Miniatűr légi járművek autonóm repülése intelligens térben

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Sütő Zoltán
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Az utóbbi évtized folyamán a többrotoros drónokat célzó kutatások jelentős változáson mentek keresztül. A fókusz eltolódott a kézzel irányított drónok szabályzásáról az autonóm járműirányítás felé, mivel rengeteg olyan szituáció létezik, ahol kézi vezérlésre nincsen lehetőség. A legnagyobb kihívás továbbra is a beltéri autonóm járművek irányítása, mivel itt szűk térben kell pontos navigációt megvalósítani akadályok között mozogva.

Ebben a dolgozatban egy kettős célú munkát mutatunk be. Először egy rendszerkifejlesztését, ahol tenyér méretű drónok képesek egy beltéri versenypályát bejárni a lehető legnagyobb sebességgel. Továbbá egy tesztpad létrehozását, ahol kutatók és diákok tudják tesztelni fejlesztett algoritmusaikat valódi drónokon, gyors implementálhatósággal és biztosított állapot megfigyeléssel.

Céljaink eléréséhhez először az intelligens tér magját, a mozgás követő rendszert kellett felállítanunk és hozzácsatolnunk a magasabb szintű rendszerhez. A környezeti kommunikációért a ROS operációs rendszer felelős, hogy folyamatos kommunikációt biztosítson a szabályzás és külső szenzorok között.

Egy már működő állapot megfigyelő és kommunikációs környezetben elkezdhettük tesztelni a szabályzó módszereket, és a számunkra legmegfelelőbbet kiválasztani egy autonóm drónversenyhez. Kezdetnek egy kaszkád PID vezérlést implementáltunk, majd nagyobb gyorsulások és agreszívabb repülés eléréséhez több, nem lineáris módszert is alkalmaztunk. Külön kezeltük azt a lehetőséget, amikor a drón teljesen önvezető módban jár be egy útvonalat és azt, ahol valós pilóta vezetésével irányítjuk.

Végül a teljesen autonóm repülés megvalósításához szükségünk volt a legmegfelelőbb útvonal optimalizáló algoritmusok megismerésére és ezeknek a rendszerbe építésére. Az optimalizálás során figyelembe kellett vennünk az útvonal bejárásához szükséges idő mennyiségét, a szükséges számítási időt, maximum hibát a nominális útvonalhoz képest, illetve a pozíció vektor különböző idő szerinti deriváltjainak minimalizálását is. Végül a számunkra legmegfelelőbbet kiválasztottuk és ezzel a versenypálya útvonalát legeneráltuk, eredményét szimuláción és a valós drónokon is vizsgáltuk.

Összefoglalva munkánk célját maximálisan elértük, mivel létrejött az MTA SZTAKI MIMO aréna (Mikró repülőgép és gépi Mozgáskövetés), egy működő autonóm drón versenypálya és valós eszközökön tesztelő és megfigyelő környezet. Az aréna ideális bármilyen fejlesztett többrotoros drónszabályzó, állapot becslő vagy útvonal optimalizáló algoritmus tesztelésére egyaránt és nagyban lecsökkenti az ezek tesztelésére fordítandó energia mértékét.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.