Разработка многофункциональной автономной дрон станции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 3 октября, печатный экземпляр отправим 7 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Победители конкурса УМНИК в рамках национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»

Опубликовано в Молодой учёный №33 (323) август 2020 г.

Дата публикации: 26.07.2020

Статья просмотрена: 28 раз

Библиографическое описание:

Зенкин, А. М. Разработка многофункциональной автономной дрон станции / А. М. Зенкин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 33 (323). — С. 1-5. — URL: https://moluch.ru/archive/323/73200/ (дата обращения: 19.09.2020).



В коммерческой, производственной и государственной сферах растет потребность в автоматическом получении информации из предварительно не определенных точек на земле или крупных по размеру территорий. Особенно интересно постоянное автоматическое наблюдение: мониторинг лесных пожаров, экологический контроль, незаконные проникновения, мониторинг крупной территории, линий электропередач, нефте- и газопроводов. Беспилотные летательные аппараты (далее БПЛА) очень эффективны и экономичны в этой сфере, но существуют препятствия для их внедрения: ограниченное время работы и необходимость в обслуживании. Наш проект направлен на решение этой проблемы, а именно на автоматизацию обслуживания БПЛА. Это парадигма автоматизации, помимо прочего, открывает новые возможности для использования БПЛА, в частности такую систему можно использовать для оперативной доставки малогабаритных грузов (документы между корпусами, быстрая доставка лекарств в карантинных условиях).

Предлагается разработать программно-аппаратный комплекс (далее ПАК) для автономной посадки дрона, снабженный автоматической зарядной системой. Это позволит сделать процесс мониторинга полностью автономным, уменьшить его финансовую стоимость и ускорить время его выполнения. ПАК будет включать в себя следующие элементы:

1. Посадочная станция (Рисунок 1), снабженная блоком датчиков для оценки геопозиции и измерения метеоданных;

Посадочная станция

Рис. 1. Посадочная станция

Станция будет представлять собой универсальное посадочное устройство, то есть ее можно будет использовать с различными моделями БПЛА, работающими под автопилотом PX4 версии не ниже 1.9.0.

2. Блок питания, который будет непосредственно стыковаться с подвесным устройством дрона и производить автоматическую зарядку (Рисунок 2);

Блок питания

Рис. 2. Блок питания

3. Управляющий микроконтроллер, которые регулирует процессы во всей станции;

4. Блок связи 4G/5G для возможности доступа к станции через интернет;

5. Система центровки контактов питания дрона с соответствующими контактами посадочной станции. (Рисунок 3);

Система центровки

Рис. 3. Система центровки

Конструкция представляет из себя систему из четырех балок, вращающихся попарно синхронно и независимо, способные центрировать дронов имеющих сложную форму посадочных шасси. Система имеет возможность бездатчикого силомоментного управления для центровки дрона. Для этого к приводам подключены аналоговые датчики тока, позволяющие при известной модели двигателя определять момент нагрузки, создаваемый при центровке дрона. ДПТ двигатели данной серии имеют небольшие габариты и обладают высоким крутящим моментом

6. Серверное устройство

В качестве серверного устройства выступает второй микроконтроллер Raspberry Pi 4, который позволяет получить данные с любой точки планеты, где есть выход в интернет. Также для обеспечения удобного дистанционного управления разрабатывается веб интерфейс, который можно видеть на рисунке 4;

Веб интерфейс

Рис. 4. Веб интерфейс

Сервер для этого сайта также запускается на серверном устройстве.

7. Подвесное устройство с системой крепления к дрону (Рисунок 5), включающее:

Аблок зарядки;

Бблок оптической навигации;

Служит для точного центрирования дрона относительно станции.

Вблок связи 4G/5G для доступа в интернет;

Гуправляющий микроконтроллер.

Подвесное устройство

Рис. 5. Подвесное устройство

На подвесном устройстве будут размещены оптический дальномер TFmini LiDAR, камера Raspberry Pi Camera Board v2.1 и камера PX4FLOW Smart Camera, модем Huawei E3372 Original и вычислительный блок Intel Neural Compute Stick, предназначенный для задач машинного зрения.

Система зарядки способна регулироваться в зависимости от параметров используемого дрона, что расширяет диапазон выбора модели БПЛА, а значит и расширяет возможный перечень задач, где ПАК может быть использован.

Среди возможных кейсов использования программно-аппаратная платформы можно привести полную автоматизацию мониторинга территорий; контроль хода строительства объектов; контроль изменений показателей растительности на сельскохозяйственных объектах; быструю, безопасную и экономичную транспортировку легковесных приоритетных грузов; аэросъемку и фотограмметрию гражданских и государственных территорий различного назначения. Также ПАК может применяться в научных, исследовательских и образовательных целях.

Основные термины (генерируются автоматически): подвесное устройство, посадочная станция, серверное устройство, блок питания, Рисунок.


Задать вопрос