Autonomna bespilotna letjelica sa četiri rotora – FSBcopter

 

Autori:

Tomislav Tomašić

Viktor Mandić

Andrea Demetlika

Gordan Kocijan

Matija Kekelj

- FSBcopter je bespilotna letjelica sa četiri rotora koja može autonomno izvršavati prije definirane planove leta
- sastoji se od četiri kraka na čijim krajevima se nalaze motori, a na njih se izravno spajaju propeleri.
- osim rotacije motora i propelera nema drugih pomičnih dijelova.
- primjene: fotografiranje terena i objekata na zemlji, snimanje panoramskih video materijala, nadzore cestovnog prometa, inspekcija gradilišta…

 b_394_185_16777215_00_images_slike_clanci_fsb_copter3.png

 

O projektu

Zadnjih nekoliko desetljeća ubrzan je razvoj bespilotnih letjelica. One danas imaju mnoge primjene u znanstvenim, civilnim i vojnim sferama. Kao zamjena za pilotirane letjelice mogu zamijeniti ljude u mnogim opasnim situacijama i okolinama (toksična atmosfera, radijacija, …). Prije nekoliko godina razvila se posebna klasa bespilotnih letjelica - letjelice sa više rotora (engl. multirotor). Letjelice ovog tipa predstavljaju vrlo nestabilne platforme koje se velikom dinamikom mogu gibati u sve tri dimenzije. Da bi se takva letjelica stabilizirala i pravilno upravljala potrebna je primjena naprednih regulacijskih i estimacijskih algoritama. Upravo zbog prilike za primjenom stečenih znanja iz područja regulacije i elektronike odlučili smo izraditi autonomnu bespilotnu letjelicu sa četiri rotora – FSBcopter. Realizacija ovog projekta uključuje spoj znanja i vještina iz raznih područja: razvoja mehaničke konstrukcije, odabira senzora, projektiranja i izrade elektroničkog dijela, programiranja, projektiranja regulatora i slično. Upravo ta integracija strojarskih, elektroničkih, automatičarskih i informatičkih disciplina, značajna je za područje mehatronike i razlog je za odabir ovog projekta.

b_559_309_16777215_00_images_slike_clanci_fsb_copter2.jpg

Modeliranje i simulacija

Kao i kod prošlog projekta, iz matematičkih formula koje opisuju dinamiku letjelice u Matlabu je napravljen Simulink model. Pomoću Simulink modela se bez izrade same letjelice može proučiti njena dinamika, projektirati i testirati regulator, te odrediti parametri pojedinih dijelova, na temelju kojih se vrši odabir komponenata. Povezivanjem Simulink modela sa VRML modelom dobiven je 3D prikaz dinamike letjelice što dodatno olakšava vizualizaciju sustava.

b_298_173_16777215_00_images_slike_clanci_fsb_copter5.png

Mehanička konstrukcija

Za razliku od helikoptera kod kojeg je rotor iznimno kompleksan i osjetljiv, konstrukcija ovog tipa letjelice je jednostavna i robusna. Ona se sastoji od četiri kraka na čijim krajevima se nalaze motori, a na njih se izravno spajaju propeleri. Osim rotacije motora i propelera nema drugih pomičnih dijelova.  Upravljanje letjelicom ostvaruje se promjenom brzine vrtnje pojedine grupe motora. Prema dolje, ako se ubrza vrtnja motora A i uspori brzina motora C letjelica će se zakrenuti oko osi motora B-D. Ako se ubrzaju motori A i C, a uspore B i D, letjelica će se zakrenuti oko osi z. Koristeći ta dva jednostavna principa moguće je voziti letjelicu u bilo kojem smjeru.

b_580_326_16777215_00_images_slike_clanci_fsb_copter6.png

Elektronika i Software

Kako bi se stabilizirala, letjelica mora imati povratnu informaciju o trenutnom nagibu, položaju i brzini. Tu informaciju dobiva kombiniranjem vrijednosti iz senzora koji mjere te veličine. Koriste se troosni žiroskop, akcelerometar i magnetometar, GPS, te barometar. Letjelica će moći nositi kameru ili robotsku ruku kojom će moći interaktirati sa okolinom. Slika s kamere istovremeno će se snimati i u realnom vremenu prenositi na upravljačku stanicu. Premda su iz senzora poznati položaj i orijentacija kamere za svaki trenutak snimanja, koristeći algoritme računalnog vida, moguće je iz videa rekonstruirati 3D scenu. Upotrebom GPS-a otvara se mogućnost ne samo preciznog pozicioniranja, već i mogućnost zadavanja plana kretanja kroz prije zadane točke čime se postiže autonomnost letjelice. Kako bi se mogle zadati točke i vizualizirati ruta letenja letjelice napravljen je program za navigaciju. On osim navigacijskih podataka i planiranja rute može prikazati i telemetriju sa letjelice, te video prikaz s kamere.

b_638_358_16777215_00_images_slike_clanci_fsb_copter4.png

Primjena

Kombinacijom spomenutih mogućnosti otvaraju se moguće primjene FSBcoptera poput fotografiranja terena i objekata na zemlji (npr. fotografiranja prirodnih ljepota, gradskih četvrti, zgrada), snimanja panoramskih video materijala (npr. promotivnih materijala, video spotova), nadzora na daljinu (npr. granice ili požara), izviđanja (npr. pri curenju radioaktivnog, otrovnog ili nekog drugog po čovjeka štetnog materijala), prijenosa predmeta na teže dostupne lokacije, praćenja pokretnih objekata iz zraka (npr. automobila), planiranja taktičkih napada (npr. specijalna policija), nadzora cestovnog prometa, inspekcije gradilišta i arheoloških nalazišta, …

Izbornik