Наземная зарядная станция для квадрокоптеров с составным каналом связи

Основная информация

Название :
Наземная зарядная станция для квадрокоптеров с составным каналом связи
Основное технологическое направление :
Технологии информационных, управляющих, навигационных систем
Дополнительные технологические направления :
Дата публикации:
23.10.2021
Видимость :
Да
Аннотация:
Проект представляет собой автономный робототехнический комплекс (далее «Дрон станция» или РТК) для автономной зарядки дрона и его управления, состоящий из наземной станции и девайса, прикрепляемого к дрону. «Дрон станция» способна работать с большим количеством квадрокоптеров под управлением автопилота PX4 версии 1.9.0 и выше. Наземная станции выполняет автоматическую посадку, центровку относительно контактов модуля питания, зарядку и защиту от внешних факторов окружающей среды. Девайс, прикрепляемый к квадрокоптеру, управляет полетом дрона и его позиционированием в воздухе и при посадке. Также он служит для связи со станцией, как по сотовой связи, так и по сети Wi-Fi. Опционально можно подключить стик для обработки нейронных сетей – Movidius Neural Compute Stick 2 для расширения функционала. Весь процесс может контролироваться дистанционно оператором. Также в рамках данного проекта был разработан составной канал связи для квадрокоптера, состоящий из визуальной и беспроводной составляющей. Было спроектировано приемное устройство для квадрокоптера, в котором реализовывалась связь с наземной зарядной станцией и полетным контроллером БПЛА.

Решаемые проблемы и области применения

Решаемые проблемы :
1) Увеличение точности посадки квадрокоптера на посадочную платформу, с целью повышения автономности беспилотных летательных аппаратов; 2) Увеличение времени автономной работы беспилотных летательных аппаратов.
Области применения:
Информация и связь
Актуальность проблемы:
Проанализировав современные тенденции развития области БПЛА, можно сделать вывод, чтоприменение беспилотников в сфере бизнеса с каждым годом только увеличивается. Их уже используют дляаэрофотосъемки, патрулирования, геодезических изысканий, мониторинга различных объектов.Постепенно БПЛА входят и в другие отрасли. В качестве примеров можно привести следующие компании,внедряющие дронов:1 ) Логистика: Amazon, Dodo, DHL, UPS.2) Сельское хозяйство: Sentera, MicaSense, Tetracam, Agribotix.3) Строительство: Brasfield & Gorrie, 3D Robotics, Airwave.Но у таких устройств есть критическое ограничение — очень короткое время полета. Именно на этупроблему направлен данный проект создания автоматической посадочной станции, позволяющейзаряжать БПЛА.

Технология

Описание технологии и ее ценность :
Объект разработки представляет из себя программно-аппаратный комплекс, состоящий из станции и подвесного устройства, которое крепится к квадрокоптеру и связывается с его полетным контроллером через USB интерфейс. Также с данным подвесным боксом соединяется плата питания БПЛА, что позволяет осуществлять его зарядку через контакты, установленные на посадочной платформе. Станция в свою очередь имеет защитные панели, которые исключают попадание нежелательных объектов во время зарядки и хранения дрона. Связь станции и подвесного устройства осуществляется посредством системы GSM, WiFi и радиосвязи на частоте 433 МГц. При непосредственной близости станция выступает в роли точки доступа, к которой подключается подвесное устройство. Мы предлагаем комплексное решение, которое превращает обычный квадрокоптер в мощную систему и обеспечивает операторов качественными данными, избегая при этом рисков безопасности и простоев в работе. Также в рамках данного проекта был разработан составной канал связи для квадрокоптера, состоящий из визуальной и беспроводной составляющей. Беспроводной канал связи служит для передачи высоты квадрокоптера над посадочной платформой станции. Данная высота получается посредством детектирования динамических aruco-маркеров, расположенных на посадочной платформе, что и является визуальным каналом связи. Высота используется, как обратная связь для формирования размеров динамических маркеров станции. Было спроектировано приемное устройство для квадрокоптера, в котором реализовывалась связь с наземной зарядной станцией и полетным контроллером БПЛА. Целью данного элемента являлось увеличение точности посадки квадрокоптера на посадочную платформу. Также более подробною информацию по работе разработки можно посмотреть на следующем видео-ролике: https://youtu.be/w4I1ZA_b0fw
Научная база :
1. Зенкин, А.М. Движение квадрокоптера Parrot ARDrone 2.0 по заданным координатам / А.М. Зенкин, Е.А. Осинкин, П.А. Баев // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2018. - Режим доступа: http://research.ifmo.ru/file/stat/194/1_almanakh_2018_tom1.pdf 2. Осинкин, Е.А. Монокулярный SLAM для квадрокоптера Parrot ARDrone 2.0 / Е.А. Осинкин, П.А. Баев, А.М. Зенкин // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2018. - Т. 1. - С. 221-223 3. Томашевич, С.И. Кодирование к аудио- и видеосигналов с помощью адаптивного кодирования / С.И. Томашевич, А.М. Зенкин // Информационные технологии в управлении (ИТУ-2018): материалы 11-й конференции по проблемам управления (Санкт-Петербург, 2-4 октября 2018г.). - 2018. - Режим доступа: http://www.elektropribor.spb.ru/upload/medialibrary/8b5/ITU_2018-_1_.pdf 4. Зенкин, А.М. Планирование пути и траектории движения для квадрокоптера / А.М. Зенкин, Е.А. Осинкин, П.А. Баев, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых (VII Всероссийский конгресс молодых ученых, 17-20 апреля 2018 г.). Электронное издание. - 2018. - Режим доступа: http://old.kmu.itmo.ru/collections_article/7110/planirovanie_puti_i_traektorii_dvizheniya_dlya_kvadrokoptera.htm 5. Осинкин, Е.А. Монокулярный SLAM для дрона / Е.А. Осинкин, П.А. Баев, А.М. Зенкин // Сборник трудов VII конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 17-20апреля 2018г.). - 2018. - Т. 1. - С. 160-163 6. Зенкин, А.М. Детектирование границ пожара по камере на вычислительных мощностях беспилотного летательного аппарата / А.М. Зенкин, Е.А. Осинкин, К.А. Пачковский // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2019. - Т. 2. - С. 81-83 7. Зенкин, А.М. Моделирование квадрокоптера IRIS в симуляторе gazeboс дальнейшим синтезом pid регулятора по высоте / А.М. Зенкин, К.А. Пачковский, Е.А. Осинкин // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2019. - Т. 2. - С. 84-88 8. Осинкин, Е.А. Монокулярный алгоритм построения карты и локализации беспилотного летательного аппарата / Е.А. Осинкин, К.А. Пачковский, А.М. Зенкин // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2019. - Т. 2. - С. 122-125 9. Косарева, Е.А. Cистема управления квадрокоптером при движении по траектории, заданной контрольными точками / Е.А. Косарева, А.М. Зенкин, К.А. Пачковский, А.А. Жидков // Сборник трудов VIII конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 15-19апреля 2019г.). - 2019. - Т. 3. - С. 72-76 10. Зенкин, А.М. Система обнаружения незанятых парковочных мест c использованием методов машинного обучения / А.М. Зенкин, Е.А. Косарева, И.И. Кириленко, Я.М. Селезнева, А.А. Капитонов // Journal of Advanced Research in Technical Science. - 2019. - № 17-2 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://srcms.ru/jarits/17/17-2-12.html 11. Зенкин, А.М. Синтез регулятора и математическое моделирование квадрокоптера / А.М. Зенкин // Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ среди бакалавров и специалистов Университета ИТМО 2019. - 2019. - Режим доступа: research.itmo.ru/file/stat/48/nivkr_bak_2019.pdf 12. Зенкин, А.М. Симуляционная модель квадрокоптера для исследования задач мониторинга с использованием средств технического зрения / А.М. Зенкин // не указано. - 2019. - Т. не указан. - № не указан. - С. 122-123 13. Kapitonov, A. Robonomics as a Blockchain-based Platform for Unmanned Traffic Management of Mobile Vehicles / A. Kapitonov, I. Berman, V. Manaenko, V. Rzhevskiy, V. Bulatov, A. Zenkin // International Workshop on Research, Education and Development on Unmanned Aerial Systems, RED-UAS 2019. - 2019. - Pp. 9-17 14. Kosareva, E. Quadrotor Control Parameters Optimization Using Gradient Descent Method / E. Kosareva, A. Zenkin, I. Kirilenko, A. Kapitonov // CEUR Workshop Proceedings. - 2020. - Vol. 2590. - Pp. 1-10 15. Nikolaev, K.G. ElectroSens Platform with a Polyelectrolyte-Based Carbon Fiber Sensor for Point-of-Care Analysis of Zn in Blood and Urine / K.G. Nikolaev, E.V. Kalmykov, D.O. Shavronskaya, A.A. Nikitina, A.A. Stekolshchikova, E.A. Kosareva, A. Zenkin, I.S. Pantiukhin, O.Y. Orlova, A.V. Skalny, E.V. Skorb // ACS Omega. - 2020. - № 30 [Electronic resource]. - Access mode: https://doi.org/10.1021/acsomega.0c02279 16. Zenkin, A. Quadcopter Simulation Model for Research of Monitoring Tasks / A. Zenkin, I. Berman, K. Pachkouski, I. Pantiukhin, V. Rzhevskiy // Proceedings of the 26th Conference of Open Innovations Association FRUCT. - 2020. - Pp. 449-457 17. Зенкин, А.М. Разработка многофункциональной автономной дрон станции / А.М. Зенкин // Молодой ученый. - 2020. - № 33(323). - С. 1-5 18. Николаев, А.А. Разработка устройства для автономной зарядки литий-полимерных аккумуляторов / А.А. Николаев, А.М. Зенкин, Е.А. Косарева, И.И. Кириленко // Сборник трудов IX конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 15-18апреля 2020г.). - 2021. - Т. 1. - С. 96-99 19. Дерябкина, Е.С. Разработка алгоритма позиционирования БПЛА на основе визуального маркера / Е.С. Дерябкина, А.М. Зенкин, Е.А. Осинкин, Я.М. Селезнева // Сборник трудов IX конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 15-18апреля 2020г.). - 2021. - Т. 1. - С. 30-33 20. Кириленко, И.И. Система управления квадрокоптером с облетом препятствий при движении до заданных точек / И.И. Кириленко, Е.А. Косарева, А.М. Зенкин, Я.М. Селезнева // Сборник трудов IX конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 15-18апреля 2020г.). - 2021. - Т. 1. - С. 44-47 21. Козачёк, О.А. Разработка подвесного программно-аппаратного комплекса для мультикоптер / О.А. Козачёк, А.М. Зенкин, Е.А. Косарева // Сборник трудов IX конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 15-18апреля 2020г.). - 2021. - Т. 1. - С. 48-50 22. Селезнева, Я.М. Сравнение мощностей микроконтроллеров в решении задачи распознавания лица основе нейронной сети / Я.М. Селезнева, А.М. Зенкин, Е.А. Косарева, Е.С. Дерябкина // Сборник трудов IX конгресса молодых ученых (Санкт-Петербург, 15-18апреля 2020г.). - 2021. - Т. 1. - С. 124-127 23. Осинкин, Е.А.Монокулярный SLAM для дрона // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ссылка на страницу с тезисом, своб. / Е.А. Осинкин, П.А. Баев, А.М. Зенкин, А.А. Азбекян, А.А. Капитонов // 2018. 24. Баев, П.А.Планирование пути и траектории движения для квадрокоптера // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ссылка на страницу с тезисом, своб. / П.А. Баев, Е.А. Осинкин, А.М. Зенкин, А.А. Азбекян, А.А. Капитонов // 2018. 25. Зенкин, А.М.Навигация и управление положением квадрокоптера в закрытых помещениях // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ссылка на страницу с тезисом, своб. / А.М. Зенкин, Е.А. Осинкин, П.А. Баев, К.А. Пачковский, А.А. Капитонов // 2018. 26. Зенкин, А.М.Математическое моделирование квадрокоптера и синтез регулятора для поиска возгараний в лесу / А.М. Зенкин, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - 2019 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ссылка на страницу с тезисом, своб.. - 2019. 27. Зенкин, А.М.Модель киберфизической системы БПЛА для сбора и анализа гетерогенных данных / А.М. Зенкин, А.Ю. Свистов, К.А. Пачковский, А.А. Жидков, А.А. Капитонов // 2019. 28. Зенкин, А.М.Движение квадрокоптера по траектории, заданной контрольными точками / А.М. Зенкин, К.А. Пачковский, А.А. Жидков, А.А. Капитонов, Е.А. Косарева // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - 2019, [Электронный ресурс]. - Режим доступа: ссылка на страницу с тезисом, своб.. - 2019. 29. Косарева, Е.А.Генерация траектории беспилотного летательного аппарата в динамической среде / Е.А. Косарева, А.М. Зенкин, И.И. Кириленко, А.А. Николаев, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. - 2020. 30. Зенкин, А.М.Разработка устройства для автономной зарядки литий-полимерных аккумуляторов / А.М. Зенкин, А.А. Николаев, Е.А. Косарева, И.И. Кириленко, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [год].. - 2020. 31. Зенкин, А.М.Разработка алгоритма позиционирования БПЛА на основе визуального маркера / А.М. Зенкин, Е.С. Дерябкина, Е.А. Осинкин, Я.М. Селезнева, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [год].. - 2020. 32. Зенкин, А.М.Разработка системы для распознавания лиц на основе нейронной сети в условиях малых вычислительных мощностей / А.М. Зенкин, Е.А. Косарева, Я.М. Селезнева, Е.С. Дерябкина, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [год]. - 2020. 33. Зенкин, А.М.Планирование траектории движения квадрокоптера до заданной точки с облётом препятствий / А.М. Зенкин, И.И. Кириленко, Е.А. Косарева, Я.М. Селезнева, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [год]. - 2020. 34. Зенкин, А.М.Разработка программного обеспечения для автоматической конфигурации и мониторинга системы из нескольких удалённых устройств / А.М. Зенкин, Е.А. Осинкин, К.В. Карпов, А.А. Жидков, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [год]. - 2020. 35. Зенкин, А.М.Разработка многофункциональной автономной дрон станции / А.М. Зенкин, Е.А. Косарева, И.И. Кириленко, Я.М. Селезнева, А.А. Капитонов // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО.. - 2020. 36. Зенкин, А.М.Разработка системы для детектирования дыма и огня с использованием квадрокоптера и одноплатного компьютера RASPBERRY PI / А.М. Зенкин, К.В. Карпов, А.Ф. Исмагилова // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание.. - 2020. 37. Козачёк, О.А.Разработка вспомогательного программно-аппаратного комплекса для дрона / О.А. Козачёк, А.М. Зенкин, Е.А. Косарева // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание.. - 2020.

Текущее состояние

Описание текущего состояния :
Были достигнуты следующие научные и научно-технические результаты: 1) Комплектность технической документации, разрабатываемой в рамках проекта; 2) Схема деления структурная; 3) Эскизный проект по ГОСТ 2.119-2013 и ГОСТ 19.102-77; 4) Отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ 15.011-96; 5) Техническая документация в согласованной комплектности; 6) ПМ предварительных испытаний опытного образца; 7) Опытный образец; 8) Протоколы предварительных испытаний опытного образца; 9) РКД и РПД на опытный образец с присвоением литеры «О».
Интеллектуальная собственность :
Название документа Отсутствует
Номер Отсутствует
Текущее финансирование :
3000000
Текущее финансирование (Описание) :
Данный проект финансируется Университетом ИТМО в рамках ПО НИОКТР.

Команда проекта

Численность проектной команды :
4
Структура и компетенции команды :
Команда специализируется на разработке робототехнических систем различного предназначения.
Члены команды :
Зенкин Артемий Михайлович Руководитель проекта/ команды Член ученого совета мегафакультета ТИнТ Университета ИТМО. Основатель и руководитель студенческой лаборатории Университета ИТМО. Неоднократный призер международных соревнований по беспилотным летательным аппаратам.
Косарева Екатерина Андреевна Специалист по техническому зрению и машинному обучению Победитель олимпиады "Я-Профессионал". Призер международных соревнований по беспилотным летательным аппаратам.
Кириленко Иван Игоревич Инженер-конструктор Призер международных соревнований по беспилотным летательным аппаратам.
Николаев Александр Андреевич Инженер-электрик

Предложение инвестору / партнеру

Необходимые ресурсы для реализации проекта :
Для дальнейшей реализации проекта необходимо приведение НИОКР с финансированием 10 млн. руб.
Контактная информация