Indoor-Drohne "Golden Snitch"

Software

Golden Snitch ist eine autonome Indoor-Drohne. Für die Navigation wird ein Optical-Flow-Sensor statt eines GPS-Moduls genutzt. Damit ist die Drohne in der Lage, exakt auf der Stelle zu schweben, indem sie sich z.B. am Muster des Bodens orientiert.

Als Flugregler nutzen wir einen Pixhawk 4 Mini mit der Autopilot-Software ArduPilot.

Mithilfe einer Kamera kann die Drohne Spieler erkennen und entscheiden, ob sie auf erkannte Spieler zufliegt oder von ihnen wegfliegt. Die Software hierfür läuft auf einem Raspberry Pi 4B in Kombination mit einem Google Coral-Beschleuniger.

Mechanik

Von der Auslegung her ähnelt die Drohne einem Racing-Quadrocopters, allerdings weist Golden Snitch zusätzlich Ummantelungen um die Rotoren auf. Diese erhöhen den Schub bei gleichem (begrenztem) Bauraum. Dadurch steigt das maximale Abfluggewicht auf 600g, sodass mehr Elektronik für eine bessere Machine Learning Performance mitgeführt werden kann.

Der Käfig besteht aus Kohlefaserstäben, die mit 3D-gedruckten Verbindungselementen zusammengesteckt sind. Die Form orientiert sich an der eines C60-Moleküls. Den ersten Prototypen haben wir schon gebaut und erfolgreich getestet. Um den Käfig leichter und gleichzeitig widerstandsfähiger zu machen, arbeiten wir momentan an einem flexibleren Käfig. Dieser könnte sich etwas verformen und dadurch bei Stößen mehr Energie aufnehmen.

Außerdem prüfen wir zur Zeit eine neue, unkonventionelle Auslegung der Drohne mit 2 gegenläufigen Rotoren. Um trotzdem das Gleichgewicht zu halten, müssen der Anstellwinkel der Rotorblätter über den Umlauf verändert werden. Statt einer Taumelscheibe benutzen wir dafür einen speziellen Gelenkmechanismus in Kombination mit einer angepassten Regelung des Motors, um bei der Mechanik Gewicht einzusparen und die Komplexität zu reduzieren.

 

(Update vom 15.09.2021)

Um den Käfig noch stabiler zu machen, haben wir ihn mit einem horizontalen und zwei vertikalen CFK-Ringen verstärkt. Außerdem haben wir das Layout für die Tests etwas geändert, z.B. verzichten wir zur Zeit auf die Rotor-Ummantelungen.

Elektronik

Statt 4 einzelnen Elektronischen Drehzahlreglern (ESC) und einem Power Distribution Board (PDB) verwenden wir einen 4-in-1 ESC, um die Motoren zu steuern und andere Elektronik zu betreiben.

Zur Erkennung der Umgebung besitzt die Drohne 3 Arten von Sensoren: ein Optical-flow Sensor, 8 Time of Flight-Abstandssensoren und eine Ueye Global-Shutter-Kamera.

Um das Tracking durch AR-Headsets zu ermöglichen, sind im Käfig LEDs eingebaut, die ein leuchtendes Muster ergeben.