Micro air vehicle - Micro air vehicle

RQ-16 T-Hawk , Micro Air Vehicle (MAV), mouchy přes simulované bojové oblasti v průběhu provozního zkušebním letu.
Simulační snímek MAV „velikosti čmeláka“ navržený americkým letectvem v roce 2008

Mikro vzduchu vozidla ( MAV ), nebo mikro vzdušných dopravních prostředků , je třída miniaturních bezpilotních , který má omezení velikosti a může být autonomní. Moderní řemeslo může být malé až 5 centimetrů. Vývoj je řízen komerčními, výzkumnými, vládními a vojenskými účely; s letadly velikosti hmyzu údajně očekávanými v budoucnosti. Malé plavidlo umožňuje dálkové pozorování nebezpečného prostředí nepřístupného pozemním vozidlům. MAV byly postaveny pro hobby účely, jako jsou soutěže v letecké robotice a letecké fotografování .

Praktické implementace

V roce 2008 TU Delft University v Nizozemsku vyvinula nejmenší ornitoptéru vybavenou kamerou DelFly Micro, třetí verzi projektu DelFly, který byl zahájen v roce 2005. Tato verze měří 10 centimetrů a váží 3 gramy, o něco větší (a hlučnější) ) než vážka, na které byla modelována. Důležitost kamery spočívá v dálkovém ovládání, když je DelFly mimo dohled. Tato verze však ještě nebyla úspěšně testována venku, i když v interiéru funguje dobře. Výzkumník David Lentink z Wageningen University , který se podílel na vývoji předchozích modelů, DelFly I a DelFly II, říká, že bude trvat nejméně půl století, než bude napodobovat schopnosti hmyzu, s jejich nízkou spotřebou energie a množstvím senzorů - nejen oči, ale gyroskopy , senzory větru a mnoho dalšího. Říká, že by měly být možné ornitoptéry velikosti fly, pokud je ocas dobře navržený. Rick Ruijsink z TU Delft uvádí jako největší problém hmotnost baterie; lithium-iontové baterie v DelFly mikro, v jednom gramu, představuje třetinu hmotnosti. Naštěstí vývoj v této oblasti stále probíhá velmi rychle, kvůli poptávce v různých dalších komerčních oblastech.

Ruijsink říká, že účelem těchto řemesel je porozumět létání hmyzu a poskytnout praktické využití, jako je prolétávání trhlin v betonu za účelem hledání obětí zemětřesení nebo zkoumání budov kontaminovaných radioaktivitou. Špionážní agentury a armáda také vidí potenciál pro taková malá vozidla, jako jsou špioni a skauti.

Robert Wood na Harvardově univerzitě vyvinul ještě menší ornitoptéru s pouhými 3 centimetry, ale toto plavidlo není autonomní v tom, že získává svou sílu pomocí drátu. Skupina dosáhla řízeného vznášejícího se letu v roce 2013 a také přistání a vzletů z různých převisů v roce 2016 (obojí v prostředí sledování pohybu).

T-Hawk MAV , je dmychadlo VTOL Micro UAV , byl vyvinut v USA společnosti Honeywell a vstoupil do služby v roce 2007. Tento MAV je používána US Army a US Navy Explosive Ordnance oddělení hledat prostor pro bomby a zkontrolujte cíle. Zařízení bylo také nasazeno v japonské jaderné elektrárně Fukušima Daiichi, aby po zemětřesení a tsunami v roce 2011 poskytlo údaje o videu a radioaktivitě .

Na začátku roku 2008 získala společnost Honeywell souhlas FAA k provozování svého MAV, označovaného jako gMAV v národním vzdušném prostoru na experimentálním základě. GMAV je čtvrtým MAV, který takové schválení obdržel. Honeywell gMAV využívá vzduchový tah pro zvedání, což mu umožňuje vzlétnout a přistát svisle a vznášet se. Podle společnosti je také schopen „vysokorychlostního“ dopředného letu, ale nebyly zveřejněny žádné údaje o výkonu. Společnost také uvádí, že stroj je dostatečně lehký na to, aby ho mohl přenášet muž. Původně byl vyvinut jako součást programu DARPA a jeho první aplikace se očekává u policejního oddělení okresu Miami-Dade County na Floridě .

V lednu 2010 realizovala Univerzita Tamkang (TKU) na Tchaj-wanu autonomní řízení letové výšky 8-gramového, 20 centimetrů širokého, mávajícího křídla MAV. Laboratoř MEMS (MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS) TKU vyvíjí MAV již několik let a v roce 2007 se k výzkumnému týmu pro vývoj autonomních letových MAV připojila laboratoř Space and Flight Dynamics (SFD). Místo tradičních senzorů a výpočetních zařízení, která jsou pro většinu MAV příliš těžká, SFD spojil stereo-systém vidění s pozemní stanicí pro řízení letové výšky, což z něj činí první MAV s klopným křídlem pod 10 gramů, který realizoval autonomní let.

Black Hornet Nano

V roce 2012 britská armáda nasadila šestnáct gramů bezpilotního leteckého vozidla Black Hornet do Afghánistánu na podporu pěchotních operací.

Praktická omezení

Ačkoli v současné době neexistují žádné skutečné MAV (tj. Skutečně mikro zmenšené letáky), DARPA se pokusila vyvinout ještě menší Nano Air Vehicles (NAV) s rozpětím křídel 7,5 cm. Až do roku 2009, kdy AeroVironment předvedl řízené vznášení NAV s klopným křídlem DARPA, však nebyly k dispozici žádné NAV, které by splňovaly původní specifikaci programu DARPA.

Kromě obtíží při vývoji MAV několik návrhů adekvátně řeší problémy s kontrolou. Díky malým rozměrům MAV je teleoperace nepraktická, protože pilot pozemní stanice jej nevidí dál než 100 metrů. Palubní kamera, která umožňuje pozemnímu pilotovi stabilizovat a navigovat plavidlo, byla poprvé předvedena v Aerovironment Black Widow, ale skutečně mikro vzduchová vozidla nemohou mít palubní vysílače dostatečně silné, aby umožňovaly teleoperaci. Z tohoto důvodu se někteří výzkumníci zaměřili na plně autonomní let MAV. Jedním z takových zařízení, které bylo od svého vzniku navrženo jako plně autonomní MAV, je biologicky inspirovaný Entomopter původně vyvinutý na Georgia Institute of Technology na základě smlouvy DARPA od Roberta C. Michelsona .

Vzhledem k tomu, že MAV lze ovládat autonomními prostředky, přetrvávají značné problémy s testováním a hodnocením. Některé problémy, se kterými se lze setkat u fyzických vozidel, jsou řešeny pomocí simulací těchto modelů.

Bioinspirace

Viz také: Ornithopter

Novým trendem v komunitě MAV je inspirovat se létajícím hmyzem nebo ptáky a dosáhnout tak bezprecedentních letových schopností. Biologické systémy nejsou zajímavé pouze pro inženýry MAV, protože používají nestabilní aerodynamiku s mávajícími křídly; jsou stále více inspirativními inženýry pro další aspekty, jako je distribuované snímání a hraní, fúze senzorů a zpracování informací. Nedávný výzkum v rámci USAF se zaměřil na vývoj mechanismu prohlížení ptáků. Mechanismus pozemní pohyblivosti a prohlížení inspirovaný ptačími drápy byl nedávno vyvinut společnostmi Vishwa Robotics a MIT a sponzorován výzkumnou laboratoří amerického letectva

Od roku 2000 se stále častěji pořádají různá sympozia sdružující biology a letecké robotiky a nedávno byly na toto téma vydány některé knihy. Bio inspirace byla také použita při navrhování metod pro stabilizaci a řízení systémů více MAV. Výzkumníci se inspirovali pozorovaným chováním hejna ryb a hejn ptáků ke kontrole umělých rojů MAV a pravidly pozorovanými ve skupinách stěhovavých ptáků ke stabilizaci kompaktních formací MAV.

Viz také

Reference

  1. ^ US Air Force Flapping Wing Micro Air Vehicle - YouTube
  2. ^ MAV multikoptérový hobby projekt „Shrediquette BOLT“, http://shrediquette.blogspot.de/p/shrediquette-bolt.html
  3. ^ „The Rise of the Micro Air Vehicle“ . Inženýr . 10. června 2013.
  4. ^ Špioni velikosti brouků: USA vyvíjejí malé létající roboty
  5. ^ Ma, KY; Chirarattananon, P .; Fuller, SB; Wood, RJ (2013). „Řízený let biologicky inspirovaného robota v měřítku hmyzu“ . Věda . 340 (6132): 603–607. Bibcode : 2013Sci ... 340..603M . doi : 10,1126/věda.1231806 . PMID  23641114 . S2CID  21912409 .
  6. ^ Graule, Moritz A .; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B .; Jafferis, Noah T .; Ma, Kevin Y .; Spenko, Matthew; Kornbluh, Roy; Wood, Robert J. (květen 2016). „Hřadování a vzlet robotického hmyzu na převisy pomocí přepínatelné elektrostatické adheze“ . Věda . 352 (6288): 978–982. Bibcode : 2016Sci ... 352..978G . doi : 10,1126/science.aaf1092 . PMID  27199427 .
  7. ^ "Honeywell T-Hawk Micro Air Vehicle (MAV)" . Armádní technologie .
  8. ^ Honeywell získává schválení FAA pro MAV, Flying Magazine, sv. 135., č. 5, květen 2008, s. 24
  9. ^ Cheng-Lin Chen a Fu-Yuen Hsiao*, získávání postojů pomocí metodologie stereofonního vidění , prezentováno jako příspěvek VIIP 652-108 na konferenci IASTED 2009, Cambridge, Velká Británie, 13.-15. července 2009
  10. ^ Sen-Huang Lin, Fu-Yuen Hsiao*a Cheng-Lin Chen, Trajektory Control of Flapping-wing MAV using Vision-Based Navigation , Accepted to present on the 2010 American Control Conference, Baltimore, Maryland, USA, June 30. - 2. července 2010
  11. ^ Mini helikoptéra pro britské jednotky v Afghánistánu
  12. ^ „Miniaturní sledovací helikoptéry pomáhají chránit vojáky v první linii“ .
  13. ^ „Mini helikoptéra pro britské jednotky v Afghánistánu“ . BBC. 3. února 2013 . Citováno 3. února 2013 .
  14. ^ Program archivován 2011-02-10 na Wayback Machine
  15. ^ Benchergui, Dyna, „The Year in Review: Aircraft Design“, Aerospace America, prosinec 2009, svazek 47, číslo 11, American Institute of Aeronautics and Astronautics, str. 17
  16. ^ Michelson, RC, „Mesoscaled Aerial Robot“, závěrečná zpráva podle smlouvy DARPA/DSO: DABT63-98-C-0057, únor 2000
  17. ^ Michelson, RC, „ Test a hodnocení plně plně autonomních mikro leteckých vozidel “, The ITEA Journal, prosinec 2008, svazek 29, číslo 4, ISSN 1054-0229 International Test and Evaluation Association, s. 367–374
  18. ^ Boddhu, Sanjay K., et al. " Vylepšený řídicí systém pro analýzu a ověřování pohybových ovladačů u vozidel s mávajícím křídlem ." Inteligentní technologie a aplikace robotů 2. Springer International Publishing, 2014. 557–567.
  19. ^ M. Sam, S. Boddhu a J. Gallagher, „ [1] Dynamický vyhledávací prostorový přístup ke zdokonalení učení na simulovaném letounu Micro Air Vehicle,“ 2017 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC), 2017, pp. 629 -635, doi: 10,1109/CEC.2017.7969369.
  20. ^ „Dron s nohama může sedět na větvích stromů a chodit jako ptáci“ . několik zajímavých a zábavných faktů o dronech
  21. ^ Mezinárodní sympozium o létajícím hmyzu a robotech, Monte Verità, Švýcarsko, http://fir.epfl.ch
  22. ^ Michelson, RC, „Nové pohledy na biologicky inspirované MAV (bio motivace spíše než bio mimikry)“, 1. americko-asijská demonstrace a hodnocení technologické konference MAV a UGV, Agra India, 10. – 15. Března 2008
  23. ^ Ayers, J .; Davis, JL; Rudolf, A., eds. (2002). Neurotechnologie pro biomimetické roboty . MIT Press. ISBN 978-0-262-01193-8.
  24. ^ Zufferey, J.-C. (2008). Bio-inspirovaní létající roboti: Experimentální syntéza autonomních pokojových letců . EPFL Press /CRC Press. ISBN 978-1-4200-6684-5.
  25. ^ Floreano, D .; Zufferey, J.-C .; Srinivasan, MV; Ellington, C., eds. (2009). Létající hmyz a roboti . Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-89392-9.
  26. ^ Saska, M .; Vakula, J .; Preucil, L. Roje mikro leteckých vozidel stabilizovaných pod vizuálně relativní lokalizací . In ICRA2014: Proceedings of 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2014.
  27. ^ Saska, M. MAV-roje: bezpilotní letouny stabilizované podél dané cesty pomocí palubní relativní lokalizace . In Proceedings of 2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2015
  28. ^ Bennet, DJ; McInnes, CR Ověřitelné ovládání roje bezpilotních letadel . Journal of Aerospace Engineering, sv. 223, č. 7, s. 939–953, 2009.
  29. ^ Saska, M .; Chudoba, J .; Preucil, L .; Thomas, J .; Loianno, G .; Tresnak, A .; Vonasek, V .; Kumar, V. Autonomní nasazení rojů mikro-leteckých vozidel při kooperativním sledování . In Proceedings of 2014 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2014.
  30. ^ Saska, M .; Kasl, Z .; Preucil, L. Plánování pohybu a řízení formací mikro leteckých vozidel . In Sborník příspěvků z 19. světového kongresu Mezinárodní federace automatického řízení. 2014.
  31. ^ Barnes, L .; Garcia, R .; Fields, M .; Valavanis, K. Řízení tvorby rojů využívající pozemní a letecké bezpilotní systémy , archivováno 2017-08-13 namezinárodní konferenci o inteligentních robotech a systémech Wayback Machine v IEEE/RSJ. 2008.
  32. ^ Saska, M .; Vonasek, V .; Krajnik, T .; Preucil, L. Koordinace a navigace heterogenních týmů UAV-UGV lokalizovaných přístupem Hawk-Eye . In Proceedings of 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2012.
  33. ^ Saska, M .; Vonasek, V .; Krajnik, T .; Preucil, L. Koordinace a navigace heterogenních formací MAV – UGV lokalizovaných přístupem podobným „jestřábím očím“ v rámci schématu modelové prediktivní kontroly . International Journal of Robotics Research 33 (10): 1393–1412, září 2014.
  34. ^ Ne, TS; Kim, Y .; Tahk, MJ; Jeon, GE (2011). Návrh zákonů naváděcího zákona kaskádového typu pro vedení formace více uav . Aerospace Science and Technology, 15 (6), 431 - 439.

Další čtení

externí odkazy