В поисках автономного полета

В данной статье рассматриваются основные способы автономных полетов на дроне, проблемы, которые могут возникнуть при реализации автономного полета.

На данный момент беспилотным аппаратом является летающее устройство, на борту которого отсутствует пилот. Но при этом пилотов как таковых они до сих пор не лишены. Можно ли считать оператора управляющего дроном с наземной станции пилотом вопрос спорный, но факт остается в том, что дроны в нынешнем состоянии требуют больше автономности.Для того чтобы сделать дрон автономным нужно, чтобы он знал свое местоположение.

Существует три основных способа объяснить дрону где он находится:

Подробнее о каждом методе дальше в статье.

GPS является самым популярным способом для автономных полетов на улице. Данный способ позиционирования используют как компании-производители, так и простые энтузиасты.

Главными плюсами такого способа являются в первую очередь распространенность и простота использования. GPS, как пример, установлен в каждом телефоне и беспилотном автомобиле. В идеальном мире его было бы достаточно, но как только мы начинаем использовать GPS возникают следующие проблемы:

Несмотря на вышеперечисленные проблемы, позиционирование только с использованием GPS/ГЛОНАСС сигнала будет уместно, как пример, в "агродронах". Для полива или опрыскивания от вредителей не требуется высокая точность позиционирования, а для полета внутри помещений они вряд ли будут использоваться.

В некоторых случаях, когда не работают датчики GPS, для реализации автономного полета используют специальные ультразвуковые датчики. Обычно они используются для полетов в помещении. Полностью собранная такая система выглядит примерно следующим образом:

Данная система повышает точность позиционирования, что важно для дронов небольшого размера. Также она решает проблему полета в помещении.

Но данная система также не является универсальной ввиду следующих недостатков:

Такая система может быть полезной, например, для реализации работы беспилотников на складах и промышленных помещениях, но совершенно не подходит для полетов на улице.

Самым универсальным способом навигации на данный момент является навигация при помощи оптического потока. Она позволяет реализовать автономный полет как в помещении, так и на открытой местности. Именно по этой причине для своего проекта я выбрал данный способ навигации.

В данных системах чаще всего используется алгоритм Optical flow, который определяет горизонтальное смещение дрона. В связке с лазерным дальномером, который дает информацию о высоте, дрон получает все необходимые координаты.

Чтобы реализовать автономный полет по оптическому потоку потребуется достаточно много усилий.

В первую очередь необходимо поставить на свой полетный контроллер прошивку, которая поддерживает датчики оптического потока. Мой выбор пал на Ardupilot (открытая прошивка с большим сообществом). Базовая версия не даст нам реализовать автономный полет без GPS. Чтобы включить нужные нам функции прошивки нужно на данном сайте выбрать свой полетный контроллер и собрать конфигурацию с функциями Optical flow.

Сейчас уже есть готовые решения, которые в себе содержат как дальномер, так и оптический датчик. Например, Holybro H-Flow или MTF-01.

Также мной была протестирована система состоящая из программируемой камеры OpenMV и дальномера TFMini Plus. В результате удалось поднять дрон в автономном режиме на высоту до 10 м. Для многих задач этого уже будет достаточно, но в будущем хотелось бы улучшить данную систему.

Для каждой задачи может существовать свое более подходящее решение. В рамках данной статьи были рассмотрены основные способы навигации БПЛА. Если вы как и я ищете более универсальное решение стоит обратить внимание на оптические датчики.

В рамках своего проекта я разрабатываю собственную систему оптической навигации, о которой может быть расскажу в будущих статьях.