Проекты

Разработка автономного беспилотного летательного аппарата без использования систем GPS и ГЛОНАСС

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

Направление работы: Прототипирование
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1502
Предметы: Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Цель

Разработка автономного беспилотного летательного аппарата (БПЛА), способного ориентироваться в пространстве без использования систем позиционирования GPS и ГЛОНАСС, исследовать труднодоступные территории и собирать геопространственные данные.

Задачи

1. Разработка беспилотного дрона-исследователя на базе контроллера PixHawk.

2. Внедрение системы автономного полёта с использованием Robot Operating System (ROS).

3. Разработка системы позиционирования на базе сенсоров и оптического датчика PX4Flow.

4. Установка системы сбора геопространственных данных.

Описание

В результате возрастающей потребности к беспрепятственному посещению труднодоступных и недоступных мест для человека БПЛА получили широкое распространение. Основным способом позиционирования для них являются спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС, которые зачастую не работают в труднодоступных для человека местах. Использование оптического и сенсорного методов позиционирования позволяет создать универсальное устройство, способное ориентироваться в любом заранее неизвестном месте.

Для достижения поставленной цели была разработана четырёхосная мультироторная система на базе полётного контроллера PixHawk. Автономность полёта обеспечивает одноплатный компьютер Raspberry Pi 3B+ с предустановленной системой ROS, подключённый к полётному контроллеру посредством интерфейса USB. Для ориентирования и локализации дрона в пространстве без использования GPS и ГЛОНАСС была разработана система позиционирования на базе оптического датчика PX4Flow, лидара и сенсоров расстояния. Все датчики подключены к полётному контроллеру через последовательную шину I2C. Для сбора геопространственных данных БПЛА установлена камера GoPro. Построение 3D-модели местности или помещения проводится благодаря технологии фотограмметрии с использованием программы Agisoft Photoscan.

Управление автономным полётом осуществляется посредством алгоритма – ноды, написанной на языке Python. Кроме того, созданы сервисы, дающие возможность упрощённого программирования автономного полёта.

Результат

Был разработан прототип устройства, способный выполнять автономный полёт без использования системы GPS, а также имеющий возможность выполнять сбор геопространственных данных в целях построения 3D-модели и создания сферической панорамы.

Оснащение и оборудование

  • Двигатели 880 kV
  • Аккумулятор ONBO ёмкостью 5200 mAh 4S 45C
  • Аккумулятор для гиростабилизирующего подвеса ONBO ёмкостью 850 mAh 3S 25C
  • Двухосевой гиростабилизирующий подвес
  • Экшн-камера GoPro Hero 4
  • Оптический датчик PX4Flow
  • Лазерный дальномер GARMIN Lidar Lite v3
  • Пропеллеры 9x4.7 / 10x4.5
  • Рама DJI F450

Перспективы использования результатов работы

В будущем планируется интегрировать технологию одновременного позиционирования и лазерной локации (SLAM). Это позволит БПЛА ориентироваться в любых незнакомых пространствах и выполнять дистанционное зондирование путём построения двухмерной карты препятствий.

Сотрудничество с вузом при создании работы

МЭИ