robogeek.ru

все о роботах и робототехнике

edu.robogeek.ru

все об обучении робототехнике

Новая система управления для летающих роботов (+ видео)

В августе прошлого года лаборатория Google X анонсировала закрытую разработку по проекту доставки товаров с помощью дронов, которые должны были стать конкурентами Prime Air от Amazon. Проект назывался «Крыло» (Wing), а система была основана на механически простой конструкции самолета с вертикальным взлетом и посадкой, который взлетает вертикально, как вертолет, но затем способен лететь горизонтально, как самолет с неподвижным крылом.

Однако, после полевых испытаний, Google забраковала конструкцию, заявив о трудностях в управлении полетом и проблемах при сильном ветре. Уже после этого, исследователи из Высшей технической школы (ETH) Цюриха разработали новый алгоритм для стабильного управления такими летательными аппаратами в положении зависания. Используя этот алгоритм, самолет с вертикальным взлетом способен выправить ориентацию из любого положения, в котором он окажется, в том числе из перевернутого вверх шасси. ETH еще не продемонстрировала свой алгоритм в реальных условиях (например, сильные ветры, GPS локализации, различное распределение полезной нагрузки). Однако, учитывая надежность решения (показанного на видео), возможно, Google не стоит отказываться от своего проекта и создать новую модификацию беспилотного аппарата.

Беспилотник способен зависать в воздухе, направив вверх нос и направляющую тяги. Для наиболее быстрого полета вперед, беспилотный аппарат отклоняется почти в горизонтальное положение, что обеспечивает эффективную подъемную силу благодаря обычной конструкции крыла. По сравнению с другими, способными к зависанию воздушными аппаратами с жестким крылом, такими как конвертопланы, здесь основным преимуществом является механическая простота конструкции. Отсутствие механизма для изменения направления двигательной системы экономит вес и повышает надежность.

Демонстрируемый на видео алгоритм основан на системе оптимального управления. Оптимальные траектории для множества начальных ориентаций заранее вычислены и соответствующие начальные данные требуемой скорости аппарата хранятся в небольшой таблице соответствия (500 записей). Внешний контур управления, работающий на частоте 50 Гц, считывает из таблицы соответствия нужные скорости для текущей ориентации и передает их во внутренний контур управления. Внутренний контур управления работает на частоте 1000 Гц и отслеживает необходимые угловые скорости аппарата с двумя пропеллерами и двумя закрылками, с использованием обратной связи от скоростного гироскопа. В результате сложность вычислений в режиме реального времени получается крайне низкой.

Пропеллеры приводятся во вращение бесщеточными двигателями Hacker A05-13S, монтажные крепления которых к крыльям сделаны методом 3D-печати. Во время зависания беспилотного аппарата в воздухе очень важно, чтобы большая часть закрылков находилась в воздушном потоке от пропеллера с тем, чтобы обеспечить эффективность закрылков и высокую маневренность системы. Двигатели управляются контроллером ZTW Spider 12A с программной прошивкой Simonk, что позволяет быстро реагировать на ситуацию, изменяя установки регулятора тяги. Поскольку специализированная прошивка Simonk настроена на максимально быструю реакцию системы, контроллеры двигателей довольно сильно нагреваются и поэтому для охлаждения размещены в воздушном потоке от пропеллера.

Две радиостанции закреплены на нижней стороне воздушного аппарата. Модуль Wifly предназначен для передачи широкополосной телеметрии, а обладающий низкой задержкой радиоканал со скачкообразной перестройкой частоты в диапазоне 2,4 ГГц предназначен для передачи команд управления от наземной станции. Общая временная задержка системы, включая ввод данных о движении и задержку канала радиосвязи, составляет около 35 миллисекунд.

Закрылки приводятся в действие сервоприводами МКС DS65K, которые обеспечивают быструю реакцию на изменение угла закрылков. Стандартная конструкция закрылков предназначена для горизонтального полета с неподвижным крылом и не обеспечивает достаточно возможностей для управления в режиме зависания. Поэтому их площадь увеличивается пластинами из углеродного волокна. Это увеличивает эффективность закрылков в четыре раза. Максимальное отклонение закрылков 30 градусов.

Блок управления полетом (БУП) Pixhawk PX4 работает как бортовой комплекс управления, который отслеживает требуемые скорости летательного аппарата с помощью гироскопа, который также входит в состав БУП. Система безопасности отключает приводы, если аппарат перестает принимать команды или напряжение батареи окажется слишком низким.

Комментарии

(0) Добавить комментарий