Skydio R1: автономный дрон с продвинутой системой избегания препятствий

О разработчике

Skydio R1 – это результат долгой и кропотливой работы, команды, в которую вошли дипломированные специалисты Массачусетского технологического института в области авиации и робототехники, а также мировые эксперты в области ИИ (Искусственного Интеллекта) и робототехники, успевшие зарекомендовать себя в таких крупных компаниях как Google, Apple, Tesla и Oculus.

В дальнейшем, где это возможно слово мультикоптер будет заменено на более ходовое слово на слуху — квадрокоптер

Квадрокоптер — это летающий аппарат, двигающися посредством регулировании скорости вращения двигателей с пропеллерами

  • квадрокоптер это один из простых летательных аппаратов у которого много поклонников.
  • квадрокоптер аэродинамически не устойчив и требует компьютерное управление для сабильного полёта.
  • Поэтому квадрокоптер это целая “летающая система” и если его «компьютер» не работает, то он не летает.
  • квадрокоптер, как показан выше, является простым типом мультикоптеров , с каждой парой двигателей вращающихся в противоположную сторону.
    • это позволяет ему использовать осевое вращение (Yaw) вправо или влево, посредством ускорения одной пары и замедлением другой пары двигателей.
  • горизонтальное движение осуществляется за счет ускорения двигателями (увеличение тяги оборотами) на одной стороне и снижение тяги на другой.
    • это позволяет наклонить квадрокоптер (Roll or Pitch) в нужном направлении движения , после чего тяга двигателей уравновешивается.
    • угол наклона , как правило определяет скорость движения в этом направлении.
  • что бы скомпенсировать порывы ветра компьютер наклоняет автоматически квадрокоптер в сторону направления порыва.
    • для того, что бы это работало на квадрокоптере должны быть электронные “гироскопы”, которые измеряют уровень по трем осям
    • помимо этого он может быть оснащен электронными акселерометрами, которые определяют смещение по трем осям
  • контроль высоты и её изменение осуществляются путём ускорения или замедления оборотов двигателя.
  • сам квадрокоптер, включая раму, моторы, регуляторы скорости (ESC) винты (пропеллеры) и батареи
  • Полетный контроллер или автопилот, который обеспечивает стабилизацию и в более развитых системах (таких как APM 2.6) автоматический контроль.
  • Компьютер или ноутбук (телефон, планшет) для того, что бы запрограмировать полетный контроллер (что не обязательно) и для использования в качестве телеметрической наземной станции.

Демонстрационное видео демонстрирующее ручное и автоматическое управление.

  • Полет начинается с режима Stabilize “стабилизация” , который обеспечивает стабилизацию по горизонту и ручное управление.
  • Loiter Mode — квадрокоптер автоматически подерживает позицию и высоту , но допускает ручное управление.
  • Simple Mode — позволяет управлять квадрокоптером без учета орентации ( используя компас)
  • Auto Land — автоматическая посадка и переход в режим постановки в охрану (Disarm) , когда он приземлится.
Смотрите про коптеры:  Водонепроницаемый квадрокоптер с камерой: обзор лучших моделей

Основные требования квадрокоптеров это обладание досаточной тяги у моторов пропеллеров , способные его поднять:

  • Благодаря тому, что технологии литиевых батарей позволяют это сделать
  • Предыдущие технологии не позволяли обладать достаточным потенциалом и были слишком тяжелые и не производительные.
  • Бесщеточные двигатели (Brushless motor) и электронные контроллеры скорости (ECS) повышают полетные характеристики, выносливость моторов и их надежность (работа на отказ). при разумной дисциплине можно летать в дождь и не волноваться за моторы.
  • Карбоновые , алюминевые и стеловолоконные технологии облегчают вес давая эфективность и производительность по соотношению к весу апарата.
  • Полетный контроллер (ArduPilot) является мозгом , который позволяет квадрокоптеру творить потрясающие вещи.
  • Группа разработчиков опирается на APM контроллер , который имеет хороший потенциал
  • В полетный контроллер встроенно много датчиков, необходимых для автоматического полета
  • В эту систему включены : трех осевой гироскоп, трех осевой акселерометр, компас (магнитометр) , барометр (высотомер) и GPS.
  • ArduPilot подключается к моторам , радиопередатчикам, телеметрии и камеры контроля.
  • Современные радиоуправляемые системы 2.4МГц обеспечивают быструю и очень надежную связь с квадрокоптером.
  • Программа Mission Planer позволяет обновить прошивку Автопилоту
  • Программа так же позволяет загружать пользовательские параметры (миссии / точки) и прочие инструкции в квадрокоптер.
  • Кроме того, можно использовать планирование миссии полета , анализировать журналы полета записаные на автопилот.
  • А еще программа может работать как телеметрическая наземная станция (Ground Station) , где отображаются в реальном времени данные полета.
  • Квадрокоптер — устойчивая система , но ей нужнен тщательно подобранные компоненты.
    • Прогнозируемый вес, производительность, время полёта и полезной нагрузки — это требует сбалансированного подхода, что бы добиться хороших результатов.
    • Высокая производительность, как у квадрокоптеров (quadrocopter) для хобби или использования камеры (сьемок с воздуха) требуется уже более тяжелоподъемный мультикоптер — гексакоптер, октакоптер (hexacopter, octacopter)
    • Размер рамы и её вес, двигатели и пропеллеры, мощность батареи и полезная нагрузка — являются важными параметрами при постройке мультикоптера.
  • Небольшой квадрокоптер (quadrocopter) идеально подходит , что бы научиться летать, хорош для новичков, которые осваивают это.
  • Большой гексакоптер (Hexacopter) или октокоптер (Octacopter) с камерой для съемок дорогой и серьезный аппарат, требует професиональных навыков.
    • это сильно бъет по карману, в случае его падения и это стоит учитывать.

Модели доступны в нашем магазине, Эти мультикоптеры являются быстрыми, слаженными и доказали свою работу с APM Автопилотом. Для новичков и базовых миссий квадрокоптеры являются наилучшим вариантом для простоты и экономичности в затратах. Гексакоптеры являются более стабильными имею хороший дизайн, отлично подходят под сьёмки. Многие другие конструкции, такие как октокоптеры и классические вертолеты с тарелкой перекоса тоже поддерживаются APM Ardupilot Mega.

Вам потребуется в настройки и управлении по радиоканалу вручную контролировать свой мультикоптер и переключать свои насроенные автоматические режимы. Можно использовать любую радиоаппаратуру по крайней мере шестиканальную и больше. При цене 54$ Turnigy 9x является экономным и популяроным выбором. Если вы предпочитаете более качественную аппаратуру , то можно выбрать Futaba или Spectrum .

Смотрите про коптеры:  Профессиональный квадрокоптер купить в Москве, доставка по России и СНГ

Автопилот с GPS

Автопилот вашего мультикоптера дает возможности для автономного полета . APM является надежным , Arduino совместимая платформа которую уже используют десятки тысяч пилотов по всему миру. Это хороший выбор для большенсва потребностей и использования разных полетных режимов. Модуль GPS имеет важное значение для Автопилота , он обеспечивает его данными из реального мира о своем местоположении, которые позволяют автопилоту лучше орентироваться при выполнения разных режимов.

Мультикоптер требует литий-полимерную (LiPo) батареи. Хорошим правилом является использование 1000 мАЧ на мотор. Для квадрокоптера 4000 мАЧ будет работать хорошо. Так же стоит учеть ток разряда , который измеряется в С (максимальный ток разряда). Например моторы 2212 Turnigy допускают 25А максимально, следовательно пиковое потребление моторов будет 100А , батарейка дожна быть не ниже х = 100А/4000мА, получаем х = 25С — это требуемый параметр токоотдачи для батарейки в 4000 мАЧ.

Зарядные устройства тоже подбираются под возможности заряда батареи, как правило это 1-2С от емкости батареи, вам может подойти простой интелектуальный зарядник iMAX B6
который справиться с этой задачей по началу, далее, если ваш опыт будет расти уже потребуется более продвинутые зарядные устройства.

Skydio R1: автономный дрон с продвинутой системой избегания препятствий

Наземная станция с програмным обеспечением (Ground Station Mission Planner)
Настраивать миссии легко с ПО Mission Planner , данная программа бесплатная с отрытым исходным кодом. Вы можете с легкостью назначать миссии с наземной станции. Рекомендуем выбрать ноутбук, нетбук, планшет или телефон с ОС для этого

Если вы собиратесь минимизировать количество проводов между наземной станцией и мультикоптером, то рекомендуем использовать комплект радио телеметриии , который позволяет общатся с наземной станцией находясь в воздухе. Данные передаются в реальном времени по протоколоу MAVLINK , это позволит значительно расширить автономные функции.

Избегание препятствий

До появления беспилотника R1, самой практичной системой избегания препятствий оснащались БЛА компаний: DJI Innovations и Yuneec. Позднее DJI подняла планку в этом направлении посредством системы — FlightAutonomy 2.0 впервые реализованной на квадрокоптере Mavic Air. Казалось бы, что может быть лучше того, что мы уже имеем?

Skydio R1 избегает препятствия на совершенно новом уровне. Для создания 3D карты окружающего мира, в которую входят деревья, люди, здания и многое другое, R1 использует 12 камер встроенных в раму дрона. Для оперативной обработки в режиме реального времени поступающей визуальной информации была применена топовая полнофункциональная вычислительная платформа для искусственного интеллекта – Nvidia Jetson TX1 построенная на 256-ядерном графическом процессоре, та, что используется в современных автомобилях с автопилотом.

Как это работает?

Первый шаг в автономном полёте — это заставить дрон понимать, где он находится в окружающей среде и как он перемещается. Это стало возможно благодаря трехмерному изображению, в котором в качестве маркеров выступают области с высокой текстурой. Благодаря триангуляции становится возможным рассчитать положение дрона.

Смотрите про коптеры:  Выбираем маленький квадрокоптер с FPV для гонок по квартире

*компьютерное зрение R1

Следующим шагом в обработке является создание трехмерного понимания окружающего мира вокруг беспилотника. Для этого Skydio R1 вычисляет глубину стереоизображения поступающего с каждой пары камер, которые впоследствии объединяются, создавая плотное трехмерное понимание окружающего мира.

Со слов одного из основателей — Адама Брея (Adam Bry) — дрон использует комбинацию глубоких нейронных сетей чтобы распознавать окружающих его людей. Дрон знает, как выглядят люди и создаёт визуальный идентификатор для каждого человека в отдельности, чтобы впоследствии он смог сосредоточиться на правильном объекте.

Система планирования перемещения дрона превращает всю полученную информацию об окружающей среде в корректное поведение, позволяя тем самым, сбалансировано избегать препятствия, удерживая объект в кадре, захватывая потрясающее плавное видео, а также прогнозировать перемещение беспилотника (наперёд до 4 секунд) исходя из перемещения объекта, за которым ведется следование.

*Изображение сверху: компьютерное зрение R1 в режиме прогнозирования. Изображение снизу: обычный вид с камеры.

Спецификация

Skydio

33.02 × 40.64 × 2.54см

Skydio R1: автономный дрон с продвинутой системой избегания препятствий

998грамм

16мин (в комплекте два АКБ)

40км/ч

Камера

4К при 30 кадр/с; 1080p при 30, 60кадр/с;

64Гб встроенная (1.5часа для 4К и 4.5 часа для 1080p при 30кадр/с)

Skydio R1: автономный дрон с продвинутой системой избегания препятствий

2-осевая механическая (1 axis flight control)

Компьютер

256-ядерный графический процессор Nvidia Jetson

4-ядерный 64-битный процессор ARM

Сенсоры

12 камер для всенаправленного зрения

1 камера для пользовательской съемки

720p при 15 кадр/с

90 метров (в зависимости от смартфона)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector