СЕКЦИЯ «СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ (КРУГЛЫЙ СТОЛ)»

СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ МУЛЬТИКОПТЕРА

А. С. Гоноболев, студ. 3 курса, А. О. Лекарев, студ. 3 курса

Научный руководитель – преподаватель А. Ю. Когочев

Мультикоптер – миниатюрный многовинтовой беспилотный летательный аппарат, который может дистанционно управляться пользователем. Малый вес и габариты мультикоптеров позволяют использовать винты небольшого размера, что способствует уменьшению вибраций и инерционности. Из механических элементов мультикоптер имеет только моторы, приводящие в действие винты, что делает его максимально надежным летательным аппаратом. Мультикоптеры имеют чётное (от 4 до 12) число винтов постоянного шага. Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Половина винтов вращается по часовой стрелке, половина – против, поэтому хвостовой винт мультикоптеру не нужен. Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов.

Существуют достаточно крупные модели мультикоптеров, с количеством роторов порядка 6–8 (гекса и октокоптеры), способные поднять в воздух груз массой до 20–30 кг. Для увеличения грузоподъёмности применяют соосное расположение несущих роторов, в случае гексакоптера, например, это 12 моторов и 12 пропеллеров, расположенных попарно на 6 несущих лучах.

Такие летательные аппараты способны перемещаться на значительное расстояние (до 10 км и более), однако дальность полета ограничена радиусом действия аппаратуры связи.

Стремительное развитие робототехники делает возможным создание мультикоптеров, способных осуществлять полёт без участия оператора. Такая автономность предполагает наличие сложной системы датчиков для стабилизации, навигации, обнаружения и облета препятствий.

Целью данной работы являлась разработка системы технического зрения для мультикоптера. Данная система необходима для безопасного перемещения в пространстве. Аппарат, не имеющий этой системы, подвержен опасности столкновения с объектами, повреждения важных частей, нанесения травм людям и животным.

Основные требования к разрабатываемой системе:

300

•Малый вес – у большинства моделей коптеров грузоподъемность ограничена несколькими сотнями грамм, поэтому система распознавания должна быть максимально легкой.

•Малое энергопотребление – поскольку аппарат является автономным, его питание осуществляется от аккумулятора, емкость которого ограничена.

•Малое потребление вычислительных ресурсов – в силу невозможности установки полнофункционального компьютера появляется необходимость использовать полетные контроллеры с ядром AVR или ARM

сограниченным быстродействием.

•Устойчивость к ошибкам распознавания – используемые средства должны с большой долей вероятности определять препятствия, это должно уберечь аппарат от столкновения.

•Низкая стоимость.

Для оценки окружающего пространства в идеальном случае мультикоптер должен контролировать полную сферу вокруг себя. На практике ресурсы аппарата ограничены, поэтому в поле обнаружения системы технического зрения, по крайней мере, должна быть включена передняя полусфера. В разрабатываемой системе используются ультразвуковые и инфракрасные дальномеры. Выбор именно этих датчиков обусловлен их низкой стоимостью, простотой эксплуатации, надежностью, малым весом (~30 г) и энергопотреблением (~20–50 мА). Поскольку зона покрытия одного такого датчика составляет около 250, их потребуется несколько, к тому же инфракрасный датчик не может определить поверхность, поглощающую свет (например, загрязнение в виде сажи или стекло), а ультразвуковой – звукопоглощающую (ковровое покрытие), поэтому их совместное использование является целесообразным. Также имеется возможность сузить сканирующий пучок (при помощи линзы, в случае с инфракрасным дальномером) для того, чтобы создать радарную систему, установив датчик с узким пучком на шаговый двигатель, и сканировать интересующее пространство путем вращения датчика относительно аппарата, что позволяет получить более точные данные об окружении.

Алгоритм обнаружения и преодоления препятствий, который подлежит реализации в программном коде, выглядит следующим образом:

1.Сканирование пространства, получение данных, расстояний и уг-

лов.

2.Поиск максимального значения расстояния в массиве.

3.Поиск локальных максимумов.

301