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Drohnen mit Künstlicher Intelligenz - Master-Projekt - Studienfeld Intelligente Systeme (SS2026)

Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Projekts arbeiten in Gruppen von maximal vier Personen. Jede Gruppe erhält eine fertig aufgebaute (flugbereite) FPV-Drohne sowie die erforderlichen Komponenten. Ziel des Projekts ist die eigenständige Entwicklung, Implementierung und Bewertung einer praxisnahen Drohnen-KI-Anwendung zur automatisierten Auslieferung von Objekten. Dabei sollen sowohl technische Herausforderungen als auch die Grenzen der eingesetzten Systeme untersucht und nachvollziehbar dokumentiert werden.

• Aufgabe 1: Mit der FPV-Drohne sowie deren Hard- und Softwarekomponenten vertraut machen.
• Fähigkeiten und Grenzen der Hardwarekomponenten kennenlernen. Dazu gehören:
• Rahmen, Flugcontroller mit Motorsteuerung, Videosender (VTX), ELRS-Empfänger, Motoren, GPS-Empfänger mit Kompass, FPV-Kamera, Li-Ion-Akkus, Fernsteuerung, Raspberry Pi Zero 2 WH, Raspberry Pi AI Kameramodul, FPV-Brille, A/V-Video-Grabber etc.
• Fähigkeiten und Grenzen der Softwarekomponenten kennenlernen. Dazu gehören:
• Flight-Controller-Firmware (Betaflight, INAV, ArduPilot), Ground Control Station bzw. Missionsplanung (z. B. QGroundControl für ArduPilot, INAV Configurator für INAV), Betriebssysteme (z. B. Raspberry Pi OS) für den Einplatinencomputer sowie KI-Software (z. B. TensorFlow Lite, YOLO) etc.
• Aufgabe 2: Erweiterung der Drohne mit dem Ziel, eine automatische Auslieferung von Objekten (auch in geschlossenen Räumen) zu ermöglichen.
• Diese Aufgabe umfasst mehrere Teilaufgaben (siehe Aufgaben 3-6).
• Aufgabe 3: Integration einer Autopilot-Funktion.
• Vorzugsweise mit ArduPilot, alternativ mit INAV.
• Aufgabe 4: Integration von Position Hold und Altitude Hold unter Nutzung von Entfernungsmessung (LiDAR) und optischem Fluss (Optical Flow).
• Verwendung des Sensors MicroAir MTF-01P.
• Aufgabe 5: Implementierungsmöglichkeiten für Delivery-/Payload-Systeme recherchieren und integrieren.
• Entwickeln und testen Sie einen einfachen Drop-Mechanismus mit einem Micro-Servo (z. B. [1], [2], [3], [4], [5]). Möglichkeiten zum 3D-Druck stehen zur Verfügung.
• Aufgabe 6: Entwickeln Sie einen verbesserten Rahmen oder eine Erweiterung des bestehenden Rahmens, um Sensoren für Entfernungsmessung und optischen Fluss sowie den Delivery-/Payload-Mechanismus aufzunehmen.
• Nutzen Sie hierfür geeignete Softwarelösungen wie Tinkercad oder UltiMaker Cura. Möglichkeiten zum 3D-Druck stehen zur Verfügung.
• Aufgabe 7: Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse aus den Aufgaben 1-6.
• Erstellen Sie Dokumentationen und Anleitungen, die Studierende, Forschende und Lehrende in die Lage versetzen, die KI-Drohnen-Szenarien nachzubauen und für eigene Module und Forschungsprojekte zu nutzen.
• Es werden keine Folienpräsentationen oder klassischen PDF-Projektberichte erstellt. Stattdessen entwickelt jedes Team eine vollständige und verständliche Online-Dokumentation (z. B. via GitHub Pages) und präsentiert die Ergebnisse in Form eines Posters sowie einer Live-Demonstration.

Zeitplan für das Semester

Dokumente

		KI-Drohnen: Ein zweisprachiges Handbuch über Entwurf, Bau und Einsatz von KI-fähigen Drohnen für wissenschaftliche Projekte und Lehre (GitHub-Repository)
		Projektbeschreibung
		Project description

Ausstattung

Jedes Team erhält folgende Ausrüstung:

• FPV-Drohne 3,5'' mit CineWhoop-Rahmen (inkl. Propellerschutz) komplett aufgebaut und flugfähig
• Skyzone Cobra X FPV-Brille
• Li-Ion Akkus (3 Stück)
• Radiomaster GX12 ELRS Dual-Band Gemini-X 868MHz/2.4GHz Fernsteuerung mit Firmware EdgeTX v2.11.5 und passend zum Empfänger konfigurierter Binding Phrase: drone[1-3]ffm
• Raspberry Pi Zero 2 WH Einplatinencomputer
• Zwei verschiedene Gehäuse passend für den Raspberry Pi Zero 2 Einplatinencomputer
• Raspberry Pi AI Kameramodul
• MicroAir MTF-01P Sensor für Entfernungsmessung (LiDAR) und optischem Fluss (Optical Flow)
• CP2102-USB-UART-Adapter zur Konfiguration des MicroAir MTF-01P
• Mini-HDMI zu Standard-HDMI-Kabel
• Micro-USB (m) auf USB Typ A (f) Kabel
• USB Typ A (m) auf USB-C Kabel
• USB-C auf USB-C Kabel
• USB-Audio/Video-Grabber (MacroSilicon MS210x)
• Micro-Servo 9g (2 Stück)
• Verbindungskabel (Buchse auf Buchse und Buchse auf Stecker)
• Smoke Stopper (Kurzschlussschutzstecker)
• Speedybee Adapter V3 (Konfigurationstool)
• SkyRC B6neo+ Ladegerät
• Imbus- und Sechskant-Schraubenschlüssel in den für FPV-Drohnen üblichen Größen (1,5 mm, 2,0 mm, 4,0 mm, 5,5 mm, 8,0 mm)
• Schraubendreher-Set mit 48-teiligem Präzisions-Bitsatz
• Ersatzpropeller (3.5'') Gemfan D90-5 oder HQProp DT90MMX5
• MicroSD-Speicherkarte (32 GB) mit SD/MicroSD-Adapter
• USB-Kartenlesegerät für SD und MicroSD-Speicherkarten
• 18650-Akkus für Fernsteuerung und FPV-Brille
• Power Bank 20000 mAh PD 20 W (für alle Fälle...)
• USB-C Netzteil 27W zum Laden der FPV-Brille, der Fernsteuerung, der Power Bank und zum Betrieb des SkyRC B6neo+ Ladegeräts
• M3-Distanzbolzen und Schrauben (M3x9mm, M3x12mm) zum eventuellen nötigen Bau einer Plattform
• Alukoffer (ca. 45x30x15 cm)

Drohnen im SS2026

Die Komponenten und deren Verbindung miteinander ist bei allen drei Drohnen weitestgehend identisch.

Die vorbereiteten Drohnen sind im Detail...

Drohne 1

• Rahmen: SpeedyBee BEE35 Pro 3.5 CineWhoop Frame Kit (Handbuch)
• Flugcontroller: Flywoo GOKU GN745 (STM32F745, 216MHz, 1MB Flash) 45A AIO 2-6S AM32 mit Betaflight v2025.12.2 (Handbuch)
• Empfänger: Radiomaster XR4 Gemini Xrossband Dual-Band ELRS Empfänger mit Firmware ExpressLRS 4.0.0 (Handbuch)
• Binding Phrase: drone1ffm
• Kamara: RunCam Phoenix 2 1000TVL 155FOV Analog
• Videosender: SpeedyBee TX800 VTX (Handbuch)
• Kanal: 5806 MHz (Band: Raceband, Channel: 5)
• VTX-Antenne: TrueRC Singularity 5.8GHz RHCP SMA
• Motoren: Emax Eco II 2004 3-6S 3000KV (Spezifikation)
• Propeller: Gemfan 90mm D90-5 3.5" Ducted 5-Blatt Propeller
• GPS: HGLRC M100 mit Kompass (Handbuch)
• Anschlusskabel für MicroAir MTF-01P und Raspberry Pi Zero sind am Flugcontroller angelötet, aber am Sensor und am Einplatinencomputer noch nicht eingesteckt, da die dauerhafte Befestigung dieser Komponenten bzw. der Umbau des Rahmens eine der Aufhaben des Praktikums sind.

Drohne 2

• Rahmen: SpeedyBee BEE35 Pro 3.5 CineWhoop Frame Kit (Handbuch)
• Flugcontroller: Flywoo GOKU GN745 (STM32F745, 216MHz, 1MB Flash) 45A AIO 2-6S AM32 mit Betaflight v2025.12.2 (Handbuch)
• Empfänger: Radiomaster XR4 Gemini Xrossband Dual-Band ELRS Empfänger mit Firmware ExpressLRS 4.0.0 (Handbuch)
• Binding Phrase: drone2ffm
• Kamara: RunCam Phoenix 2 1000TVL 155FOV Analog
• Videosender: SpeedyBee TX800 VTX (Handbuch)
• Kanal: 5769 MHz (Band: Raceband, Channel: 4)
• VTX-Antenne: TrueRC Singularity 5.8GHz RHCP SMA
• Motoren: Emax Eco II 2004 3-6S 3000KV (Spezifikation)
• Propeller: Gemfan 90mm D90-5 3.5" Ducted 5-Blatt Propeller
• GPS: HGLRC M100 mit Kompass (Handbuch)
• Anschlusskabel für MicroAir MTF-01P und Raspberry Pi Zero sind am Flugcontroller angelötet, aber am Sensor und am Einplatinencomputer noch nicht eingesteckt, da die dauerhafte Befestigung dieser Komponenten bzw. der Umbau des Rahmens eine der Aufhaben des Praktikums sind.

Drohne 3

• Rahmen: SpeedyBee BEE35 Pro 3.5 CineWhoop Frame Kit (Handbuch)
• Flugcontroller: Flywoo GOKU GN745 (STM32F745, 216MHz, 1MB Flash) 45A AIO 2-6S AM32 mit Betaflight v2025.12.2 (Handbuch)
• Empfänger: Radiomaster XR4 Gemini Xrossband Dual-Band ELRS Empfänger mit Firmware ExpressLRS 4.0.0 (Handbuch)
• Binding Phrase: drone3ffm
• Kamara: RunCam Phoenix 2 Pro 1500TVL 128FOV Analog
• Videosender: SpeedyBee TX800 VTX (Handbuch)
• Kanal: 5769 MHz (Band: Raceband, Channel: 4)
• VTX-Antenne: TrueRC Singularity 5.8GHz RHCP SMA
• Motoren: Emax Eco II 2004 3-6S 3000KV (Spezifikation)
• Propeller: Gemfan 90mm D90-5 3.5" Ducted 5-Blatt Propeller
• GPS: HGLRC M100 mit Kompass (Handbuch)
• Anschlusskabel für MicroAir MTF-01P und Raspberry Pi Zero sind am Flugcontroller angelötet, aber am Sensor und am Einplatinencomputer noch nicht eingesteckt, da die dauerhafte Befestigung dieser Komponenten bzw. der Umbau des Rahmens eine der Aufgaben des Praktikums sind.

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Zu erreichen bin ich am besten per E-Mail: christianbaun@fb2.fra-uas.de