@phdthesis{Gageik2015,
  author    = {Gageik, Nils},
  title     = {Autonome Quadrokopter zur Innenraumerkundung : AQopterI8, Forschung und Entwicklung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-130240},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Diese Forschungsarbeit beschreibt alle Aspekte der Entwicklung eines neuartigen, autonomen Quadrokopters, genannt AQopterI8, zur Innenraumerkundung. Dank seiner einzigartigen modularen Komposition von Soft- und Hardware ist der AQopterI8 in der Lage auch unter widrigen Umweltbedingungen autonom zu agieren und unterschiedliche Anforderungen zu erf{\"u}llen. Die Arbeit behandelt sowohl theoretische Fragestellungen unter dem Schwerpunkt der einfachen Realisierbarkeit als auch Aspekte der praktischen Umsetzung, womit sie Themen aus den Gebieten Signalverarbeitung, Regelungstechnik, Elektrotechnik, Modellbau, Robotik und Informatik behandelt. Kernaspekt der Arbeit sind L{\"o}sungen zur Autonomie, Hinderniserkennung und Kollisionsvermeidung. Das System verwendet IMUs (Inertial Measurement Unit, inertiale Messeinheit) zur Orientierungsbestimmung und Lageregelung und kann unterschiedliche Sensormodelle automatisch detektieren. Ultraschall-, Infrarot- und Luftdrucksensoren in Kombination mit der IMU werden zur H{\"o}henbestimmung und H{\"o}henregelung eingesetzt. Dar{\"u}ber hinaus werden bildgebende Sensoren (Videokamera, PMD), ein Laser-Scanner sowie Ultraschall- und Infrarotsensoren zur Hindernis-erkennung und Kollisionsvermeidung (Abstandsregelung) verwendet. Mit Hilfe optischer Sensoren kann der Quadrokopter basierend auf Prinzipien der Bildverarbeitung Objekte erkennen sowie seine Position im Raum bestimmen. Die genannten Subsysteme im Zusammenspiel erlauben es dem AQopterI8 ein Objekt in einem unbekannten Raum autonom, d.h. v{\"o}llig ohne jedes externe Hilfsmittel, zu suchen und dessen Position auf einer Karte anzugeben. Das System kann Kollisionen mit W{\"a}nden vermeiden und Personen autonom ausweichen. Dabei verwendet der AQopterI8 Hardware, die deutlich g{\"u}nstiger und Dank der Redundanz gleichzeitig erheblich verl{\"a}sslicher ist als vergleichbare Mono-Sensor-Systeme (z.B. Kamera- oder Laser-Scanner-basierte Systeme). Neben dem Zweck als Forschungsarbeit (Dissertation) dient die vorliegende Arbeit auch als Dokumentation des Gesamtprojektes AQopterI8, dessen Ziel die Erforschung und Entwicklung neuartiger autonomer Quadrokopter zur Innenraumerkundung ist. Dar{\"u}ber hinaus wird das System zum Zweck der Lehre und Forschung an der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg, der Fachhochschule Brandenburg sowie der Fachhochschule W{\"u}rzburg-Schweinfurt eingesetzt. Darunter fallen Labor{\"u}bungen und 31 vom Autor dieser Arbeit betreute studentische Bachelor- und Masterarbeiten. Das Projekt wurde ausgezeichnet vom Universit{\"a}tsbund und der IHK W{\"u}rzburg-Mainfranken mit dem Universit{\"a}tsf{\"o}rderpreis der Mainfr{\"a}nkischen Wirtschaft und wird gef{\"o}rdert unter den Bezeichnungen „Lebensretter mit Propellern" und „Rettungshelfer mit Propellern". Außerdem wurde die Arbeit f{\"u}r den Gips-Sch{\"u}le-Preis nominiert. Absicht dieser Projekte ist die Entwicklung einer Rettungsdrohne. In den Medien Zeitung, Fernsehen und Radio wurde {\"u}ber den AQopterI8 schon mehrfach berichtet. Die Evaluierung zeigt, dass das System in der Lage ist, voll autonom in Innenr{\"a}umen zu fliegen, Kollisionen mit Objekten zu vermeiden (Abstandsregelung), eine Suche durchzuf{\"u}hren, Objekte zu erkennen, zu lokalisieren und zu z{\"a}hlen. Da nur wenige Forschungsarbeiten diesen Grad an Autonomie erreichen, gleichzeitig aber keine Arbeit die gestellten Anforderungen vergleichbar erf{\"u}llt, erweitert die Arbeit den Stand der Forschung.},
  subject      = {Quadrokopter},
  language  = {de}
}