MLAB wiki

Máte načtenou starší verzi dokumentu! Pokud ji uložíte, vytvoříte tím novou aktuální verzi.

====== Experimentální konstrukce bezpilotního letadla ======

Jde o školní projekt, který byl započat několika nadšenci na Ustavu letadlové techniky Fakulty Strojní ČVUT. Postupem času se ale projekt rozšířil až na současnou spolupráci pracovníků několika kateder Fakulty elektrotechnické.

===== "Žehlička" UAV02A =====

==== Hlavní vylepšení ====

* Spolehlivější sběrnice (CAN)
  * Větší prostor pro avioniku a náklad
  * Modularni konstrukce draku umoznuje variabilne modifikovat konstrukci podle cilove aplikace.
  * Přidání další řídící vrstvy realizované  [[cs:odroid-x2|výkonným počítačem s ARM]]

===== Samokřídlo UAV01A =====

==== Drak letadla ====

==== Mechanická konstrukce ====

==== Matematický model ====

===== Řídící systém =====

{{:cs:designs:uav:control_system.png?direct&600|}}
=== PPM Demultiplexer ===

Je část avioniky letadla, která zabezpečuje přemínání mezi pozemním řízením pomocí klasického PPM signálu a PPM signálu vyvedeného z řídící desky autopilota.

Při jejím vývoji je požadováno následující

* Vysoká odolnost proti poruchovýcm stavům  (nekorektní vstupní signály, výpadky napájení,  [[http://en.wikipedia.org/wiki/Watchdog_timer|watchdog timer]])
  * Možnost přepnutí na ruční řízení na základě signálu z pozemního PPM vysílače. 
  * Failure safe landing (vypnutí motoru a uvedení do krouživého režimu)
  * Indikace stavů pomocí LED imístěných na okrajích křídel. 
  * Záznam havarijních dat (black box)

====== Pozemní řídící stanice ======

Pozemní stanice by měla zajišťovat komunikaci s bezpilotním prostředkem a podporu jeho operačních možností. Od pozemní stanice se proto očekává, že bude:

- Poskytovat bezpečný komunikační kanál s UAV
  - Měřit meteorologické veličiny
  - Vytvářet korekce DGPS
  - Zlepšovat navigační možnosti při přistání

===== DGPS =====

Pozemni stanice bude vysilat vlastni telemetrii, ktera bude obsahovat DGPS korekce. Ty se v UAV pouziji pro vypocet polohy, ktera se opet telemetrii odesle do pozemni stanice. 
Navigace tak bude v případě malých vzdáleností v podstate rozdilova proti pozemni stanici. 
To umozni snazsi definovani bodu trasy a nasledne i pripadne zjednodussi budouci moznost pristavani pobliz pozemni stanice.

===== Meteorologická data =====

Měření meteorologických údajů je důležité kvůli plánování letu, navíc zlepší možnosti přistání. Veličiny by mohly být měřeny již existující konstrukcí [[cs:aws|automatické meteostanice]].

Referenční hodnota tlaku by mohla být použitelná pro přistání pomocí barometrického výškoměru, který má nyní rozlišení lepši, než 1m.

===== Komunikace =====

Vzhledem k nutnosti použití vyšších radiových pásem z důvodu získání dostatečné šířky pásma pro přenos obrazových dat bude potřebné zaručit přímou viditelnost mezi přijímačem a vysílačem UAV. To lze vyřešít několika způsoby.

- Stožár s anténami umístěný poblíž pozemního řídícího stanoviště. 
  - Soustava antén umístěná na balonu.

V obou případech by bylo výhodné k propojení pozemní stanice a antén využít optického vedení a koaxiálního napájení po kotvících lanech.

==== Video přenos ====

Stále nedošeným ale základním problémem je způsob videopřenosu z UAV na pozemní řídící stanici. Ideálním řešením by bylo HD video v kombinaci s panoramatickými obrazovkami a širokoúhlými kamerami na UAV.

Tato technologie ale stále není příliš rozšířená.  Jednou z možností ale je využití modulátorů:

* [[http://www.tecnoroll.it/prodotti/modulators/flexmod211/flexmod211_eng.html|FLEXMod 211]]
  * [[http://www.tecnoroll.it/prodotti/devboards/tr391av/tr391avstk_eng.html|TR391AV]]

Což jsou  DVB-S modulátory s QPSK modulací.

====  Poznámky ====

- fyzicky oddelit multiplexor od autopilota
  - vyskomer nad terenom, kvoli automatickemu pristavaniu
  - radiomajak v pripade havarie
  - digitalne serva v 2. iteracii (http://www.openservo.com/)

====== Úkoly k vyřešení ======

===== Demultiplexer a přepínač PPM =====

Dokončení konstrukce demultiplexeru PPM a přepínače signálu z autopilota a RC přijímače. Jde o zařízení zpracovávající [[http://skymixer.net/electronics/84-rc-receivers/78-rc-ppm-signal|PPM signál]] z R/C přijímače umístěného na letadle a vyhodnocující (podle stavu konkrétního PPM impulzu) zda má být letadlo řízeno z RC ovládání, nebo z autopilota. Firmware je již z větší části napsaný pro ATmega328. Zbývá převážně otestování spolehlivosti provozu. A doladění konstant ve firmwaru.

===== Zprovoznění simulace UAV z počítače =====
  
Pro ladění autopilota UAV je výhodné použít takzvanou [[http://en.wikipedia.org/wiki/Hardware-in-the-loop_simulation|hardware-in-loop simulaci]] její princip spočívá v použití počítačového modelu systému, který se chová, jako reálný systém. Takovým modelem může být například model napsaný v Matlabu, nebo některý vyzualizační a výpočetní systém jako například [[http://www.x-plane.org/|X plane]] nebo [[http://www.flightgear.org/|FlightGear]].

===== Měření IAS =====

Složení a zprovoznění snímače s Pitotovou trubicí, a [[http://www.sensirion.com/en/about-us/news/news-archiv/news-archiv-detail/first_digital_differential_pressure_sensor_long_term_stable_and_economical/|diferenčním snímačem tlaku]]. Součástí realizace by mělo být napsání vyčítajícího driveru do ChibioOS. A  návrh algoritmu na kompenzaci měřené hodnoty podle teploty a vlhkosti vzduchu, která bude měřena jinými palubními čidly.

===== Převodník CAN - PPM =====
  
Návrh a otestování prototypu převodníku sběrnice CAN. Převodník by měl být realizován z některých modulů stavebnice MLAB a MCU. který bude převod realizovat. Při řešení se lze inspirovat již existujícími řešeními dostupnými na internetu.

===== Výškoměr s podpůrnými parametry =====

Vytvoření modelu atmosféry za účelem měření výšky barometrickým výškoměrem. Model by měl pracovat ve velkém rozsahu (úroveň moře až stratosfréra) kvůli jeho potecnciální možnosti využití na balonové sondě [[cs:abl|ABL01A]]. Do modelu by měly vstupovat pomocné parametry získané z dostupných meteorologických dat, nebo měřené přímo pozemní řídící stanicí UAV,

===== Kalibrace inerciální navigační jednotky =====

Implementace automatické kalibrace kompasu za použití hodnot z akcelerometrů, případně gyroskopů. Kalibrace by měla být prováděna na zemi v rámci předletové přípravy pohybem celého letadla.

Demo vyčítání snímačů přes I2C je k dispozici v SVN repositáři na cestě: ///home/odroid/svn/svnUAV/Control_sytem/sw/navigace/IMU
//

$ ./IMU_test.py 
  /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/setuptools-5.7-py2.7.egg/pkg_resources.py:1049: UserWarning:   /home/odroid/.python-eggs is writable by group/others and vulnerable to attack when used with get_resource_filename. Consider a more secure location (set with .set_extraction_path or the PYTHON_EGG_CACHE   environment variable).
  No handlers could be found for logger "pymlab.sensors.iic"
  ALTIMET data acquisition system started 
  Temperature: 20.94  Pressure: 96044 
  Gyro: X -12  Y: 7 Z: -5
  Acc: X 0.04  Y: 0.06 Z: -0.99
  Mag: X 371  Y: 403 Z: -88
  Temperature: 20.94  Pressure: 96042 
  Gyro: X -7  Y: -7 Z: -6
  Acc: X 0.05  Y: 0.06 Z: -0.99
  Mag: X 371  Y: 403 Z: -87
  Temperature: 20.94  Pressure: 96042 
  Gyro: X 2  Y: 1 Z: 0
  Acc: X 0.05  Y: 0.06 Z: -1.00
  Mag: X 372  Y: 402 Z: -86
  Temperature: 20.94  Pressure: 96042

===== Návrh komunikačního protokolu   =====

Cílem úlohy je návrh efektivního protokolu přenosu telemetrie mezi UAV a pozemní stanicí. Protokol by měl být textový, aby byl v případě selhání některého systému zpracovávatelný i lidmi. Ideálně by měl být stejný formát použit k záznamu na SDkartu na palubě UAV. Z možných protokolů jde například o [[http://en.wikipedia.org/wiki/JSON|JSON]], nebo některou formu XML.

Podobný protokol by mohl být případně použit i na HIL simulaci.
===== Analýza možných poruch =====

Sestavení a analýza možných poruch systémů UAV a návrh jejich ošetření. Dále návrh optimální koncepce rozdělení řídících systémů a zvolení vhodné struktury  a redundance řídících počítačů odolné proti poruše.

===== Vytvoření matematického modelu UAV =====

Vytvoření počítačového modelu UAV na základě konstrukčních výkresů. Přosnost modelu pak může být ověřena měřením inerciální jednotkou na palubě letadla. 
====== Dokumentace ======

Technická dokumentace projektu je uložena v SVN repozitáři MLAB na adrese svn://svn.mlab.cz/svnUAV přístup pro čtení je volný. V případě zájmu do projektu přispívat prosím pošlete email na adresu kaklik@mlab.cz

V Ubuntu stačí spustit následující příkaz k získání celé dokumentace projektu:

svn co svn://svn.mlab.cz/svnUAV
  
==== Řízení projektu ====

Pro správu úkolů a dohled nad jejich plněním v rámci projektu používáme [[http://www.mlab.cz/redmine/projects/uavs| Redmine]].

====== Administrativa ======

http://www.caa.cz/postupy-pro-vydani-povoleni-k-letani-letadla-bez-pilota

==== Lidé ====

* Ivan Jerabek
  * Jakub Kákona - kaklik@mlab.cz
  * Marian Such
  * .
  * .
  * .

==== Odkazy ====

Jiné známé projekty pro referenční účely.

* [[http://paparazzi.enac.fr/wiki/Main_Page|Paparazzi Autopilot]]
  * [[http://rtime.felk.cvut.cz/helicopter/|RAMA]] Projekt ČVUT
  * http://pixhawk.ethz.ch/wiki/
  * http://code.google.com/p/ardupilot-mega/
  * http://www.openpilot.org/
  * http://gluonpilot.com/wiki/Main_Page
  * http://code.google.com/p/gentlenav/
  * http://slugsuav.soe.ucsc.edu/index.html
  * http://www.sensesoar.ethz.ch/doku.php?id=solar_airplane_design#autopilot

=== Pohonné jednotky ===

* [[http://www.pbsvb.cz/turbinovy-motor-tj-20|Turbínový motor TJ 20]]

=== Partneři projektu ===

Vývoj je podporován vývojovým týmem [[http://www.ust.cz/|Universal Scientific Technologies s.r.o.]]  {{ :logo_ust.png?nolink|Universal Scientific Technologies s.r.o.}}

==== Legislativní omezení týkající se  UAV ====

[[Legislativa|Model parameters and radio transmissions limits]] (cz only) \\
[[http://www.caa.cz/postupy-pro-vydani-povoleni-k-letani-letadla-bez-pilota|Postupy pro vydání povolení k létání letadla bez pilota na palubě (UCL)]]

=== Rádiová komunikace ===

http://www.ctu.cz/cs/download/oop/rok_2012/vo-r_10-04_2012-07.pdf

(hlavne kategoria g4 - dosah az 15km)

====== Plánované aplikace ======

* Práškovací letadlo
  * Testovací realizace [[cs:uavaerovlek|Bezpilotního aerovleku]]

Vyplňte, prosím, všechna písmena v poli, abyste dokázali, že nejste robot. D S W U A Ponechte prosím toto pole prázdné:

Komentář k úpravám

Poznámka: Tím, že editujete tuto stránku, souhlasíte, aby váš obsah byl licencován pod následující licencí: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International