Система управления автономного охранного квадрокоптера

Мироненко, Данил Николаевич Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Разработана архитектура аппаратного обеспечения автономного охранного квадрокоптера, выполнена его сборка. Разработана программная архитектура системы управления автономного охранного квадрокоптера, а также алгоритм работы и его программная реализация.

Определения и сокращения ………………………………………………………………………………………….. 13
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………… 14
1. Область и объект исследования ………………………………………………………………………………… 15
1.1 Проблема охраны территорий от малогабаритных БПЛА …………………………………….. 17
1.2 Обзор известных методов решения проблемы ……………………………………………………… 19
1.3 Постановка задачи проектирования системы управления охранного квадрокоптера 23
2. Разработка аппаратной архитектуры автономного охранного квадрокоптера …………….. 25
2.1 Полетный контроллер………………………………………………………………………………………….. 27
2.1.1 Характеристики центрального процессора (CPU) …………………………………………… 29
2.1.2 Интерфейсы подключения …………………………………………………………………………….. 29
2.1.3 Характеристики гироскопа…………………………………………………………………………….. 29
2.1.4 Характеристики акселерометра ……………………………………………………………………… 29
2.1.5 Вторичный инерционный измерительный блок ……………………………………………… 30
2.1.6 Аналого-цифровой преобразователь ………………………………………………………………. 30
2.1.7 Барометрический датчик давления…………………………………………………………………. 30
2.1.8 Зуммер и переключатель постановки на охрану ……………………………………………… 31
2.1.9 Регулятор напряжения …………………………………………………………………………………… 31
2.2 Рама квадрокоптера …………………………………………………………………………………………….. 32
2.3 Электродвигатель………………………………………………………………………………………………… 33
2.4 Электронный регулятор скорости (ESC) ………………………………………………………………. 36
2.5 Аккумуляторная батарея ……………………………………………………………………………………… 38
2.6 Выбор пропеллеров …………………………………………………………………………………………….. 41
2.7 PX4Flow ……………………………………………………………………………………………………………… 42
2.7.1 Принцип работы датчика с оптическим потоком ……………………………………………. 43
2.8 Дальномер Leddar One Lidar ………………………………………………………………………………… 45
2.9 Миникомпьютер Raspberry Pi 3 ……………………………………………………………………………. 46
2.10 Результат сборки квадрокоптера ………………………………………………………………………… 48
3. Разработка архитектуры и алгоритма системы управления автономного охранного
квадрокоптера ……………………………………………………………………………………………………………… 49
3.1 Автопилот PX4 ……………………………………………………………………………………………………. 51
3.2 Программная среда Robot Operating System …………………………………………………………. 54
3.2.1 MAVROS ………………………………………………………………………………………………………. 58
3.3 Протокол MAVLink …………………………………………………………………………………………….. 58
3.3.1 Структура пакета MAVLink …………………………………………………………………………… 59
3.3.2 Сообщения MAVLink ……………………………………………………………………………………. 60
3.4 Алгоритм управления автономным полетом охранного квадрокоптера ………………… 61
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………… 70
4.1 Организация и планирование работ ……………………………………………………………………… 70
4.2 Продолжительность этапов работ…………………………………………………………………………. 72
4.3 Расчет сметы затрат на выполнение проекта …………………………………………………………. 77
4.3.1 Расчет затрат на материалы и покупные изделия …………………………………………….. 77
4.3.2 Расчет заработной платы ……………………………………………………………………………….. 79
4.3.3 Расчет затрат на электроэнергию ……………………………………………………………………. 80
4.3.4 Расчет затрат на социальный налог…………………………………………………………………. 81
4.3.5 Расчет амортизационных расходов …………………………………………………………………. 81
4.3.6 Расчет прочих (накладных) расходов ………………………………………………………………. 82
4.3.7 Расчет общей себестоимости разработки ………………………………………………………… 82
5. Социальная ответственность …………………………………………………………………………………….. 83
5.1 Производственная безопасность …………………………………………………………………………… 84
5.1.1 Микроклимат ………………………………………………………………………………………………… 84
5.1.2 Естественная освещенность……………………………………………………………………………. 85
5.1.3 Уровень шума ……………………………………………………………………………………………….. 86
5.1.4 Уровень электромагнитных излучений …………………………………………………………… 87
5.1.5 Электробезопасность……………………………………………………………………………………… 88
5.1.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………………… 90
5.1.7 Сбои в пилотировании квадрокоптера ……………………………………………………………. 90
5.2 Охрана окружающей среды …………………………………………………………………………………. 91
5.3 Пожарная безопасность ……………………………………………………………………………………….. 92
5.4 Особенности законодательного регулирования проектных решений ……………………… 94
5.4.1 Эргономические требования к рабочему месту ………………………………………………. 95
Заключение………………………………………………………………………………………………………………….. 97
Список используемых источников ……………………………………………………………………………….. 98
Приложение А ……………………………………………………………………………………………………………. 101

В настоящее время класс малогабаритных беспилотных летательных аппаратов стал очень популярен. Возникают случаи использования беспилотных летательных аппаратов в незаконных целях, таких как проникновения на охраняемую территорию. Решением данной проблемы безопасности охраняемых периметров является разработка автономных охранных дронов-перехватчиков. Актуальность разработки заключается в том, что автономность на данный момент остается открытым вопросом, так как большинство ранних роботов и беспилотных летательных аппаратов контролировались со станций управления либо пилотами. В значительной степени это продолжается и по сей день.
Объектом исследования является автономное управление охранного квадрокоптера. Предметом исследования является аппаратно-программная система управления автономного охранного квадрокоптера.
Задачи выпускной квалификационной работы:
– обзор решений по тематике охраны территорий с помощью
охранных дронов;
– разработка аппаратной конфигурации для автономного охранного
квадрокоптера, выбор компонентов летательного аппарата;
– разработка алгоритма системы управления для квадрокоптера;
– реализация алгоритма в программном коде и его тестирование. Новизна данного исследования заключается в создании нового
алгоритма взаимодействия аппаратной части автономного охранного квадрокоптера для обеспечения возможностей дальнейшего расширения функционала аппарата.
Разработанная система управления применяется в реализации проекта ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» субсидия 14.578.21.0241 от 26 сентября 2017 г. [1]

В ходе проделанной работы была разработана система управления
автономного охранного квадрокоптера, главным преимуществом которой
является возможность расширения базового функционала устройства. Для
достижения цели работы были выполнены следующие задачи:
1. Проведено исследования проблемы защиты частных территорий от
несанкционированных вторжений малогабаритных беспилотных
летающих аппаратов.
2. Рассмотрены существующие решения охраны периметров с
использованием БПЛА.
3. Разработана архитектура аппаратного обеспечения автономного
охранного квадрокоптера. Произведен выбор комплектующих и их
сборка.
4. Разработана программная архитектура системы управления
автономного охранного квадрокоптера, а также алгоритм работы и
его программная реализация.
5. Проведены тестовые испытания для определения
работоспособности.
6. Проводились определение социальной ответственности, расчет
финансовой эффективности проекта.
Проведенные тестовые испытания автономного охранного
квадрокоптера показали работоспособность технического решения.
Разработанная система управления автономного охранного
квадрокоптера может применяться для управления квадрокоптерами в
охранных системах. Использовать такие охранные системы могут
правоохранительные органы, государственные и даже частные организации,
которые не желают вторжения на частную территорию дронов разведчиков
оснащенные камерами.

1. Субсидия 14.578.21.0241 от 26 сентября 2017 г. [Электронный
ресурс]. – Режим доступа: http://www.tsu.ru/science/orntd/uchastie-v-ftsp-
issledovaniya-i-razrabotki-po-prioritetnym-napravleniyam-razvitiya-nauchno-
tekhnolog/subsidiya-14-578-21-0241-ot-26-sentyabrya-2017-g/ Дата обращения
17.03.18
2. Developments in unmanned powered parachute aerial vehicle: A review.
Aerospace and Electronic Systems Magazine. V. Devalla, O. Prakash. 2014
3. Institut Mikromakro [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://mikromakro.pl/ Дата обращения 18.03.18
4. Advanced protection systems [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://apsystems.tech/ Дата обращения 18.03.18
5. Популярная механика [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://www.popmech.ru Дата обращения 18.03.18
6. Aptonomy [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.apto-
nomy.com/ Дата обращения 20.03.18
7. БЛА ZALA 421-22 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://
zala.aero Дата обращения 21.03.18
8. Pixhawk Series [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.
px4.io/en/flight_controller/pixhawk_series.html Дата обращения 21.03.18
9. Pixhawk Autopilot [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://
pixhawk.org/modules/pixhawk Дата обращения 21.03.18
10. Выбор АКБ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mykva-
drocopter.ru/kak-vybrat-akkumulyator-dlya-kvadrokoptera/Датаобращения
24.03.18
11. Пропеллеры для квадрокоптера – основные параметры [Электрон-
ный ресурс]. – Режим доступа: https://drongeek.ru/profi/propellery-dlya-
kvadrokoptera Дата обращения 24.03.18
12. PX4FLOW Smart Camera [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://pixhawk.org/modules/px4flow Дата обращения 26.03.18
13. Datasheet LeddarOne [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://leddartech.com/app/uploads/dlm_uploads/2016/02/Datasheet-LeddarOne.
pdf Дата обращения 26.03.18
14. Raspberry Pi 3 Model B [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b/ Дата обращения
05.04.18
15. PX4 Basic Concepts [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
https://docs.px4.io/en/getting_started/px4_basic_concepts.html Дата обращения
17.04.18
16. Robot Operating System [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://wiki.ros.org/ROS/Introduction Дата обращения 28.04.18
17. Why ROS 2.0? [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://
design.ros2.org/articles/why_ros2.html Дата обращения 05.05.18
18. MAVLink Micro Air Vehicle Communication Protocol [Электронный
ресурс].–Режимдоступа:http://qgroundcontrol.org/mavlink/startДата
обращения 12.05.18
19. СанПиН 2.2.4.548 – 96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений. М.: Минздрав России, 1997.
20. СП 52.13330.2016 Свод правил. Естественное и искусственное
освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95
21. СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях
жилых, общественных зданий и на территории застройки.
22. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278 – 03. Гигиенические требования к
естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и
общественных зданий. М.: Минздрав России, 2003.
23. ГОСТ Р 50377-92 (МЭК 950-86) Безопасность оборудования
информационнойтехнологии,включаяэлектрическоеконторское
оборудование.
24. СанПиН 2.2.2/2.4.1340 – 03. Санитарно-эпидемиологические
правила и нормативы«Гигиеническиетребованиякперсональным
электронно- вычислительным машинам и организации работы». – М.:
Госкомсанэпиднадзор, 2003.
25. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197-ФЗ.
26. СП 12.13130.2009 Определение категорий помещений, зданий и
наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.
27. Постановление Правительства РФ от 25.04.2012 N 390 (ред. От
30.12.2017)”Опротивопожарномрежиме”(вместес”Правилами
противопожарного режима в Российской Федерации”).
28.ГОСТРИСО26000-2012Руководствопосоциальной
ответственности
29. Техника безопасности [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://ardupilot-mega.ru/wiki/arducopter/safety-multicopter.htmlДата
обращения 12.05.18
30. СП 60.13330.2016 «СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и
кондиционирование воздуха». М.: Минстрой России, 2016.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Робот для картографирования местности на базе стереокамеры
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Универсальный мехатронный модуль для мобильного робота
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Система навигации автономного мобильного робота для работы на Крайнем Севере
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Искусственные мускулы на основе капиллярной нити
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка автоматизированной системы обезвешивания на гибком подвесе
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Система виденья для людей с нарушением зрения
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)