Lastentransport mit vollständig autonomen Hubschraubern

Seit ca. vier Jahren wird am derzeit von Prof. Dr.-Ing. Konstantin Kondak geleiteten Fachgebiet der Prozessdatenverarbeitung und Robotik am Problem des Lastentransports mit autonomen Hubschraubern gearbeitet. Am 28.11.2007 konnte der Lastentransport mit einem autonomen Hubschrauber und am 20.12.2007 der Lastentransport mit drei vollständig autonomen Hubschraubern erfolgreich demonstriert werden. Die zu untersuchende Anwendung war dabei die Installation und Reparatur von Sensornetzwerken in schwer zugänglichen Regionen oder in Katastrophengebieten. Die wissenschaftliche Herausforderung bei diesen Arbeiten lag darin, das Verhalten eines derart kompliziertes Systems wie die mit einer Last gekoppelten Hubschrauber unter realen Bedingungen zu verstehen und dieses Wissen in ein real funktionierendes Steuerungssystem umzusetzen. Das entwickelte Hochleistungssteuerungssystem kann auch für koordinierte autonome Flüge von einem oder mehreren ungekoppelten Hubschraubern eingesetzt werden. So können beispielsweise Photo- und Filmaufnehmen gemacht oder Messungen aus der Luft furchgeführt werden.

In der bemannten Luftfahrt werden Hubschrauber seit langer Zeit zum Lastentransport eingesetzt. Die Begrenzung der Nutzlast eines Hubschraubers verhindert viele potenzielle Anwendungen wie z.B. den Transport von großen sperrigen Gegenständen in schwer zugänglichen Gebieten. Die größten Transporthubschrauber können bis zu ca. 20 Tonnen transportieren. Dazu kommt, dass es nur wenige dieser Maschinen gibt und deren Einsatz extrem teuer ist. Dies hat uns vor vier Jahren motiviert zu untersuchen, ob es nicht möglich wäre mehrere Hubschrauber zu koppeln und somit größere Gegenstände transportieren zu können.

Aus der Literatur ist bekannt, dass der Lastentransport mit zwei gekoppelten manuell gesteuerten bemannten Hubschraubern mindestens in zwei Studien (durchgeführt in England und USA) durch das Militär bereits untersucht wurde. Das Ergebnis der beiden Studien war, dass aufgrund der enormen Belastung der Piloten der Lastentransport mit zwei gekoppelten Hubschraubern für den praktischen Einsatz nicht geeignet ist. Somit wurde begonnen, an einem System für automatische Steuerung von mehreren gekoppelten Hubschraubern zu arbeiten. Ziel war ein universales Steuerungssystem, bei dem die Anzahl der Hubschrauber in Abhängigkeit von der Masse der Last und der Nutzlast der vorhandenen Hubschrauber variiert werden können.

Da die Ergebnisse der Untersuchungen auf diesem Gebiet nur durch reale Flugexperimente validiert werden können, wurden unsere Untersuchungen mit den Modellbauhubschraubern durchgeführt, die von uns gewartet und in Flugexperimenten verwendet werden können. Unsere Maschinen haben eine Abflugmasse von ca. 12 kg und einen Hauptrotordurchmesser von ca. 2 m. Im Laufe der Arbeit konnte festgestellt werden, dass sogar für diese Hubschrauber viele praktische Anwendungen für Lastentransport existieren. So wird zurzeit mit unseren Partnern aus dem EU-Projekt AWARE an der automatischen Installation und Reparatur von drahtlosen Sensornetzwerken in schwer zugänglichen Gebieten oder in Katastrophengebieten gearbeitet. In dieser Anwendung werden die Netzwerkknoten zu den ausgewählten Positionen mit den Hubschraubern transportiert. Die Übertragung der gewonnenen Ergebnisse und Erfahrungen auf große Transporthubschrauber ist als nächster Schritt vorstellbar.

Die Arbeiten zu diesem Thema wurden im Zeitraum von 2004 bis 2006 von der DFG und ab 2006 im EU-Projekt AWARE finanziert. Die Arbeiten wurden von den Wissenschaftlern Prof. Dr.-Ing. G. Hommel, Dr.-Ing. K. Kondak, Dipl.-Inf. M. Bernard sowie den studentischen Mitarbeitern M. Laiacker, D. Klingbeil und M. Chemnitz durchgeführt. Alle unsere Projekte zum Thema autonomes Fliegen werden unter dem Namen „Labor für autonome Flugroboter“ zusammengefasst.

Die stark komprimierten Videos von den Versuchen sind unter folgenden Links bei YouTube zu finden:

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an: Prof. Dr.-Ing. Konstantin Kondak, Institut für Technische Informatik und Mikroelektronik, Einsteinufer 17, 10587 Berlin, Telefon: 030/314-73113, Fax: -21116, E-Mail: kondak@cs.tu-berlin.de, http://pdv.cs.tu-berlin.de