Технології
Технології

Дрон перекрутився і приклеївся до стіни для економії заряду

Інженери навчили дрон здійснювати посадку на вертикальні поверхні під кутом 90 і 60 градусів, оснастили його липкою стрічкою та дали можливість сидіти на стінах, вимикаючи двигуни, для економії заряду. Коптер самостійно вираховує, як йому варто перевернутися, щоб закріпитися на поверхні, а також може продовжити знімання на камеру з місця посадки. Свою ідею вчені представили на конференції IROS 2021, а на сервісі arXiv доступний препринт статті.

Навіщо дрону ліпитися до стіни?

Мікролітальні апарати відомі своєю маневровістю і високими швидкостями, а зараз їх вже наділили камерами і всіма навігаційними навичками. Бортові датчики, такі як камери, ультразвукові датчики і акселерометри, не тільки забезпечують розширені можливості сприйняття, які дозволяють виконувати все більш складні завдання, але також дозволяють використовувати більш потужні методи керування. Втім, враховуючи, що літають вони завдяки гвинтам і тому послуговуються своїми розмірами, наділити їх величезними акумуляторами складно — так вони просто перестануть бути настільки ефективними. Тож час автономного польоту зазвичай обмежується 10-20 хвилинами. Але на щастя, для безлічі місій, де дрони можуть бути корисними, як-то стеження за навколишнім середовищем, їм не обов'язково постійно підтримувати політ, і часто від них і вимагають зависання на одному місці.

Це мотивує інженерів шукати конструкційних рішень, які можуть використати ці обставини та дати дрону «присідати на відпочинок», під час якого той може вимкнути двигуни та зекономити свій заряд батареї. Але попередні роботи по посадженню квадрокоптерів на похилі поверхні покладалися виключно на системи захоплення руху і складні конструкції, якими дрон буде чіплятися. Так нещодавно ми писали про ніжки, які дали змогу коптеру чіплятися за гілки та інші предмети і використовувати їх як насіст для відпочинку. Однак використання таких активних механізмів присідання додатково збільшує корисне навантаження і вимоги до енергії транспортного засобу, одночасно скорочуючи загальний час польоту. У своїй роботі інженери з Нью-Йоркського університету спробували обійтися без складних конструкційних рішень та наділили свій дрон лише липкою стрічкою, яка допоможе йому зачепитися, а також маневрами, з якими той зможе безпечно навіть на великій швидкості здійснити посадку.

Що вони запропонували для свого дрона?

Свій дрон вчені забезпечили Bluetooth, GPS, а також фронтальною і спрямованою вниз камерою з полем огляду 160 градусів. Спрямована вниз камера призначена виключно для оцінки стану квадрокоптера, а фронтальна камера використовується для визначення положення і орієнтації місць, які можна використовувати для відпочинку. Поки дрону потрібні чотири матричних малюнки на стіні, щоб знайти вдале — вони дозволяють розрахувати розміри посадкового майданчика і визначити його центр. Крім того, на борту дрона знаходяться ще контролери положення і орієнтації, а також планувальник траєкторії.

Під час експериментів по запуску дрона в стіну, вчені визначили мінімальну швидкість удару в 0,4 метра в секунду, а максимальну — в 0,6 метра в секунду. Потім вони спробували посадити апарат на стіну з двома складними кутами нахилу в 60 і 90 градусів. Для цього їм треба було, щоб дрон міг знайти місце посадки, спланувати свою траєкторію, зробити маневр по перевороту, а також припинити обертання, досягнувши мети. Щоб додатково показати, що пропонований маневр є агресивним і складним, інженери відзначають, що для використання стіни з кутом нахилу в 90 градусів, дрону знадобилося розвинути кутову швидкість в 600 радіан в секунду. За їхніми словами, досі мікролітальні апарати не могли продемонструвати таких показників. Коли транспортний засіб має кутову швидкість до того, як сісти на місце, дуже важко контролювати його стан, але бортовій системі вдалося впоратися незалежно від початкового положення коптера. За мітками дрону вдавалося знайти місце для посадки з відстані до трьох метрів, хоча для кута нахилу у 60 градусів імовірність успішної посадки знижувалася через гірший кут огляду для дрона.