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Forschungsprojekt Autonomes Luftschiff

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Ein autonom oder teilautonom fliegendes Luftschiff kann Feuerwehr, THW oder Polizei bei der Aufklärung und Beobachtung von Einsatzgebieten bzw. der Überwachung von gefärdeten Arealen unterstützen. Die unverfälschte Messung von Luftschadstoffen ist ebenfalls möglich, da der emmissionsfreie Elektroantrieb die Messwerte nicht beeinflusst (im Gegensatz zu einem Hubschrauber).

Unsere Forschungsinteressen und Arbeiten in diesem Projekt gelten insbesondere der Regelung dieses komplexen nichtlinearen Systems. Außerdem interessiert uns, welche Algorithmen zur visuellen Navigation auf dem Luftschiff sinnvoll eingesetzt werden können und wie diese angepasst bzw. weiterentwickelt werden müssen.

Insgesamt wurden an der Professur zwischen 2006 und 2009 drei verschiedene Luftschiff-Prototypen entwickelt und eingesetzt: Im Mai 2006 haben wir unser Roboterteam mit einem Luftschiff ohne starrem Innenskelett (es handelt sich also um einen sogenannten "Blimp") verstärkt. Der Jungfernflug unseres Luftschiffes fand am 15. Juni 2006 statt. Dabei konnten bereits einige Parameter bestimmt und das Flugverhalten getestet werden.

In den folgenden Monaten wurde ein neues Antriebskonzept mit vier unabhängig voneinander drehbaren Motoren entwickelt und zum Patent angemeldet. Der erste Flug dieses auf den Namen "Fritz" getauften Luftschiffes mit dem neuen Antrieb wurde am 23. und 24. Mai 2007 auf dem Gelände der Universität durchgeführt. 2008 wurde nochmals ein größeres Schiff in Betrieb genommen, welches u.a. auf der ILA in Berlin zu sehen war und unter Aufmerksamkeit der Presse zahlreiche Testflüge auf dem Flughafen Jahnsdorf bei Chemnitz absolvierte.

Kontakt

Ansprechpartner für das Projekt ist Dipl.-Ing. Thomas Krause.

Das Luftschiff "Chemnitz"

Durch die bei den ersten beiden Prototypen gemachten Erfahrungen wurde ein drittes Luftschiff entwickelt, das sich in der Form etwas veränderte: Antriebe und Aufhängungen haben sich verändert und das Hüllenvolumen ist größer geworden, wodurch schwerere Ausrüstung und mehr Akkus mit an Bord genommen werden können. Durch stärkere Antriebe und zusätzliche Manövrierantriebe soll die maximale Windgeschwindkeit erhöht werden.

Dieses neue Schiff, auf den Namen "Chemnitz" getauft, war im Jahr 2008 auf der ILA in Berlin in der Technikhalle der Lufthansa zu sehen. Außerdem berichtete der MDR in der Fernsehsendung Sachsenspiegel im April 2009.

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Technische Daten:

  • Länge: 10 Meter
  • Breite: 2,50 Meter
  • Volumen: 45 m³
  • maximale Fluggeschwindigkeit: 45 km/h
  • Flugdauer: 60 Minuten mit einem Akkusatz
  • einsetzbar bis Windstärke 4

Auf dem Luftschiff sind verschiedene Sensoren angebracht, die eine Regelung des Schiffes als auch den autonomen Flug ermöglichen.

  • GPS-System zur Positionserfassung
  • Beschleunigungssensoren
  • Magnetkompass zur Bestimmung der Orientierung
  • Neigungssensoren zur Bestimmung der Lage entlang der Längs- und Querachse
  • Kamera für die Wahrnehmung der Umgebung und zur Bewegungsmessung
Weiterhin sind ein PC-System (Mini-ITX) und ein Mikrocontrollerboard (auf Basis AT-Mega32) verbaut. Der Mikrocontroller übernimmt dabei die low-level Aufgaben wie die Ansteuerung der Motoren. Auf dem PC laufen verschiedene Prozesse (programmiert in Python und C++), die die Sensordaten erfassen und einem in Matlab implementierten Regler zuführen.

Das Luftschiff "Fritz"

Das im Jahr 2007 in Betrieb genommene zweite Schiff fasst rund 23 m³ und kann etwa 10 kg Technik (inkl. der Antriebe) aufnehmen. Die Länge des Luftschiffes beträgt 10,50 m bei einem Durchmesser von 2,20 m. Hier einige Impressionen:

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