Kopter podążający za sygnałem

[maateeus]

Witam,

Wymyśliłem sobie konstrukcję (jakże modnego ostatnio) koptera. Kopter ten miałby być programowalny i podążać w określonym kierunku. Układ programowalny (np. Arduino? a może wybrac coś innego?) na wejsciu dostawałby sygnał z odpowiedniego odbiornika zamontowanego na kopterze (waga nadajnika to około 380g z baterią). Odbiornik jest już gotowy i odczytuje (w tej chwili określany przez diody) kieunek, w ktorym znajduje się stacja nadajaca (cel).

Zastapienie diód w odbiorniku poprzez odpowiednie wejscia układu programowalnego raczej nie bedzie problemem. Zaprogramowanie układu by sterował odpowiednio śilnikami , zamiast obecnych wskazań diód, też nie powinno być problemem.

Natomiast co do innych wymagań to nie mam jeszcze wyobrażenia czy są w tej chwili realne tzn.:

1. Waga i rozmiar w miare niewielki tzn. waga około 500-600g (całość z odbiornikiem), rozmiar około 20cm/20cm - najlepiej składana konstrukcja, pozwalajaca zmniejszyć rozmiar w czasie psrzenoszenia.

2. Możliwość skutecznego lotu przy silnym wietrze w keirunku sygnału (to wydaje mi się problematyczne)

3. Czas lotu nie mniej niż 7 minut

4. Dobrze by kopter był szybki

5. Możliwosć określania swojej pozycji wzgledem jakiegoś punktu odniesienia ( w przypadku braku nadajnika w zasięgu), równiez przy wietrze ( to chyba bedzie najtrudniejszy element - oczywiście można okreslić przebytą drogą od początkowego położenia w idealnych warunkach, ale wiatr raczej taką metode szybko zniweczy).

Myślałem wstepnie o użyciu układu arduino + silniczki (no właśnie jaka moc?)+ oparcie konstrukcji o sam odbiornik, doczepiajac mu elementy umożliwiające montaż śmigieł.

A może lepiej użyć jakiegoś, już istniejącego, programowalnego koptera ?

Prosze o wszystkie sugestie, porady itp.

Dodam tylko, że jestem nowy na forum i moja wiedza z elektroniki jest raczej podstawowa, natomiast mam większą wiedzę z zakresu programowania, miałem też jakiś kontakt z FPGA z zakresu układów programowalnych oraz styczność z NXT mindstormem (podciągając to pod robotykę 😋 ).

[marek1707]

Wiesz, obecnie istniejące systemy oprogramowania open-source do kopterków, samolotów, generalnie do UAV mają planowanie trasy, waypointy itp rzeczy w standardzie. Podstawą jest oczywiście wiedza o aktualnym położeniu i orientacji w przestrzeni 3D, ale też coraz ważniejsze są systemy unikania kolizji i aktywnego wyznaczania trasy, omijania przeszkód itp. Aktualne położenie (długość, szerokość, wysokość) to raczej GPS i pochodne - tu nie ma konkurencji. Nowoczesne odbiorniki podają pozycję wystarczająco często (>10Hz) a do minimalizacji błędu położenia wykorzystują równolegle rosyjski system GLONASS. Orientacja w przestrzeni 3D (pochylenie, przechylenie, azymut) to oczywiście platforma inercyjna IMU, ale to w kopterkach jest must-have. Oprócz typowych akcelerometrów i żyroskopów standardem są barometry wspomagające GPS w pomiarze wysokości i magnetometr wyznaczający bezwzględny azymut. No i unikanie kolizji - dla maluchów latających nisko i autonomicznie, zaczyna to być poważny problem. Kominy, słupy linii WN czy choćby co większe drzewa. To bardzo trudne, bo aktywny czujnik otoczenia (radar np) o zasięgu nawet kilkuset metrów jest zwykle duży, drogi i ciężki a same algorytmy mapowania, rozpoznawania i omijania przeszkód wymagają pamięci i mocy obliczeniowej dużych PCtów. To może się szybko zmienić z uwagi na szybko rozwijający się rynek samochodowy. Tam radary pracujące na kilkudziesięciu GHz (unikanie kolizji, jazda półautonomiczna, rozpoznawanie przeszkód i wsparcie kierowcy po zmroku czy we mgle) rosną jak grzyby po deszczu.

Więc jeśli planujesz docieranie do celu którego położenie znasz (choćby z mapy Google'a) czy nawet zwykłej papierowej zgodnej z GPS, to zrobienie takiego amatorskiego "gołębia pocztowego" nie jest dziś problemem. Natomiast jeśli upierałbyś się nad odbiorem sygnału z nadajnika (np zamontowanego na samochodzie który śledzisz) to zrobienie odbiornika kierunkowego może być trudne choćby z uwagi na antenę. Akurat w przypadku koptera nie musiałaby być ruchoma - można wykorzystać swobodę obrotu pojazdu wokół osi pionowej, ale i tak będzie spora.

Nie zrozumiałem tego wątku z diodami - czy już to masz i chcesz to zostawić jako system kierunkowy, czy jednak docelowo przechodzisz na radio?

Kopterki są szybkie. Zauważ, że prędkość strumienia zaśmigłowego jest taka jak w samolocie a tu nikt nie narzeka na prędkość. Niestety im bardziej pochylisz platformę i im większy wektor poziomy dostaniesz, tym więcej stracisz na ciągu pionowym. Wszystko więc jest kwestią nadmiaru mocy jaką dysponujesz. Musi jej być tyle, by po maksymalnym pochyleniu (i prędkości) starczało jeszcze na siły na utrzymanie się w powietrzu. Nie liczę tu żadnego wsparcia od jakichś stałych powierzchni aerodynamicznych (skrzydeł), które można rozważyć przy dużych prędkościach.

Myślę, ze powinieneś zacząć po prostu od zbudowania/skopiowania jakiejś istniejącej konstrukcji. Nabędziesz trochę doświadczenia i będzie to dobra baza do eksperymentów z układami zaawansowanej nawigacji. Jeżeli wybierzesz mocne napędy, to będziesz dysponował wystarczającym nadmiarem mocy do posadzenia tam nie tylko Arduino ale i jakiejś płyty komputera wbudowanego nawet klasy PC. Do tego czujniki (kamera? dalmierz laserowy? radar?) i możesz uruchamiać swój program nawigacyjny. Wiesz, jeszcze się nie zdarzyło, by jakiś kopter uciekł i został w powietrzu. Wszystkie prędzej czy później wracają na ziemię...

EDIT: No i zapomniałem: witamy na Forum kolejnego ambitnego konstruktora 🙂

[maateeus]

Po pierwsze dziękuję za odpowiedź.

Precyzując to nadajnik i odbiornik jest już gotowy, działa i ma się dobrze, no oprócz faktu, że odbiornik waży 380g i ma znajdowac się na kopterze...

Na razie odbiornik pokazuje kierunek w którym znajduje się nadajnik za pomoca diód właśnie.

Te diody chcę podłączyć do np. arduino. (w zasadzie nie same diody tylko wyjścia odbiornika do wejśc w arduino, albo w innej płytce)

Sam kopter miałby latać na otwartej przestrzeni (omijanie przeszkód na razie nie jest potrzebne - może pózniej) i poprostu lecieć do nadajnika i tam wyladować ale niezbedne jest spełnienie tych wymagań (bardzo prosze odnieście się do tego czy są realne przy załadunku odbiornika ważącego około 380g na pokładzie...):

1. Waga i rozmiar w miare niewielki tzn. waga około 500-600g (całość z odbiornikiem), rozmiar około 20cm/20cm - najlepiej składana konstrukcja, pozwalajaca zmniejszyć rozmiar w czasie psrzenoszenia.

2. Możliwość skutecznego lotu przy silnym wietrze w keirunku sygnału (to wydaje mi się problematyczne)

3. Czas lotu nie mniej niż 7 minut

4. Dobrze by kopter był szybki

5. Możliwosć poruszania się po zadanym obszarze około 200/200m w celu poszukiwania sygnału i nie opuszczenia przez kopter tego obszaru - jeżeli to bedzie spełnione to lokalizacja nie jest konieczna (ale jak to zrobić biorąc pod uwage wiatr?)

nadajnik łapie sygnał do 50m, jeżeli kopter byłby dalej i nie miał sygnału z nadajnika w zasięgu to chciałbym by przeczesywał teren zgodnie z napisanym algorytmem w określony sposób (tu potrzebuje jakiejś lokalizacji w stosunku do punktu odniesienia).

Myślicie że te warunki dotyczace wagi, załadunku odpiornika i rozmiarów są realne?

Czy wiatr nie zniweczy koncepcji?

Wolałbym nie mątowac modułu gps do lokalizacji...czy widzicie inne rozwiazanie, przy wzięciu pod uwage wiatru?

Lokalizacja ma za zadanie tak naprawdę tylko sprawić by kopter nie wyleciał poza zadany obszar np. kwadratu 200/200metrów i posukiwał w nim żródła sygnału, jak je znajdzie to podaża ślepo do celu.

Myslicie, żeby budowac od podstaw, czy może wykorzystac jakiś gotowy model programowalnego koptera i połączyć go z nadajnikiem?

[marek1707]

Ech, trzeba było tak od razu. Szkoda pisania.

1. Nie wiem jak policzyłeś masę startową, ale musiałeś założyć dużo rzeczy (rama, aku, silniki, elektronika) a to znaczy, że konstrukcję już przemyślałeś. A może są to czyste założenia projektowe nie poparte żadną analizą? Podana masa wymaga jakichś 150g ciągu na silnik. Zakładając nawet zapas, potrzebujesz małego silnika. Najtańszy dzidziuś za 35PLN, ważący 20g osiąga ponad 250g ciągu statycznego. Gorzej jest z wymiarami. Śmigła im większe i wolniejsze, tym sprawniejsze. Mała rama wymusi małe śmigła (np. 5 calowe - to już naprawdę granica oporu) a te zmniejszą ciąg do 150g i trzeba będzie dać szybszy silnik (większe KV) no i wzrośnie prąd. Z uwagi na miniaturyzację rozważ platformę 3- lub nawet 2-śmigłową. Szczególnie ta ostania jest z założenia "dwuwymiarowa" więc może być płaska a dwa dwułopatowe śmigła można ustawić w tej samej płaszczyźnie bez demontażu silników.

2. Już o tym pisałem - to kwestia przyjętych marginesów mocy i jakości algorytmów sterowania. Przeczytaj jeszcze raz powyższe i sprecyzuj wyrażenie "mocny wiatr".

3. Bez problemu.

4. Powtarzasz się - jest tak szybki jak nim sterujesz.

5. Jeśli nie chcesz montować GPS (dlaczego? mógłbyś zdradzić tę dziwną tajemnicę?) a chcesz znać pozycję, zbuduj własny system lokalizacji. W otwartej ale znanej przestrzeni powietrznej to mogą być zdjęcia lotnicze i korelacja najważniejszych obiektów z tym co widzi kamera. Znaczniki rozłożone na kwadracie nad którym latasz? Może azymut do najbliższych nadajników stacji bazowych GSM lub broadcast FM - ale to wymaga jednak większego terenu i nie jest tak dokładne. Nawigacja inercyjna nie widzi wiatru, więc być może kupując IMU za 5-10tys mógłbyś mieć niezłą pozycję przez kilka minut świrowania w powietrzu, choć z definicji i tak będzie się to rozjeżdżało. Pytanie tylko jak szybko i kiedy błąd urośnie do nieakceptowalnego. Im później tym drożej, wiadomo.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[maateeus]

Bardzo dziękuję za pomoc - wszystkie informacje są bardzo pomocne i na pewno nie szkoda pisania 😉 (przynajmniej dla mnie).

1. jeżeli chodzi o masę startową to są to założenia na razie, dane mam takie:

- Nadajnik 380 gram (już z baterią), do tego silniki plus "ramiona" do nadajnika, układ programowalny, kable,śmigła,żyroskop, akcelerometr, ewentualnie dodatkowa bateria jak ta z nadajnika nie wytrzyma na 7 minutowy lot + 1h pracy nadajnika po zakończeniu lotu. Do tego po przemyśleniach i uwagach otrzymanych na forum dojdzie chyba moduł GPS.

2. przeczytałem , rozumiem, ale czy takiej wielkości kopter(20cm/20cm) dałby rade latać przy wietrze np. 100 km/h albo więcej (oczywiście pod wiatr)? Dodatkowo, nie mam przeciwwskazań by był to dwu, lub trzy-śmigłowiec, jeżeli spełni założenia i moc będzie wystarczająca, oraz będzie wstanie dotrzeć do miejsca z nadajnikiem i tam wylądować nawet przy silnym wietrze.

5. Gps chyba rzeczywiście będzie najlepszym wyborem - zastanawiałem się czy da się to zrobić jakoś inaczej by zmniejszyć koszty, ale chyba GPS będzie najlepszy.

Czy Arduino to dobry wybór jeśli chodzi o płytkę programowalna tzn. czy obsługa GPS i systemu określania pozycji względem punktu odniesienia (przy GPS błąd nie stanowi już tak dużego problemu chyba - jakie może być odchylenie przy poruszaniu się na obszarze do 200/200m?).

Jeszcze odnośnie założeń:

- obszar działań załóżmy, że jest bezkolizyjny (na razie)

- obszar jest jednak wcześniej nie znany - niema o nim żadnych informacji (oprócz tej,że jest bezkolizyjny) zakładamy np. że znajdujemy sie nagle na bagnach i chcemy odnaleźć ukryty nadajnik.

- Najpierw nie mamy sygnału z radia/nadajnika, tylko poruszamy się w określonym schematyczny sposób by złapać pierwszy sygnał, potem lecimy już w kierunku sygnału i lądujemy na/przy nadajniku.

Teraz tak...co potrzeba z części by zacząć budować układ z opisu...i jaki przewidujecie koszt?

Jest szansa zamknąć się w 1500-2000zł (bez radia -które już jest? ) - oczywiście im mniej tym lepiej.

Ja tak wstępnie sobie wypisałem takie elementy:

- Radio (jest już - 380 gram z baterią)

- Silnki (2? 3?)

- układ programowalny (Arduino?)

-elementy obudowy doczepione do radia (w zależności czy to będzie trzy-śmigłowiec czy dwu-śmigłowiec - będą inne) - materiał na razie jest drugorzędny (choć wszelkie uwagi mile widziane)

- kable/przewody

- śmigła (więcej niż 5 cali)

- dodatkowe zasilanie do arduino i silników

- układ GPS (łatwo to połączyć z Arduino? ) - jakieś sugestie względem układu?

- platforma inercyjna IMU: (akcelometr i żyroskop) - jakieś konkretne sugestie może (modele łatwe do połączenia z arduino)?

Wydaje mi się, że waga powinna się zmieścić do 600 gram?

Co jeszcze potrzebuje? A może łatwiej zaadoptować jakieś gotowe rozwiązanie koptera programowalnego i połączyć go z radiem?

Dziękuje za wszelkie sugestie!

P.S. Nie mam również nic przeciwko oparciu się na istniejącej konstrukcji, budując ją/kopiując i rozszerzając o radio potem - jak tu macie jakieś sugestie to też będę wdzięczny (ale interesują mnie "kompaktowe konstrukcje" mogące udźwignąć radio i koniecznie programowalne)

[Harnas]

Ile waży ten odbiornik odbierający kierunek sygnału?

W każdym razie ja niezbyt widze coś mającego 20x20cm ważącego więcej niż 400 gram, w dodatku z zapasem na lot przy wietrze. Jeśli chodzi o samego koptera, ja bym celował raczej w coś takich rozmiarów http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__55141__Quanum_Nova_FPV_GPS_Waypoint_QuadCopter_PNF_.html . Jeśli chciałbyś kupić tego gotowca (PNF czyli bez radia) to sterownik w nim bazuje na Ardupilot czyli jest w pełni otwarty.

[maateeus]

Dzięki, odbiornik waży 380gram (z bateriami zasilającymi) wymiary to około 12x7 cm.

W sumie sam kopter mógłby być większy niż 20/20cm o ile byłby łatwo składany do rozmiarów nie dużo przekraczających sam odbiornik(czyli ramiona mogą być większe, dłuższe jeżeli będą np teleskopowe.) Jednak priorytetem jest waga i kompaktowość (powiedzmy po złożeniu).

Ten podlinkowany trochę ciężki i wolałbym jednak mniejszy... 😉

Dodatkowo - może zamiast arduino lepiej zastosować coś takiego: ArduPilotMega 2.0 :

http://diydrones.com/profiles/blogs/apm-2-0-release

[marek1707]

No toś z tym wiatrem pojechał... 😐

Ja nie wyprowadzam mojego latacza z domu gdy wieje 5m/s a tutaj prawie 40m/s i autonomiczny lot z lądowaniem... Powiem Ci tak: to będzie baaardzo trudne a mam podejrzenie graniczące z pewnością, że bez poważnych zmian w założeniach konstrukcyjnych platformy - niemożliwe.. Przyczyn jest kilka. Po pierwsze, pomijając względy potrzebnych mocy i stabilności platformy spróbuj wyobrazić sobie jaki mechanizm pozwala wielokopterkom manewrować w przestrzeni. Myślałeś o tym? Tak, to możliwość wybiórczej zmiany ciągu silników dobrana tak, by wywoływać moment obrotowy wokół każdej z trzech osi. Jak zmieniamy kierunek i wielkość wektora ciągu? Niestety poprzez zmianę prędkości obrotowej silników. Piszę niestety, bo to oznacza konieczność rozkręcenia lub wyhamowania zespołu wirnik silnika+piasta+śmigło. Wszystko zaczyna się od IMU która z definicji z pewnym opóźnieniem wykrywa, że z położeniem jest coś nie tak. Nie tak, to znaczy że aktualne położenie/orientacja w przestrzeni jest inne niż założone. I wszystko jedno, czy to "założone" jest wynikiem obliczeń systemu radarowego sprzężonego z GPS (dodatkowe opóźnienie) czy tylko komendą zdalnego sterowania z ziemi. Komputer znajdujący się na pokładzie odpowiadający za orientację, na podstawie sygnału z IMU oraz "zadanego/założonego" położenia wypracowuje komendy osobno dla 4 silników. Komendy to najczęściej sygnał PPM (lub dane po I2C) skierowane do N autonomicznych regulatorów silników. Każdy regulator ma algorytm odczytu komend oraz sterowania komutacją faz silników 3F. Zmienia prąd uzwojeń i "jego" silnik przyspiesza lub zwalnia. Któryś wierzchołek kopterka dostaje kopa a któryś inny opada pod wpływem siły ciężkości. Niestety latacz to nie punkt materialny, ale bryła sztywna i przyłożony moment musi walczyć z momentem bezwładności w ruchu obrotowym. Na nieszczęście ciężkie silniki są bardzo daleko od środka ciężkości co na dzień dobry daje nam duży moment bezwładności. Platforma powoli się obraca/pochyla i dopiero wtedy wektor ciągu zaczyna być kierowany tak, by zmniejszyć wyliczony błąd położenia/orientacji. Jak długo to czytałeś? Naprawdę te procesy dzieją się szybciej, lecz każdy w z nich wprowadza swoje opóźnienie. Taki pojazd zawsze będzie mułowaty i moim zdaniem nigdy nie będzie mógł aktywnie walczyć z podmuchami rzędu 30m/s przy porywistym wietrze. OK, w stabilnych warunkach, przy stałym wietrze i dużym zapasie mocy da się lecieć z prędkością 100km/h tylko że chyba nie o to Ci chodzi. Proponuję poważnie rozważyć inne pomysły: zmiana wielkości ciągu poprzez zmianę skoku łopat - są takie rozwiązania nawet w modelarstwie. Wtedy silniki obracają się ze stałą prędkością a zmiana ciągu jest tak szybka jak ruch cyfrowego serwa przesuwającego popychacz wewnątrz osi silnika. I nie mam na myśli rozwiązania tarczy sterowania cyklicznego z helikopterów tylko proste sterowanie collective-pitch. Z resztą tarcza to też niezły pomysł... I/lub zmiana kierunku wektora ciągu poprzez pochylanie całych zespołów śmigło-silnik. Generalnie wielokopterki są bardzo kiepskie aerodynamicznie, mają duże powierzchnie boczne a ich poruszanie się w poziomie bardziej przypomina mi próbę latania samolotem bokiem. Manewr lądowania to osobny, najbardziej niebezpieczny rozdział i nawet dojrzałe konstrukcje wojskowe mają z tym problemy. Potrzeby jest niezawodny wysokościomierz podający rzeczywistą wysokość a nie odległość prostopadłą do podwozia latacza bo to się w przechyleniu nie sprawdza. GPS ze swoimi 2 czy 5 metrami oczywiście nie wystarcza, równie dobrze mógłbyś wyrzucić kopterek z okna na 1 piętrze. Tak, same problemy..

Ale żeby nie zniechęcać. Nie musisz używać Arduino, choć jako komputer nawigacyjny wyznaczający strategię lotu może wystarczy. Do obsługi i stabilizacji samej platformy zrobiono już wiele gotowych modułów. Poszukaj haseł Arducopter, MultiWii, KK-Multicontroller itp. Nie ma sensu wyważać otwartych drzwi. Pracują na różnych AVR (jak Arduino) i na 32-bitowych ARM. Potrafią nie tylko utrzymywać się w powietrzu i latać "za ręką" na drążkach aparatury do zdalnego sterowania, ale - jak już wspomniałem, odwiedzać z dobrą dokładnością zadane punkty w przestrzeni 3D, samodzielnie wracać do bazy, sterować i niezależnie stabilizować gimball kamery pokładowej itp. Myślę, że poradzą sobie z lataniem po ad hoc wyznaczonej trasie pokrywającej ten Twój kwadrat.

Trochę to pisałem, Harnaś już Ci coś podrzucił choć radzę przemyśleć i policzyć trochę fizyki i/lub zweryfikować założenia/oczekiwania.

[Bobby]

Przyznam się, że jeszcze nie czytałem wszystkich postów, ale dlaczego uważasz Marku, że nawigacja inercyjna nie 'widzi' wiatru? Z IMU dostajemy przemieszczenia całej platformy - wliczając to przemieszczenia wynikające z siły wiatru.

[marek1707]

No tak, to niezręczność która może być odczytana dwojako, ale widzę to dopiero dzisiaj, w świetle poranka 🙂 "Nie widzi" w tym sensie, że nie odróżnia wpływu wiatru od przemieszczeń spowodowanych innymi czynnikami. Dla pokładowego IMU nie ma znaczenia czy to silnik czy wiatr obrócił latacza. Dlatego taka nawigacja będzie działać zarówno w spokojnym lataniu rekreacyjnym jak i w targanym wiatrem kopterku do szukania nadajnika zgubionego gdzieś na bagnach.. A co myślisz Bobby o całym tym pomyśle? Przecież w takich warunkach trudniej ma każdy fragment kopterka łącznie z matematyką i napędami. Być może właśnie to jest fajnym wyzwaniem. Zamiast robić kolejną zabawkę do latania w ogródku można zająć się czymś naprawdę trudnym. Ciekawi mnie tylko cel tego projektu. Ratownictwo górskie? Dostarczanie tlenu zgubionym kosmonautom na Marsie? W warunkach silnych zaburzeń i bardzo nieliniowej pracy napędów, gdy strumienie zaśmigłowe uciekają spod łopat na boki i żadne śmigło nie pracuje w laminarnie zasysanym powietrzu, estymacja stanu nawet filtrem Kalmana będzie bardzo ułomna, bo nie ma dobrego modelu systemu. Wysterowania napędów będą się miały nijak do osiąganych ciągów poszczególnych wierzchołków platformy a bezwładność typowego silniczka i regulatora 3F pogrąży całość... w bagnie... Chyba mam doła 🙂

[Bobby]

W dalszym ciągu jeszcze całości nie przeczytałem, ale odniosę się do ostatniego posta w kwestii napędów - a gdyby zastosować napędy tunelowe? :> Trochę to powinno poprawić kwestię 'wywiewania' ciągu silników. A wpływ wiatru można spróbować wyciągnąć z IMU - szarpnięcia, które nijak nie pokrywają się tym, co podajemy na silniki. Hmm, właśnie - a co gdyby do kalmana dodać kolejne wejście, mianowicie wyjście regulatora silników? Damy mu informację, czego się spodziewać (x a priori). Sam kalman przecież nie wie o tym, co dzieje się na wyjściu układu, jego wyjście jest podłączone pod wejście regulatora odpowiadającego za orientację kopterka. W ogóle można by uznaćh koptera jako kwaternion, ale modelowaniem i tak trzeba się zająć dopiero po ustaleniu, jaki będzie kopter. Jako jednostka obliczeniowa może F4, ma FPU, podstawowe instrukcje DSP, a najwyższe modele kręcą się do 180MHz. Ewentualnie raspi+jakiś uC, ale malinka do przetwarzania w czasie rzeczywistym się nie nadaje ze względu na linuxa (linux to nie RTOS) - niemniej jednak, tworzenie mapy prościej zrobić na nim, ze względu na mnogość środowisk robotycznych dla tego systemu

[marek1707]

Moim zdaniem nie trzeba wiatrem zajmować się jakoś specjalnie i wyciągać o nim informacji z IMU. Z systemu orientacji przestrzennej dostajesz przechylenia i obroty w 3 osiach (to IMU) a z GPS dostajesz położenie 3D. To wszystko razem, plus ew. barometr, kompas i jakieś inne pomysły (położenie horyzontu z PIR np.) to Twoje sygnały czujnikowe. Z drugiej strony masz zadawanie parametrów lotu z komputera nawigacyjnego czyli wymagane położenie i orientacja w danej chwili czasu. Filtr Kalmana, na podstawie modelu latacza (masa, jej rozłożenie w przestrzeni i położenie punktów przyłożenia wektorów ciągu) oraz wysterowań użytych w poprzednim kroku robi predykcję nowego położenia a na podstawie sygnałów z czujników aktualizuje to do stanu rzeczywistego. Żeby to w miarę poprawnie działało, coś musi być wiarygodne. Z założenia nie możemy polegać wyłącznie na czujnikach, bo gdyby tak było to taka matematyka nie nie byłaby potrzebna. W takim razie, gdy czujniki mają swoje problemy opieramy się bardziej na modelu. Kalman robi to (wyważa) optymalnie czyli lepiej się nie da, ale jeśli będzie miał zły model systemu, nie będzie miał się na czym oprzeć i wyniki będą od czapy. Dlatego tak bardzo ważny jest dobry model napędu śmigłowego w sytuacji, gdy prosta liniowa lub nawet kwadratowa zależność ciągu od wysterowania regulatora kompletnie się nie sprawdza. OK, pobieranie dodatkowego sygnału o prędkości obrotowej z wyjścia regulatora jest jakąś poprawą, ale to wciąż nie to. Nawet gdybyśmy mieli pomiar rzeczywistego ciągu śmigła to i tak kopterek w formie jaką znamy stoi na przegranej pozycji. Po prostu zbyt szybkie zmiany warunków otoczenia, np. asymetryczne podmuchy z boków, z góry lub z dołu wymagają czasów reakcji o wiele krótszych niż możliwości takiego napędu. Co z tego, że będziemy dokładnie wiedzieć, że jesteśmy już do góry podwoziem, skoro z powodu opóźnień w rozkręcaniu śmigieł i tak nie zdążymy na to zareagować?

W sumie to ciekaw jestem czy sprawy wyglądają aż tak czarno. Pewnie wiele zależy od przyjętych warunków testu. Wiatr na plaży, wiejący od morza jest o wiele "gładszy" niż taki sam na łące w lesie. W wakacje latam małymi modelami przy 10m/s i ląduję bez problemów na piasku tuż przy nogach. Skierowany pod wiatr samolocik praktycznie stoi w miejscu 🙂 i to jest fajne. Taka sama próba w Wawie między blokami skończy się na 100% rozbiciem modelu własnie z uwagi na niestabilność warunków opływu i moje zbyt wolne reakcje na niewidzialne "dziury" w powietrzu. Nie mówiąc o próbie podejścia na krąg i do lądowania.

Napędy tunelowe mają bardzo kiepską sprawność gdy pracują w warunkach zerowych prędkości początkowych powietrza. Z 10A prądu zwykły 4-kopter z wolnoobrotowymi, 10 calowymi śmigłami podniesie samego siebie i porządną kamerę. Ten sam prąd wpompowany w tunel da ciąg może ze 200g 🙁

[maateeus]

Dziękuje za wszelkie wskazówki. Z jednej strony nawet spory błąd predykcji z Kelmana byłby dopuszczalny, ale tylko pod warunkiem, że będzie zagwarantowane pokrycie całej zadanej powierzchni w jakimś rozsądnym czasie (np. przeszukanie kwatratu 200/200m w czasie do 5 minut? - wtedy takim błędem się przejmować nie trzeba, ale co do zagwarantowania pokrycia powierzchni to wiem ,że jest taki algorytm stosowany w np. irobocie, ale jest mało efektywny.... i założeniem jest zamknięta powierzchnia...co tu niestety nie ma miejsca...).

Jakieś sugestie do konstrukcji bardziej odpornej na wiatr - jak z konstrukcją ala zwyĸły helikopter?, albo trój-kopter? będą lepsze w tym zastosowaniu?

Co myślicie o takiej ramie do pierwszych testów (zapewne silniki za słabe, ale jeśli chodzi o konstrukcję to może pójść w właśnie w strone takiego trój-koptera albo zwykłej klasycznej konstrukcji typowego śmigłowca?): http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=20986?

Rozumiem, że napęd tunelowy nie jest zbyt dobrym wyjściem jednak w tej sytuacji (tu nie mam wiedzy w temacie stąd opieram się mocno na waszych radach)?

[marek1707]

Myślę o tej odporności na wiatr. Rzeczywiście bryła śmigłowca jest aerodynamicznie o wiele bardziej doskonała niż pokraczny 4- lub 3-kopter nawet obudowany laminatową skorupą. Jednak zwykłe heli ze swoim długim ogonkiem i wirnikiem na końcu - o ile z przodu wygląda doskonale i w ruchu postępowym osiąga niezłe prędkości, to na podmuchy boczne też jest czuły. A może sprawdzi się jakaś symetryczna forma "gruszki", "balonika" lub po prostu kuli podwieszonej pod dwoma współosiowymi i przeciwbieżnymi wirnikami? Nie ma to żadnej wyróżnionej strony więc i brak momentu obracającego to coś z powodu wiatru. Wszystkie czujniki, elektronika, zasilanie i napędy wewnątrz laminatowej, kulistej skorupy. Widzę zalety. Co Wy na to?

[maateeus]

Jest to Ciekawa koncepcja, muszę ją przemyśleć dokładnie, ale pomysł na pewno bardzo ciekawy...

(widzę tu niewielki problem - takie rozwiązanie nie jest kompaktowe - zakładałem, że w jednym wymiarze kopter będzie płaski...i tym samym łatwo przenośny, ale w sumie da się to założenie zachować poprzez np. demontowanie obudowy w czasie przenoszenia itp.). Na pewno jest to ciekawy pomysł...myślicie, ze może wytrzymać wiatr do 100km/h?