CZ309292B6 - Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér - Google Patents
Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309292B6 CZ309292B6 CZ2020-724A CZ2020724A CZ309292B6 CZ 309292 B6 CZ309292 B6 CZ 309292B6 CZ 2020724 A CZ2020724 A CZ 2020724A CZ 309292 B6 CZ309292 B6 CZ 309292B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- multicopter
- multicopters
- measuring
- infrared detection
- detection sensors
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013498 data listing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C19/00—Aircraft control not otherwise provided for
- B64C19/02—Conjoint controls
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
- B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Navigation (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér, zejména bezpilotních multikoptér, obsahujících alespoň čtyři pohonné jednotky s vrtulemi, obsahuje infračervené detekční snímače (4), z nichž vždy jeden je samostatně připojen k jednotlivé pohonné jednotce pro měření rychlosti každé pohonné jednotky samostatně. Tyto infračervené detekční snímače (4) jsou každý samostatně propojeny s mikrokontrolerem, tříosým akcelerometrem, tříosým gyroskopem, barometrem, kompasem a pitot-statickou trubicí (3) a napájecím zdrojem (2), přičemž vzdálenost mezi infračervenými detekčními snímači (4) a vrtulí je menší než 30 mm.
Description
Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér
Oblast techniky
Vynález se týká návrhu hardwarového konceptu odnímatelného zařízení na principu senzorové sítě, umožňující časově synchronizované měření výkonových parametrů multikoptér, zejména bezpilotních multikoptér, sloužících pro dynamické sledování letu a následné vyhodnocování testovaných letových charakteristik bezpilotních prostředků. Technické řešení zařízení je po hardwarové stránce modulární, systémově umožňující zvýšit počet požadovaných senzorových jednotek v rámci senzorické sítě v závislosti na počtu ramen sledované multikoptéry. Hardwarové řešení klade primární důraz na nízkou hmotnost při využití senzorů s co největší vzorkovací frekvencí.
Dosavadní stav techniky
V posledních letech je možné sledovat rapidní technologický rozvoj v oblasti bezpilotních letových prostředků. Regulace legislativy vstupující v platnost od 1.1.2021 novelizuje nařízení, týkající se provozu bezpilotních letových prostředků na základě jejich letových charakteristik, avšak blíže nedefinuje metodiku testování požadovaných parametrů. Pro hodnocení letových parametrů je nutné mít časově synchronizovaná letová data, resp. záznam výkonových parametrů multikoptéry z testovacího letu.
Řídicí systémy multikoptér vyžadují množství letových dat získaných v reálném čase. Jako minimální vstupní informace do řídicího systému každé multikoptéry musí být informace o její vlastní poloze a orientaci v prostoru vzhledem k počátku souřadnicového systému. Za tímto účelem je každá multikoptéra vybavena tříosým gyro-akcelerometrem, který je integrován do plošného spoje řídicí jednotky. Senzor multikoptéře umožňuje na základě lineárního a úhlového zrychlení nepřímo dopočítat klopení, tj. úhlové změny, v jednotlivých osách. Klopení v jednotlivých osách je nezbytná informace pro řídicí systém a PID, složený z proporcionální, integrační a derivační části a kontroléru, ovládající výkon jednotlivých motorových jednotek. Dalšími letovými daty, kterými mohou disponovat řídicí systémy bezpilotních letových prostředků vyšších tříd, ať už z hlediska ceny nebo autonomního řízení, jsou GPS data, data o magnetickém kurzu, barometrická data, data o rychlosti vůči okolnímu prostředí nebo data o výkonu motorové jednotky. Všechna zmíněná letová data jsou nutná pro výpočet výkonových parametrů multikoptéry. Bezpilotní letové prostředky buď nedisponují všemi požadovanými senzory, příp. jimi disponují, ale jejich letový počítač neumožňuje uživateli nebo výzkumnému pracovníkovi zisk nezpracovaných surových výpisů letových dat za účelem určení letových charakteristik.
Jako vhodná substituce nebo duplikace senzorového vybavení bezpilotního letového prostředku za účelem zaznamenávání letových dat se logicky nabízí možnost využití dostupných systémů na snímání pohybu. Aktuálně dostupné systémy snímající pohyb lze rozdělit dle principu jejich fungování na optické, optoelektrické, magnetické, a inerciální. Každá ze zmíněných technologií má určité přednosti, které jsou vhodné na specifické snímání pohybu objektu. Při snímání a analýze pohybu běžně používanými inerciálními měřicími zařízeními sestává měřicí jednotka častokrát jen z 3-osého akcelerometru, 3-osého gyroskopu, barometru, kompasu a ve výjimečných případech standardního GPS modulu. Pro účely stanovení letových charakteristik pracuje standardní GPS modul s poměrně velkou mírou nepřesnosti měření jak nadmořské výšky, tak i rychlosti vůči zemi, neboť rychlost vůči zemi nekoresponduje s výše uvedenou rychlostí tělesa/multikoptéry vůči okolnímu prostředí. Úplná absence snímání dat reprezentujících výkon, resp. otáčky jednotlivých motorových jednotek multikoptéry, stejně jako rychlosti multikoptéry vůči okolnímu prostředí zdůrazňuje nevhodnost dostupných inerciálních zařízení na měření výkonových parametrů multikoptér. Žádné v současnosti existující zařízení nesplňuje funkci senzorové sítě s možností
- 1 CZ 309292 B6 modulové úpravy v podobě počtu a typu senzorů se specializací na zaznamenávání výkonových parametrů multikoptér.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro měření výkonových parametrů multikoptér, zejména bezpilotních multikoptér, obsahujících alespoň čtyři pohonné jednotky s vrtulemi, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že každá pohonná jednotka je opatřena infračerveným detekčním snímačem pro měření rychlosti každé pohonné jednotky samostatně, které jsou propojeny s mikrokontrolerem, tříosým akcelerometrem, tříosým gyroskopem, barometrem, kompasem a pitot-statickou trubicí a napájecím zdrojem, přičemž vzdálenost mezi infračervenými detekčními snímači a vrtulí je menší než 30 mm.
Mikrokontroler je s výhodou opatřen dalším modulem pro čtení mikro SD (Secure Digital) karet, tedy paměťových medií. Mikrokontroler, tříosý akcelerometr, tříosý gyroskop, barometr, kompas a pitot-statická trubice j sou ve výhodném provedení uloženy na vněj ším krytu ramen multikoptéry.
Napájecí zdroj je ve výhodném provedení umístěn na spodní straně multikoptéry v jejím středu.
Podstata a novost vynálezu týkajícího se zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér spočívá ve vytvoření komplexního měřicího zařízení struktury senzorické sítě, speciálně určeného pro testování letových charakteristik bezpilotních letových prostředků konstrukce multikoptér. Navržené modulární zařízení poskytuje uživateli letový záznam s časově synchronizovanými daty vypovídajícími o lineárních a úhlových zrychleních dosažených multikoptérou v průběhu letu, klopení ve všech třech osách (Pitch/Yaw/Roll), letové výšce, magnetickém kurzu, rychlosti multikoptéry vůči okolnímu prostředí a rychlosti otáček každé pohonné jednotky samostatně. Technické řešení dbá na co nejnižší hmotnost senzorické sítě jako celku, což umožňuje navrženou senzorickou síť aplikovat i na bezpilotní letové prostředky třídy CO (dle nařízení Komise v přenesené pravomoci (EU) 2019/945). Jednotlivé senzorové moduly zařízení jsou umístěny na vnější straně krytování multikoptéry. Nesporná výhoda zařízení spočívá v jeho využitelnosti pro celé spektrum multikoptér od kvadrokoptér se čtyřmi pohonnými jednotkami umístěnými na ramenech multikoptéry, přes hexakoptéry až po oktakoptéry.
Objasnění výkresů
Zařízení pro měření výkonových parametrů bezpilotních multikoptér podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno na příkladu multikoptéry se čtyřmi pohonnými jednotkami za pomoci přiloženého výkresu, přičemž na obr. 1 je zobrazen schematický nákres multikoptéry s místy používaných senzorových modulů zařízení pro měření výkonových charakteristik multikoptéry.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příkladné zařízení pro měření výkonových parametrů bezpilotních multikoptér hardwarově sestává z mikrokontroleru, sady senzorů, modulu na čtení microSD karet a napájecího zdroje 2. Sada senzorů zahrnuje tříosý akcelerometr, tříosý gyroskop, barometr, kompas, pitot-statickou trubici 3 a moduly s infračerveným detekčním snímačem 4. Rozložení senzorů na bezpilotním letovém prostředkuje znázorněno na obr. 1. Mikrokontroler s modulem na čtení microSD karet, skupinou inerciálních senzorů, tj. tříosý akcelerometr, tříosý gyroskop, barometr, kompas, a modulem pitotstatické trubice 3 jsou umístěny na horním krytu multikoptéry v místě 1. Při výběru místa 1 je důležité brát v úvahu pozici jednotky řídicího systému (Flight Controler) testované multikoptéry. Pro docílení co nejvyšší přesnosti měření je požadováno, aby místo 1 bylo ve středu jednotky řídicího systému multikoptéry. Za účelem vyvážení mikrokontroleru a modulů umístěných na
-2CZ 309292 B6 místě 1 je na spodní straně krytu multikoptéry umístěn napájecí zdroj 2 napětí. Samotná pitotstatická trubice 3 směřuje dopředu tak, aby hrot na měření dynamického tlaku a otvory na měření statického tlaku nebyly v zóně turbulentního proudění vzduchu od vrtulí multikoptéry. Na každém ramenu multikoptéry jsou umístěny moduly s infračerveným detekčním snímačem 4 tak, aby vertikální vzdálenost mezi snímačem 4 a vrtulí v klidovém režimu nebyla větší než 30 mm.
Prototypové zařízení pro měření výkonových parametrů bylo naprogramováno v programovém jazyku C++. Komunikace 16MHz mikrokontroleru se všemi moduly s výjimkou infračervených detekčních snímačů 4 je zajištěna prostřednictvím I2C protokolu. Časově synchronizovaná letová data jsou se vzorkovací frekvencí 100 Hz zaznamenávána na microSD kartu. Data jsou předzpracovaná. Výpis dat má podobu lineárních (g) a úhlových (%) zrychlení dosažených multikoptérou v průběhu letu, úhlů klopení (°) ve všech třech osách (Pitch/Yaw/Roll), letových výšek (m), změn magnetického kurzu (°), rychlostí multikoptéry vůči okolnímu prostředí (m/s bez úhlové korekce) a rychlostí otáček každé pohonné jednotky (ot/min). Navržený ovladač má předprogramovanou autokalibraci gyroskopu, akcelerometru a modulu pro pitot-statickou trubici 3. Bezpilotní letový prostředek musí být pro potřeby kalibrace kompasu manuálně otočen hrotem pitot-statické trubice 3 směrem na sever. Zaznamenaná letová data senzorové sítě pro měření výkonových parametrů multikoptér jsou nahrávána paralelně, uložena v podobě .txt formátu a připravena pro další softwarové zpracování.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér, zejména bezpilotních multikoptér, ve smyslu tohoto vynálezu je určené pro specializovaná pracoviště v oblasti aviatiky s účelem outdoor (venkovního) dynamického kvantifikování výkonových vlastností multikoptér v průběhu letu, pro testovací pracoviště jako nástroj na experimentální získání dat pro potřeby kvalifikace bezpilotních letových prostředků do tříd a pro využití v rámci vědecko-výzkumné činnosti, např. pro zjištění vlivu závaží nebo nárazového větru na funkci autopilotního systému (PID kontroléru).
Claims (4)
1. Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér, zejména bezpilotních multikoptér, obsahujících alespoň čtyři pohonné jednotky s vrtulemi, vyznačující se tím, že obsahuje infračervené detekční snímače (4), z nichž vždy jeden je samostatně připojen k jednotlivé pohonné jednotce pro měření rychlosti každé pohonné jednotky samostatně, přičemž tyto infračervené detekční snímače (4) jsou každý samostatně propojeny s mikrokontrolerem, tříosým akcelerometrem, tříosým gyroskopem, barometrem, kompasem a pitot-statickou trubicí (3) a napájecím zdrojem (2), přičemž vzdálenost mezi infračervenými detekčními snímači (4) a vrtulí je menší než 30 mm.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mikrokontroler je opatřen dalším modulem pro čtení paměťových médií.
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mikrokontroler, tříosý akcelerometr, tříosý gyroskop, barometr, kompas a pitot-statická trubice (3) jsou uloženy na vnějším krytu ramen multikoptéry.
4. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že napájecí zdroj (2) je umístěn na spodní straně multikoptéry v jejím středu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-724A CZ309292B6 (cs) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-724A CZ309292B6 (cs) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2020724A3 CZ2020724A3 (cs) | 2022-08-03 |
| CZ309292B6 true CZ309292B6 (cs) | 2022-08-03 |
Family
ID=82611030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-724A CZ309292B6 (cs) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309292B6 (cs) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU164139U1 (ru) * | 2015-12-22 | 2016-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПАВЛИН Технологии" | Интеллектуальная система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом |
| US20180370642A1 (en) * | 2015-12-31 | 2018-12-27 | Nidec Corporation | Motor and propulsion device |
| RU195749U1 (ru) * | 2019-07-15 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "МИРП-Интеллектуальные Системы" | Интеллектуальная система технического зрения беспилотного летательного аппарата для решения задач навигации, построения трехмерной карты окружающего пространства и препятствий и автономного патрулирования |
-
2020
- 2020-12-29 CZ CZ2020-724A patent/CZ309292B6/cs unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU164139U1 (ru) * | 2015-12-22 | 2016-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПАВЛИН Технологии" | Интеллектуальная система автоматического управления беспилотным летательным аппаратом |
| US20180370642A1 (en) * | 2015-12-31 | 2018-12-27 | Nidec Corporation | Motor and propulsion device |
| RU195749U1 (ru) * | 2019-07-15 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "МИРП-Интеллектуальные Системы" | Интеллектуальная система технического зрения беспилотного летательного аппарата для решения задач навигации, построения трехмерной карты окружающего пространства и препятствий и автономного патрулирования |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2020724A3 (cs) | 2022-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101059384B (zh) | 一种捷联mems惯性测量单元及安装误差标定方法 | |
| US7962252B2 (en) | Self-contained avionics sensing and flight control system for small unmanned aerial vehicle | |
| CN101424534B (zh) | 惯性/重力组合导航半实物模拟装置 | |
| US8566071B2 (en) | Calibration and synchronization of micro air vehicle autopilots | |
| CN103162677B (zh) | 一种数字地质罗盘仪及地质体产状的测量方法 | |
| CN207991560U (zh) | 一种一体化模块 | |
| CN107560613A (zh) | 基于九轴惯性传感器的机器人室内轨迹跟踪系统及方法 | |
| CN107270902B (zh) | 一种带有交叉轴耦合误差补偿的mems惯性测量单元 | |
| CN2681997Y (zh) | 一种具有双处理器的飞行器自动驾驶仪 | |
| Andel et al. | IoT-based Data Acquisition Unit for aircraft and road vehicle | |
| CZ309292B6 (cs) | Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér | |
| Parfiriev et al. | Model of inertial navigation system for unmanned aerial vehicle based on MEMS | |
| CN103644914A (zh) | 高精度微机电组合惯导装置 | |
| Koval et al. | AR. Drone as a platform for measurements | |
| Ariante et al. | Velocity and attitude estimation of a small unmanned aircraft with micro Pitot tube and Inertial Measurement Unit (IMU) | |
| CZ34884U1 (cs) | Zařízení pro měření výkonových parametrů multikoptér | |
| WO2020150824A1 (en) | Gyroscope using torus shaped channels and image processing | |
| CN111102973A (zh) | 一种多传感器姿态检测系统 | |
| Paces et al. | Advanced display and position angles measurement systems | |
| Kusˇm et al. | Device for Measuring Multicopters Performance Parameters | |
| CN205983221U (zh) | 一种四轴飞行器控制系统 | |
| Paramonov et al. | Backup strapdown attitude control system on the Russian-made inertial sensors | |
| Hatamleh et al. | Development of an inertial measurement unit for unmanned aerial vehicles | |
| RU214483U1 (ru) | Система управления беспилотным летательным аппаратом с комплексированием навигационной информации | |
| Krause et al. | Designing a low cost fixed wing flying testbed-Using only commercial off-the-shelf components |