googlekalender, Github, um den Arbeitsverlauf nicht zu verzögern

 

 

Aufbau des Luftschiffs

 

Der Zeppelin besteht aus einem, mit Helium gefüllten, Ballon und einer Gondel.
Die Gondel ist eine Platte aus Styropor, auf der folgende Komponenten montiert sind

  • Arduino: als Steuerzenrale und für die Regelung
  • Ultraschallwandler und Infrarot-LEDs: zur Bestimmung der aktuellen Position des Zeppelins
  • nRF24L01 Modul: zur Funkkommunikation mit der Basisstation am Computer
  • Drei Motoren mit Propellern, inklusive Motortreibern: zur Steuerung des Zeppelins

  • Sicherungen: als Vorrichtung zum Abwurf des Rettungspakets (nicht umgesetzt)
  • Akku: für die Stromversorgung
  • Ballon: für den Auftrieb
  • Spannungswandler: zur Versorgung mit geeigneter Spannung

 

Das IMU - Board zur Bestimmung der Ausrichtung des Zeppelins wird direkt auf dem Ballon angebracht um Störkräfte durch die Motorschwingungen zu minimieren.

 

 

Flugsteuerung

 

Der Zeppelin verfügt über drei Gleichstrommotoren, die jeweils einen Propeller antreiben. Einer der drei Motoren ist für das Vorankommen des Zeppelins zuständig und ist daher in Flugrichtung montiert. Ein anderer Motor ist zum Boden gerichtet und wird für die Höhenregelung verwendet. Schaltet man diesen ab, so sinkt der Zeppelin zu Boden. Der dritte Motor, der orthogonal zu den anderen beiden ausgerichtet ist, bewirkt eine horizontale Drehung des Luftschiffs, wobei die Richtung der Drehung von der aktuellen Drehrichtung des Motors abhängt. Um ein dafür ausreichendes Moment zu erzeugen, befindet sich der Motor in einiger Entfernung zum Schwerpunkt der Gondel. Das Aussehen und die Funktion des dritten Motors ist mit dem Heckrotor eines Hubschraubers vergleichbar.
Durch die oben beschriebene Anordnung der Motoren ergeben sich zwei translatorische, sowie ein rotatorischer Freiheitsgrad für die Steuerung.

 

 

Regelung

 

Die Regelung findet teilweise auf dem Arduino-Mikrocontroller der Gondel und teilweise auf der Basisstation (Arduino am PC)  statt. An der Gondel wird nur die Höhenregelung durchgeführt, während die Basisstation die Ausrichtung des Luftschiffs, sowie den Vorwärtsschub regelt. Als Rückführung dient die Positionsbestimmung über IPS, das IMU-Sensorboard zur Winkelbestimmung, sowie ein Ultraschallsensor zur Höhenmessung. 

Regelung

 

 


Wegberechnung


Für die Wegberechnung sollte ürsprünglich ein eigenes Programm geschrieben werden ,das den Kurs der Luftschiffs aus den Positionen des Start-, Abwurfs- und Endbereichs ,sowie der Positionen der Hindernisse berechnet. Aus Zeitgründen entschieden wir uns jedoch, den Kurs als Wegpunktliste manuell in den Code einzutragen.

  

 Film

 

 

Anhänge:
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