Die IMAV (International Micro Air Vehicle Conference and Competition) ist ein jährlicher Wettbewerb und eine wissenschaftliche Konferenz für autonome Drohne. Dieses Jahr fand die IMAV in Bristol statt und wurde um BRS (Bristol Robotics Laboratory) organisiert. Die IMAV besteht aus zwei verschiedenen Wettbewerben, dem Outdoor und dem Indoor Wettbewerb. Wir haben uns für den Indoor-Wettbewerb entschieden, da wir uns auf die autonome Indoor-Navigation spezialisiert haben. Dieser stellt eine besondere Herausforderung dar, da die Drohne ohne GPS und nur mithilfe ihrer Sensoren und Kameras in einem kleinen Raum mit vielen Hindernissen navigieren muss.

IMAV 2024 - Vorbereitungen

Kleine Drohne

Da es für das Bauen einer eigenen Drohne einen Multiplier gibt, haben wir uns dazu entschieden, eigene Designs auszuarbeiten und zu bauen. Ziel war es zwei Drohnen zu bauen, eine kleinere mit einem Raspberry Pi Zero und eine größere mit einem Raspberry Pi 5. Es sollte jeweils eine Flugzeit von 15 bis 20 Minuten zu erreicht werden. Beide Drohnen sind mit einem Optical Flow und Laser Sensor ausgestattet, um ihre eigene Position halten zu können.

Nachdem das 3D-Modell fertig war, haben wir die einzelnen Teile mit unserem Speedy 300 Laser Cutter von Trotec ausgeschnitten und sofort zusammengebaut. Schon war die Drohne bereit für den ersten Testflug. Das Design der kleineren Drohne war vergleichsweise schnell fertig und nach einigen manuellen Testflügen und kleineren Änderungen war die Drohne stabil genug für den autonomen Flug.

Als Nächstes ging es daran, die Software zu schreiben. Anders als bei anderen Projekten entschieden wir uns dieses Mal dazu, nicht ROS (Robot Operating System) zu verwenden, sondern die Software komplett selbst zu entwerfen. In einem 18-Stunden-Hackathon haben wir die Basis der Software fertig und wir konnten um 9 Uhr in der Früh die ersten stabilen autonomen Flüge und Landungen durchführen.

Große Drohne

Die große Drohne stellte uns vor größere Herausforderungen. Durch ihre Größe und ihr Gewicht war es schwieriger, ein Design zu entwerfen, welches stabil in der Luft fliegen kann. Nach dem ersten Prototyp stellte sich heraus, dass Acrylglas sehr elastisch ist und Vibrationen sich über das ganze Frame ausbreiten. Ein Testflug des zweiten Prototyps sieht man hier:

Nach mehreren Iterationen und Tests haben wir schließlich ein Design gefunden, das sehr stabil fliegt, ohne dass Vibrationen die Drohne beeinträchtigen. Die Software der kleinen Drohne konnte auch direkt für die große Drohne verwendet werden. Das endgültige Design der großen Drohne sieht wie folgt aus:

Auch während der Vorbereitungen für die IMAV haben wir das Design immer wieder leicht verändert, um die Drohne noch stabiler zu machen. Wir haben einen Tag im Labor gefilmt und in einer Timelaps zusammengefasst:

IMAV 2024 - Indoor Wettbewerb

Das Theme des Indoor-Wettbewerbs war "Wild Life Conservation". Das Spielfeld war dazu mit Pflanzen und Tieren dekoriert. Auch die Aufgabenstellungen waren an reale Probleme angelehnt. So musste die Drohne zu einem bestimmten Ort am Spielfeld fliegen, ein Foto von einem (auf einem Monitor abgebildeten) Tier machen und dieses Foto an eine Basisstation senden. Außerdem mussten verschiedene Hindernisse umflogen werden, und das alles autonom, ohne GPS, nur mithilfe der Sensoren und Kameras.

Einen autonomen Flug der großen Drohne sieht man in diesem Video. Dabei fliegt die Drohne zu einem bestimmten Punkt, macht ein Foto, fliegt anschließend durch ein Hindernis und landet danach auf einer kleinen Plattform:

Nach zwei Tagen der Vorbereitung in Bristol und einem Tag des Wettbewerbs konnten wir den zweiten Platz im Indoor-Wettbewerb erreichen. Damit konnten wir in uns gegen 15 andere Teams von diversen Universitäten und Forschungseinrichtungen aus aller Welt durchsetzen. Wir sind sehr stolz auf das Ergebnis und freuen uns auf die IMAV 2025!

Danke an die Organisatoren und alle anderen Teams für die tolle Zeit in Bristol!