Podsumowanie prac nad projektem StarTiger Dropter. Dropter - Terrestial Dropship Demonstrator

Transkrypt

1 Podsumowanie prac nad projektem StarTiger Dropter - Terrestial Dropship Demonstrator Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej Bydgoszcz, 20 maj 2016

2 Idea programu StarTiger StarTiger Projekt badawczo-rozwojowy prowadzony przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) mający na celu zredukowanie czasu potrzebnego na opracowanie kluczowych zagadnień i technologii w zakresie działalności agencji poprzez: Zespoły łączące naukowców z różnych dziedzin i instytucji; Badania prowadzone w krótkim czasie i w jednej lokalizacji; Zapewnienie zespołowi kompletnej infrastruktury; Ograniczenie do minimum administracji.

3 Kontekst projektu Dropter MPL - Mars Precision Lander Faza A projektu szacowała możliwość przeprowadzenia bezzałogowej misji na Marsa. Terrestial Dropship Demonstrator Krytycznym zagadnieniem jest wykorzystanie lądownika ( dropship ) do opuszczenia łazika na powierzchnię planety. Dropter Przeprowadzony projekt miał na celu stworzenie platformy testowej do sprawdzenia wstępnych koncepcji i rozwiązań dla misji MPL.

4 Cel projektu Zbudować w ciągu 8 miesięcy system który: Pozwala na przeprowadzenie próby fazy opuszczania łazika w warunkach ziemskich; Wykonuje zadaną misję lotu autonomicznie; Sprawdza zaproponowaną architekturę i oprogramowanie komputera lotu; Implementuje algorytmy nawigacji i omijania przeszkód oparte na systemie wizyjnym; Wykorzystuje model wyciągarki i łazika do realizacji procedury przyziemienia.

5 Cel projektu Scenariusz docelowy Autonomiczna sekwencja lotu i opuszczenia łazika; Aktywny wybór miejsca lądowania; Wykrycie przyziemienia i zwolnienie liny.

6 Zakres prac Zakres prac realizowanych w IAiII Opracowanie koncepcji platformy latającej - projekt i dobór podzespołów; Przystosowanie platformy Falcon jako punktu odniesienia; Wykonanie i wdrożenie multikoptera Dropter w zakresie stabilizacji i kontroli wysokości; Opracowanie sprzęgu pomiędzy sterownikiem platformy, konsolą operatora i komputerem lotu.

7 Architektura systemu Wielowirnikowa platforma latająca Dropter Konstrukcja optymalizowana pod kątem ciągu i udźwigu przy zachowaniu zadanych wymiarów zewnętrznych; Skalowana w stosunku do docelowych wymiarów platformy MPL; Konfiguracja 4-ramienna z podwójnymi jednostkami napędowymi. Platforma latająca Wymiary: φ120cm, 12kg; Ciąg maksymalny: 21kg, czas lotu: 8min; Łazik i wyciągarka Model w skali 1:4; Zintegrowana wyciągarka.

8 Architektura systemu Elementy platformy

9 Platforma wielowirnikowa Rama nośna Technologie i materiały Podstawowe tworzywo konstrukcyjne - CFRP; Układ i system połączeń wyniesiony z poprzednich konstrukcji; Kluczowe punkty wzmacniane aluminium ; Podstawowy układ rozbudowany o zasobnik wyciągarki i panele montażowe dla czujników. Waga maszyny bez baterii: 4kg.

10 Platforma wielowirnikowa System zasilający Oparty na pakietach litowo-polimerowych 6S (15Ah, 22.2V); Mechanizm plug&fly; Wysokoprądowa PCB oraz zestaw przetwornic do zasilania podsystemów; Maksymalna moc ciągła do 5000W.

11 Platforma wielowirnikowa Jednostki napędowe Dwa przeciwbieżne zestawy regulator-silnik-śmigło na każdym z ramion; Śmigła 16 x5.4 + silniki T-Motor MN regulatory T-Motor T40A.

12 Platforma wielowirnikowa Dobór napędów Do wyznaczenia rzeczywistej siły ciągu wykorzystano rozbudowaną i dodatkowo zabezpieczoną hamownię; Na podstawie prób oszacowano: Udźwig platformy i zapas ciągu; Czas lotu i straty w systemie podwójnym; Odpowiedź napędu na zmianę sterowania.

13 Platforma wielowirnikowa Awionika

14 Podsystemy platformy Łazik i wyciągarka Model łazika Wymiary: 26x32x12cm, 2.18kg; Wyposażony w mechanizm zwalniający linę i akcelerometry; Komunikacja radiowa z wyciągarką. Wyciągarka Zintegrowana z platformą Dropter ; Długość liny: 7.5m; Aktywny hamulec do kontroli prędkości opuszczania.

15 Podsystemy platformy Komputer lotu Oprogramowanie sterujące Wykonywane na platformie Raspberry PI pod kontrolą systemu Linux; Tworzone w dużej części poprzez generowanie kodu wykonywalnego z modeli Simulink; Projektowane przy wykorzystaniu mechanizmów systemu czasu rzeczywistego. Komunikacja ze sterownikiem Cykl pracy synchronizowany sygnałem 20Hz; Zdefiniowane tryby pracy dla platformy; Obsługa modułów wizyjnego i wyciągarki realizowana poprzez odpytywanie.

16 Spiralna metodologia prac Stopniowe zwiększanie złożoności rozwiązań; Wykorzystywanie doświadczeń z poprzednich faz; Trzy modele rozwojowe Model awioniki Testy komputera lotu; Sprzęg ze sterownikiem pokładowym; Próby wyciągarki. 2. Platforma testowa Falcon Tryby pracy i przejścia; Lot autonomiczny bez wyciągarki i łazika; 3. Platforma Dropter Integracja podzespołów; Test wyciągarki w locie; Próby autonomiczne; Seria eksperymentów docelowych.

17 Testy w terenie Obszar testowy na poligonie Airbus DS w Trauen, Niemcy Do celów eksperymentu utworzone pole testowe o rozmiarze 40x40m pokryte piaskiem i skałami naśladującymi powierzchnię planety.

18 Eksperyment Sekwencja misji Manualny start i naprowadzenie w pobliżu celu; Przejście do trybu autonomicznego na wys. 5m; Wznoszenie do wysokości 22m z prędkością 2m/s; Opadanie z prędkością od 0.5 do 1.5m/s do wys. 15m; Przyziemienie łazika przy prędkości pionowej od 0.5 do 1.1m/s; Po wykryciu przyziemienia - odczepienie łazika i wznoszenie do wys. 15m; Manualne lądowanie.

19 Wyniki eksperymentu 1 Wysokość przejścia do trybu autonomicznego: 5m 2 Wysokość wznoszenia: 23m, osiągnięta przy 2m/s; 3 Prędkość opadania do wysokosci opuszczenia: 1.5m/s, wys. 15m; 4 Opuszczanie łazika podczas opadania z prędkością 0.75m/s; 5 Wysokość po ponownym wznoszeniu: 15m.

20 Wyniki eksperymentu Kompensacja przemieszczenia poziomego

21 Testy łazika i wyciągarki Wykrywanie przyziemienia na podstawie: Spadku składowej pionowej prędkości; Zmiany wysterowania napędów przez regulatory. Rezultat eksperymentu: Przyziemienie wykryto z opóźnieniem 0.5s; Zwolnienie liny nastąpiło 0.75s po kontakcie.

22 Program ESA StarTiger Platforma Dropter Przebieg prac Wnioski Loty próbne Materiał filmowy

23 Podsumowanie Podsumowanie projektu Dropter Osiągnięte cele: Stworzono uniwersalną platformę testową; Wykonano zakładany scenariusz podstawowy; Opracowano oprogramowanie komputera lotu zapewniające: 1 Zarządzanie trybami i sekwencją misji; 2 Planowanie i realizację trajektorii; 3 Kompensację wpływu opuszczanego łazika na platformę. Opracowano i zweryfikowano mechanizm wyciągarki. Niewykonane zadania: Rozszerzony scenariusz lotu (zrzut platformy z helikoptera, wysokość: 300m);

24 Podsumowanie Zyski z udziału w projekcie Rozszerzenie możliwości platform wielowirnikowych: Nowe modele awioniki i zasilania; Protokół komunikacji FCC-sterownik; Tryby lotu i przejścia; Trajektoria lotu pionowego. Nowe technologie i umiejętności Techniki wytwarzania; Doświadczenie w pilotażu nowych platform. Inne Publikacje naukowe; Umiejętności miękkie; Projekty powiązane - system GCS, hamownia.

25 Dziękuję za uwagę.