Проекты

Разработка мобильного бинарного комплекса «TASF» видеофиксации состояния территориально распределенных объектов

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

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1324
Предметы: Физика, Информатика, Технология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Одним из интересных направлений развития инженерных исследований в области робототехники является решение задач по созданию комплексов видеофиксации и распознавания объектов (машинное зрение) на базе мобильных платформ.

Примерами применения мобильных комплексов можно назвать:

− проведение видеофиксации состояния объектов в труднодоступных местах;

− анализ оперативной обстановки во время проведения спасательных работ;

− мониторинг состояния протяженных или территориально распределенных объектов.

Российские наработки в области создания и применения мобильной робототехники и систем машинного зрения всегда были конкурентоспособными и успешными. Можно с уверенностью сказать, что данный сегмент всегда был и остается наиболее наукоемким, требующим неординарных изобретательских решений и глубоких теоретических знаний во многих смежных областях науки, в том числе физике, химии, микробиологии.

В ходе анализа поставленных перед роботизированным комплексом задач было определено, что использование моносистем для решения задач видео-фиксации накладывает определенные ограничения, связанные с нерешаемыми в рамках моносистемы технологическими противоречиями.

Именно поэтому при реализации проекта была выбрана задача построения бинарной системы – комплекса видеофиксации состояния территориально распределенных объектов, состоящей из наземной мобильной высокопроходимой платформы и летательного аппарата (квадрокоптера), в которой эффективно устраняются недостатки моносистем и используются преимущества каждого из аппаратов.

Цель

Создание робототехнического комплекса для видеофиксации состояния территориально распределенных объектов.

Задачи

  1. Разработка наземной мобильной платформы:
    • проектирование и прототипирование элементов наземной платформы;
    • разработка и сборка электрических схем наземной платформы;
    • монтаж (сборка) элементов наземной платформы.
  2. Комплектация (настройка, адаптация) узлов связи мобильной платформы.
  3. Разработка узлов видеофиксации и видеообработки сигнала.
  4. Разработка системы управления бинарным комплексом:
    • разработка программного обеспечения управления наземной платформой;
    • интеграция программного обеспечения управления летательным аппаратом (квадрокоптером) с системой управления наземной платформой.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • рабочее место (ноутбук): asus-x555l
  • программное обеспечение: SOLIDWORKS 2020
  • аппаратно-программный комплекс 3D-моделирования flying bear ghost 4s
  • аппаратно-программный комплекс лазерной обработки Raylogic 11G 530 лайт
  • наземная мобильная платформа (несущая динамическая платформа; подвеска с колесной основой; съемная каретка с крепежной системой под размещение квадрокоптера; узлы подвижных камер слежения; крепежные элементы)

Описание

В ходе работы автором выполнен анализ основных технических противоречий роботизированных моносистем, выделены задачи, решаемые бинарной системой.

Ключевыми этапами проекта являлись:

- разработка наземной мобильной платформы:

- комплектация (настройка, адаптация) узлов связи мобильной платформы;

- разработка узлов видеофиксации и видеообработки сигнала;

- разработка системы управления бинарным комплексом.

Разрабатываемый бинарный комплекс видеофиксации TASF состоит из:

- летательного аппарата (квадрокоптера), выполняющего функции видеофиксации состояний территориально распределенных объектов;

- наземной мобильной высокопроходимой платформы, выполняющей функции доставки летательного аппарата к объекту исследования, базы зарядки летательного аппарата, ретрансляции сигнала управления летательным аппаратом, базой обработки видеосигнала и анализа полученных данных.

В ходе разработки системы управления бинарным комплексом автором решены следующие задачи:

- разработано программное обеспечение управления наземной платформой;

- разработано интегрированное программное обеспечение управления летательным аппаратом (квадрокоптером) с системой управления наземной платформой;

- настроена система машинного зрения для распознавания образов летательного аппарата и объектов поиска.

В ходе проекта автором создана действующая полнофункциональная модель бинарного комплекса TASF (разработаны узлы и детали, 3D-печать, монтаж навесного оборудования), разработана и интегрирована система управления, настроены нейросети для распознавания образов.

Результаты работы/выводы

Разработано 2 опытных образца: монолитный корпус и сборный модульный корпус.

Реализованы:

  • проведение анализа решаемой инженерной задачи;

  • определение первичного видения проекта;
  • разработка принципиальной схемы взаимодействия элементов бинарного комплекса;
  • разработка наземной мобильной платформы:
  • комплектация (настройка, адаптация) узлов связи мобильной платформы;
  • разработка узлов видеофиксации и видеообработки сигнала;
  • разработка системы управления бинарным комплексом.

Перспективы использования результатов работы

Перспективными направлениями развития проекта являются:

− разработка программного обеспечения для реализации функций машинного зрения;

− разработка интеллектуальной системы автономного управления бинарным комплексом (автономное выполнение задач, действия в условиях обрыва связи с оператором);

− разработка систем автономной обработки информации.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Данный проект был создан при поддержке робоцентра НИТУ МИСиС

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

Финалист – 3D бум

Победитель – Ресурсосбережение: инновации и таланты 2021

Призер – Гагаринские чтения

Победитель – Дети – творцы 21 века

Победитель – Потенциал

Победитель – МГК

Победитель – 76-е Дни науки

Участник – Большие вызовы

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Я занимаюсь проектной деятельностью уже четвертый год и являюсь учеником школы-консультанта в рамках «Инженерный класс в московской школе». Считаю данный проект одним из своих проектов, в котором я смог изучить много новых вещей и попробовать их реализацию на практике. Думаю, такие конференции дают большой опыт правильной презентации своих работ и являются одним из стимулов для занятий проектной деятельностью»