Беспилотный летательный аппарат и система управления им, основанная на Arduino

Актуальность

Актуальность проекта заключается в том, что сейчас БПЛА используют повсеместно: при изучении ландшафта, разведке, аэросъёмке, и даже в военной сфере. Предлагаемый авторами проект куда доступнее и обладает большей гибкостью в плане улучшений.

Цель

Разработка и создание модульного беспилотного летательного аппарата и системы дистанционного управления им.

Задачи

1. Разработать, изготовить и создать корпус беспилотного летательного аппарата.
2. Познакомиться с существующими системами радиоуправления беспилотными летательными аппаратами.
3. Разработать систему управления и определиться с её функциями.
4. Определить перечень необходимых компонентов.
5. Изучить язык программирования Arduino С.
6. Изучить платформу Arduino.
7. Разработать плату для системы, находящейся в БПЛА.
8. Разработать плату для системы, которой будет отдавать команды оператор, а та, в свою очередь, будет отдавать команды БПЛА.
9. Собрать пульт управления БПЛА.
10. Запрограммировать пульт и полётный контроллер.
11. Провести стендовые и лётные испытания.
12. Исправить недочёты.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Платы Arduino Nano
• Радиомодули nrf24l01
• Джойстики
• Сервоприводы
• Акселерометр gy-521
• 3D-принтер (Ender 3 Max)

Описание

Авторы поставили основную задачу – создать дрон в максимально простой и наилучшей модульности конструкции относительно других беспилотников для его использования в массовом производстве.

Ещё одна немаловажная задача – создать в беспилотнике интеллектуальную систему, которая смогла бы принимать самостоятельные решения в случае потери связи с оператором или выхода из строя какого-либо компонента в системе дрона, а также сообщать всю информацию оператору при наличии связи, управлять дроном(-ами) по сети Интернет с любого устройства (персонального компьютера или ноутбука), что значительно расширит область использования проекта.

Этапы работы над проектом

1. 09.2020 – 05.2021 – собран первый БПЛА и создан первый вариант системы управления им;
2. 05.2021 – 06.2021 – первый БПЛА не прошёл стендовое испытание, исправлены допущенные ошибки;
3. 06.2021 – 08.2021 – разработан (путём 3D-моделирования) и создан второй БПЛА;
4. 09.2021 – 05.2022 – разработан (путём 3D-моделирования) и создан третий БПЛА.

Результаты работы/выводы

Изучив язык программирования С++ и освоив платформу Arduino, авторы создали систему дистанционного управления и стабилизации беспилотного летательного аппарата.

Изучив материалы по изготовлению корпуса дрона при наличии 3D-принтера, можно создать корпус дрона, не уступающий магазинным аналогам и позволяющий сэкономить на починке дрона.

Перспективы использования результатов работы

Планируется модернизация БПЛА с подготовкой к массовому производству: необходимо перемоделировать детали, приобрести лазерный станок с ЧПУ (для вырезания из вспененного пластика деталей, что повысит прочность конструкции при уменьшении веса), а также заменить плату Arduino на Raspberry PI 4 B, поставив её на борт дрона с самостоятельно написанным кодом, что обеспечит возможность управления дроном с использованием ресурсов сети Интернет.

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Акселератор технологических проектов «Технолидеры будущего» – победитель;
Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» – призёр

Мнение авторов

«За время работы над проектом мы получили большой опыт в разработке БПЛА и систем управления к ним, также, участвуя в подобных мероприятиях, мы нашли для себя много новых полезных идей и связей с другими участниками проектов»