DMXControl Virtual Truss

DMXControl Virtual Truss
Datei:Logo dmxcprojects.png
Entwickler	DMXControl Projects e.V.
Aktuelle Version	PreAlpha
Status	im Aufbau
Kontakt	info@dmxcontrol.de
Homepage	http://www.dmxcontrol-projects.org

Einleitung

DMXControl Virtual Truss ist neben einem DMXControl 3-Pult die zweite Hardware-Entwicklung für DMXControl 3, an der das Hardwareteam des Vereins arbeitet. Ziel des Projektes ist es, den Aufbau von Traversen bei Veranstaltungen überflüssig zu machen. Mittels neuester Technologie im Bereich der Quadrocopter und aktueller LED-Technik sollen autonom gesteuerte Scheinwerfer entstehen, welche zur kurzzeitigen Beleuchtung von Personen und Discotanzflächen eingesetzt werden kann.

Beschreibung

Um Beleuchtungsaufgaben zukünftig einfacher und flexibler zu gestalten, entwickeln wir eine auf einem Quadrocopter basierende Lichtdrohne, welche beliebig im Raum positioniert werden kann und von dort aus Personen oder Objekte beleuchten kann. Die Drohne wird autonom durch DMXControl 3 gesteuert und erhält hierrüber in einem Que gespeicherte Positionsangaben. Die Drohne fliegt diese dann autonom an. Denkbar für die Zukunft wäre darüber hinaus eine autonome Hinderniserkennung inklusive Abschattungserkennung, um z.B. zu beleuchtende Personen auch dann noch zu anzustrahlen, wenn sich diese hinter ein Hindernis bewegen.

Hardware

Quadrocopter

Am Anfang stand ein Handelsüblicher Quadrocopter, der dann analysiert und schrittweise an die Anforderungen angepasst wurde. Entsprechende Anforderungen waren:

• Tragen eines LED-Scheinwerfers
• Flugzeit etwa 10min für die erste Ausbaustufe
• Punktgenaue Ausleuchtung des zu beleuchtenden Bereiches
• Autonome Ortung im Raum
• Steuerung des Quadrocopters und des Scheinwerfers über DMXControl 3

Der Aufbau inklusive der Rotoren bleibt vorerst wie bei dem Ursprungsmodell. Allerdings wurde die Steuerungselektronik so angepasst, dass sie ihre Befehle von einem zusätzlichen Controller entgegen nimmt. Dieser ist für die Kommunikation mit DMXControl zuständig und übernimmt auch die Ortung im Raum.

Ortung

Die Ortung erfolgt mittels einer Kombination aus iBeacons, welche im Raum verteilt werden und Beschleunigungs-, Rotations- und Magnetfeldsensoren. Anhand der Änderung der Signallaufzeiten und mittels je einer Antenne an den vier Rotor-Ausläufern kann die Position im Raum aktuell auf etwa 30cm genau bestimmt werden. Dies reicht schon für eine grobe Positionierung, für die geplanten Aufgaben ist dies aber noch zu wenig. Allerdings werden im aktuellen Setup auch noch nicht alle Sensordaten ausgewertet. So werden die Rotationssensoren aktuell nur als Backup verwendet und mit den Beschleunigungssensoren die Antennendaten verifiziert. Daher ist dies ein weiterer Punkt, an dem wir arbeiten.

LEDs

Bei dem Scheinwerfer haben wir uns für einen Selbstbau entschieden, denn alle handelsüblichen Scheinwerfer sind deutlich zu schwer. Die LEDs sind auf einem 17cm x 12cm großen Panel montiert, welches an einem Gestell an dem Quadrocopter befestigt ist. Dieses Gestell besitzt eine Tilt-Steuerung, um die LED nach oben und unten zu neigen. Aktuell werden allerdings noch keine High-Power-LEDs verwendet, da hier noch Entwicklungsbedarf in Sachen Kühlung besteht. Um leistungsstarke LEDs zuverlässig zu kühlen, sind schwere Kühlkörper nötig. Dies würde aber die Flugzeit erheblich einschränken, denn das gesamte System sollte so leicht wie möglich sein, um eine lange Flugzeit zu garantieren. Daher wird aktuell untersucht, in wiefern der Abwind der Rotoren für die Kühlung der LEDs verwendet werden kann. Hierzu muss aber höchst wahrscheinlich auch die Programmierung der Drohnen angepasst werden, denn es ergeben sich durch eine solche Kühlung unsymmetrische Propellerströmungen, die ausgeglichen werden müssen.

Verbesserungsbedarf

• Autonome Steuerung durch DMXControl 3: Nachdem die Fernsteuerung mittels DMXControl 3 nun in den Grundzügen funktioniert, müssen als nächstes die Funktionen für das autonome Fliegen integriert werden. Hierfür müssen einige Änderungen an dem HAL und am StageView durchgeführt werden, um die Dronen sicher und zuverlässig im Raum positionieren zu können.
• Leuchtstärke der LEDs muss weiter erhöht werden: Aktuell werden die Tests mit einem kleineren LED-Setup durchgeführt um die prinzipielle Machbarkeit des Projektes zu testen. Um aber Objekte und Bühnen entsprechend beleuchten zu können, werden stärkere LEDs benötigt. Hierzu muss aber erst das Hitzeproblem der LEDs geklärt werden.
• Höhere Positionierungsgenauigkeit: Die Ortung im Raum ist entscheidend für eine richtige Platzierung der Drohne und der korrekten Beleuchtung der Szenerie. Dafür muss die Positionierungsgenauigkeit noch weiter gesteigert werden. Unser Ziel ist die Genauigkeit unter 5cm Abweichung im Raum und 0,1° in der Rotation um die Hochachse zu erhalten. Da der Quadrocopter unter gewissen Umständen Ausgleichsbewegungen zur Flugstabilisierung durchführen muss, wäre hier auch eine aktive Pan/Tilt-Steuerung der LED eine Möglichkeit, die wir untersuchen wollen.
• Reduktion der Lautstärke: Quadrocopter sind aktuell noch sehr laut und daher nur in Umgebungen einsetzbar, in denen diese nicht stören. Hier hoffen wir auf die weitere Entwicklung der Rotoren. Vielversprechend sind hier Ansätze, die die Rotorgeometrie und Oberflächenbeschaffenheit von Eulenflügeln immitieren. Ventilatoren z.B. für Klimaanlagen mit solchen Eigenschaften werden aktuell von mehreren Forschungseinrichtungen entwickelt. Diese Entwicklung könnte auch bei unserem Projekt die Lautstärke erheblich senken.