Quadrokopter sind Helikopter mit vier in einer Ebene angeordneten Rotoren. Kleine unbemannte Modelle, die oft nur eine Schubkraft von wenigen Newton erzeugen können, sind im Spielzeug- und Modellbaubereich beliebt, werden aber auch von Militär und Polizei als Drohne für Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben eingesetzt. Diese Diplomarbeit befasst sich mit den theoretischen Grundlagen der Steuerung eines Quadrokopters und entwickelt darauf aufbauend eine kostengünstige Steuerplatine für einen Modellquadrokopter. Die theoretischen Grundlagen enthalten eine Untersuchung der Dynamik eines frei fliegenden Quadrokopters, bei der Bewegungsgleichungen hergeleitet und mit den Ergebnissen verglichen werden, die in "Design and control of quadrotors with application to autonomous flying" ([Bou07]) vorgestellt wurden. Weiterhin wird die Funktionsweise verschiedener Sensoren beschrieben, die zur Bestimmung der aktuellen räumlichen Ausrichtung geeignet sind, und es werden Verfahren besprochen, mit denen die Ausrichtung aus den Messwerten dieser Sensoren abgeschätzt werden kann. Zusätzlich wird in den Schiefkörper der Quaternionen eingeführt, in dem dreidimensionale Rotationen kompakt dargestellt und effizient verkettet werden können. Daran anschließend wird die Entwicklung einer einfachen Steuerplatine beschrieben, die sowohl einen autonomen Schwebeflug als auch Fernsteuerung ermöglicht. Die Platine wurde auf einem X-Ufo-Quadrokopter der Firma Silverlit entwickelt und getestet, der daher ebenfalls vorgestellt wird. Die eingesetzten Bauteile und deren Zusammenspiel werden besprochen. Dabei ist insbesondere die WiiMotionPlus hervorzuheben, die als kostengünstiges Gyrosensormodul verwendet wird. Daneben werden verschiedene Aspekte der Steuersoftware erläutert: die Auswertung der Sensordaten, die Zustandsschätzung mit Hilfe des expliziten komplementären Filters nach Mahony et al. ([MHP08]), die Umsetzung des Ausrichtungsreglers sowie die Erzeugung der Steuersignale für die Motoren. Sowohl die Steuersoftware als auch Schaltplan und Platinenlayout der Steuerplatine liegen dieser Arbeit auf einer CD bei. Schaltplan und Platinenlayout sind zusätzlich im Anhang der Arbeit abgedruckt.

Computers assist humans in many every-day situations. Their advancing miniaturisation broadens their fields of use and leads to an even higher significance and spread throughout society. Already, these small and powerful machines are wide-spread in every-day objects and the spread increases still as the mobility-aspect grows in importance. From laptops, smartphones and tables to systems worn on the body (wearable computing) or even inside the body as cyber-implants, these systems help humans actively and context-sensitively in the accomplishment of their every-day business. A part of the wearable-computing-domain is taken up by the development of Head-mounted displays (HMD). These helmets or goggles feature one or more displays enabling their users to see computer-rendered images or images of their environment enriched with computer-generated information. At the moment, most of this HMD feature LC-Displays, but newer systems start appearing that allow the projection of the image onto the user's retina. Newest break-throughs in the field of study already produced contact lenses with an integrated display. The data shown by a HMD is compiled using a multitude of sensors, like a Head-Tracker or a GPS. Increasing computational performance and miniaturisation lead to a wide spread of HMD in a lot of fields.rnThe multiple scenarios in which a HMD can be used to help improve human-perception and -interaction led the "Institut für Integrierte Naturwissenschaften" of the University of Koblenz-Landau to come up with a HMD on the basis of Apple's iOS-devices featuring Retina Displays. The high pixel density of these displays combined with condensor lenses into a HMD offer a highly immersive environment for stereoscopic imagery, while other systems only display a relatively small image projected a few feet away of the user. Furthermore, the iPhone/ iPod Touch and iPad exhibit a lot of potential given by their variety of offered sensors and computational power. While producing a similarly feature-rich HMD is very costy, using simple iPod Touches 4th Gen as the basis of a HMD results in a very inexpensive solution with a high potential. The increasing popularity and spread of Apple devices would reduce the costs even more, as users of the HMD could simply integrate their device into the system. A software designed with the specific intent to support a large variety of Apple iOS-devices that could easily be extended to support newer devices, would allow for a universal use of such a HMD-solution as the new device could simply replace an old device.rnrnThe focus of this thesis is the conception and development of an application designed for Apple's iOS 5 operating system that will be used in a HMD evolving around the use of Apple iOS-devices featuring Retina Displays. The Rollercoaster2000-project depicting a ride in a virtual rollercoaster will be used as the application's core. A server will syncronize the display of clients conntected to it which are combined to form a HMD. Furthermore the gyroscope of the iOS-devices combined into a HMD will be used to track the wearer's head-movements. Another feature will be the use of the devices cameras as a mean of orientation while wearing the HMD. As a first step in the realization of a software meeting the set specifications is the introduction of the Objective-C programming languages used to develop iOS-Applications. In conjunction with the compiler and runtime environment, Objective-C makes up the base of the second step, the introduction of the iOS-SDK. Aimed with this iOS-app-development-knowledge, the last part of the thesis consists of the ascertainment of requirements and development of a software complying to the goals of a software written specifically for the used in a HMD.

In einer Welt, die immer mehr durch den Einsatz von Technik geprägt wird, gewinnen Systeme, welche eigenständig Aufgaben in einem vorgegebenen Kontext übernehmen können, mehr und mehr an Bedeutung. Solche Systeme werden als autonome Systeme bezeichnet, die ein eigenständiges Verhalten und Interaktionen mit ihrer Umwelt und anderen Systemen beinhalten. Zu diesen Systemen zählen auch autonome mobile Roboter. Sie sind sozusagen intelligente Fahrzeuge, die ihnen übertragene Aufgaben ohne menschliche Unterstützung durchführen können. Um ihre Umwelt wahrzunehmen, mit ihr interagieren und in ihr navigieren zu können benötigen diese Systeme verschiedene Arten von Sensoren. Somit ist die Robotikforschung stark interdisziplinär. Diese Arbeit befasst sich ausschliesslich mit dem Bereich der Navigation, insbesondere mit der Positionsbestimmung, welche für eine gute Navigation die Grundlage bildet. Ein heutzutage häufig benutztes, weltweit verfügbares System zur Positionsbestimmung ist GPS. Ziel dieser Arbeit ist der Anschluss eines GPS-Moduls an einen Mikrocontroller und der Versuch die Positionsgenauigkeit lokal zu präzisieren, um so einem autonomen System die Möglichkeit zur eröffnen, Aufgaben, die eine höhere Genauigkeit erfordern, zu bewerkstelligen.

Im Verlauf der vergangenen Jahre wurden unter der Leitung von Dr. Merten Joost basierend auf Microcontrollern der ATMega-Reihe verschiedene Projekte zur Ansteuerung der Peripheriegeräte eines Computers realisiert. Hierzu zählen unter anderem die Abfrage einer Tastatur, die Ausgabe von Audio- und Videosignalen sowie eine Programmierumgebung mit eigener Programmiersprache. Ziel dieser Arbeit ist es, die gesammelten Projekte zu verbinden, um als Ergebnis einen eigenständigen "Homecomputer" zu erhalten, der per Tastatur angesteuert werden können soll und über eine Audio- und Videoausgabe verfügen soll. Dabei wird eine SD-Karte als Speichermedium dienen, das per Tastatureingabe über eine Art Shell verwaltet werden kann.