Втрата одного гвинта не завадила квадрокоптеру швидко літати

Інженери з Нідерландів створили алгоритм управління для квадрокоптера, що дозволяє йому залишатися в повітрі після втрати одного гвинта, причому навіть при русі зі швидкістю майже 10 метрів на секунду. Розробка була представлена на конференції IROS 2018, на неї звернув увагу IEEE Spectrum.

Більшість сучасних мультикоптерів оснащуються хоча б базовими алгоритмами, що дозволяють їм зберігати стабільне положення при зависанні на одному місці або летіти в заданому напрямку. Багатьом з них не заважає навіть вітер, тому що вони відстежують його вплив за допомогою інерційних датчиків і GPS, і коригують нахил і роботу моторів. Тим не менш, всі ці алгоритми працюють коректно тільки в тому випадку, якщо цілісність і функціональність дрона не порушена. При втраті навіть одного гвинта баланс крутячих моментів від різних роторів порушується і дрон, як правило, падає на землю.

У загальному вигляді завдання збереження балансу квадрокоптера з винтом, що вийшов з ладу, вже навчилися вирішувати швейцарські інженери в 2014 році. Однак їхній алгоритм працює тільки для дрона, що зависло на одному місці. Група інженерів з Делфтського технічного університету під керівництвом Коена де Віссера (Coen de Visser) створила більш досконалий алгоритм, який дозволяє дрону не падати після виходу одного гвинта з ладу, навіть якщо він рухається з великою швидкістю або політ проходить у вітряну погоду.

Дослідники використовували послідовну схему з трьох регуляторів. Перший з них відповідає за контроль положення квадрокоптера, другий за контроль висоти, а третій на основі даних від перших регуляторів розраховує кутові швидкості обертання для кожного з трьох працюючих роторів.

Інженери перевірили алгоритм на квадрокоптері Parrot Bepop2 і відкритій системі управління безпілотними літальними апаратами Paparazzi. Для відстеження рухів дрона вони використовували його власний блок з акселерометром і гіроскопом, що збирає дані з частотою 512 герц, а також зовнішню оптичну систему захоплення рухів, яка з частотою 120 герц відстежувала положення шести маркерів на корпусі дрона.

Розробники провели кілька видів тестів, у тому числі випробування в аеродинамічній трубі, що імітують політ з певною швидкістю. Після зльоту дрона вони включали продув і поступово збільшували швидкість потоку повітря. Експеримент показав, що квадрокоптер зберігає стабільне положення на швидкості понад дев'ять метрів на секунду, і лише після цього втрачає баланс і падає.

Раніше інженери створювали безліч інших незвичайних дронів і алгоритмів управління для них. Наприклад, існує дрон з похиленими роторами, асиметричний дрон одним ротором і навіть дрон з пропелерами на пропелері. Крім того, деякі дрони можуть змінювати свою конфігурацію прямо в польоті. Наприклад, нещодавно японські інженери представили витягнуту багатороторну платформу, яка може в польоті протискуватися через вузькі прорізи, а французькі інженери створили квадрокоптер, який може на великій швидкості вибудовувати всі свої ротори в один ряд і тим самим зменшувати свою ширину майже в два рази.