Návrh a konštrukcia bezpilotného lietajúceho zariadenia

11. jan. 2019 • Technické vedy

Návrh a konštrukcia bezpilotného lietajúceho zariadenia

Drony si v súčasnosti získavajú pozornosť verejnosti a sú používané stále väčším množstvom ľudí. Hoci ich cesta sa začala písať už na konci prvej svetovej vojny, ich komerčné využívanie sa začalo až v posledných rokoch.

„Keďže drony ponúkajú široké spektrum užitočných vlastností, sú využívané v obrovskom množstve vedných odborov, ale aj umení a svoje neodmysliteľné miesto majú predovšetkým v armádnom sektore. Za zmienku stoja bezpilotné letúny, ktoré boli spočiatku využívané armádou ako testovacie terče protilietadlových striel, neskôr ako prieskumné letúny, až sa nakoniec použili ich ozbrojené verzie na diaľkové ostreľovanie a bombardovanie,“ uvádza vo svojej práci Návrh a konštrukcia bezpilotného lietajúceho zariadenia (Design and construction of an unmanned aerial vehicle) Martin Schmidt a jeho školiteľ Michal Vagač, Katedra informatiky Fakulty prírodných vied UMB v Banskej Bystrici.

Vedecká obec podľa neho pozná drony, ktoré umožňujú upevnenie rôznych nástrojov, akými sú zväčša skenery, rôzne typy radarov či kamier. „Výstupy z týchto nástrojov sú používané napríklad v kartografii, lesníctve, ekológii, stavebníctve a pod. Každý dron však predstavuje zložitý mechanizmus, pri ktorého zostrojovaní sú nutné vedomosti z viacerých vedných odborov, predovšetkým elektroniky, mechaniky, fyziky, informatiky a matematiky.“

Hlavným cieľom tejto práce bolo detailné preskúmanie a opis základných znalostí potrebných pre tvorbu jednoduchého drona. Práca je zameraná na hardvér a softvér na úrovni potrebných algoritmov. Praktická časť sa venuje konštrukcii drona, opisu základných funkcií a kalibrácie, tvorbe používateľského rozhrania, pomocou ktorého je možné dron ovládať. Venuje sa aj hardvérovej konštrukcii, výberu správnych dielov a ich všeobecnému opisu. Opisuje tiež problémy spojené s nesprávnym výberom komponentov na konštrukciu drona. Ďalej je pozornosť zameraná na softvérový vývoj riadiacich algoritmov drona a používateľského rozhrania. Podrobne opisuje použitý PID algoritmus a jeho ladenie a predstavuje platformu Node-RED, ktorá je použitá pre používateľské rozhranie.

„Pri výbere dielov je dôležité stanoviť si vlastnosti, ktoré od nášho dronu požadujeme, napríklad rýchlosť, nosnosť, výška doletu, dĺžka letu a podobne. Absolvoval som viaceré konzultácie s viacerými odborníkmi zaoberajúcimi sa stavbami modelov a všetci mi jednoznačne odporučili konštrukciu drona zakúpiť, nakoľko stavba takejto konštrukcie je náročná cenovo, technologicky a predovšetkým časovo. Preto som zakúpil štvorramennú konštrukciu, ktorá okrem trupu a ramien s možnosťou pripevnenia bezuhlíkových motorov disponovala integrovaným distribútorom elektrickej energie k ramenám, čo nám ušetrilo niekoľko káblov a zjednodušilo celkovú prácu,“ opisuje Martin Schmidt.

Ako už naznačil, na stavbu drona použil bezhulíkové motory. „Tieto motory sa od klasických elektromotorov líšia svojou konštrukciou. Najväčšou výhodou je absencia uhlíkov, ktoré sa rýchlo opotrebúvajú a vďaka tomu je životnosť bezuhlíkových motorov niekoľkonásobne vyššia. Okrem toho je ich chod oproti uhlíkovým motorom tichší a výkon vyšší.“

Autor práce v závere skonštatoval, že návrh a konštrukcia drona je časovo, finančne a najmä technologicky náročná záležitosť. „Po viac ako troch mesiacoch práce môj dron nie je schopný bezpečného letu. Naďalej však verím, že po správnej kalibrácii parametrov regulačnej odchýlky, bude dron schopný bezpečného a udržateľného letu. Testovanie je však náročné aj z dôvodu rýchleho vybíjania batérie. Ďalším problémom pri kalibrácii parametrov regulačnej odchýlky je skutočnosť, že celá sústava sa správa rozdielne pri nižšom výkone než pri vysokom. V praxi to znamená, že keď som našiel parametre, ktoré fungovali pomerne spoľahlivo pri 9 % výkone motorov, pri 13 % výkone dron nefungoval korektne a vychyľoval sa zo svojej osi.“ Ďalšími úlohami podľa Martina Schmidta bude nájdenie funkčných parametrov pre regulačnú odchýlku osi x, ako aj osi y a následné testovanie vzletu a pristátia. „Pokiaľ budú tieto kroky úspešné, rád by som sa začal venovať autonómnosti drona a učiacim algoritmom, ktoré by umožnili dronu samostatnú prevádzku bez nutnosti pilotovania.“

Príspevok vyšiel v rámci zborníka Študentskej vedeckej konferencie 2018 Fakulty prírodných vied UKF v Nitre a Fakulty prírodných vied UMB v Banskej Bystrici. (zborník)

Študentské vedecké konferencie sú jedinečnou príležitosťou pre študentov prezentovať výsledky svojej vedecko-výskumnej práce, vyskúšať si a zažiť jedinečnú atmosféru vedeckej konferencie a v neposlednej miere aj získať možnosť publikovať svoj prvý príspevok. Pre mnohých študentov je to možno prvá, avšak veľmi dôležitá osobná skúsenosť s vedeckým životom.

Tentokrát mali možnosť stretnúť sa študenti Fakulty prírodných vied UKF v Nitre a Fakulty prírodných vied UMB v Banskej Bystrici na spoločnej Študentskej vedeckej konferencii (ŠVK). Konferenciu hostila Fakulta prírodných vied UKF v Nitre. Študenti bakalárskeho, magisterského a prvého ročníka doktorandského štúdia úspešne prezentovali výsledky svojho výskumu v sekciách konferencie: Biológia; Ekológia a environmentalistika; Fyzika, Chémia a Matematika; Geografia a regionálny rozvoj; Informatika; Didaktika biológie, geografie; Didaktika matematiky, fyziky, informatiky a techniky.

 

Informačný a foto zdroj:

https://konferencie.ukf.sk/index.php/svk/svk2018 (september 2018)

autori príspevku: Martin Schmidt; Školiteľ: Michal Vagač

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Uverejnila: VČ

Hore
Vedec roka 2018
Veda v Centre
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
Publikácie Veda v CENTRE
QUARK
Aurelium - centrum vedy
FVF 2019
Prechod VK na VND - jar
TVT 2018 články
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Meter je základná jednotka dĺžky v medzinárodnej sústave jednotiek SI.
Zistite viac