Hitchhiker-Drohne landet auf fahrendem Auto und fährt als Anhalter mit

Der Wissenschaftler Sensen Liu am Lab of Cooperative Intelligence of Unmanned Systems an der School of Mechanical Engineering der Shanghai Jiao Tong University hat eine Drohne mit dem Namen "Hitchhiker" entwickelt, die bei schwierigen Einsätzen auch auf schrägen Flächen sicher während der Fahrt landen kann. Die Fähigkeiten der Drohne demonstrierte Liu an einem Auto. Dabei hält sie sich mit selbstdichtenden Saugnäpfen an der Rückseite des Autos fest und sammelt während der Fahrt Daten.

Drohnen müssen in jeder Situation sicher landen können. Liu und sein Team interessierten dabei vor allem die Entwicklung einer Drohne, die auf Autos landen und als Anhalter mitfahren kann. "Die Drohne wäre in der Lage, die Umgebung zu erkunden, während sich das Auto bewegt, und könnte so die Umgebung in Echtzeit analysieren", erklärt Liu seine Motivation. Der Quadkopter könnte dabei Energie sparen.

Die Drohne muss für ein derart komplexes Landemanöver die korrekte Flugbahn zur Landung berechnen, schreiben die Forschenden in der Studie "Hitchhiker: A Quadrotor Aggressively Perching on a Moving Inclined Surface Using Compliant Suction Cup Gripper", die in IEEE Transactions on Automation Science and Engineering veröffentlicht ist. Außerdem muss sie über ein Landefahrwerk verfügen, das es ermöglicht, sich auch an senkrechten Flächen festzuhalten.

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Um eine solche Drohne zu realisieren, haben die Wissenschaftler der Shanghai Jiao Tong University einen Algorithmus zur Flugbahnplanung entwickelt. Er berücksichtigt die individuelle Schubkraft jedes der vier Rotoren des Quadkopters. Dabei werden mittels eines zweistufigen Tracking-Ansatzes die Position sowie die Fluglage analysiert.

Damit Hitchhiker als Anhalter mitfahren kann, muss sich die Drohne auch an schrägen bis senkrechten Flächen festhalten können. Dazu haben die Wissenschaftler mehrere selbstdichtende Saugnäpfe als Landefahrwerk an der Drohne angebracht. Die Konfiguration gleicht Fehler in der Flugbahnplanung aus und saugt sich an einer glatten Oberfläche fest.

Die Forscher probierten den Flugbahn-Algorithmus und die Saugnapf-Konstruktion an einer verstellbaren Landefläche aus, die an einem Auto angebracht ist. Hitchhiker sollte darauf während der Fahrt des Autos landen. Eine Analyse zeigte, dass die Drohne darauf zuverlässig bis zu einer Neigung von 90 Grad landen kann. Das klappte bis zu einer Geschwindigkeit von 1,07 m/s mit einer Erfolgsquote von 70 Prozent und mehr.

Systemgrenzen

Die selbstdichtenden Saugnäpfe kombiniert mit der Flugbahnberechnung seien der Schlüssel zum Erfolg. Im Vergleich zu herkömmlichen Saugnäpfen konnte die Erfolgsrate um 45 Prozent gesteigert werden. Die Wissenschaftler sehen jedoch auch eine Einschränkung ihres jetzigen Systems, denn es ist noch auf eine externe Positionierungskamera angewiesen. In einem weiteren Entwicklungsschritt soll sie entfallen. Um das zu erreichen, sollen die bordgestützten Algorithmen zur Zielpositionierung optimiert werden.

Die Technik lässt sich nach Ansicht des Forschungsteams vielfältig in Drohnen anwenden, um deren Landeeigenschaften zu verbessern. Derzeit werde geprüft, inwieweit sich das System kommerzialisieren lässt.

(olb)