Hvem er robotter?
For et par år siden dukkede en cool ting op på Reddit - videnskabsmænd beskrev kompleks
Robotik er en synergistisk anvendtaktivitetsområde. Den består af programmering, mekatronik og kybernetik. Mekatronik er noget, der interagerer med den virkelige verden. Og kybernetik er en multi-link videnskab, som først og fremmest omfatter styring af oprettede programmer.
Hvad er en robot?For 15 år siden ville mange have sagt, at dette er en robotarm, der arbejder på en fabrik og svejser eller maler. Et andet populært svar er android-robotten fra filmverdenen. Men er en kørende vogn eller et ubemandet køretøj en robot? Ja, dette er også et af robotteknologiens områder. Fly er også robotter, nogle af de seneste udviklinger omfatter intelligente teknologier og er i virkeligheden autonome robotter.
Mobilvognen er også en robot
Der er også et område inden for robotteknologi som feltrobotteknologi - "mobil robotik". Dette inkluderer alle robotter, der bevæger sig i en mark, bygning eller under vandet. Den mest interessante anvendelse efter min mening er landbruget.
Flyets historie
Flyets historie begyndte i fortidenårhundrede. Før det fløj kun balloner uden motor, og det var svært at kalde dem robotter. I begyndelsen af forrige århundrede fungerede to typer fly - luftskibe og flyvemaskiner. Den første kontrollerede flyvning blev foretaget af Wright-brødrene. Desuden dukkede den første autopilot op ret hurtigt, næsten 10 år efter var det med til at stabilisere flyvningen.
Robotteknologiens nuværende retning er relateret tiludvikling og tilgængelighed af nye åbne autopiloter såsom PixHawk (PixHawk er åben hardware til controllere, droner og andre UAV'er. Den bruges til akademiske, amatør- og professionelle formål). Et eksempel på ankomsten af droner i hver persons liv er leveringen af pizza fra Dodo Pizza-firmaet sammen med Copt Express - dette skete i 2014.
Flyets historie
Hvordan dronen styres
Moderne fly bruger enaf de tre principper for at skabe løft - aerostatisk, jet eller aerodynamisk. Det aerodynamiske princip for flyvning og skabelsen af løft (nedkastning af en del af luften) kan implementeres enten på grund af bevægelsen af hele apparatet, udstyret med en fast lejeflade (vinge), eller på grund af bevægelsen af individuelle lejedele af apparatet (hovedrotor, ventilator) i forhold til luften.
Hvordan enheder flyver
Dronen har en propel, der skaber løft.Når den er kommet op af jorden, begynder enheden at bevæge propellen hurtigere og rejser sig. Men virkningens kraft er lig med reaktionens kraft. Når propellen roterer, skabes et moment i den modsatte retning - dette er designet af helikoptere og coptre. Hvis helikopteren har én propel, vil den ikke være stabil. Derfor bruger enheden enten et to-rotor-skema eller en halerotor.
Quadcopteren har et meget enkelt design -Den har normalt fire skruer, hvoraf to roterer i den ene retning og to i den anden retning. Hvis brugeren skal bevæge sig fremad, drejer nogle propeller langsommere, mens andre drejer hurtigere. Og hvis brugeren ønsker at dreje, så accelererer nogle skruer diagonalt, mens andre bremser.
Hvordan en quadcopter flyver
Kopterens bevægelser i hjørnerne er relateret til bevægelsen langskoordinater. Hvis piloten ønsker at bevæge sig fremad, skal vi først vippe dronen fremad, og derefter, mens den elektriske enhed trækker frem, stabilisere den på det punkt, hvor vi ønsker at blive.
Dette er et diagram over en af de mest populære autopiloter,på grundlag af hvilke der kan laves nye enheder. Den forbindes til alle motorer og sensorer. Desuden har motorerne deres egen styreenhed, ESC-regulatoren - Electronic SpeedController, som styrer motorens hastighed.
Af sensorer er der GPS, så dronen kanarbejde udendørs, flyve til point og stabilisere position. Men inde i selve autopiloten er der også en IMU - et inertisensormodul, der gør det muligt for den at bestemme holdningsvinkler. Der er også en kommunikationskanal, en jordkontrolstation og et batteri.
UAV enhed
Som nævnt ovenfor er der et niveaumotorstyring - vi kan uden tøven indstille omdrejningstallet. Resten af niveauerne arbejder efter samme princip: det næste er orienteringskontrol.
Men først skal vi kontrollere rotationshastigheden- FPV coptere flyver på dette niveau (enheder, der giver dig mulighed for at se billedet fra dronens kamera i realtid fra første person (FPV - First Person View). Erfarne piloter indstiller rotationshastigheden og styrer konstant med joysticket. Den næste fase er, når brugeren kan stabilisere vinklen, men dronen vil stadig bevæge sig. Dernæst er hastighedskontrol, og den højeste er positionskontrol, manøvrer til at flytte til et punkt eller bevæge sig langs en given bane.
Dem der vil programmere, bygge ogkontrol droner - bør være opmærksom på PIX4 open source autopiloten. Der er et helt fællesskab omkring aerial robotics (ROS - robotic operating system, eller Open robotics), der er simulatorer til droner. Derfor kan mange eksperimenter udføres i simulatoren uden at have selve dronen.
Droneudviklingsstadier
Forskere starter med et konceptueltmodellering, og så skal de bygge en nøjagtig model af apparatet. Uden at gå ind i formlen er en coptermodel i det væsentlige en stiv kropsmodel. Dette er Newtons anden lov udvidet til partikelsystemer. Den har translations- og rotationsbevægelse, der er kinematik og bevægelsesdynamik, og for at beskrive modellen af en specifik enhed, skal vi her tilføje ligningen for kræfter, der virker på en specifik drone.
Hvordan UAV'er er modelleret
Næste skridt er at udvikle systemetledelse. Hvis vi går på den klassiske måde: først finder vi ud af den nøjagtige matematiske model, og på grundlag af den syntetiserer vi allerede kontrolalgoritmen eller nye formler. Alle niveauer kan inkluderes i kontrolsystemet: bevægelsesplanlægning, miljøopfattelse, tilstandsestimering ved hjælp af sensorer. Algoritmer giver os mulighed for at forfine vores koordinater og data.
Drone kontrolsystem
Når der er en kontrolalgoritme, kan det være med det sammeanvende, men det er ret dyrt. Enheder går ned ved den mindste fejl - dette skal tages i betragtning og tages backup. Simulatorer bruges til test.
Nedenfor er en virtuel rundvisning i Innopoliser et produkt fra vores universitet, det er tilgængeligt til download på GitHub. Dette er ikke kun en visuel komponent, men også dataene fra alle enhedens sensorer. Den har alle positionssensorer, den styres som en drone og kan debugge alle kontrolalgoritmer.
Hvordan droner lærer i simulering
Når baseret på erfaringer med simulatoren visesmere selvtillid - du kan gå videre til hardwareimplementering. Dens komponenter er vist her: fremstilling af enheden fra kulstof og komposit, skabelse af elektronik, placering af motorer, deres fastgørelse.
Tests starter ikke på gaden:Først testes enhederne på et ophæng eller et specielt stativ. De kan bruges til at fejlsøge elementer i funktionen af et ubemandet luftfartøj. For eksempel er et lodret start- og landingsfly vist her - dette er en hybrid af en copter og et fly i videoen kan du se, hvordan det klarer eksterne forstyrrelser og bevarer en vinkel. Til højre er et ret skørt eksperiment, hvor du tænder fem motorer på én gang og ser, hvordan styresystemet håndterer det.
Hvordan droner er bygget
Efter test går de videre til flyvninger -små starter ved lave hastigheder, kontrolleret bevægelse med en pilot der kan tage kontrollen. Slutakkorden er en fuldstændig ubemandet flyvning.
Enheden starter lodret -"som en copter", så tænder dens hovedmotor, dronen accelererer, skifter til flytilstand og udvikler tilstrækkelig hastighed til, at vingen kan arbejde. Så slukkes konturpropellerne, og den flyver som et fly - landingsprocessen foregår i omvendt rækkefølge.
Hvad sker der med droner
En af de opgaver, der modernevidenskabsmænd - omgå forhindringer under flyvning. Nogle droner ved allerede, hvordan man gør dette, men opgaven er lidt bredere - du skal lære enhederne at bevæge sig så hurtigt som muligt i et miljø med forhindringer. Og der er stadig plads til at stræbe efter og forbedre algoritmerne.
Et andet eksempel på en sådan test er en flyvning tilSkov. Der er en meget interessant tilgang - ikke kun nye algoritmer bruges her, men også sensorer - et begivenhedskamera. Dette er et meget højfrekvent kamera, der transmitterer forskellen mellem billeder i hver tidsenhed: Dette giver dig mulighed for hurtigt at kontrollere og reagere på forhindringer.
Inden for planlægning af dronebevægelser,konkurrence: hvem vil gøre det hurtigere. Opgaven er at kortlægge et ukendt område, bygge dets tredimensionelle repræsentation, finde objekter på det. Vi fløj på universitetet, men løste også problemet med at finde genstande. Vores resultater var endnu bedre end kendte offentliggjorte algoritmer.
Der er konkurrencer i kapløbet om droner.De er lavet på enheder med et kamera, når piloten har beskyttelsesbriller og han styrer dronen til at flyve gennem gaten så hurtigt som muligt. En ganske spektakulær begivenhed, hvor den samme opgave skal udføres i automatisk tilstand. Desværre har computeren indtil videre kun formået at besejre en person i skak, og dronerobotten har ikke været i stand til at overhale en menneskelig pilot, selvom fremskridtet allerede er ret alvorligt. En drone ved hjælp af en maskinsynsalgoritme kan udføre sådanne opgaver, arbejdet er kun at øge hastigheden.
En anden konkurrence er Microsoft Games ofdroner, udføres det i en simulator. I samme område afholdes en af de berømte førende konkurrencer i Saudi-Arabien. Deltagerne der rekrutteres tre år i forvejen.
Ubemandede enheder bruges til droneshows- Det er spektakulære begivenheder, som i dag er blevet en erstatning for fyrværkeri. Men det er ikke den eneste gruppebrug - de kan inspicere et større område.
Hvor gælder
Så det ikke ser ud som udelukkende videnskabeligtudvikling, nedenfor er en demo af Skydio-dronen. Nu er dette den mest avancerede enhed med hensyn til autonomi. Dette er et eksempel på, hvordan moderne teknologier - kartografi, undgåelse af forhindringer, trafikplanlægning bruges sammen i et produkt, der allerede er tilgængeligt for brugeren.
En anden retning er nye designsfly. En af dem er foldbare droner. En sådan enhed kan flyve ind i trange rum til inspektion efter en ulykke. Et andet eksempel er en drone, der kan folde sig ud. For eksempel kan han flyve ud af et smalt pneumatisk rør og derefter flyve som normalt.
Vi har også et projekt på dette område - det erblød Tensodrone. Dette er den første soft-shell drone, der flyver. Fornøjelsen er, at du kan tabe den, og den forbliver intakt. Derudover kan du ændre længden af bjælkerne, spændingen af kablerne.
To eksempler, der vil komme til live isnart. Først levering ved hjælp af droner. Nu er der en meget interessant implementering, hvor vi kombinerer en pakketerminal og en dronelandingsstation - i dette tilfælde behøver vi ikke bekymre os om hvornår dronen ankommer, hvor den lander, så vi kan komme til den på tid og hente lasten, inden den bliver stjålet. Det andet eksempel er en flyvende taxa. Dette er det mest spændende udviklingsområde, og der er allerede fungerende prototyper. Men dette vil først ske i det næste årti.
Hvilken udvikling inden for flyvende taxaer er der sket i løbet af de sidste 6 år:
- Firmaet "Hover" præsenterede en enhed medstøjsvag elmotor og kompakte dimensioner - som en bil. Den letter til en højde på 150 m og lander på en standard parkeringsplads. Dronen er designet til to passagerer, den maksimale nyttelast er 300 kg, og hastigheden er 200 km/t.
— I 2016 blev det russiske firma Hoversurfviste en hoverbike, som du kan tage med dig og tage af til enhver tid fra en almindelig byparkeringsplads. Den når hastigheder på op til 100 km/t, og løftehøjden er af sikkerhedsmæssige årsager tvangsbegrænset til 5 meter.
— I 2018, udviklet af Airbus-passagerAlpha One VTOL-fly klatrede til en højde på 5 meter og holdt sig i luften i 53 sekunder. Brugeren vil være i stand til at ringe til UAV'en gennem applikationen og komme fra et punkt til et andet både i byen og udenfor.
— I 2020 lavede CityAirbus lufttaxiførste gratis fly. Testen fandt sted i forstæderne til Paris, byen Ile-de-France. CityAirbus-flyet er i stand til at bevæge sig med hastigheder op til 120 km/t i en afstand på op til 30 km. Vægten af den flyvende taxa er mere end 2,2 tons, CityAirbus er udstyret med tre passagersæder og et førersæde.
- I 2022 introducerede den kinesiske startup Pantuo Aviation T1, en flyvende taxa-demonstrator med en luftkanal. Den vil flyve med hastigheder på over 300 km/t og har en rækkevidde på 250 km.
Læs mere:
Rumsonden fløj 200 km fra Merkur. Se hvad han så
Forskere afslører, hvordan vitaminer påvirker forekomsten af kræft
Kinesisk tankelæserhjelm slår alarm, når en person ser pornoindhold