Дослідження методів проектування квадрокоптерів
Автор: Трач Роман Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Авіаційні інформаційні системи та комплекси
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У першому розділі дається вступ в концепцію проектування квадрокоптерів, аналіз їх застосування на основі існуючих моделей, науководослідні роботи в даній області, завдання та ключові рішення. Квадрокоптери, як безпілотні літальні апарати, набувають все більшого значення у сучасному світі завдяки їхній високій мобільності та широкому спектру застосувань. Проектування квадрокоптерів вимагає глибокого розуміння технологічних викликів та оптимізації для досягнення максимальної ефективності. Один з найважливіших етапів полягає в тому, щоб чітко визначити функціональні вимоги для квадрокоптера. Наприклад, це можуть бути максимальна швидкість, тривалість польоту, точність стабілізації, можливість перевезення вантажу чи зйомки відео. Важливо встановити конкретні параметри, які мають бути досягнуті під час проектування. У другому розділі розглядаються найбільш поширені типи дронів, які використовуються як професіоналами, так і аматорами. Такі дрони являють собою літаючу платформу з 3, 4, 6, 8, 12 безколекторними двигунами з пропелерами. Так дрон з чотирма моторами носить назву – квадракоптер, з шістьма – гексакоптер, з вісьмома – октокоптер. Значну роль грає оптимізація конструкції та систем електронного пілотування БПЛА. Оптимізація конструкції включає в себе дослідження різних аспектів, таких як розташування моторів, форма корпусу, розмір пропелерів та матеріали конструкції. Визначення оптимальних параметрів дозволяє покращити швидкість, маневреність та тривалість польоту квадрокоптерів. У польоті дрон тримає горизонтальне положення щодо поверхні землі і може зависати над певним місцем, переміщатися вліво, вправо, вперед, назад, вгору і вниз, а також, повертатися навколо своєї осі. Всі дії відбуваються шляхом зміни тяги на кожному моторі. Визначення вимог допоможе уникнути недорозумінь та забезпечити відповідність результату очікуванням при застосуванні. У третьому розділі розглядається електроніка та системи керування. Сучасні квадрокоптери, що використовують передові технології для поліпшення їхньої функціональності та надійності. Використання високочутливих гіроскопів, систем стабілізації та передових алгоритмів автоматичного пілотування дозволяє квадрокоптерам легко справлятися з різними погодними та атмосферними умовами. Оптимізація електронної частини квадрокомпретів передбачає не лише системи електронного курування але й навігації. Одною з актуальних проблем сьогоднішнього часу є створення надійної інерційної та оптичної систми нафігації. Такі системи можуть використовуватися там де немає доступу до GNSS систем таких як GPS — глибоко під водою, під землею, а також використання на інших планетах, Ingenuity, що використовувася на Марсі. Тому, в даний момент ведуться інтенсивні розробки подібних проектів. Оптична та інерційна система також може виступати як допоміжною системою точності стандартної навігації GPS, що за допомогою камери визначає місце знаходження та зміну положень відповідної точки до квадрокоптера. На цьому етапі широке застосування має Машинне навчання та алгоритми компютерного бачення. У четвертому розділі розглядається штучний інтелект та машинне навчання, що відіграє важливу роль у розвитку систем управління квадрокоптерами. Алгоритми машинного навчання використовуються для автоматичного пілотування, розпізнавання обличчя, трекінгу об’єктів та уникнення перешкод. Це покращує безпеку та ефективність використання квадрокоптерів у різних умовах. Основною областю застосування апаратів даного типу є проведення аерофотозйомки і аеровідеозйомки, а також моніторинг різних об’єктів (газопроводи, лінії електропередач і т.д.), екологічного контролю параметрів навколишнього середовища з використанням додаткового обладнання на борту. Маючи невеликий розмір, БПЛА можуть виконувати політ в умовах обмеженого простору, а також в місцях, перебування в яких становить загрозу для життя людини. Дослідження методів проектування квадрокоптерів є ключовим етапом у створенні ефективних та сучасних літальних апаратів. Врахування технологічних та екологічних вимог дозволяє розробникам створювати продукти, які відповідають сучасним вимогам та стандартам. З розвитком технологій, квадрокоптери стають важливим елементом транспортної та промислової інфраструктури, використовуючи передові підходи до свого проектування. Об’єкт дослідження. БПЛА типу квадрокоптер та застосування. Предмет дослідження. Реалізація квадрокоптера з автоматизованою системою пілотування. Сфера досліджень – багато гвинтові БПЛА з автономним пілотуванням. Мета роботи: Метою магістерської роботи є дослідження і розробка методів побудови квадрокопретів з автоматизованим трекінгом об’єктів, та автопілотуванням у відповідності до місії. Ключові слова: квадрокоптери, БПЛА, Інерційна навігація, Оптична навігація, Автоматизоване пілотування, трекінг об’єктів, машинне бачення. Список літератури 1. Ray, Justin (25 липня 2016). NASA books nuclear-certified Atlas 5 rocket for Mars 2020 rover launch. Spaceflight Now. Архів оригіналу за 26 липня 2016. Процитовано 26 липня 2016. 2. Dubois, Chantelle (29 листопада 2017). Drones on Mars? NASA Projects May Soon Use Drones for Space Exploration. All About Circuits. Архів оригіналу за 7 грудня 2017. Процитовано 30 червня 2020. 6 3. Leone, Dan (19 листопада 2015). Elachi Touts Helicopter Scout for Mars Sample-Caching Rover (англ.). SpaceNews. Архів оригіналу за 21 січня 2016. Процитовано 12 січня 2020. 4. Review on space robotics: Toward top-level science through space exploration [Архівовано 21 лютого 2021 у Wayback Machine.] (PDF). Y Gao, SChien — Science Robotics, 2017