Archív kategorií: Projekt Corvus Corax

T-Rex 600 – prvý let

IMG_4395Po dokončení senzorického systému a návrhu matematického modelu, nastal čas, aby T-Rex prvýkrát roztiahol svoje krídla a vzniesol sa k výšinám. Poľné letisko Rozhanovce neďaleko Košíc sme mali vytipované už dlhšie a posledných pár dní sme už viacmenej čakali iba na vhodné počasie. V stredu 14.4.2016 sme sa konečne dočkali. Predpoveď hlásila stabilné a najmä bezveterné doobedie – ideálny čas po dvoch rokoch postupných príprav prvýkrát skutočne vzlietnuť. Ciele boli dva: 1. Overiť funkčnosť a spoľahlivosť celého systému, najmä z dôvodu že značná časť riadenia helikoptéry a kompletne celá komunikácia bola postavená na našej vlastnej elektronike. 2. Nazbierať letové dáta za účelom verifikácie matematického modelu helikoptéry, o ktorom sme písali v predchádzajúcom článku o T-Rex Simulátore.

Každý, kto už niekedy pilotoval model helikoptéry vie, že riadenie týchto modelov patrí z hľadiska náročnosti k vrcholom modelárskeho umenia. Ak je na vašom modeli navyše zavesená senzorika za niekoľko tisíc Eur a dva roky vašej práce, tak aj základné manévrovanie sa mení doslova na adrenalínový šport. Ako teda dopadli prvé lety T-Rexa?

Pokračovať v čítaní

Simulátor T-Rex 600 – real time matematický model

Pojem simulácia je simulatormantrou dnešného akademického sveta. Dnes sa simuluje naozaj takmer všetko a do značnej miery oprávnene, keďže simulácia dokáže poskytnúť množstvo informácií o predpokladanom správaní systému, bez rizika vzniku akejkoľvek škody. Simulácia je tiež neoddeliteľnou súčasťou projektu Corvus Corax, ktorý je jednoznačne najkomplikovanejší a najrizikovejší projekt, na ktorom v SRS momentálne pracujeme. Základom každej simulácie je matematický model a inak to nie je ani v prípade T-Rexa.  Tak ako sme písali v predchádzajúcom článku, aby bolo možné vôbec uvažovať nad plne autonómnym lietaním, je nevyhnutné mať k dispozícii matematický model helikoptéry, ktorého správanie sa navyše bude čo najviac podobať správaniu reálneho modelu.

Matematický model helikoptéry je síce pomerne komplikovaná sústava diferenciálnych rovníc ale veľkou výhodou jeho implementácie v ROS je skutočnosť že si výsledok svojho matematického snaženia môžete veľmi ľahko a rýchlo odsimulovať na vlastnom simulátore.  V našom prípade sme kombináciou matematického popisu a CAD modelu T-REXa vytvorili real-time R-Viz simulátor, ktorý sa po pripojení vysielačky alebo joysticku správa viac menej ako reálny T-Rex so senzorickou nadstavbou – viac vo videu nižšie.

Pokračovať v čítaní

T-Rex 600: Finálna verzia senzorického systému

IMG_4318V predchádzajúcich článkoch o projekte bezpilotnej helikoptéry T-Rex 600 sme podrobne opísali vývoj  modulov potrebných pre plánovanú autonómnu prevádzku helikoptéry od snímača rýchlosti cez dosku akčných členov až po komunikačný modul a modul IMU jednotky. V uplynulých dňoch sme dokončili vývoj poslednej časti systému, samostatnej závesnej senzorickej jednotky.

Nevyhnutným predpokladom pre autonómny let helikoptéry je odpovedajúci matematický model, čiže sústava prevažne nelineárnych diferenciálnych rovníc popisujúcich spravávanie helikoptéry vzhľadom na pôsobenie síl a momentov na teleso. Do matematického modelu vstupuje viacero parametrov, ktorých hodnota je pre výslednú presnosť podstatná ale zároveň ich nie je možné priamo zmerať (koeficienty aerodynamického odporu v jednotlivých osiach a pod). Ak sa teda chceme vyhnúť nákladnému meraniu v aeordynamickom tuneli, jediným spôsobom tieto parametre identifkovať je spätne ich určiť na základe hodnôt nameraných počas reálneho letu. Úlohou závesnej senzorickej jednotky je preto zber a ukladanie dát (rýchlosť, poloha, orientácia helikoptéry a prislúchajúce riadiace povely) počas pilotovaného letu.

r2

Pokračovať v čítaní

Modul IMU jednotky

ADISS gyroskopom, akcelerometerom a magnetometerom dnes prichádza väčšina ľudí do kontatku najmä prostredníctvom smartphonov, kde sú už niekoľko rokov viac-menej štandardnou výbavou. V robotike sa s týmito senzormi najčastejšie stretnete pod názom IMU jednotka (Inertial measurement unit), čo je  vo svojej podstate modul integrujúci všetky tri senzory do kompaktného puzdra. Keďže v servisnej robotike, ktorej sa venujeme v poslednej dobe asi najviac, je IMU jednotka neodmysliteľnou súčasťou senzorického vybavenia, vyvinuli sme  univerzálny modul založený na IMU senzore ADIS16405 od Analog Devices, ktorý vieme podľa potreby použiť na rôznych platformách.

V princípe ADIS16405 poskytuje rovnaké údaje ako smarthonové senzory ale s nepomerne kratšou doboru vzorkovania (870 Hz) a oveľa vyššou presnosťou. Rýchlosť a presnosť ale nie sú zadarmo a to platí aj v prípade ADISu.  Ak dnes zoženiete najlacnejší gyroskop alebo akcelerometer za pár dolárov, pri ADISe cena dosahuje až 580$ za kus.

IMG_4012

Pokračovať v čítaní

T-Rex 600 parameters manager

rex_settings_0Predletová príprava helikoptéry pozostáva z nastavenia niekoľkých parametrov, ktoré sú dôležité pre jej správny let. Medzi ne patrí definovanie kriviek plynu a kolektívu, povolenie alebo zakázanie governor režimu, jemné vycentrovanie neutrálnej polohy jednotlivých servomotorov, nastavenie výchyliek servomotrov a nastavenie zosilnenia a režimu chvostového gyroskopu. Väčšina týchto parametrov sa na RC helikopterách nastavuje pomocou programovateľnej RC vysielačky, kde sú aj uložené. RC vysielačka sa stará o všetky mixy povelov pre jednotlivé servomotory, takže do RC prijímača na helikoptére prichádza signál o žiadanej absolútnej polohe každého servomotora. Keďže projekt bezpilotného riadenia T-Rex 600 je zameraný na vytvorenie autonómnej helikoptéry, všetky tieto mixy PWM signálov pre servomotory a parametre musia byť uložené priamo na palube helikoptéry. K tomuto účelu slúži micro SD karta, ktorá sa nachádza na doske akčných členov.

rex_settings_2

Pokračovať v čítaní

Komunikačný modul

IMG_3107Ďalším z dôležitých modulov na T-Rex 600 je komunikačný modul, ktorý slúži na bezdrôtový prenos dát medzi helikoptérou a pozemnou stanicou. Modul je založený na báze čipov NRF905, ktoré sú určené na vysielanie voľnom pásme 868Mhz. Modul je tvorený dvoma samostatnými čipmi s navzájom po-otočenými anténami o 90°. Táto konfigurácia bola zvolená pre dosiahnutia vyššej spoľahlivosti prenosu. Jeden z čipov slúži ako master, druhý ako slave. Riadiaci procesor porovnáva, či bol paket vyslaný pozemnou stanicou zachytený oboma čipmi. Ak paket zachytia obidva čipy, odpoveď vysiela master. Ak došlo k strate paketu na jednom z čipov, vysiela ten čip, ktorý prijal celý paket v poriadku.

IMG_3085

Pokračovať v čítaní

Základná riadiaca doska akčných členov

IMG_2751Pôvodný RC prijímač, ktorý zabezpečoval príjem a spracovanie signálov z vysielačky bol nahradený dvoma samostatnými doskami plošných spojov, ktoré sú vzájomné prepojené a vytvárajú jeden celok. Prvý z dvojice plošných spojov slúži ako napájací modul a zabezpečuje prevod vstupného napätia z batérie na napätie pre jednotlivé servomotory a napätie pre napájanie jednotlivých modulov helikoptéry. Druhý modul obsahuje riadiaci procesor, v ktorom sú naprogramované jednotlivé funkcie pre riadenie servomotorov.

IMG_2961

Pokračovať v čítaní

Senzorický systém – snímač uhlovej rýchlosti rotora

IMG_2947Nosný rotor helikoptéry je zodpovedný za generovanie ťahu potrebného pre prekonanie tiaže helikoptéry a jej let. Zmena veľkosti ťahu nosného rotora nie je dosiahnutá zmenou otáčok (ako je to u quadrokoptérov) ale zmenou uhlu nábehu rotorových listov pri konštantných otáčkach hlavného rotora.

Zmena uhlu nábehu je sprevádzaná zmenou aerodynamického odporu rotora, čo má za následok vyššie zaťaženie hnacieho motora. Na to, aby sa zachovali konštantné otáčky je potrebné reguláciou zabezpečiť vyšší krútiaci moment motora.

Pokračovať v čítaní

Projekt bezpilotného riadiaceho systému pre T-Rex 600

t-rex-headJedným z mojich dlhodobých projektov, ktorého časť riešim aj v rámci dizertačnej práce, je projekt autonómnej helikoptéry schopnej samostatného letu bez zásahu operátora. V rámci projektu idem trochu proti modernému prúdu používania malých viac-rotorových helikoptér známych aj ako quadrokoptéry, poprípade hexakoptéry.

Môj projekt sa práve naopak zameriava na konvenčné helikoptéry s hlavným nosným rotorom a koncovým vyrovnávacím rotorom. V súčastnosti používame pádlovú helikoptéru od spoločnosti Align T-Rex 600.

trex600

Pokračovať v čítaní

Univerzálna pozemná stanica

07Jedným z dôležitých prvkov UAV a UGV systémov je operátorská stanica, ktorá slúži na obojsmernú komunikáciu medzi operátorom (obsluhou) a systémom. Jedná sa o obojsmerný tok dát, pričom zo systému operátor získava informácie o jeho aktuálnom stave a informácie súvisiace s povahou a cieľom zadanej úlohy. Smerom k systému operátor zadáva požadované úlohy a ciele.

V rámci vývoja sme vytvorili mobilnú pozemnú stanicu pozostávajúcu z odolného prenosného skeletu a počítača. Skelet je vytvorený z dielenského kufra vystuženého hliníkovými profilmi, na ktoré sú pripevnené jednotlivé časti počítača. Výhoda tejto konfigurácie je možnosť pridávania ľubovoľných modulov, ktoré sa dajú do stanice zabudovať a pripojiť k počítaču pomocou sériového a PCIe rozhrania.

kufor

Pokračovať v čítaní