UAV FEJLESZTÉSEK ÉS KUTATÁS AZ MTA SZTAKI-BAN Bokor József (bokor@sztaki.hu), Vanek Bálint, Bauer Péter (bauer.peter@sztaki.hu ) MTA-SZTAKI, Rendszer- és Irányításelméleti Kutatólaboratórium Automatikus fedélzeti irányítórendszerek a légiközlekedésben 2014. Február 4. BME Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék
Pilóta nélküli repülőgép rendszerek piaci perspektívái A japán rizsföldek 90%-át UAV-k permetezik Rendkívül dinamikusan fejlődő terület o Komoly piaci potenciál (széles alkalmazási terület) o Innováció által vezérelt o Új kutatási eredmények gyors megjelenése Nincsenek kiforrott megoldások o Hatósági szabályozás hiánya
Mire kellenek a UAV-k? Polgári felhasználás: Katasztrófavédelem (árvíz, erdőtűz, légszennyezés stb. figyelése, mérése) Tudományos kutatás (meteorológia stb.) Rendészeti feladatok (zavargások, határvédelem) Katonai felhasználás: Felderítés, információ szerzés Harci alkalmazások
Erdőtűz figyelése Marvin helicopter Tömeg: 11 kg Hasznos terhelés: 5-7 kg Rotor átmérő: 1,8 m Hossz: 1,65 m
Meteorológiai kutatás, felderítés Global Hawk Tömeg: 11 500 kg Hatótávolság: 19 000 km Hasznos terhelés: 1360 kg Fesztávolság: 40 m Maximális rep. magasság: 20 000 m
Harci alkalmazás MQ-9 Reaper (Predator) Tömeg: 4540 kg Hasznos terhelés: 200 kg + fegyverek Fesztávolság: 20 m Maximális rep. magasság: 15 200 m
Robotrepülőgép rendszer fő komponensei Földi állomás A tudomány részéről főleg új algoritmusok fejlesztése, tesztelése, új koncepciók bizonyítása a feladat és a cél, nem a piacképes repülőgép rendszer
Robotrepülőgép rendszer fejlesztés fő lépései 1. A repülőgép kiválasztása (felépítés, teherbírás) 2. A rendszer kalibrálása 3. Modellalkotás (számítások, szélcsatorna és egyéb mérések, repülés közbeni mérések) 4. A szabályozási algoritmus (gyakorlatilag programkód) megtervezése és fedélzeti számítógépre vitele 5. Földi tesztelés: 1. HIL (hardware in the loop) tesztek 2. Fedélzeti tesztek 6. Légi tesztelés
Repülőgépek E-flite Ultrastick 25e 1.25m 2kg Orca 3m 10kg
Navigációs szenzorok Kész termék megvétele (használata könnyű, gyors, de részletes működése ismeretlen) Saját fejlesztés (hosszabb, lassabb, de működése minden részletében ismert) SZTAKI_1 mnav SZTAKI_2
Szenzorok kalibrálása
Hőmérsékleti kalibrálás
Rendszer identifikáció mérésekből
Szabályozási feladatok Stabilizáló szabályzás (bedöntés, bólintás) Szög referenciajelek követése Sebesség / magasság tartás Útvonal pontok, vagy kötött útvonal követése Hibadetektálás, hibakorrigálás, rekonfiguráló szabályzás Phycore MPC555 / 40MHz Phycore MPC5200 / 400MHz
Hardware-in-the-loop szimuláció felépítése 40 MHz antenna PPM vevő csűrő 40 MHz FM Fedélzeti számítógép PWM jelek MUX magassági korm. 2.4 GHz antenna PhyCore MPC555 PWM jelek oldalkormány Vezeték nélküli modem soros vonal Szenzor egység + repülőgép Földi állomás Digi XStream 2.4 GHz
Menjünk repülni!
Szögtartás és követés
GPS koordináták közti repülés
Kutató-mentő útvonal követése szimulációban
Kutató-mentő útvonal követése a valóságban
És a megbízhatóság? Egyszeres, vagy kétszeres hardware rendszer? 96-97%-os hibadetektálás érhető el napjainkban
Kétszerezett rendszer vázlata
Új aktuátorok Saját intelligenciával rendelkező önálló egységek, hiba diagnosztikával és korrekcióval, ha lehetséges Integrated modular avionics (IMA) koncepció
HIL szimuláció
Útvonal követés hibadetektálással
És ha már jól repülünk az elég?
Érzékelés és elkerülés ONR (USA) program, célok: A másik (közeli) repülőgép felderítése (radar / kamera) Relatív pozíció és sebesség becslése, veszélyesség eldöntése Elkerülő manőver, a gép által végrehajtható tartományon belül
Érzékelés és elkerülés 2. intruder own distant waypoint intruder own aircraft
Érzékelés és elkerülés 3. emd N emd D estimated position of intruder at encounter point selected maneuver
Beltéri pozícionáló rendszer Ultrahangos rendszer Kamerás rendszer GPS
Beltéri pozícionáló rendszer 2. Fototranzisztor Fototranzisztor LCD LCD LED LED
LED követés folyamata Fototranzisztorok LED LCD
LED követés folyamata Fototranzisztorok LED LCD
LED követés folyamata Fototranzisztorok LED LCD
Az elkészült pozíció érzékelő TFT modul Szenzor modul Kommunikációs modul Tápellátás modul
A helikopter Koaxiális konfiguráció Imbolygótárcsát mozgató szervók Fedélzeti elektronika LED marker Meghajtó motorok
Általános struktúra Duplex rádió kommunikáció a PC és a helikopter között Gázkar állás Bólintó és orsózó beavatkozás Irány referencia Mágneses & Gyro szenzor Fedélzeti iránykontroll CAN busz alapú kommunikáció a pozíció szenzorok és a PC között PC futtatja a magasság és pozíció kontrollt
Köszönöm szépen a figyelmet!