Moses - Flugroboter

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Modul / Version
#41159 / #1

Gültigkeit
SoSe 2024 - WiSe 2024/25

Verfügbare Sprache(n)
Deutsch, Englisch

Titel des Moduls
Flying Robots
Flugroboter

Leistungspunkte
9

Modulverantwortliche*r
Hönig, Wolfgang

Benotung
Benotet

Prüfungsform
Portfolioprüfung

Lehrsprache(n)
Englisch

Zugehörigkeit

Fakultät
Fakultät IV

Institut
Institut für Technische Informatik und Mikroelektronik

Fachgebiet
34342300 FG Multi-Roboter-Systeme

Prüfungsausschuss
Keine Angabe

Kontakt

Sekretariat
MAR 4-4

Ansprechpartner*in
Hönig, Wolfgang

E-Mail-Adresse
office@mrs.tu-berlin.de

Webseite

https://imrclab.github.io/teaching.html

Diese Modulbeschreibung gilt nicht im aktuellen Semester.

Die Modulbeschreibung gilt nur für den Zeitraum SoSe 2024 - WiSe 2024/25. Die Version für das aktuelle Semester (SoSe 2025) finden Sie hier: Modulbeschreibung des SoSe 2025

Lernergebnisse

Die Studierenden verfügen über ein detailliertes Verständnis über fliegende Roboter (insbesondere Multirotoren) aus theoretischer und praktischer Sicht, einschließlich: • Zugrunde liegende physikalische Modelle und Simulationen; • Nichtlineare Steuerung; • Nichtlineare Zustandsschätzung; • Bewegungsplanung. Die Studierenden können: • Die bei Flugrobotern verwendeten Algorithmen mathematisch verstehen; • Diese Algorithmen in einer Hochsprache (Python) implementieren; • Diese Algorithmen in einer Low-Level-Sprache (C) implementeiren, sodass sie in Echtzeit auf einem Mikrocontroller (STM32) ausgeführt werden; • Echte Flugroboter (Bitcraze Crazyflie 2.1) bedienen und optimale Parameter finden; sowie • Einen Software-in-the-Loop-Engineering-Ansatz (SITL) verwenden.

Lehrinhalte

Der Kurs ist weitgehend praxisorientiert und die Studierenden arbeiten daran, alle Komponenten zu implementieren, die für einen modernen Flugregler erforderlich sind. Die verschiedenen Aspekte sind: • Einführung in Flugroboter (Multirotoren und Varianten, Flugzeuge, Hybrid) • Zugrundeliegende physikalische Modelle der Dynamik • Regelungsansätze (Differenzielle Flachheit, geometrische Regler für Lage und Position) • Techniken zur Zustandsschätzung (Mahony-Filter, Erweiterter Kalman-Filter) • Bewegungsplanung für Flugroboter (Optimierung mittels Splines, suchbasierte Methoden, Sampling-basierte Ansätze) • Fortgeschrittene Themen können sein: • Anwendungen für Flugroboter • MPC und nichtlineare Steuerungstechniken • Aerodynamische Effekte wie Bodeneffekt und Downwash • Schätzung/Planung/Kontrolle für Teams mit mehreren Robotern • Maschinelles Lernen für fliegende Roboter Auf der praktischen Ebene haben die Studierenden folgende Meilensteine zu erreichen: • Physik: [Sim] Implementierung eines Multirotor-Simulators unter Verwendung von Newton-Euler-Gleichungen [Real] Vergleich mit real aufgezeichneten Daten • Regelung: [Sim] Implementierung eines geometrischen Controllers [Reale] Implementierung in C, Testen mit SITL im Simulator und mit einem echten Roboter per Joystick • Zustandsschätzung: [Sim] Implementierung einer EKF, die IMU und optischen Fluss vereint, getestet mit realen Daten [Real] Implementierung in C, Testen mit SITL, Verifizierung am realen Roboter • Bewegungsplanung: [Sim] Implementierung eines optimierungsbasierten Bewegungsplaners [Echte] Verifizierung am echten Roboter

Modulbestandteile

Pflichtbereich

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

Lehrveranstaltungen	Art	Nummer	Turnus	Sprache	SWS	ISIS	VVZ
Flying Robots	IV		WiSe	de	6

ISIS-Kurssuche nach Veranstaltungen des Moduls

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Flying Robots (IV):

Aufwandbeschreibung	Multiplikator	Stunden	Gesamt
Vorlesung	15.0	2.0h	30.0h
Praktikum	15.0	16.0h	240.0h
			270.0h(~9 LP)

Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 270.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 9 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Wöchentliche Vorlesungen in denen die wichtigsten Konzepte vorgestellt werden. Die verbleibende Zeit ist ein Praktikum, das für den Simulationsteil zu Hause und in einem Indoor-Flugraum zum Bedienen echter Roboter (Typ: Bitcraze Crazyflie 2.1) für Tests an der physischen Hardware vorgesehen ist. Diskussionen und Sprechstunden dienen dazu, die Interaktion mit anderen Studierenden und den Lehrkräften zu erleichtern. Für jeden praktischen Meilenstein ist die Einreichung des Codes und die Präsentation/Diskussion mit dem Lehrpersonal erforderlich.

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

• Gute mathematische Grundlagen (lineare Algebra, Analysis) • Gute Programmierkenntnisse in einer Hochsprache (Python) • Fundierte Kenntnisse in eingebetteten Systemen/Low-Level-Programmierung (z. B. Arduino, STM32, ATMEGA, PIC) in C

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Dieses Modul hat keine Prüfungsvoraussetzungen.

Abschluss des Moduls

Benotung

Benotet

Prüfungsform

Portfolioprüfung

Art der Portfolioprüfung

100 Punkte insgesamt

Sprache(n)

Englisch

Prüfungselemente

Name	Punkte	Kategorie	Dauer/Umfang
Praktikum: Simulation	20	praktisch	Simulationscode und mündliche Diskussion (10min)
Praktikum: Regelungstechnik	20	praktisch	Simulations- und Robotercode, Flugdemo und mündliche Diskussion (10 min)
Praktikum: Zustandsschätzung	20	praktisch	Simulations- und Robotercode, Flugdemo und mündliche Diskussion (10 min)
Praktikum: Bewegungsplanung	20	praktisch	Simulationscode, Flugdemo und mündliche Diskussion (10 min)
Mündliche Prüfung	20	mündlich	15 min

Notenschlüssel

Notenschlüssel »Notenschlüssel 2: Fak IV (2)«

Gesamtpunktzahl	1.0	1.3	1.7	2.0	2.3	2.7	3.0	3.3	3.7	4.0
100.0pt	95.0pt	90.0pt	85.0pt	80.0pt	75.0pt	70.0pt	65.0pt	60.0pt	55.0pt	50.0pt

Dauer des Moduls

Für Belegung und Abschluss des Moduls ist folgende Semesteranzahl veranschlagt:
1 Semester.

Dieses Modul kann in folgenden Semestern begonnen werden:
Wintersemester.

Maximale teilnehmende Personen

Die maximale Teilnehmerzahl beträgt 10.

Anmeldeformalitäten

Aktuelle Informationen sind in dem dazugehörigen ISIS Kurs.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit: nicht verfügbar

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit: nicht verfügbar

Literatur

Empfohlene Literatur
Planning and Decision Making for Aerial Robots, Yasmina Bestaoui Sebbane, 2014, Springer

Zugeordnete Studiengänge

Semester:

Zeige auch ausgelaufene Studiengänge und StuPOs

Diese Modulversion wird in folgenden Studiengängen verwendet:

	Studiengang / StuPO	StuPOs	Verwendungen	Erste Verwendung	Letzte Verwendung
Dieses Modul findet in keinem Studiengang Verwendung.

Sonstiges

Geeignet für Master- und Promotionsstudenten in Studienrichtungen welche autonome Systeme betrachten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Informatik, Elektrotechnik, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik.