Drone Education mit dem Emqopter Quadrotor Control System

Das Quadrotor Control System (QCS) ist ein von Emqopter entwickelter Lehr- und Entwicklungsaufbau für die Quadrokopter Programmierung. In der Lehre ist das System bereits seit Jahren im Einsatz. Als Vorteil bietet es einen praxisnahen und spannenden Unterricht. Bereits zahlreiche Bildungseinrichtungen nutzen das Lehrsystem, um Schülern und Studierenden die Grundlagen technischer Fächer nahe zu bringen. Darunter die BBS Burgdorf, die Walther-Lehmkuhl-Schule Neumünster, die FH Würzburg-Schweinfurt, die Universität Würzburg und noch viele mehr. Das QCS ist sogar in Mexiko bekannt, denn dort nutzt wird es vom Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica benutzt.

Das Bild zeigt das fertig auf dem Stativ montierte, angeschlossene QCS

Im Lehrpaket enthalten ist der QCS-Qopter, der auf dem mitgelieferten Stativ befestigt werden kann. Dafür werden auch unterschiedliche Gelenke beigelegt, die jeweils verschiedene Freiheitsgrade zulassen. Somit kann das eigene Programm an der Drohne stückweise absturzfrei getestet werden. Das folgende Video zeigt die Montage der Drohne auf dem Stativ und dessen Funktionsweise. https://www.youtube.com/watch?v=NM5kQV4dMRA&feature=emb_logo

Als Schnittstelle zwischen Kopter und Programmierung dient das EMQ 3000 Entwicklungsboard. Das Lehrsystem bietet außerdem eigene Software mit Aufgaben und Lösungen sowie Beispielcodes, Libraries und allem was für die Drohnenentwicklung nötig ist, an. Dank der Lehrmaterialien, die Theorie und praktische Hinweise und eine umfassende Dokumentation beinhaltet, können sich Schüler und Studenten selbstständig mit dem Thema befassen und Aufgaben bearbeiten.

Das EMQ 3000 Entwicklungsboard ermöglicht den Upload des eigenen Codes auf die Drohne

Das mitgelieferte Softwarepaket beinhaltet ein einfach zu bedienendes PC Steuerungs-Tool, das sich für unerfahrene Einsteiger eignet. Mit ihm können Regler-Parameter des Flugreglers in Echtzeit manipuliert werden, und das entsprechende Verhalten am QCS-Qopter direkt nachvollzogen werden. Die Programmierung der QCS Flugsteuerung kann mit dem AVR32 Studio in C erfolgen, wobei für Anfänger einfache Programmstrukturen angeboten werden, während Fortgeschrittene mit komplexeren Strukturen arbeiten können. Über Qt kann die Bodenstations-Software mit dem Graphischen User-Interface in C++ programmiert werden.

Zusätzlich zum Standard QCS, wird das QCS-F (Flying) angeboten. Dieses ist eine Erweiterung des QCS. Es kann über das Stativ hinaus auch als Flugdrohne eingesetzt werden und bietet so alle Freiheiten der Drohnenentwicklung. Das QCS-F ist durch verschiedene Add-Ons erweiterbar, mit denen die Implementierung von Flugmissionen und autonomer Aufgaben möglich wird. Jedes Add-On beinhaltet Hardwarekomponenten und offene Software-Implementierung. So kann beispielsweise ein TM/TC Modul erworben werden, welches in Echtzeit Kommunikation über Bluetooth ermöglicht oder ein GPS Modul für die Positionsbestimmung. Außerdem bietet Emqopter ein ganzes Spektrum an Distanzsensoren wie LIDAR, Infrarot oder Ultraschall an, auch Kameras für die Objekterkennung sind verfügbar. Selbst eigene Logos zur Repräsentation der Schule / Universität können angebracht werden. Das QCS-F kann somit sowohl technisch als auch optisch ganz nach Bedarf individualisiert werden. Damit eine modulare Implementierung der Add-Ons möglich ist, werden alle QCS-Produkte mit einem vollständigen Softwareframework geliefert, das dem Benutzer gleichzeitig vielerlei Möglichkeiten lässt, Funktionsweisen anzupassen und zu reimplementieren. Dank der Freiheit innerhalb des Frameworks eignet sich das System ideal dazu, eigene Lehrinhalte und Lösungen zu integrieren und auf deren Basis gänzlich eigene Projekte im Bereich Flugrobotik umzusetzen.

Dank der Vielzahl an Add-Ons und der breiten Einsetzbarkeit sowohl indoors als auch outdoors ist das QCS-F ein echter Allrounder.

Noch ein Wort zu den Lernnihalten: Das QCS wurde für den Einsatz als Lehrsystem optimiert. Die enthaltenen Lehrmaterialien bestehen aus Konzepten und Anleitungen mit praxisnahen Methoden. Die Lerninhalte sind in 10 Kapitel in Form von Power Point Präsentationen aufgeteilt und decken einen umfassenden Bereich von der grundlegenden Theorie der Signalverarbeitung bis hin zur Praxis eines autonomen Quadrokopters ab. Für Dozenten steht das Team von Emqopter für Einführungskurse zur Verfügung, um den Einstieg in Hardware, Software und Lerninhalte zu erleichtern. Dank moderner Technik können solche Kurse auch über das Internet angeboten werden. Und apropos Internet: Wenn Ihr euch das QCS live vorführen lassen wollt, könnt ihr auf der Homepage von Emqopter einen kostenlosen Termin zur Web-Demonstration vereinbaren, wie zuletzt auf der Webseite angekündigt wurde! -> Hier geht es zu den News. Der Vorteil des Lehrsystems von Emqopter gegenüber der meisten anderen "Drone Education Kits" ist, dass dem Nutzer bei der Programmierung völlige Freiheit gelassen wird, wenn dies gewünscht ist. Zudem ist der Betrieb der Drohne sowohl Indoors mit dem Stativ, als auch Outdoors mit dem QCS-F möglich.

In unserem Artikel "Die Evolution der Drohnen" stellten wir bereits den CAA ("Collision Avoidance Assistant") von Emqopter vor. Dieses eigenständige Kollisionsvermeidungssystem von Emqopter kann beispielsweise auch als Add-On für das QCS eingesetzt werden. Im nächsten Beitrag werden wir uns näher mit diesem Assistenten befassen.

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