Зачем использовать дронов в бизнесе и как их разрабатывать

Дроны запускают в небо не только ради красивых видео с памятных событий. Они доставляют посылки, мониторят объекты и заменяют людей на опасных заданиях. В этой статье команда Azoft рассказывает, зачем и каким бизнесам стоит применять дронов, и как мы помогаем агротех стартапу iFarm решать задачи посредством дронов.

Дроны, как и когда-то интернет, изначально имели военное назначение, но уже вышли за его пределы и становятся ценным инструментом бизнеса. В последнее время им всё чаще находят новую работу. Области применения беспилотников растут, и бизнесмены со всего мира борются за возможность забрать кусочек побольше с нового перспективного рынка.

Индустрию беспилотных летательных аппаратов (UAV) развивают Walmart, Amazon, Sentera, Airwood, XAG, DroneAg и т.д. Мы с нашим партнёром iFarm также исследуем возможности беспилотных технологий и применяем их для решения стоящих перед бизнесом задач.

Дроны перестали быть развлечением. Они играючи справляются с множеством задач, которые не были выполнимы ранее, и становятся все более незаменимыми. Они проникли в сферу строительства, сельского и лесного хозяйства, геодезии, горнодобывающей промышленности, энергетики, логистики, недвижимости, охраны и безопасности.

Очевидное применение беспилотников в бизнесе — доставлять посылки и грузы. В период распространения вирусов это решение актуально: доставка дронами максимально бесконтактна. В США, Финляндии и Австралии уже заказывают доставку товаров первой необходимости, еды и безрецептурных лекарств с помощью дронов Wing, разрабатываемых Alphabet.

Дроны, которые оснащены технологиями компьютерного зрения и машинного обучения, помогают бизнесу:

Как мы используем беспилотные технологии для проекта iFarm

Начиная с весны 2019 года, мы сотрудничаем с агротех компанией iFarm. Помогаем автоматизировать линейные бизнес-процессы производства: разработали и продолжаем совершенствовать целостную ИТ-инфраструктуру.

Также для автоматизации производства применяем наши исследования в области автономных летающих дронов, нейронных сетей и машинного обучения. Далее расскажем о том, как работаем в этом направлении: задачах, возникших трудностях, решениях, деталях реализации и планах.

В рамках задач на проекте iFarm беспилотные технологии, на наш взгляд, перспективны в двух направлениях:

Это решает типичные проблемы классических способов доставки: аренда и обслуживание складов, обработка продукции для хранения.

Разработать дронов-курьеров — заурядная задача. Их нужно доработать до грузового формата и создать классическую инфраструктуру доставки:

Дрон будет доставлять посылку к окну конечного потребителя, сбрасывая груз в сетку. Ранее в этом направлении мы работали менее активно из-за законодательных ограничений по использованию воздушного пространства. Недавние позитивные изменения в законах и фактор пандемии коронавируса дали нам вернуться к созданию тестовой инфраструктуры и диспетчерского центра доставки дронами.

Высота таких объектов зависит от помещения, где будут применяться технологии автономного выращивания iFarm.

Эта задача оказалась сложнее. Основная проблема — навигация внутри закрытого пространства. Мы не можем использовать технологии позиционирования GPS или глонасс в закрытом помещении. Фермы iFarm изолированы от внешнего мира: в них должна обеспечиваться биологическая безопасность и стабильность состава воздуха внутри помещений.

Применить автономный дрон — возможно, ещё более трудная задача. Исследовательский центр разработок Azoft принял вызов и взялся за реализацию задачи в рамках технологий iFarm.

Плюсы применения дронов:

К минусам или, скорее, вызовам, относится отсутствие стабильных и доступных методов позиционирования внутри помещений. Привычные дроны для аэросъёмки используют системы позиционирования GPS в связке с акселерометрами, компасами и электронными подвесными системами для камер. Внутри помещения основная часть этих систем недоступна, нужно разрабатывать систему позиционирования.

С помощью дрона мы готовы удовлетворить большую часть требований iFarm к системе мониторинга. Главный вызов, с которым мы сейчас работаем — это система позиционирования внутри помещений.

Есть несколько стандартных путей решения задачи. Например, ультразвуковые или радиовещательные датчики с картой их монтажа внутри помещений. Дрон отслеживает текущую силу сигнала и соотносит с частотой и силой сигнала датчиков на карте помещения — наподобие GPS в замкнутом пространстве.

Другой классический метод — маркерное позиционирование в сочетании с технологией отслеживания перемещений («optic flow»). Мы выбрали его в качестве первого прототипа. Для этого не требуется устанавливать дополнительное оборудование, а только расклеить маркеры в контрольных точках карты перемещения дрона.

Провели удачные тесты, которые показали достойную точность позиционирования с погрешностью 5-10 см для шестимоторной конфигурации. Мы сделали выводы, что конструкция коптера слишком большая и недостаточно мобильная и переделали её на классическую модель с четырьмя двигателями. Это вместе с конструкторскими изменениями увеличило точность позиционирования до уровня, который позволяет действовать в ограниченном пространстве.

Считаем, что данную комбинацию уже можно вводить в производство. Осталось сделать лишь некоторые простые изменения по требованиям iFarm, чтобы обеспечить большую безопасность для сотрудников фермы и растений:

Это линейные задачи в рамках всего комплекса работ. Основные сложные и рисковые задачи мы выполнили ранее.

Дрон состоит из карбоновой рамы, полетного микроконтроллера со специализированным ПО, бесколлекторных моторов, регуляторов оборотов моторов и ПО для них, пропеллеров, аккумулятора, системы питания периферии, лидара и соединяющих всё это вместе проводов. Полетный микроконтроллер имеет встроенный акселерометр, барометр, датчики температуры и другие датчики, которые отслеживают потребление тока и напряжение у аккумулятора.

Краткий алгоритм работы полетного микроконтроллера заключается в следующем:

Это лишь часть всей системы дрона. На его борту ещё установлен микрокомпьютер. Мы тестируем различные варианты микрокомпьютеров подходящего размера. Уже освоили Raspberry PI, Rock Pi, Nvidia Jetson Nano, а теперь на очереди — самый производительный и технологичный в своём размере Nvidia Jetson Xavier NX, который расширяет горизонты для развития интеллекта дрона.

На таких микрокомпьютерах мы производим расчеты для алгоритмов компьютерного зрения, одометрии и нейросетей. При этом используем видеопотоки с камер и данные сенсоров, которые предоставляет полётный микроконтроллер. Микрокомпьютер и микроконтроллер помогают друг другу стабилизировать дрон в пространстве. Также с помощью микрокомпьютеров мы кодируем и конвертируем разные форматы видеопотоков и решаем прикладные задачи, в том числе, связь и управление дроном.

На первом этапе мы хотели проверить, достаточно ли точные результаты получаются, если использовать концепцию маркерного позиционирования для «узких» задач мониторинга. В рамках нее дрон должен автоматически попадать в проходы между рядами шириной 80 см и нести на борту дополнительное оборудование. Мы должны были подобрать и опробовать наиболее эффективную компонентную модель дрона, его аэродинамическую форму и проверить ряд электронных компонент от китайских, турецких и американских поставщиков.

За полгода работы мы выполнили все стоящие задачи. Довольны результатами и в процессе сгенерировали много идей для работы.

Что касается системы мониторинга, мы планируем работать по следующим направлениям:

В рамках задачи по созданию системы доставки с помощью дронов мы планируем действовать в следующих направлениях:

Мы благодарны компании iFarm за возможность применить наши исследования с пользой для бизнеса и прогресса отрасли. С большим интересом продолжим совместную работу над совершенствованием текущих решений.

От срочных доставок в час пик до мониторинга недоступных человеку объектов — беспилотники полезны там, где человек не может действовать быстро и эффективно.

Рост эффективности производства, сокращение производственных затрат, решение проблем безопасности в широком масштабе — вот лишь часть задач, которые дроны будут решать по всему миру.

Всё больше государственных и частных компаний стремятся использовать возможности развивающихся беспилотных технологий. Если вас тоже интересуют преимущества этих технологий, и вы хотите разработать дрона для бизнес-задач — Azoft будет рад помочь.

#agrotechfarm #web #mobile #автоматизация #foodtech #разработка #агротех