Шоу дронов: взгляд изнутри / Хабр

Охрана местности и выслеживание нарушителей

Дроны могут заменить камеры наблюдения, сторожевых псов и даже полицейских. Они справятся с охраной государственных границ, наблюдением за большими скоплениями людей и с патрулированием улиц. Из-за небольших габаритов бесшумные модели можно использовать для определения расположения преступников и заложников при терактах.

Эти утверждения подкреплены примерами. Так, разработанный в 2023 году беспилотник Cupid с шестью пропеллерами снабжён умным автопилотом, системой распознавания лиц и электрошокером на 80 000 В. По замыслу создателей, он может охранять дом хозяина, а при обнаружении грабителей бить их током до приезда полиции.

Также дроны использует мексиканская полиция: беспилотники с видеокамерами патрулируют опасные районы Тихуаны.

Есть и примеры, когда гражданские лица стремятся наказать правонарушителей с помощью съёмок с беспилотников. Например, Фонд борьбы с коррупцией часто показывает владения государственных чиновников, а создатели фильма Netflix «Вилки вместо ножей» подкрепили свои тезисы в пользу растительной пищи жестокими кадрами с животных ферм.

Спасение людей

Дроны могут искать людей под обломками после землетрясений, находить очаги возгорания и тушить пожары или доставлять пострадавшим лекарства и воду до прибытия спасателей.

Известен случай, когда использование беспилотника оказалось эффективнее вертолётов и спасательных групп. Он произошёл в Канаде в 2023 году. Водитель попал в аварию и исчез с места происшествия. Служба спасения прочесала площадь радиусом в 200 метров, но не нашла пострадавшего. Наблюдение с вертолёта тоже ничего не дало.

Вскоре в 911 поступил звонок от пропавшего водителя, и спасателям удалось засечь его примерное местонахождение. На этом этапе в процесс включился квадрокоптер Draganflyer X4-ES с тепловизором и быстро обнаружил пострадавшего в снегу под деревом без верхней одежды и обуви. Спасатели признались, что не нашли бы несчастного водителя к рассвету без помощи беспилотника.

С 2023-го в Америке идёт разработка сервиса Zipline. Эта служба доставляет лекарства и кровь для переливания в отдалённые районы страны. Перевозить их будут дроны Zips, которые могут пролететь до 120 километров на одном заряде. На данный момент Zipline доставил почти 16 тысяч посылок, которые, возможно, спасли чьи-то жизни.

Аккумулятор

Для выбора аккумулятора нужно знать какой он должен отдавать ток.

На полном ходу двигатели будут “есть” 30А (7,5А * 4 мотора), а электроника примерно 0,45А (10 Ватт). С учетом небольшого запаса округлим минимальный рабочий ток аккумулятора в 35А. Для Li-Po батарей с высокой токоотдачей в 30С минимальная емкость будет равна 1,2 Ач (35/30), а для более легких Li-Po и Li-Ion с токоотдачей в 10С минимальная емкость 3,5 Ач (35/10).

Как вариант, сборка 6S2P из Li-Ion Sony VTC6 с BMS весит примерно 630 г (при емкости 6 Ач). С этим аккумулятором дрон будет весить 2031 г, что больше оптимального на 135 г, но в пределах максимального. Теперь посчитаем на какое время коптер сможет зависнуть при идеальных условиях.

При общем весе в 2031 г на каждый мотор приходится 508 г. Взглянем на характеристики мотора и найдем потребляемый ток при такой тяге. Он примерно будет равен 1,6А. 4 мотора и электроника дадут в сумме 6,85A (1,6 * 4 0,45). С учетом разрядки аккумулятора до 20% получится (6 Ач * 80% / (6,85 A)) = 0,7 часа или 42 минуты.

Висеть, как вкопанный

Чтобы дрон умел висеть на одном месте и не “плавать”, одного только GPS не достаточно. К сожалению, из-за состояния атмосферы координаты с приемников GPS могут плавать в пределах десятков метров и для сантиметровой точности нужно использовать корректирующие системы

. Эта система использует наземную неподвижную станцию, как эталон отклонений координат, и радиосвязь с бортом, чтобы отправить туда значения этих отклонений. Такая штука обязательно нужна для съемки фотопланов с последующей склейкой в большие карты, а для целей висения на месте я пока ограничусь оптическим датчиком

Работает он по такому же принципу, как и оптическая мышь. В отличие от IR-Lock, он не распознает конкретный образ и в Ardupilot они работают в разных полетных режимах. Изображение с камеры анализируется на смещение 400 раз в секунду, а вычисленные значения смещения могут быть прочитаны контроллером по протоколу I2C. Датчик (

) весит 15 грамм и имеет все необходимое у себя на плате: процессор 168 MHz Cortex M4F CPU (128 64 KB RAM), оптический сенсор 752×480 MT9V034 и 3-х осевой гироскоп L3GD20. Для его нормальной работы также рекомендуется использовать лазерный дальномер, вместо ультразвукового. Хотя на самом модуле предусмотрен разъем как раз для УЗ датчика.

Военные дроны

Wi-Fi-дрон Titan Aerospace на солнечной энергии!

Военное и разведывательное применение – в 2023 году вооруженные силы США потратили 4,5 млрд долларов на дронов. К 2023 году ожидается, что сумма вырастет до 18,7 млрд.

44. Дроны для запуска ракет – уже используются.

45. Дроны-бомбардировщики – уже используются.

46. Дроны-маскировщики – для визуальной маскировки всего, что находится под ним.

47. Прерыватели коммуникации – создают зоны с невозможностью коммуникации.

48. Дроны-транспортировщики медсредств – практически мгновенная доставка припасов и оборудования для обработки полевых ранений.

49. Невидимые дроны-шпионы – слишком маленькие, чтобы их заметить, катятся, прыгают, летают, прилипают к любым поверхностям.

50. Дрон-пуля с датчиком температуры – вероятно, самое опасное оружие, которое могло бы существовать – дрон-пулю можно было бы выстрелить с расстояния в тысячи километров в определённую цель, и он бы никогда не промазывал.

51. Высотный Wi-Fi-дрон на солнечной энергии – Google приобрела компанию Titan Aerospace, разработавшую подобное устройство. Сверхлёгкие беспилотники могут пять лет летать над коммерческими авиапутями.

Выбор полетного контроллера

Так как мне нужно транслировать видео и телеметрию через интернет, то сразу приходит на ум поставить на дрон микрокомпьютер с 4G модемом и камерой, и сделать из этого комплекта web-трансляцию. Нашлись вот такие решения:

. Это обычные одноплатники с внешним USB 4G модемом и камерой. Для кодирования и трансляции видео используется

. Но эти штуки сами по себе дроном управлять не умеют, их нужно использовать совместно с полетным контроллером.

Полетный контроллер — это мозг дрона. Он следит за состоянием датчиков положения (гироскоп, акселерометр, компас), GPS-координатами, положением ручек на пульте управления и, исходя из этих данных, управляет моторами, чтобы висеть в одной точке или куда-то лететь.

Полетный контроллер нужно будет как-то связать с бортовым компьютером, чтобы можно было загрузить полетное задание или указать произвольную точку куда лететь и когда включать камеру. В продаже можно найти много разных контроллеров сильно отличающихся друг от друга по цене и функционалу.

С Ardupilot я игрался еще на 8-битных атмегах, в которых не было USB-bootloader’а, а прошивались они на программаторе. С тех пор с ним не сталкивался и был приятно удивлен, когда узнал, что сейчас он может работать на 64-битных компьютерах с Linux, у него огромное сообщество пользователей как хобби, так и профи, длинный список поддерживаемых “из коробки” датчиков и расписанные планы на 2023-2023 годы. За это время он успел перерасти в проект DroneCode, а потом и отсоединиться от него.

На первый взгляд в нем как раз реализованы все необходимые функции: автоматический взлет и посадка, загрузка полетных заданий, есть desktop и мобильные приложения под все основные семейства ОС. Программы управления (GCS — Ground Control Station) общаются с бортовым контроллером короткими сообщениями по открытому протоколу MAVLink через комплект радиомодемов (дрон шлет телеметрию, GCS шлет команды управления). Подозреваю, что эти сообщения получится пустить через интернет.

Взглянем на список поддерживаемых контроллеров и что-нибудь подберем. Вариантов там полтора десятка от мала до велика и с разными характеристиками.

Из всего того многообразия контроллеров мне понравилось несколько вариантов:

Самый легкий комплект (84 г) получается из микрокомпьютера

(9 г), контроллера

(15 г), родного внешнего GNSS модуля (46 г) и дополнительного

(14 г).

Рабочий процессор в этом комплекте один — на Raspberry Pi. На нем висит управление ШИМ регуляторов моторов, считывание показаний датчиков, ОС Linux со всеми потрохами и декодирование видео с камеры. Так как в Pi Zero не предусмотрены USB порты, то в этом варианте приходится использовать внешний концентратор. IMU датчики и вход питания без резервирования.

Следующий комплект (97 г) от гонконгской компании с русскими фамилиями в команде разработчиков — контроллер Emlid Edge (59 г) с GNSS модулем (38 г). GNSS модуль работает по протоколу UAVCAN и дополнительно оснащен магнитометром и датчиком воздушного давления. За ШИМ здесь отвечает отдельный процессор ARM Cortex-M3, ОС Linux крутится на основном ARM Cortex-A53 quad-core.

В контроллере имеется HDMI видеовход, что позволяет подключить к нему напрямую любую камеру с таким выходом, например GoPro 4 или 5. Относительно высокая стоимость объясняется дальнобойными wifi-приемопередатчиками в комплекте (до 2 км с трансляцией HD-видео).

Следующий вариант (98 г) состоит из знаменитого микрокомпьютера Raspberry Pi 3 (45 г) с контроллером-шилдом Navio 2 (23 г) от той же Emlid и внешней GNSS-антенны (30 г). На контроллере стоит отдельный процессор Cortex-M3 для управления ШИМ на 14 каналах и расшифровки входящих SBUS и PPM сигналов от приемника. Он, в свою очередь, управляется через драйвер в ядре ОС Linux, которая крутится на Raspberry.

Контроллер оснащен парой раздельных IMU датчиков (акселерометр, гироскоп, магнитометр) MPU9250 и LSM9DS1, одним датчиком воздушного давления и GNSS-модулем U-blox NEO-M8N, который видит GPS, Глонасс и BeiDou с внешней антенной через разъем MCX.

Дроны в библиотеке

Университет Южной Флориды планирует разрешить использование дронов в библиотеке

https://www.youtube.com/watch?v=Xm6L2SqTZbM

Деятельность библиотек будет изменена до неузнаваемости.

36. Библиотека, где можно одолжить инструменты, – дрель, ключ, комплект насадок, сварочную горелку, молоток, фуганок, пилу, паяльник и т. д.

37. Библиотека, где можно одолжить аварийное оборудование, – аварийные генераторы, освещение, аптечки и т. д.

38. Библиотека, где можно одолжить питомца, – приюты смогут отправить вам животное без промедления.

39. Круглосуточные архивы с книгами, аудио- и видеофайлами, предметами искусства – услуги библиотеки прямо у вас дома.

40. Библиотека, где можно одолжить техническое оборудование, – если вы нашли старый картридж от приставки «Дэнди» и хотите устроить себе ретро-уик-энд, поиграв в космических захватчиков, просто одолжите оригинальную консоль.

41. Библиотека с услугами эксперта – летающий экран с онлайн-трансляцией, позволяющей вам пообщаться с экспертом, который ответит на вопросы.

42. Одолжите большого брата – компания сопровождающего «дрона-взрослого».

43. Библиотека, где можно одолжить дронов, – возьмите дрона напрокат. Он прилетит сам.

Дроны для образования

Команда студентов “SkyBarge” выиграла конкурс дронов от Американского сообщества инженеров-механиков

60. Дроны для исторической справки – “На этом месте 18 октября 1963 года встреча определила исход…”

https://www.youtube.com/watch?v=0fovHTKusHE

61. Схемы в реальном времени – “Между партиями сейчас идёт гражданская война, и вы можете увидеть снимки их главной транспортной системы до и после событий…”

62. Геометрические формы – дроны создают фигуры в пространстве, отображая математику просчитанных углов, объемы, зоны и связь.

63. Дрон-справочник – куда бы вы ни пошли, этот дрон будет задавать вопросы и проверять ваши знания об окружающем мире. Правильный ответ вы узнаете после трёх попыток.

64. Дроны-документалисты – кинокомпании могут использовать дронов, потому что они тише и не подвержены такой вибрации, как вертолёты.

65. Дрон-лингвист – выучите иностранный язык с интерактивным дроном-партнёром.

66. Дроны-математики – математические задачи решаются в трёхмерных примерах.

67. Дрон-экзаменатор – проверяет вас перед экзаменом.

Дроны для спорта

Дрон летит и снимает Вас в автономном режиме

49. Идеальная сфера для улучшения показателей спортсмена – над атлетом формируется купол идеального размера, создавая оптимальную влажность, температуру, атмосферное давление и т. д., чтобы улучшить результаты. Также дрон выкрикивает слова мотивации, которые больше никто не слышит.

50. Дроны для съёмки космических гонок – аудитория на Земле может наблюдать за гонками космических кораблей.

51. Дроны–личные тренеры – безжалостно заставляют Вас тренироваться.

52. Мгновенная подушка для приземления – что-то вроде мгновенной подушки безопасности, которая прилетает и надувается в нужном месте.

53. Отслеживали марафонцев – дрон следит за прогрессом с первого и до последнего километра.

54. Отслеживатель метаболизма бегуна – наблюдайте за тем, как Ваше тело изменяется в реальном времени.

55. Дроны-наездники – новый вид спорта на родео.

56. Боулинг под открытым небом – парящая дорожка для боулинга и шар, который возвращается к Вам по воздуху.

57. Дрон-комик – залетает в гости и исполняет случайный комедийный номер.

58. Дрон-фокусник – залетает в гости и исполняет случайный магический трюк.

59. Концертный рой дронов – пространственная звуковая какофония из тысячи синхронизированных летающих динамиков.

60. Цирк с дронами – развлечения в новой форме.

61. Дроны-актёры – визуальный балет из дронов, ограничением в котором выступает только наш разум.

62. Конкурс на мегадетализированную фотографию – тысячи дронов делают одновременный снимок, что позволит создать фотографию с самым большим разрешением в мире.

63. Дроны-шутники – отправляйте случайным людям разные штуковины и записывайте на видео их реакцию.

64. Дроны-фейерверщики – возможность зажигать и сбрасывать фейерверки в небе существенно изменит представления.

Запуск

Теперь необходимо найти подходящее место без высоких зданий и деревьев, различных столбов с проводами и ЛЭП, недопустимых рядом из-за опасности столкновения и помех на GNSS сигнал. Само собой посторонних людей не должно быть поблизости из-за целей безопасности и привлечения излишнего внимания на испытаниях.

Не всегда все идет по плану

Далее, нужно привезти и разложить в правильном порядке на определенном расстоянии друг от друга, например 100 коптеров. Чтобы компактней и удобней сложить и перевезти все дроны, применяются специальные стойки. В них стеком собираются некоторое количество дронов.

Тайские коллеги проводят электричество под площадки для дронов

Расстановка коптеров на места, без какой-либо разметки и вдобавок в траве превращается в хаос. Поэтому разметить заранее места установки коптеров, а затем разложить по уже имеющемся меткам просто необходимо. Тут опять стоит вспомнить о стойках с коптерами, с которыми можно удобно идти и расставлять дроны один за другим.

Еще сказывается расстояние между взлетными местами. Например, для расстановки на расстоянии 3х метров друг от друга 100 коптеров, нужна довольно большая площадка (порядка 30 на 30 метров), которую нужно еще поискать. Также на большом расстоянии осложняется коммуникация между людьми — приходится много кричать и бегать или использовать рации.

Теперь осталось дождаться темноты, включить наземное оборудование и все коптеры. Когда все готово, отправляется команда на синхронный старт. Толпа дронов взмывает в воздух и повторяет движения и краски анимации, созданной для впечатления зрителя хореографией в ночном небе.

Зачем и как всё это было

В составе КРОК есть подразделение робототехники. Возникло оно в 2023 году и занимается разными интересными вещами, но основное его направление — управление БПЛА. Мы пилим собственные софтинки для управления дронами и решения нестандартных задач. Участникам конкурса-2023 может быть известен

на гитхабе, который мы разработали и использовали для управления дроном на конкурсе летающих дронов. На тот момент мы решали новую для рынка задачу — заставить дрон зависать в нужном месте, аккуратно обходить углы и препятствия. Сегодня это кажется уже смешным.

Помимо этого, мы делаем проекты по управлению беспилотниками на базе вендорского софта, в том числе на базе софта компании SPH Engineering. У них есть как софтварная наземная станция UgCS, так и полноценный командный центр для больших дронофлотов. UgCS умеет управлять большой группой беспилотных аппаратов, что отличает её от обычных наземных станций управления.

Под управлением мы понимаем планирование маршрута полёта, например, для спасательных работ или облёта периметра безопасности, отправку удалённых команд и контроль состояния аппаратов. По сути, для шоу дронов необходимы примерно те же функции, что и в командном центре. И сейчас на базе платформы UgCS появился узкоспециализированный софт Drone Dance Controller, но так было не сразу.

Как это работает сейчас

На практике первая версия ожидаемо оказалась не самым удачным решением. Во-первых, наличие постоянной ручной синхронизации — зло. Команда «Continue» может не дойти до дрона по причине, например, плохой радиосвязи. В этом случае все улетят дальше, а он, бедный, останется.

Сейчас всё стало проще: примерно полгода назад вендор выпустил специальную версию софтины — Drone Dance Controller, например. Здесь он немного поколдовал над автопилотом и научил его автономно летать по произвольным траекториям с чёткой привязкой к GPS-времени.

Или этого:

Но, прежде чем портить лёгкие, команде надо выполнить ответственный этап подготовки к шоу.

Итак, надо, во-первых, подготовить флот: убедиться, что все дроны — в летабельном состоянии, правильно сконфигурированы, и от них ничего не отвалилось за время транспортировки.

Параллельно с этим надо готовить само шоу. Начинаем с анимации, которую можно сделать в 3D-редакторе, например, в Blender:

Дальше мы конвертируем траектории из анимации в формат, понятный для автопилота. И, прежде чем выезжать летать в поле, тщательно проверяем на симуляторах с оценкой результата. Симуляция даёт нам возможность поместить виртуальные инстансы дронов в необходимые координаты и работать с ними на нашем софте как с реальными аппаратами.

На видео — пример визуализации с разных точек обзора.

Точка обзора: зритель

Точка обзора: площадка запуска

Точка обзора 1

Точка обзора 2

После этого едем на поле для тестовых прогонов. Разворачиваем инфраструктуру (наземную станцию, связь), расставляем дроны. Проверяем, что транспортировку они перенесли хорошо и что все дроны коннектятся к нашей станции. Далее софт автоматически определяет, какой дрон по какому маршруту должен лететь. Выставляем время старта — и вперёд.

А потом — и само шоу.

Конечно, про «уйти курить» — это была шутка. Потому что непосредственно во время полёта оператор и наблюдатели должны следить за текущим состоянием флота и при необходимости принимать решение об экстренной посадке вышедших из строя (во всех смыслах) дронов.

Разумеется, есть ряд ограничений.

Погодные: в дождь и снег не летаем (пока), и ветер больше 5 м/с не очень любим. Понятно, что дрон и в 10 м/с полетит, но точность удержания позиции уже может быть не очень.

Эфир должен быть относительно свободен на частотах, используемых для связи с дронами.

https://www.youtube.com/watch?v=WS-Tm27B1DM

Безопасность: зрители должны быть отодвинуты на определённое расстояние от места шоу, потому что дроны, вообще говоря, могут упасть.

Всё это надо учитывать при планировании.

Компоновка

Пока я выбирал подходящую раму и думал как все это на ней размещать и чем крепить, пришел к выводу, что проще будет нарисовать несколько деталей и заказать 3D-печать из пластика и фрезеровку из карбона. Пару готовых железок и крепеж можно заказать на Алиэкспрессе.

Немного поэкспериментировав с компоновкой и центром тяжести, получилась вот такая рама:

Она состоит из карбоновых трубок и пластин, деталей из алюминия и крепежа из титана. Расчетный вес рамы получился 350 г при диагонали 700 мм. 3D-модель рамы и список деталей.

Полностью собранная модель (без проводов):

Общий вес коптера с электроникой, аккумулятором Li-Ion 6S2P и проводами должен получится 1931 г.

Да, мне тоже показалось, что дрон получился слишком голым для автономного варианта и мелкий дождик легко намочит бортовую электронику. Поэтому добавил немного пластика:

3D-модель рамы. Список деталей рамы.3D-модель в сборе. Список компонентов.

Вес пустой рамы с корпусом 384 г, общий вес 2020 г, расчетное время висения на одной зарядке (разряд аккумулятора до 20%): 44 минуты.

Мониторинг деловой активности

Термосканирование здания сверху

33. Наблюдение за строительством – наблюдение в реальном времени за процессом строительства, даже из другой точки Земли.

34. Топологическая съемка – мгновенные системы съёмки для ускорения проекта.

35. Мгновенная оценка влияния на окружение – наблюдение, прогнозирование и запись любых изменений обстановки на проекте.

36. Дроны для мониторинга ЛЭП – проверка вероятных проблем, износа и признаков опасности.

37. Термосъёмка зданий – чтобы заметить источник тепловой утечки.

38. Перевозка хрупких предметов – отслеживание транспортировки и разгрузки хрупкой продукции от производителя до конечного потребителя.

39. Дроны для наблюдения за пиратами в открытом море – после определения местонахождения пиратов можно отправить дроны для атаки.

40. Геологическая съёмка – топографическая съёмка следующего поколения для поиска залежей нефти и минералов.

Моторы и пропеллеры

На многих профессиональных дронах я видел моторы и пропеллеры компании

. Видимо, не спроста. В документации Ardupilot они также

как силовая установка для профессиональных дронов. Поэтому, поищем подходящие моторы у них.

Чтобы дрон летал долго, нужны моторы с максимальным КПД. Эффективность связки мотора и пропеллера измеряется количеством тяги в граммах на 1 Ватт затраченной электроэнергии. Чтобы узнать какой мотор самый подходящий, нужно знать общий вес полностью собранного дрона с учетом рамы, аккумулятора и самих моторов с винтами.

Слишком много неизвестных, поэтому воспользуюсь онлайн калькулятором для квадрокоптеров E-calc.

Поигравшись в калькулятор, я выбрал моторы Antigravity 4004 KV300 (53 г) с винтами 15х5 (27 г). В оптимальном режиме при напряжении питания 24 Вольта такой комплект тянет 474 грамма при токе 1,4 А. Эффективность получается 14.

11 г/Ватт, отношение тяги к собственному весу = 5.9:1. На полном ходу тяга составляет 1311 грамм при токе 7,5 А. Коптер будет с четырьмя моторами, то есть квадро. Оптимальный взлетный вес = (474 г * 4 мотора) = 1896 г, максимальный (с учетом тяговооруженности 2:1) = (1311 г * 4 мотора) / 2 = 2622 г.

Моторы управляются регуляторами оборотов. Напряжение питания моторов = 24 Вольта, максимальный рабочий ток = 7,5 А, поэтому нужен регулятор под такое напряжение и с рабочим током, с учетом запаса, минимум 10А. У T-Motor самый легкий регулятор (7 г без проводов) под такое напряжение — это FPV 35A-32bit 3-6S.

Подитог:

ВМГ (винто-моторная группа), состоящая из моторов, пропеллеров и регуляторов (по 4 шт каждого) весит 346 г.

Вместе с электроникой и полезной нагрузкой (346 505) получается 851 г. С учетом крепежа, проводов и разъемов (прикинем 100 г) = 951 г.

При оптимальном весе, на раму и аккумулятор остается (1896 — 951) = 945 г. При максимальном (2622 — 951) = 1671 г.

Новости

17. Отслеживание аварий/происшествий – дроны с большой высоты отслеживают зоны с массовым учащённым сердцебиением, приближают картинку и оповещают диспетчеров. После выявления происшествия на место отправляют других дронов для документирования всего происходящего.

18. Погодные дроны замедленной съёмки – съёмка общего плана в течение длительного периода времени практически с любого угла.

19. Отслеживание митингов – когда большая группа людей собирается вместе, дрон-наблюдатель оповещает новостную организацию.

20. Дрон для интервью случайного прохожего – ответы от обычных людей на улице.

21. Дрон статистики в реальном времени – запись всего – от движения транспорта и действий людей до качества воздуха, предпочтений к товарной марке, AB-тестирования и т. д.

22. Дроны для интервью/быстрых комментариев – после принятия важного политического решения дроны-журналисты сразу же вылетают и узнают мнение общественности.

23. Дроны в раздевалке – быстрые интервью со спортсменами после выигрыша/проигрыша.

24. Фотодроны – пространственное позиционирование для съёмки идеальных фотографий под оптимальным углом.

25. Дроны–почтовые ящики – когда Ваш почтовый ящик заполнен, он взлетает и доставляет почту напрямую Вам.

26. Доставка медикаментов – круглосуточно, в любое место и время.

27. Доставка бакалеи – уже применяется.

28. Доставка писем и бандеролей – уже применяется.

29. Предварительная доставка – автоматизированные системы прогнозируют сбой и заблаговременно заказывают запчасти.

30. Дроны возврата товара – одежда не подошла или это не то, что Вы заказывали? Не проблема!

31. Продукция с фермы – свежие персики, помидоры, арбузы, вишни и виноград круглый год.

32. Дроны для обслуживания банкетов – блюдо прилетает мгновенно.

Парящие города

Далёкие концепции

Парящие города когда-нибудь станут реальностью?

108. Массивные летающие места для отдыха – что-то наподобие Venetian Hotel в Лас-Вегасе, который бы парил на высоте 300 метров. Рай на Земле.

109. Искусственные дождевые черви – микродевайсы размером с микроба прокладывают себе путь через свалки с токсичным материалом и улучшают их распад.

110. Личные стилисты – в душе рой микроботов сушит кожу, делает причёску и является частью гардероба.

111. Одежда из микроботов – летающие микроскопические дроны трансформируются в одежду по команде, меняя стиль и цвет по мере необходимости.

112. Защитные микроботы – летающие микроскопические дроны создают щит для защиты от чрезмерного влияния солнца, ветра, температуры и даже при драке.

113. Ментальные микроботы – летающие микроскопические дроны функционируют как источник информации для мозга, получая беспроводные сигналы, обрабатывая данные и создавая визуальные дисплеи, видимые только для нас.

114. Удалённый просмотр – удалённый просмотр из любого места, любого угла, в любое время, когда дроны перемещаются в нужную нам точку.

Полезная нагрузка

Так как родная камера от Raspberry делает средние по качеству фото, а также не умеет захватывать фото одновременно с видео, то она будет использоваться только для web-трансляции, а в качестве основной камеры нужна подходящая для выявления дефектов на ЛЭП. Для большей части позиций из списка выявляемых дефектов подойдут

, мультиспектральная

, двойная

и инфракрасная

. Каждая из них весит около 100 г.

Для стабилизации камеры с целью улучшения качества снимков в нагрузку с ней полетит 2х или 3х осевой подвес.

Простые 3-х осевые подвесы весят около 160 г и питаются от 12 Вольт, имеют рабочий ток при таком напряжении около 50 мА и максимальный ток 700 мА при заклинивании моторов.

Реализованные проекты

Технические особенности дронов

Всё начинается с летающей платформы. Нет дронов — нет шоу. Очевидно, требуется квадрокоптер c двумя необходимыми компонентами: светодиодным RGB фонарем и системой навигации. Если с фонарем всё довольно ясно — нужен помощнее с установленным на него рассеивателем, чтобы лучше было видно со всех сторон (особенно при съемках с воздуха, когда обзор не снизу, а в профиль или даже сверху) — то с навигацией всё гораздо сложнее и интереснее.

Одни из первых дронов для шоу от Intel, на дворе 2023 год

Для начала нужно определиться, где будет проводиться шоу — в помещении или под открытым небом. Кажется, что под крышей летать проще и безопаснее, но та самая крыша блокирует сигналы глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS), и вынуждает создавать собственную, локальную.

А здесь масса вариантов для разработчиков. Существует множество принципов, на которые можно опираться — радио, ультразвук, лазер, оптическая одометрия или инфракрасные маячки с внешними камерами. Готовых решений нет, и каждое новое нельзя назвать универсальным, нужны соответственные аппаратные и программные решения.

Чудо-коробочка indoor навигации от компании Verity

На открытом воздухе же всеми применяются GNSS системы, такие как GPS, GLONASS, Beidou. Это довольно просто, но при разработке шоу ключевой параметр — точность позиционирования, а следовательно красивые картинки. Здесь все обстоит не так просто как на первый взгляд: хотя в горизонтальной плоскости даже обычный GPS приемник вполне справляется, ошибка по высоте легко может достигать и 10 метров.

Полет с GPS/GLONASS обычной точности, высота рассчитывается по барометру

Чтобы снизить величину ошибки, приходится использовать технологию RTK (real time kinematic). Её основной принцип — использование стационарного приемника (базовой станции), которая отправляет на дроны по радио каналу сообщения-поправки, при этом точность по трем осям достигается порядка 2-20 сантиметров.

Технология RTK отлично подходит для задач дрон-шоу

Есть еще один вопрос — как же обеспечить групповой полет без столкновений? Самым простым и достаточным способом может быть синхронизация по времени. Иными словами, если каждый коптер точно знает, где ему нужно быть в заданное время (и еще какой цвет включить в нашем случае), то можно обеспечить построение фигур из большого числа беспилотников.

Конечно, это несет определенные требования к групповому «полетному заданию», но подробнее об этом немного ниже. Стоить отметить, что с помощью GNSS системы можно получать общее, глобальное время, которое позволит синхронизовать всех по времени.Возможны и другие принципы построения, такие как рой, когда все могут общаться напрямую друг с другом, динамически меняя траекторию, при этом решая сложную задачу поведения. Выглядит это сложно и избыточно для задачи светового шоу, и всё равно не поможет при отказе системы навигации.

CollMot работает над настоящим роем

Среди других параметров для шоу-коптера можно выделить следующие:

Коптер EHang напоминает DJI Phantom по размерамК Intel приехала фура с дронами, можно выгружать

На рынке сейчас довольно много компаний, запустивших свои решения несколько лет назад — это вышеупомянутые

(США и Китай соответственно), также есть

(Япония). Есть также множество новых западных компаний, которые делают свои первые шаги. В России же есть

. Интересно решение на базе

, так как оно единственное open source в сфере световых шоу. Это для полетов на улице.

Для помещения можно отметить Verity с их системой навигации на радио. Intel тоже разрабатывает радио систему навигации в помещении, но информации по ней мало. High Great кажется уже продает решение для шоу в помещении.

Есть еще множество примеров полетов с использованием Vicon или OptiTrack, но они не имеют массового коммерческого применения. Geoscan применяет свою систему основанную на ультразвуке, но показанных шоу с её использованием пока мало.

Немногие могут позволить себе шоу от Verity

При этом технической информации по дронам не так много. Интересное решение, на мой взгляд, у Intel. У них небольшой, довольно простой в изготовлении дрон, который при этом обладает круговой защитой пропеллеров. Компания успела выпустить 2 версии коптера под названием Shooting Star.

На фоне остальных также интересно решение от Geoscan — Salute. Коптер для тех же целей — самый маленький в классе, весит немного меньше 250 г и выделяется простым и функциональным дизайном. Литая пластиковая рама, как экзоскелет, защищает всю начинку и одновременно служит рассеивателем.

Складирование Geoscan Salute

Дроны от Verge Aero, UVify IFO и Firefly выглядят схожими — всё таки когда делаешь девайс для определенных целей, приходишь примерно к одному результату.

Verge Aero
UVify IFO
Firefly

Также есть недавно появившаяся, но бьющая рекорды High Great с безымянным коптером, который радует небольшими размерами и ярким фонарем. Не совсем практично торчит недешевая GNSS антенна, но зато позиционирование наверняка достаточно стабильное.

2100 дронов — рекорд по количеству на данный момент (конец 2023 года)

Требования к бпла

А также два противоречащих друг другу требования:

Степень автономности в идеале хочется фантастическую: дрон сам летает по заранее спланированному маршруту, загружает фото на сервер, ПО на сервере выявляет дефекты по фото и формирует заявку ремонтной бригаде с координатами мест проведения работ. Сам дрон не должен требовать к себе внимания человека до окончания рабочего ресурса какой-нибудь детали, например, аккумулятора или подшипников.

Понятно, что эта задача не на один год, но я начну, а кто-нибудь, может быть, подхватит и продолжит.

Для примера, готовые промышленные варианты автономных комплексов: раз, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять, десять, одиннадцать, двенадцать, тринадцать, четырнадцать.

Фермерство и сельское хозяйство

Квадрокоптер для наблюдения за урожаем

По мере того как дроны будут дешеветь, в один момент станет выгодно, чтобы микроскопический квадрокоптер транспортировал зёрнышко пшеницы на расстояние 1000 миль к точке назначения.

1. Искусственные пчёлы – дроны быстрого опыления.

2. Посевочные дроны – рой дронов для посева каждого отдельного зёрнышка.

3. Дроны для отслеживания насекомых – мгновенное определение всех насекомых, жуков, червяков и клещей. Истребление вредителей с подсчётом их количества.

4. Дроны для отслеживания уровня удобрений – даже микроскопические элементы могут дать огромный результат.

5. Дроны для отслеживания заболеваний – даже минимальное заражение может быть катастрофическим.

6. Дроны–отпугиватели птиц – для зерновых культур вроде подсолнухов, которые могут быть уничтожены птицами всего за несколько часов.

7. Дрон–опрыскиватель урожая – когда температура опускается ниже нуля.

8. Дроны-сборщики – если необходимо, по одному зерну за раз.