In unserem Projekt «Drone Painting» beschäftigten wir uns mit der Frage, wie man das manuelle Malen an schwer zugänglichen Stellen durch den Einsatz von Drohnentechnologie vereinfachen kann. Ziel war es, die Arbeit sicherer, schneller und effizienter zu gestalten.

Eine zentrale Herausforderung bestand darin, die Drohne so zu programmieren, dass sie vorgegebene Grafiken automatisiert und präzise an Wänden umsetzen kann. Dabei mussten verschiedene technische Hürden gelöst werden. Zum Beispiel die genaue Positionierung beim Sprühen, das Ausgleichen der Eigenbewegung (Wackeln) sowie auch die die Flugstabilität allgemein unter Unterschiedliche Bedingungen und Störeinflüssen.

Um diese Herausforderungen zu meistern, haben wir ein System entwickelt, das auf zwei unterschiedliche Sprüh-Methoden setzt und von einem 3-Achsen-Gimbal unterstützt wird. Dieser Gimbal gleicht das Wackeln der Drohne sowie Windeinflüsse in Echtzeit aus und sorgt dafür, dass die Farbe exakt den gewünschten Punkt trifft.

• Methode 1 – Für grossflächige Grafiken: Mithilfe von Python werden Bilddaten in Koordinaten umgewandelt und die kürzeste Flugbahn berechnet. Die Drohne fliegt dann diese Koordinatenpunkte (Waypoints) ab und sprüht an jeder Stelle einen Punkt. Die einzelnen Punkte ergeben dann zusammen das finale Bild. 

• Methode 2 – Für kleinere, detaillierte Grafiken: Anstatt die gesamte Drohne für jeden Punkt zu bewegen, stützt sie sich lokal mit zwei Stangen an die Wand ab. Die eigentlichen Sprühbewegungen werden direkt und präzise über den 3-Achsen-Gimbal ausgeführt. So lassen sich auch feine Details effizient an die Wand bringen, ohne dass ständige, komplexe Flugmanöver der Drohne nötig sind.

Die Farbversorgung erfolgt bei beiden Methoden über einen an der Drohne installierten Tank, aus dem die Farbe mithilfe einer Pumpe an die Wand gesprüht wird.

Von der Ideenphase bis hin zu einem funktionierenden System durchlief unser Projekt einen kontinuierlichen Entwicklungsprozess.

Für die Flugsteuerung setzten wir Mission Planner ein. Dies ermöglichte nicht nur das manuelle Steuern der Drohne, sondern auch das Planen und Ausführen komplett autonomer Flüge anhand von präzise berechneten “Waypoints“. Dabei verwendeten wir RTK (Real Time Kinematik), was uns eine Genaue Positionierung der Drohne ermöglichte. Der gesamte autonome Flug wurde über einen Live-Videofeed (FPV) überwacht.

Mithilfe unseres Python-Scripts konnten die Waypoints und Flugroute (Mehtode 1) aus einer Grafik berechnet und in Google Earth verifiziert werden. Für eine noch einfachere Nutzung wurde dieses Programm als eigenständige Website veröffentlicht.

Ein wichtiger Teil der Entwicklung war auch das Erproben völlig neuer Sprühkonzepte. Zwar wurde der Andockvorgang (Methode 2) intensiv getestet, in der Praxis liess er sich jedoch nicht stabil und erfolgreich umsetzen. Zudem zeigte sich beim Sprühsystem, dass der gewünschte kraftvolle Strahl durch die feine Düse zwar erreicht wurde, diese aber anfällig für Verschmutzungen war.

Durch die ständige Verbesserung unseres Prototyps gelang es uns schlussendlich, definierte Punke autonom an eine Testwand zu sprühen. Auch das präzise Sprayen mit dem 3-Achsen-Gimbal hat in isolierten Tests erfolgreich funktioniert.

Dieses Projekt wurde im Rahmen unseres Studiums an der OST erfolgreich abgeschlossen und liefert wertvolle Erkenntnisse für die fliegende Robotik. Die automatische Flugroutenplanung sowie der Einsatz eines Gimbals zur Fehlerkorrektur haben in den Tests hervorragend funktioniert und die Präzision des Sprühbildes massgeblich erhöht.

Wir sind als Team an den Herausforderungen gewachsen und nun bereit für neue technischen Projekte und spannenden Karrieremöglichkeiten im Bereich Mechatronik.