Autonome UAVs landen auf bewegten UGVs, laden sich ohne GPS selbst auf – Durchbruch für ferngesteuerte Suche und Rettung

Forschern ist es gelungen, einen Ansatz zu entwickeln, der es einem Drehflügler-UAV (Unmanned Aerial Vehicle) ermöglicht, auf einem fahrenden UGV (Unmanned Ground Vehicle) zu landen, ohne GPS-Unterstützung aufzuladen und dann weiterzufliegen. Teams aus autonomen Luft- und Bodenagenten ermöglichen Einsätze in Such- und Rettungsumgebungen, die für Menschen zu abgelegen oder gefährlich sind, aber oft umfangreiche Positionierungs- und Kommunikationsinfrastruktur erfordern.

Kritische Funktion: Autonomes Landen und Aufladen

Eine zentrale Funktion von UAVs ist das autonome Landen auf stationären und bewegten Bodenfahrzeugen, das Aufladen und der anschließende Start für neue Missionen. Da GPS leicht gestört werden kann, dürfen sich UAVs nicht darauf verlassen – diese Verhaltensweisen müssen stattdessen mithilfe anderer Quellen wie bordeigener Bildverarbeitung durchgeführt werden.

Die Berechnungen wurden an Bord des Fahrzeugs mit kostengünstigen Sensoren und Computern durchgeführt. Zudem fand keine Kommunikation zwischen UAV und UGV statt. Das Team führte sowohl Software-in-the-Loop-Simulationen als auch Outdoor-Experimente durch und demonstrierte die Effektivität des Algorithmus bei Landemanövern. Dabei kam ein kleiner, eigens gebauter Quadrocopter und ein UGV im Joggingtempo zum Einsatz.

Technischer Ansatz: GPS-verweigerte Navigation

Die Arbeit kombiniert GPS-verweigerte Verhaltensweisen mit einem experimentell bewährten Ansatz. Zum Einsatz kommen visuelle Lokalisierung mit Visual-Inertial Odometry, ein speziell für diese Anwendung entwickelter Marker auf dem Bodenfahrzeug sowie bordeigene Verhaltens- und Steuerungsalgorithmen. Besonders bemerkenswert: Diese Verhaltensweisen wurden auf einem kleinen UAS mit erheblichen rechnerischen Einschränkungen ausgeführt.

Spezialmarker für präzise Landung

Der benutzerdefinierte Marker auf dem Bodenfahrzeug ist speziell für die Landungsaufgabe konzipiert. Er enthält kleinere Marker innerhalb des größeren Markers, die auch bei Annäherung der Kamera noch sichtbar sind. Der Ansatz könnte die Abhängigkeit vom Fiducial-Marker auf dem Bodenfahrzeug verringern und ihn durch künstliche Intelligenz ersetzen, die das Zielfahrzeug eigenständig erkennt.