Négyrotoros pilóta nélküli helikopter fedélzeti elektronikai rendszere

1. Négyrotoros pilóta nélküli helikopter fedélzeti elektronikai rendszere Turóczi Antal ROBOTHADVISELÉS Tudományos Konferencia 2007. november 27. Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem, Díszterem, Budapest, Hungária krt. 9-11.

2. XUFO Kereskedelmi forgalomban kapható Viszonylag olcsó (~30 eFt) Jó kiindulási pont Működő konstrukció Nem kell egyedi sárkányszerkezetet építeni Saját fedélzeti repülésszabályzó rendszer Mások hogy csinálják? Szenzorok kiválasztása Központi egység kiválasztása Kísérleti rendszer

3. Létező UAV robotpilóta rendszerek • Micropilot MP2028g • Hardver • Kis méret (40x100mm), kis tömeg (28g+GPS) • x, y, z irányú MEMS gyorsulásmérők, giroszkópok • Barometrikus magasság- és szélsebesség mérő • Ultrahangos magasságmérő csatlakozási felület • GPS vevő, RF Modem • 24 db RC - szervo vagy relé csatlakozó • Pc-s földi irányító rendszer • Valós idejű monitorozás • Rep. szab. paraméterhangolás • Útvonaltervezés

4. Létező UAV robotpilóta rendszerek • GPS vevő, RF Modem • 10 db RC - szervo csatlakozó • MPC555 központi processzor, integrált PWM egységek • Szabványos csatlakozók (CAN, RS-232) • Cloud Cap Piccolo • Kis méret (122 x 61 x 38 mm), kis tömeg (90g) • x, y, z irányú MEMS gyorsulásmérők, giroszkópok • Barometrikus magasság- és szélsebesség mérő

5. Létező UAV robotpilóta rendszerek • Jellemzők • Szenzoroknak, aktuátoroknak általában RC csatlakozó felületek • Könnyen beépíthetők RC repülőgépekbe • A szabályzó-paraméterek adott géphez hangolása nehézkes és időigényes • Nem RC kompatibilis eszközök nehezen illeszthetők • Adott geometriai méretek Saját elektronika építése

6. Szenzorok • Xsens IMU • Kis méret és tömeg • Beágyazott rendszerekhez egyszerűen csatlakoztatható interfész (RS-232) • Kalibrált szenzorkimenetek • Beépített jelfeldolgozó elektronika (DSP alapú szenzor fúziós algoritmus) • Programozható mintavételi idő, navigációs adatformátum (Euler-szögek, forgatási mátrix, quaternion vektor) A modul a benne lévő giroszkópok, gyorsulásmérők, és mágneses szenzorok által szolgáltatott analóg jelekből, szenzorfúziós algoritmus segítségével számolja ki a navigációs adatokat

7. Szenzorok • SRF08 Ultrahangos magasságmérő • Kis méret és tömeg • Beágyazott rendszerekhez egyszerűen csatlakoztatható interfész (I2C) • Programozható mérési tartomány (max. 12m) • 1cm-es felbontás • A pontosabb eredményhez z-irányú gyorsulásméréssel kell kombinálni az UH magasságmérést Az ultrahang-impulzus kibocsátása és vevőbe érkezése között eltelt idő egyenesen arányos az adó földfelszíntől való távolságának kétszeresével. Az arányszám a hang terjedési sebessége

8. Távirányítás, földi lépcső Kézi vagy félautomata üzemmód • Futaba FF9 távirányító • 9 PCM csatorna • Rugalmasan programozható • Csatornák lehetnek • Irányító karok • 2-3 állású kapcsolók • Különböző kormánykarakterisztikák • A vevőből impulzusszélesség-modulát kimeneti jel (1-2ms hosszú impulzusok) • Át kell alakítani a központi egység számára értelmezhető számértékké

9. Távirányítás, földi lépcső Látótávolságon kívüli kézi, vagy automatikus útvonalrepülés üzemmód • Maxstreem XBee modul • Vezeték-nélküli kommunikációs csatorna • Kis méret (24 x 33 x 8 mm) és tömeg (8 g) • Szabványos UART interfész • Max. 115200 Baud half-duplex • Földi lépcső felé <- A helikopter aktuális állapota • Földi lépcsőtől -> Repülési feladat, útvonal, egyéb paraméterek

10. Távirányítás, földi lépcső Földi irányító központ • Kommunikáció a PC soros portjára csatlakozó XBee modulon keresztül • Fogadja, feldolgozza és megjeleníti az érkező adatokat • Navigációs adatok • Motorok szögsebessége, árama • Telep töltöttsége • Távirányító felől érkező adatok • Repülési útvonal, üzemmód váltás és egyéb parancsok küldhetők a helikopter felé • A kezelő beavatkozhat az aktuális repülési feladat végrehajtásába • A fejlesztés során a repülésszabályzó paraméterek könnyen megváltoztathatók

11. Központi egység • A szabályozási körök mintavételi periódusa 100Hz (az IMU-hoz igazítva) • 10 ms alatt elvégzendő feladatok • A szenzoroktól érkező jelek fogadása és feldolgozása • A távirányítóból érkező jelek fogadása és feldolgozása • Motoráramok mérése, A/D konverzió • A motor- és repülésszabályzó algoritmusok futtatása • A motorok vezérlése • Kommunikáció a földi irányító rendszerrel • A központi egységgel szemben támasztott követelmények • 2 szabványos UART interfész az IMU-hoz és a vezeték-nélküli csatornához, • Szabványos I2C interfész az ultrahangos magasságmérő modulhoz, • Számláló és időzítő egységek a távirányítótól érkező jelek fogadására, • Impulzusszélesség-modulátor a motorok vezérléséhez, • A/D átalakító a motoráramok és az akkumulátorfeszültség méréséhez, • Lebegőpontos utasításkészlet, • Minél kisebb utasítás-végrehajtási idő.

12. M M IMU UART A PWM CH1 MOS FET DRIVE PWM CH2 RADIO LINK UART B PWM CH3 UART C M M GPS opc. PWM CH4 ULTRA ALT I2C I DSP ADC 11.2V LiPo Accu U RC vevő eCAP1-6 DUAL PORT SRAM +5V -5V 3.3V TÁP FPGA 2.5V 1.9V 1.2V Fedélzeti Elektronika

13. Központi egység • TMS320F28355 DSP • 32-bites C28x fixpontos + lebegőpontos mag, • 6,67ns-os ciklusidő (150MHz-es órajel), • 6 csatornás DMA, • Rugalmasan konfigurálható megszakításkezelés, • 16 vagy 32-bites külső buszinterfész, • 256K x 16 Flash, 34K x 16 SRAM belső memória, • ROM-ban tárolt trigonometrikus táblázatok, • 18 PWM kimenet, • 6 számláló/időzítő bemenet (eCAP Unit), • 8 32-bites és 6 16-bites számláló, • 3 UART, egy I2C interfész, • 16 csatornás 12-bites A/D, • Maximum 88 általános felhasználású I/O, • JTAG interfész és valós idejű emulációs lehetőség, • Szabványos C/C++ fejlesztői környezet és támogatás, • TQFP tokozás.

14. Fedélzeti Elektronika • Motorok vezérlése • Impulzusszélesség-moduláció • DSP ePWM modul • RC jelek fogadása • DSP eCAP modul

15. További feladatok • A rendelkezésemre álló DSP fejlesztőpanel segítségével minden olyan részprogram kifejlesztése, amihez nem szükséges a végleges hardver • Ezzel párhuzamosan a földi irányító szoftver továbbfejlesztése • A tapasztalatok alapján a végeleges fedélzeti elektronika megtervezése és megépítése. • A fennmaradó DSP-programrészletek megírása és tesztelése • Az előzetesen megtervezett motorszabályzó és repülésszabályzó algoritmusok implementálása • Próbarepülések, szabályzó-paraméterek finomhangolása !Köszönöm a figyelmet!