Комплекс групповой навигации БПЛА в закрытых помещениях Алексей Безгодов, к.т.н., НИИ НКТ СПб НИУ ИТМО

Задачи Создание комплекса 4Р-БПЛА для решения задачи групповой навигации в закрытых помещениях Создание комплекса 4Р-БПЛА для решения задачи групповой навигации в закрытых помещениях Создание виртуального полигона для исследования динамики 4Р-БПЛА в закрытых помещениях (Quadro X -DS) Создание виртуального полигона для исследования динамики 4Р-БПЛА в закрытых помещениях (Quadro X -DS)

Области применения Спасательные операции в труднодоступных помещениях Спасательные операции в труднодоступных помещениях – В пещерах – В завалах Мониторинг объектов на предмет: Мониторинг объектов на предмет: – Вторжения на охраняемые объекты – Аварий на опасных объектах Разведывательные операции Разведывательные операции

Особенности постановки задачи комплекса Навигация в заведомо известных, неизвестных и/или изменяющихся помещениях Навигация в заведомо известных, неизвестных и/или изменяющихся помещениях Восстановление трехмерной структуры закрытых помещений для облегчения работы оператора Восстановление трехмерной структуры закрытых помещений для облегчения работы оператора Сложность передачи прямого радиосигнала в закрытых помещениях Сложность передачи прямого радиосигнала в закрытых помещениях Реализация группового поведения БПЛА в условиях агрессивной среды Реализация группового поведения БПЛА в условиях агрессивной среды

Топология комплекса в условиях закрытых помещений ПК БПЛА ПК БПЛА – Команды оператора – Команды системы управления – Корректировка координат БПЛА ПК БПЛА ПК – Изображения (1/10 с) – Телеметрия

Сценарий использования База БПЛА Цель Передача данных Выход на цель

Устройство и принцип 4Р-БПЛА Рама Рама Двигатели (3-8) Двигатели (3-8) Набор сенсоров: Набор сенсоров: – Акселерометр – Гироскоп – Сонар – Барометр – Магнетометр – GPS Контроллер Контроллер – Стабилизация – Коммуникация Аккумулятор (LiPo) Аккумулятор (LiPo)

Особенности конструкции 4Р-БПЛА Фактическое отсутствие сложных механизмов Фактическое отсутствие сложных механизмов Высокая маневренность Высокая маневренность Способность к зависанию Способность к зависанию Легкость создания и низкая стоимость Легкость создания и низкая стоимость Высокая надежность и отказоустойчивость Высокая надежность и отказоустойчивость Сложность управления Сложность управления Высокое энергопотребление Высокое энергопотребление Высокий уровень шума Высокий уровень шума

Выбор аппаратной платформы для БПЛА Контроллер: Контроллер: – Arduino Большой выбор «шилдов» Большой выбор «шилдов» Легкость программирования и внедрения Легкость программирования и внедрения Большой выбор библиотек для разных задач и аппаратных средств Большой выбор библиотек для разных задач и аппаратных средств AeroQuad AeroQuad Низкая производительность Низкая производительность Малый объем памяти Малый объем памяти – Netduino.NET Micro Framework.NET Micro Framework Возможность интеграции с ВП Возможность интеграции с ВП Меньше библиотек Меньше библиотек Коммуникационная система Коммуникационная система – WiFi Передача больших объемов данных Передача больших объемов данных Непригодна для сложных топологий Непригодна для сложных топологий – ZigBee Сложные топологии Сложные топологии Критически важные данные Критически важные данные Сложность настройки Сложность настройки – Bluetooth Прост в использовании Прост в использовании Ненадежен Ненадежен – USB Отладка Отладка

Функциональная схема 4Р-БПЛА PC (ВП) PC (ВП) Controller 3-axis gyroscope 3-axis accelerometer Barometer * Magnetometer * XBee ESC #1 Brushless Motor ESC #2 Brushless Motor ESC #3 Brushless Motor ESC #4 Brushless Motor Camera WiFi USB GPS * Sonar

Восстановление трехмерной структуры помещения ЛИДАР ЛИДАР – Высокая точность – Высокая стоимость – Большой вес СОНАР СОНАР – Малый вес – Легкость интеграции – Низкая стоимость – Низкая точность Kinect Kinect – Работа в реальном времени – Kinect Fusion – Необходимость прямого подключения к PC + доп. электропитание – Большой вес (можно разобрать :) PTAM PTAM – Высокое качество результата – Вычислительная трудоемкость – Высокая нагрузка на беспроводную сеть Предоставление информации о помещении оператору и/или ИИ Предоставление информации о помещении оператору и/или ИИ Корректировка положения БПЛА Корректировка положения БПЛА

Заключение Сформулирован круг и особенности задач для комплекса групповой навигации 4Р-БПЛА в закрытых помещениях Сформулирован круг и особенности задач для комплекса групповой навигации 4Р-БПЛА в закрытых помещениях Проанализированы варианты аппаратной платформы для бортовой электроники 4Р БПЛА Проанализированы варианты аппаратной платформы для бортовой электроники 4Р БПЛА Собран летный прототип 4Р-БПЛА Собран летный прототип 4Р-БПЛА Частично разработано ПО бортового оборудования на базе платформы Arduino Частично разработано ПО бортового оборудования на базе платформы Arduino Частично разработано ПО ПК оператора (QuadroX-DS) Частично разработано ПО ПК оператора (QuadroX-DS)

Вопросы?