Модель конвертоплана

Доброго времени суток!
Задумал я сделать себе летающую модельку, чтобы заодно изучить ключевые моменты электроники и программирования МК. Изначально думал сделать квадрокоптер, однако это показалось скучным, потому решил попробовать сделать конвертоплан. Итак, что хочется реализовать:
- контроллер полета с логикой управления
- контроллеры оборудования вроде закрылков, системы поворота двигателей и т.д.
- достаточно большую продолжительность работы (более 30 минут) + достаточно большой радиус действия (хотя бы 5-6км)
- сделать его максимально автономным, вплоть до "полети по заданному маршруту и вернись обратно".
- возможность нести на себе как минимум камеру GoPro без натуг.
- передача видеосигнала для создания, фактически, системы FPV (т.е. будет отдельная камера для телеуправления).
Теперь соответственно возникают вопросы:
1) Каков тип силовой установки наиболее приемлем? Например, если двигатели электрические, то для большей продолжительности работы нужны более емкие, а значит более тяжелые аккумуляторы, а это в свою очередь значит, что двигатели будут тратить больше энергии, и профит будет незначительный (а после некоторой черты - вообще его не будет). Решат ли проблему продолжительности работы ДВСы? Ах да, примерный расчетный вес модели максимум 1,5-2кг с полной нагрузкой. Если вес будет выше, реализация будет достаточно дорогой с финансовой стороны.
2) Какая частота для передачи видеосигнала приемлема с учетом предположительной дальности полета? Какой радиомодуль может подойти исходя, опять же, из требуемой дальности полета?
3) При максимальной автономности (когда я даю только указание выполнить некоторое задание и иду пить чай) необходимо как-то обезопасить полет модели. Например, при низкой высоте полета за городом можно влететь в дерево. Неровности рельефа, опять же. Какой набор датчиков нужен чтобы контролировать расстояние до препятствий?

Если выйдет реализовать, данную модель хочу использовать просто для развлечения - аэрофотовидеосъемка и подобные вещи. А так, приоритетной целью является получение опыта создание реальных систем, работающих в жестких условиях. Основные сложности - нужно минимизировать массу, максимально увеличить КПД электрической части, отработать написание и оптимизацию программ и многое другое. Платформа под полетный контроллер планируется минимум STM32F1xx, если не будет хватать - мигрирую на STM32F4xx. Математическая модель есть, наработки по навигации тоже есть.

Касаемо управления с места - хочется реализовать отдельный пульт, который будет подключаться, например, к планшету и передавать на него видеосигнал. Управление можно и с него, а можно и отдельное хардварное (т.е. реальные кнопки/крутилки) - не суть важно. Это нужно для выезда в какое-то место для съемки - чтоб не тащить ноутбук, а небольшой приемник + планшет (+небольшой же пульт).

Что скажете? Возможно ли вообще сие реализовать?

P.S. Отличительной особенностью конвертоплана есть достаточно высокая скорость полета. Гораздо больше, чем у квадркоптеров и вертолетов. По крайней мере в полноразмерых ЛА так. Соответственно и скорость работы электроники, особенно по части отслеживания препятствий, должна быть достаточно высокой. Насколько высокой - вопрос уже другой...
Динная тема является так же дипломным проектом, но на диплом я уже и так информации набрал достаточно. Меня больше интересует практическая реализация.

0

Ультразвук - это недалеко. Несколько метров, например, и то в стоячем положении. На бОльшие расстояния - проблема из-за рассеяния и недостаточной чувствительности.
Ультразвук в движении - это ещё одна проблема. На скоростях subj придётся учитывать эффект Допплера. Типовых схем со сдвигом частоты нет, придётся изобретать.
В общем, тоже тухлый номер imho.

Зато Вы забыли естественный (для человека) способ - двумя глазами. Глазами на летательном аппарате могут стать две камеры, разнесённые на расстояние стереобазы.

0

Сообщение от OtyxPM Ультразвук - это недалеко.

А радар? На ибее модули по шесть баксов продаются, дальность пишут до 20 метров.

0

50 км/ч - это 14 (без малого) м/с.
Для маленького аппарата запаздывание на управляющее воздействие (поворот закрылок, изменение режима двигателя и т.п.) плюс инерция составят какое-то вполне ощутимое время. ТС наверняка это время способен оценить гораздо лучше меня - у него есть матмодель. Пусть это время 3 сек. (я не знаю сколько точно), т.е. 40 метров полета.

Тогда для того, чтобы увернуться от препятствия, оно должно быть обнаружено (обработано/классифицировано, найден безопасный маневр ухода и выдан первый управляющий сигнал) не позднее чем за 40 метров полета. Все (большинство) необнаруженные препятствия в зоне меньше 40 метров - уже пойманы корпусом.
Исходя из подобного подхода, можно прикинуть необходимую разрешающую способность сенсоров (лидары, камеры, ...) и вычислительную мощность бортовой системы.

Интересная выйдет задача.

0

Есть относительно новая но вполне перспективная в этом плане технология - Time of flight имхо идеально вписывается в задачу.

0

Сообщение от s0ti Модельный ДВС живет достаточно долго. Если не втыкать самолет в землю - еще дольше. Ему не нужен аккумулятор вообще (накал свечи только один раз на земле при старте), фильтр тоже не особо. Единственная доп. нагрузка - топливо.

Разные бывают, вы говорите о калильном, а бывают с зажиганием CDI.
Плюс топливный насос, а к нему аккумулятор.
Ну и при краше сломать (в буквальном смысле) бензиновый движок намного проще, чем компактный электро.

0

азные бывают, вы говорите о калильном, а бывают с зажиганием CDI. Плюс топливный насос, а к нему аккумулятор.

Модельные с зажиганием крайне капризные, стоят ебал я, как небольшой мопед примерно. Поэтому народ летает на калильных, а на очень крупные самолеты с размахом крыла метра 3 ставят движки уже от бензопил и прочих газонокосилок.
Топливный насос - все движки, что я видел питаются от избыточного давления в баке: просто от глушителя идет трубочка, которая заходит в бак. Вот и все.
//Mt дело говорит.
У меня тема бакалаврской была разработка платформы для автопилота самолетного, тесно работали с авиационным институтом. Из существующих вариантов нет ни одного толкового для навигации в условиях города, от проводов ЛЭП защищаются просто - ниже 50м не летают. Единственное исключение - взлет и посадка. С радарами и прочими чудесами - на 2011 год небыло ничего +/- доступного для использования, что было бы для начала хотя бы легкое и негабаритное. цена уже пофигу. Для неожиданно высоких деревьев прямо по курсу пробовали решить проблему таким образом - взяли старый расхуяченный лазерный дальномер. Работало с грехом пополам, но было слишком габаритно и тяжело, поэтому я даже не доводил эту идею до научрука.
Насчет движков вообще в целом - есть одна замечательная контора, uavfactory.som, там ребята летают на электричках, но у них есть бортовой ДВС генератор. Можно подумать в эту сторону, но я как-то сомневаюсь, что генератор, который сможет выдать 20-25 Вольт и 50-80 Ампер будет дофига компактным. Так что там скорее не для автономии, а для продления времени полета на полчаса.
Ну как-то так. Подводных камней хватает более, чем. Но я бы с удовольствием помаялся.

0

За Time-of-flight спасибо, почитаю на досуге :)

В принципе, ультразвуковой датчик можно заюзать в случае хорошего ограничения скорости. Но это подойдет только для города. А вот летать со скоростью каракатицы за городом не очень хорошо :) Можно попробовать выкрутиться из ситуации, используя не стереопару, а просто камеру с широким углом обзора. Тогда будет интересно создать алгоритмы определения препятствий, для начала пусть даже простые, но все же :) Просто камера такая будет в любом случае (для FPV) и сигнал с нее будет передаваться на наземный пульт по отдельному каналу. Тогда можно задействовать вполне наземные вычислительные мощности для анализа видеосигнала (тот же планшет, думаю, для Nexus 7 2013 это будет вполне по зубам).

Я думал на счет гибридной силовой установки. Это была даже первая мысля, которую хотел реализовать :) В среднем потребление тока идет на уровне 30-40А, пиковый - это если застопорить вал двигателя. Но опять же, так как двигателей 2, то средний ток будет порядка 60-80А, что при 11.4В питания означает почти киловатт требуемой мощности :) генератор на такую мощность будет весить немало точно. Движок можно попробовать взять модельный, на мощность в 1,5 л.с. его вес будет порядка 600 грамм (только движка). Если решить проблему с генератором, то при питании через буферный аккумулятор небольшой емкости можно нормально жить. Но, опять же, суммарный вес. Хотя попробовать стоит, только чую, генератор нужно будет переделывать из движка какого-то, который сможет выдержать высокие обороты (до 15 тысяч).

Проблему питания решил бы портативный реактор Тони Старка :D Но увы.

0

Брошу 5 копеек в копилку:
http://lea.hamrodyo.si/~s53mv/vnr/theory.html
http://lea.hamrodyo.si/~s53mv/radalt/radalt.html
мужичек настоящий СВЧ-шаман конечно...

0

А что это такое, может можно такое применить хотя бы для "ахтунг впереди дерево".

0

Сообщение от shuryk303 А что это такое, может можно такое применить хотя бы для "ахтунг впереди дерево".

Скорее это из разряда "ахтунг, к дверям супермаркета кто-то подходит. Надо открыть!"

0

Ну в описании так и сказано, а ежели перековать мечи на орала, чё оно дерева не заметит? В принципе вокруг ЛА должна быть пустота для его же блага, а тут что-то на расстоянии 20 метров - снижаем скорость и начинаем параноидально озираться уз или ик сенсорами, более точными, но с меньшим радиусом действия.

0

M1X, спасибо! Решения пойдут точно в копилку. По поводу измерения высоты тема в принципе нова и там неопределенностей нет. Не скажу, что задача прям таки тривиальная, но уже давно решена она. К тому же, можно попробовать использовать обычный лазерный дальномер (но сделанное своими руками в разы приятнее, даже если оно работает похуже :) ).
Вообще, я хотел альтиметр использовать в качестве навесного оборудования для попытки составить трехмерную карту местности. Но тут ничего сверхъестественного нет - принимать координаты ЛА и вносить данные по высоте в определенную точку :)

shuryk303, тут Гарнист уже правильно написал - это для отслеживания людей или кого еще на некотором небольшом расстоянии. Судя по тому, что микроволновый, теоретически может и "бить" далеко, но все равно вряд ли более 20-30 метров (это просто не нужно исходя из сферы применения). Но, если он обладает такими же характеристиками, как и УЗ-датчики, то вопросы возникают в размерах и потреблении энергии. Если потребляет меньше - отлично, можно попробовать присобачить для низкоскоростных задач :)

0

Посмотрел я намедни сложность определения препятствий с помощью видеокамеры и нейросети - идея слишком сложная, нужны хорошие вычислительные мощности, ну и, конечно же, нужно будет такую систему наловчиться обучать. Рассмотрел подробнее ссылки про радиовысотомер - классная штука! Никто же не запрещает ее развернуть в сторону полета, потому можно достаточно неплохо контролировать препятствия, да еще и на хорошем расстоянии. И что круто - провода-то она сечет! Вот как быть с птицами и другими летающими пакостниками пока не знаю.
Один момент только - если для высотомера нужен достаточно узкий луч излучения, то для такого определителя препятствий нужен наоборот широкий. Вопрос - каким образом можно определить направление полученного сигнала? Например, излучаем сигнал широким пучком, но отражается и приходит сигнал от разных мест соответственно с разным временем. Просто факт отражения - чем раньше пришел сигнал, тем ближе препятствие, но с "широким" вещанием может появиться "боковой засвет" от препятствия, которое не мешает в общем-то. Сюда может какую-то простую АФАР прилепить (3х3 или 4х4)?

0

Сообщение от Dirdymyomsky Рассмотрел подробнее ссылки про радиовысотомер - классная штука! Никто же не запрещает ее развернуть в сторону полета, потому можно достаточно неплохо контролировать препятствия,

Никто не запрещает, только на селекцию вы потратите вычислительных мощностей побольше, чем выйграете от упрощения. Иначе все обзорные локаторы давно бы делали на основе простого ГКЧ.

Один момент только - если для высотомера нужен достаточно узкий луч излучения, то для такого определителя препятствий нужен наоборот широкий.

Ширина луча - вопрос конструкции и обработки сигнала. ставьте антенну с механическим сканированием. либо 100500 приемных и обрабатывайте в потоке.

Вопрос - каким образом можно определить направление полученного сигнала? Например, излучаем сигнал широким пучком, но отражается и приходит сигнал от разных мест соответственно с разным временем. Просто факт отражения - чем раньше пришел сигнал, тем ближе препятствие, но с "широким" вещанием может появиться "боковой засвет" от препятствия, которое не мешает в общем-то. Сюда может какую-то простую АФАР прилепить (3х3 или 4х4)?

ФАР, даже пассивная на прием- сожрет всю доступную массу. Ну и 3х3 по предварительным расчетам достаточна для наведения, скажем так - "авиамодели" (или "ракетомодели") авиамодели на большой самолет (ну, или на автомобиль/танк), но дальше сложность обработки растет уже экспонециально. проще и дешевле (дешевле во всех смыслах - денежном, массовом, энергетическом, вычислительной мощности) применить СТЗ, которой вы так боитесь

0

..

0

Недавно думал о подобном. Надо начинать с самолетных моделек которые летают быстро, а это скорее всего на импеллерах. Поворотных двигателей делать не надо, механически надежнее было бы просто взлетать вертикально. Такой режим наверно получится не эффетивным и слабо устойчивым. Особенно интересно как будет происходить переход из самолетного режима в коптерно-вертикальный для последнующей мягкой посдки :) Это задача для отработки на модели, если уж она есть.

По автономному полету, для мелких моделей, наверно ничего лучше оптических датчиков нет. Вся сложность только в обработке.

Простой вариант, ниже 50-100 метров не летать. Заранее готовить маршрут с учетом карты высот. Высоту держать по бародатчику, который перед стартом выставлять. Координаты только непонятно как оценивать. Можно попробовать кое-как по дальности до точки старта (ToF, RSSI), скорости (примерно известна) и направлению полета (по нигнитометру например). Но это очень слабый метод, если точка одна.

0

Да я тоже склонился к варианту просто лететь вверх на оптимальную высоту (50-150м), а контролировать препятствия недалеко от земли и при малых скоростях. Не стоит прыгать выше головы :)

Дело не в том, что я боюсь или не боюсь применять какую-то СТЗ, просто хочется сделать что-то наиболее приемлемое по соотношению качество работы (точность + дальность + скорость) к затратам (масса + энергоресурсы). Это ведь не проект под заказ, где нужно применить уже проверенные решения с известными подводными камнями и путями их обхода :) Впрочем, я попробую по возможности все варианты - и нейросети, и радар. А там уже будет видно. Пока в стадии создания находится сам конвертоплан, потому ему основное внимание уходит. Буду стараться тут отписываться о продвижении дел :)

0