Проекты

Исследование погрешностей в работе квадрокоптера в разностно-дальномерном режиме позиционирования TDoA2

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Интеллектуальные робототехнические системы, беспилотные аппараты» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Программирование, Инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 109
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

В наше время очень востребовано развитие технологий дистанционного управления. Также в последнее время большое развитие получила сфера 3D-моделирования и 3D-печати, которая начинает широко распространяться в нашей жизни. Данный проект нацелен на анализ работы режима позиционирования TDoA2, расчёт погрешности позиционирования, что имеет практическую значимость не только в работе с квадрокоптерами.

Цели

1. Исследование работы квадрокоптера в системе позиционирования TDoA2.

2. Аналитический поиск погрешностей в работе квадрокоптера.

Задачи

1. Рассмотреть возможные плюсы и минусы режима.

2. Освоить язык программирования Python и библиотеки Crazyflie.

3. Создать 3D-модель конструкции для 6 меток из пластика в программе КОМПАС 3DV12.

4. Произвести и анализировать расчёты.

5. Написать программу для тестового полёта.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Компьютер
  • Квадрокоптер CrazyFlie
  • Якоря (8 шт.)
  • Тег
  • CrazyRadio (антенна)

Описание

Автор выполнил сборку квадрокоптера, был написан программный код, произведены сбор, подсчёт данных и анализ результатов исследования. Автором была спроектирована 3D-модель в программе КОМПАС 3DV12.

Этапы исследования и методика эксперимента:

1. Расчёт координат расположения меток.

2. Подключение меток (якорей) к питанию.

3. Запись в файл .yaml полученных координат.

4. Загрузка файла в систему позиционирования.

5. Включение квадрокоптера.

6. Соединение посредством клиента Crazyflie квадрокоптера с системой позиционирования.

7. Регистрация текущей координаты посредством получения данных с помощью ПО.

8. Расчёт среднего значения для x, y, z.

9. Расчёт случайных погрешностей величин.

10. Расчёт средней квадратичной погрешности.

11. Расчёт случайной погрешности с учётом коэффициента Стьюдента.

12. Вывод о точности позиционирования.

Результаты работы/выводы

1. Изучен режим позиционирования TDoA2.

2. Выполнено проектирование 3D-конструкции для 6 меток.

3. Проведён анализ погрешностей.

4. Проведён тестовый полёт.

В результате подсчёта погрешности по трём координатным осям было выявлено, что в состоянии покоя система достаточно точно позволяет определить местоположение квадрокоптера, случайная погрешность составила от 0,01 до 0,02 м, что является весьма неплохим результатом. Однако при полёте было заметно, что полученные результаты несколько лучше, чем в тесте (заметны некоторые колебания и отклонения от заданной координаты на значения, превосходящие по величине полученные результаты). Это обусловлено тем, что при полёте тело, обладающее массой, будет обладать инерцией. Вследствие чего нужно будет высчитывать погрешности, учитывая многие другие факторы. Автор планирует продолжать свою исследовательскую работу, не останавливаясь на полученных результатах, и будет пытаться получить максимально приближенные к реальности значения погрешностей.

Перспективы использования результатов работы

Полученные результаты исследовательской работы можно использовать в других проектах.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА