Система технического зрения мультикоптера

Мультикоптер - миниатюрный многовинтовой беспилотный летательный аппарат, который может дистанционно управляться пользователем. Малый вес и габариты мультикоптеров позволяют использовать винты небольшого размера, что способствует уменьшению вибраций и инерционности. Из механических элементов мультикоптер имеет только моторы, приводящие в действие винты, что делает его максимально надежным летательным аппаратом.

Стремительное развитие робототехники делает возможным создание мультикоптеров, способных осуществлять полет без участия оператора. Такая автономность предполагает наличие сложной системы датчиков для стабилизации, навигации, обнаружения и облета препятствий.

Целью данной работы являлась разработка системы технического зрения для мультикоптера. Данная система необходима для безопасного перемещения в пространстве.

Основные требования к разрабатываемой системе:

Малый вес - у большинства моделей коптеров грузоподъемность ограничена несколькими сотнями грамм, поэтому система распознавания должна быть максимально легкой.

Малое энергопотребление - поскольку аппарат является автономным - его питание осуществляется от аккумулятора, емкость которого ограничена.

Малое потребление вычислительных ресурсов - в силу невозможности установки полнофункционального компьютера, появляется необходимость использовать полетные контроллеры с ядром AVR или ARM с ограниченным быстродействием.

Устойчивость к ошибкам распознания - используемые средства должны с большой долей вероятности определять препятствия, это должно уберечь аппарат от столкновения.

Низкая стоимость.

Для оценки окружающего пространства в идеальном случае мультикоптер должен контролировать полную сферу вокруг себя. На практике ресурсы аппарата ограничены, поэтому в поле обнаружения системы технического зрения, по крайней мере, должна быть включена передняя полусфера. В разрабатываемой системе используются ультразвуковые и инфракрасные дальномеры.

Алгоритм обнаружения и преодоления препятствий, который подлежит реализации в программном коде, выглядит следующим образом:

- Сканирование пространства, получение данных, расстояний и углов.
- Поиск максимального значения расстояния в массиве.
- Поиск локальных максимумов.
- По полученным данным определяется соответствующий угол, на котором находится проем, и вычисляется его размер.
- Определение направления движения.

Данный алгоритм позволяет находить препятствия, определять размеры проемов, тем самым, делая полет безопасным.

В заключение отметим, что данная система позволяет избегать препятствий в автоматическом полете, а также при дистанционном управлении, таким образом, корректируя ошибки оператора.

Работа выполнена в рамках минипроекта «Разработка системы управления автономного летающего робота на базе стандартной мультикоптерной платформы» программы стратегического развития ПетрГУ на 20.12.2016 гг.

А. С. Гоноболев, А. О. Лекарев