Simulation emergenter Drohnensysteme mit Sim2Real-Validierung im AerodrOHM
Zusammenfassung
Im AerodrOHM am OIC sollen emergente Verhaltensweisen von Drohnensystemen zunächst in einer Simulationsumgebung modelliert, untersucht und bewertet werden. Ziel dieser Arbeit ist es, eine geeignete Simulationsumgebung für kooperative Mehrrobotersysteme aufzubauen bzw. zu erweitern und darin Algorithmen aus dem Bereich der Schwarmrobotik zu implementieren und experimentell zu analysieren.
Im Mittelpunkt stehen softwareseitige Verfahren zur Erzeugung emergenter Kollektivverhalten, beispielsweise in den Bereichen Formationsbildung, verteilte Koordination, Hindernisvermeidung, Aufgabenallokation oder lokale Interaktionsregeln. Die Arbeit soll untersuchen, wie sich aus einfachen dezentralen Regeln robuste globale Verhaltensmuster ergeben und unter welchen Randbedingungen diese stabil und reproduzierbar entstehen.
Aufbauend auf den Simulationsergebnissen sollen ausgewählte Ansätze in einem Sim2Real-Szenario auf reale Flugplattformen übertragen werden. Bei erfolgreicher Validierung in der Simulation werden die entwickelten Methoden mit bis zu drei realen Drohnen experimentell im AerodrOHM getestet. Dabei sind Unterschiede zwischen Simulation und Realwelt systematisch zu analysieren, geeignete Anpassungen vorzunehmen und die Übertragbarkeit der Verfahren zu bewerten.
Die Arbeit hat einen klaren Schwerpunkt auf Softwareentwicklung und algorithmischer Analyse. Je nach Ausrichtung können Themen wie ROS 2, Multi-Agenten-Systeme, Trajektorienplanung, Kommunikationskonzepte, Zustandsregelung oder experimentelle Evaluationsmethoden in die Bearbeitung einbezogen werden.
Aufgabenpakete
- Einarbeitung in bestehende Simulationswerkzeuge für Drohnen- und Mehrrobotersysteme
- Aufbau oder Erweiterung einer Simulationsumgebung für emergente Schwarmverhalten
- Implementierung und Analyse dezentraler Verhaltensregeln für Drohnensysteme
- Durchführung systematischer Simulationsexperimente und Auswertung der Ergebnisse
- Auswahl geeigneter Ansätze für die Sim2Real-Übertragung
- Experimentelle Erprobung mit bis zu drei realen Drohnen im AerodrOHM
- Vergleich von Simulations- und Realverhalten sowie Dokumentation der Abweichungen
Voraussetzungen
- Sehr gutes Interesse an Softwareentwicklung, Robotik und algorithmischen Fragestellungen
- Gute Programmierkenntnisse, idealerweise in Python und/oder C++
- Grundkenntnisse in Regelungstechnik, Robotik oder Multi-Agenten-Systemen
- Interesse an Schwarmrobotik, verteilten Systemen und experimenteller Evaluation
- Idealerweise erste Erfahrungen mit ROS 2, Simulationstools oder Drohnensystemen
- Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise
Die Arbeit eignet sich je nach Schwerpunktsetzung als Projektarbeit, Bachelorarbeit oder Masterarbeit.
Betreuung
| Rolle | Name | |
|---|---|---|
| Betreuer | Prof. Dr. Christian Pfitzner | christian.pfitzner@th-nuernberg.de |
Ort: TH Nürnberg Georg Simon Ohm / OIC
Prof. Dr. Christian Pfitzner
Professor für Mobile Robotik
Professor für Mobile Robotik an der TH Nürnberg Georg Simon Ohm, Fakultät efi. Leiter des TTZ Nürnberger Land. Forschungsschwerpunkte in autonomer Navigation, Drohnentechnologie und Sensorfusion.