EO

Delftenaren bouwen kleinste autonome race-drone ter wereld (video)

03 juni 2019 om 15:03 uur

Wetenschappers van de TU Delft hebben de kleinste autonome race-drone ter wereld gemaakt. Hij heeft een diameter van 10 cm en weegt 72 gram. De grootste uitdaging zat in het gebruik van slechts één kleine camera en in de zeer beperkte hoeveelheid gegevensverwerking. De belangrijkste innovatie is het ontwerp van robuuste, efficiënte algoritmen voor bewegingsvoorspelling en computervisie.


Drone-racen met menselijke piloten is al aardig hot. De volgende stap, autonoom drone-racen, vormt een uitdaging op het gebied van kunstmatige intelligentie en zelfstandige besturing. In recente autonome races vlogen de snelste drones met 2 m/s.


De meeste autonome race-drones zijn uitgerust met krachtige processoren, meerdere hoogwaardige camera's en soms zelfs laserscanners. Hierdoor kunnen ze gebruik maken van de modernste oplossingen voor visuele waarneming, zoals het opbouwen van kaarten van de omgeving of het nauwkeurig volgen van de bewegingen van de drone in de loop van de tijd. De drones worden hierdoor echter ook relatief zwaar en duur.


Bij het Micro Air Vehicle Laboratory (MavLab) wordt gewerkt aan lichte en goedkope autonome race-drones. Zulke drones kunnen door drone-raceliefhebbers worden gebruikt om mee te trainen of om tegen te racen. Als de drone klein genoeg wordt, kan er zelfs in huis mee worden geracet. De op dit moment kleinste autonome race-drone ter wereld vliegt hij door een racebaan met een snelheid die vergelijkbaar is met die van de snelste grotere autonome race-drones.

 

Algoritmen

De belangrijkste innovatie die aan deze prestatie ten grondslag ligt, is de ontwikkeling van uiterst efficiënte en toch betrouwbare algoritmen. "De beelden van race-drones voor kunnen veel ruis bevatten of kunnen zelfs geheel verloren gaan bij het verzenden", zegt Christophe De Wagter, oprichter van het MavLab. "Menselijke piloten gebruiken dus vooral hun voorspellingen over hoe de drone zal bewegen wanneer zij met de sticks op hun afstandsbediening de drone besturen."


Hoewel de beelden van een autonome drone niet door de lucht hoeven te worden verzonden, kan de interpretatie van de beelden door kleine drones soms volledig verkeerd zijn. De drone mist dan een poortje of beoordeelt zijn positie ten opzichte van het poortje totaal verkeerd. Daarom speelt een voorspellingsmodel een centrale rol in de aanpak. Omdat de drone maar weinig rekenkracht heeft, gebruikt het model alleen de essentiële informatie, zoals de luchtweerstand op het frame van de drone.

 

Sensoren

"Als je de drone en de sensoren kleiner maakt, gaat de kwaliteit van de sensormetingen achteruit, zowel bij de camera als bij de versnellingsmeters", zegt promovendus Shuo Li. "De normale methode, waarbij de door de versnellingsmeters gemeten versnellingen worden geïntegreerd over de tijd, is daarom kansloos. In plaats daarvan hebben we in ons voorspellingsmodel alleen de geschatte stand van de drone gebruikt. De afwijkingen van dit model in de loop van de tijd corrigeren we op basis van de zichtmetingen." Er wordt een nieuw robuust filter voor het schatten van de positie en snelheid van de drone gebruikt, waarmee de ruisvolle zichtmetingen op de best mogelijke manier met de voorspellingen van het model worden gecombineerd.

 

In de Cyberzoo

De algoritmen zijn toegepast op een raceparcours met vier poortjes in de Cyberzoo van de TU Delft. De drone bleek meerdere ronden te kunnen vliegen met een gemiddelde snelheid van 2 m/s, waarmee hij zich kan meten met de snelste, grotere autonome race-drones. Detectie van poortjes speelt een centrale rol in de algoritmen van de drone, zodat de drone goed kan reageren, ook wanneer de poortjes worden verplaatst.


"We zijn op dit moment nog ver verwijderd van de snelheden die goede menselijke drone-racers halen. Om de volgende stap te kunnen zetten moeten de besturing, de schatting van positie en snelheid en de computervisie nog beter worden", aldus De Wagter. "Hiervoor zijn efficiënte algoritmen essentieel, omdat die de drone in staat stellen om snel waar te nemen en te reageren. Kleine drones hebben ook als voordeel dat ze meer vrijheid hebben in de keuze van hun traject, omdat de poortjes voor hen relatief groter zijn."

 

Meer dan alleen racen

Drone-racen is niet alleen een snelgroeiende e-sport, autonome race-drones zijn ook voor andere toepassingen nuttig. "Voor de meeste drones met vier rotoren betekent sneller vliegen domweg dat ze een groter gebied kunnen bestrijken. Voor sommige toepassingen, zoals het opsporen en redden van mensen of het afleveren van pakketten, is een grotere snelheid enorm voordelig", zegt Guido de Croon, wetenschappelijk leider van het MavLab. "Onze focus op lichte en goedkope oplossingen betekent dat hoge vliegsnelheden binnen bereik komen van een grote verscheidenheid aan drones."

 

Gerelateerd nieuws

Papegaai helpt bot op tak te landen

Papegaai helpt bot op tak te landen

Wel eens een robot op een tak zien landen? Waarschijnlijk niet – of het was toeval. Tot nu toe hebben machines vlakke oppervlaktes nodig om te kunnen landen, of in elk geval om vervolgens te blijven staan. Maar daar…

Enschede houdt drones in de gaten met radar

Enschede houdt drones in de gaten met radar

Ruim een maand na de bijna-botsing tussen een drone met een traumahelikopter bij ziekenhuis Medisch Spectrum Twente is een droneradar geplaatst om het luchtruim boven de stad Enschede in kaart te brengen. Het drone…

Uitvinder van het één-na-zwartste zwart zoekt geld voor een fabriek

Uitvinder van het één-na-zwartste zwart zoekt geld voor een fabriek

Vijf jaar experimenteren met polymeren, oplosmiddelen, matteringsmiddelen en pigment heeft kunstenaar Stuart Semple erop zitten. En eindelijk is het resultaat naar wens. Hij heeft een zwart gebrouwen dat bíjna even…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

2 september 2019, D&F kantoor Breda

Performance Level en Sistema 2.0

3 september 2019, D&F kantoor Breda

Veiligheid van beweegbare bruggen volgens NEN 6787

De norm NEN 6787 stelt het veiligheidsniveau waaraan nieuwe en bestaande bruggen moeten voldoen en is...

4 september 2019, D&F kantoor Breda

HAZOP

De HAZOP studie is een veelgebruikte methode voor het identificeren van risico’s en ongewenste...

Meer agendapunten »