Mikroluftfordon - Micro air vehicle

Den RQ-16 T-Hawk , ett Micro Luftfarkost (MAV), flugor över en simulerad stridsområdet under ett operativt provflygning.
En simuleringsskärmdump av en "humla-storlek" MAV som föreslogs av US Air Force 2008

Ett mikroluftfordon ( MAV ), eller ett mikroantennfordon , är en klass av miniatyr -UAV: er som har en storleksbegränsning och kan vara autonoma. Moderna hantverk kan vara så små som 5 centimeter. Utvecklingen drivs av kommersiella, forsknings-, regerings- och militära ändamål; med insekt -storlek flygplan enligt uppgift förväntas i framtiden. Det lilla fartyget tillåter fjärrobservation av farliga miljöer som inte är tillgängliga för markfordon. MAV har byggts för hobbyändamål, såsom flygrobottävlingar och flygfotografering .

Praktiska implementeringar

År 2008 utvecklade TU Delft University i Nederländerna den minsta ornitoptern utrustad med en kamera, DelFly Micro, den tredje versionen av DelFly -projektet som startade 2005. Denna version mäter 10 centimeter och väger 3 gram, något större (och mer bullrigt) ) än trollsländan som den var modellerad på. Kamerans betydelse ligger i fjärrkontrollen när DelFly är utom synhåll. Men den här versionen har ännu inte framgångsrikt testats utanför, även om den fungerar bra inomhus. Forskaren David Lentink vid Wageningen University , som deltog i utvecklingen av tidigare modeller, DelFly I och DelFly II, säger att det kommer att ta minst ett halvt sekel att efterlikna insekternas förmåga, med sin låga energiförbrukning och många sensorer - inte bara ögon, men gyroskop , vindsensorer och mycket mer. Han säger att flugor-ornithopters borde vara möjliga, förutsatt att svansen är väl utformad. Rick Ruijsink från TU Delft nämner batterivikt som det största problemet; den litiumjonbatteriet i DelFly mikro, vid ett gram, utgör tredjedel av vikten. Lyckligtvis går utvecklingen på detta område fortfarande mycket snabbt, på grund av efterfrågan på olika andra kommersiella områden.

Ruijsink säger att syftet med dessa hantverk är att förstå insektsflykt och att tillhandahålla praktiska användningsområden, till exempel att flyga genom sprickor i betong för att söka efter jordbävningsoffer eller utforska radioaktivitetsförorenade byggnader. Spionagenturer och militären ser också potential för sådana små fordon som spioner och spanare.

Robert Wood vid Harvard University utvecklade en ännu mindre ornitopter, på bara 3 centimeter, men detta fartyg är inte autonomt genom att det får sin kraft genom en tråd. Gruppen har uppnått kontrollerad svävningsflygning 2013 samt landningar på och start från olika överhäng 2016 (båda i en rörelsesspårningsmiljö).

Den T-Hawk MAV , en kulvert fläkt VTOL Micro- UAV , har utvecklats av USA företaget Honeywell och togs i drift under 2007. MAV används av amerikanska armén och US Navy Explosive Ordnance Division att söka områden för vägbomber och inspektera mål. Enheten distribuerades också vid kärnkraftverket Fukushima Daiichi i Japan för att tillhandahålla video- och radioaktivitetsavläsningar efter jordbävningen och tsunamin i Tōhoku 2011 .

I början av 2008 fick Honeywell FAA -godkännande för att driva sin MAV, utsedd som gMAV i det nationella luftrummet på experimentell basis. GMAV är den fjärde MAV som får sådant godkännande. Honeywell gMAV använder kanaliserad dragkraft för lyft, så att den kan lyfta och landa vertikalt och sväva. Det är också kapabelt för "höghastighets" framåtflygning, enligt företaget, men inga prestandasiffror har offentliggjorts. Företaget uppger också att maskinen är lätt nog att bära av en man. Det utvecklades ursprungligen som en del av ett DARPA- program, och dess första ansökan förväntas vara hos polisavdelningen i Miami-Dade County, Florida .

I januari 2010 insåg Tamkang University (TKU) i Taiwan autonom kontroll över flyghöjden på en 8-gram, 20 centimeter bred, flaxande MAV. MEMS (MICRO-ELECTRO-MECHANICAL SYSTEMS) Lab för TKU hade utvecklat MAV i flera år, och 2007 gick Space and Flight Dynamics (SFD) Lab till forskargruppen för utveckling av autonoma flyg MAV. I stället för traditionella sensorer och beräkningsanordningar, som är för tunga för de flesta MAV-enheter, kombinerade SFD ett stereosystem med en markstation för att styra flyghöjden, vilket gör den till den första flaxvingande MAV under 10 gram som realiserade autonom flygning.

Svart Hornet Nano

År 2012 satte den brittiska armén ut det sexton gram Black Hornet Nano Unmanned Air Vehicle till Afghanistan för att stödja infanterioperationer.

Praktiska begränsningar

Även om det för närvarande inte finns några riktiga MAV (dvs. verkligt mikroskalade flygblad), har DARPA försökt ett program för att utveckla ännu mindre Nano Air Vehicles (NAV) med ett vingspann på 7,5 centimeter. Inga NAV: er som uppfyllde DARPA: s ursprungliga programspecifikationer kom dock förrän 2009 då AeroVironment visade en kontrollerad svävning av DARPA: s flaxande NAV.

Utöver svårigheterna med att utveckla MAV, är det få konstruktioner som på ett adekvat sätt tar itu med kontrollfrågor. MAV: s lilla storlek gör teleoperation opraktiskt eftersom en markstationspilot inte kan se den längre än 100 meter. En inbyggd kamera som tillät markpiloten att stabilisera och navigera i båten demonstrerades först i Aerovironment Black Widow, men mikrovagnar på riktigt kan inte bära ombordssändare som är tillräckligt kraftiga för att möjliggöra teleoperation. Av denna anledning har vissa forskare fokuserat på en helt autonom MAV -flygning. En sådan enhet, som har designats från dess början som en helt autonom MAV, är den biologiskt inspirerade Entomopter som ursprungligen utvecklades vid Georgia Institute of Technology under ett DARPA- kontrakt av Robert C. Michelson .

Med tanke på att MAV kan kontrolleras med autonoma medel, finns det fortfarande betydande test- och utvärderingsfrågor. Några av de problem som kan uppstå i fysiska fordon hanteras genom simuleringar av dessa modeller.

Bioinspiration

Se även: Ornithopter

En ny trend i MAV -gemenskapen är att ta inspiration från flygande insekter eller fåglar för att uppnå oöverträffade flygmöjligheter. Biologiska system är inte bara intressanta för MAV -ingenjörer för deras användning av ostadig aerodynamik med flaxande vingar; de inspirerar alltmer ingenjörer för andra aspekter som distribuerad avkänning och handling, sensorfusion och informationsbehandling. Ny forskning inom USAF har fokuserat på utveckling av fågelliknande mekanismer. En markrörlighet och sittande mekanism inspirerad av fågelklor utvecklades nyligen av Vishwa Robotics och MIT och sponsras av US Air Force Research Laboratory

Olika symposier som sammanför biologer och flygrobotister har hållits med ökande frekvens sedan 2000 och några böcker har nyligen publicerats om detta ämne. Bioinspiration har också använts vid utformning av metoder för stabilisering och kontroll av system för flera MAV. Forskare tog inspiration från observerade beteenden hos fiskskolor och flockar av fåglar för att kontrollera konstgjorda svärmar av MAV och från regler som observerades i grupper av flyttfåglar för att stabilisera kompakta MAV -formationer.

Se även

Referenser

  1. ^ US Air Force Flapping Wing Micro Air Vehicle - YouTube
  2. ^ MAV multicopter hobbyprojekt "Shrediquette BOLT", http://shrediquette.blogspot.de/p/shrediquette-bolt.html
  3. ^ "Mikroluftfordonets uppkomst" . Ingenjören . 10 juni 2013.
  4. ^ Spioner i bugstorlek: USA utvecklar små flygande robotar
  5. ^ Ma, KY; Chirarattananon, P .; Fuller, SB; Wood, RJ (2013). "Kontrollerad flygning av en biologiskt inspirerad robot med insektsskala" . Vetenskap . 340 (6132): 603–607. Bibcode : 2013Sci ... 340..603M . doi : 10.1126/science.1231806 . PMID  23641114 . S2CID  21912409 .
  6. ^ Graule, Moritz A .; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B .; Jafferis, Noah T .; Ma, Kevin Y .; Spenko, Matthew; Kornbluh, Roy; Wood, Robert J. (maj 2016). "Perch och start av en robotinsekt på överhäng med omkopplingsbar elektrostatisk vidhäftning" . Vetenskap . 352 (6288): 978–982. Bibcode : 2016Sci ... 352..978G . doi : 10.1126/science.aaf1092 . PMID  27199427 .
  7. ^ "Honeywell T-Hawk Micro Air Vehicle (MAV)" . Arméteknik .
  8. ^ Honeywell vinner FAA -godkännande för MAV, Flying Magazine, Vol. 135., nr 5, maj 2008, sid. 24
  9. ^ Cheng-Lin Chen och Fu-Yuen Hsiao*, Attitydförvärv med hjälp av stereo-visionmetodik , presenterad som Paper VIIP 652-108 vid IASTED-konferensen 2009, Cambridge, Storbritannien, 13–15 juli 2009
  10. ^ Sen-Huang Lin, Fu-Yuen Hsiao*och Cheng-Lin Chen, Trajectory Control of Flapping-wing MAV Using Vision-Based Navigation , accepterat att presentera vid American Control Conference 2010, Baltimore, Maryland, USA, 30 juni. - 2 juli 2010
  11. ^ Minihelikopterdrönare för brittiska trupper i Afghanistan
  12. ^ "Miniatyrövervakningshelikoptrar hjälper till att skydda frontlinjetrupper" .
  13. ^ "Minihelikopterdrönare för brittiska trupper i Afghanistan" . BBC. 3 februari 2013 . Hämtad 3 februari 2013 .
  14. ^ program Arkiverat 2011-02-10 på Wayback Machine
  15. ^ Benchergui, Dyna, "The Year in Review: Aircraft Design", Aerospace America, december 2009, volym 47, nummer 11, American Institute of Aeronautics and Astronautics, sid. 17
  16. ^ Michelson, RC, "Mesoscaled Aerial Robot", slutrapport under DARPA/DSO-kontraktsnummer: DABT63-98-C-0057, februari 2000
  17. ^ Michelson, RC, " Test and Evaluation for Fully Autonomous Micro Air Vehicles ", ITEA Journal, december 2008, volym 29, nummer 4, ISSN 1054-0229 International Test and Evaluation Association, s. 367–374
  18. ^ Boddhu, Sanjay K., et al. " Förbättrat kontrollsystem för analys och validering av rörelsekontroller för flapande vingefordon ." Robot Intelligence Technology and Applications 2. Springer International Publishing, 2014. 557–567.
  19. ^ M. Sam, S. Boddhu och J. Gallagher, " [1] Ett dynamiskt sökutrymme för att förbättra lärande på ett simulerat Flapping Wing Micro Air Vehicle," 2017 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC), 2017, s. 629 -635, doi: 10.1109/CEC.2017.7969369.
  20. ^ "Drönare med ben kan sitta på trädgrenar och gå som fåglar" . några intressanta och roliga fakta om drönare
  21. ^ Internationellt symposium om flygande insekter och robotar, Monte Verità, Schweiz, http://fir.epfl.ch
  22. ^ Michelson, RC, "New Perspectives on Biologically-Inspired MAVs (bio motivation rather than bio mimicry)", 1: a USA-asiatiska demonstration och utvärdering av MAV och UGV Technology Conference, Agra India, 10–15 mars 2008
  23. ^ Ayers, J .; Davis, JL; Rudolph, A., red. (2002). Neuroteknik för biomimetiska robotar . MIT Press. ISBN 978-0-262-01193-8.
  24. ^ Zufferey, J.-C. (2008). Bioinspirerade flygande robotar: experimentell syntes av autonoma inomhusflygplan . EPFL Press /CRC Press. ISBN 978-1-4200-6684-5.
  25. ^ Floreano, D .; Zufferey, J.-C .; Srinivasan, MV; Ellington, C., red. (2009). Flygande insekter och robotar . Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-89392-9.
  26. ^ Saska, M .; Vakula, J .; Preucil, L. Swarms of Micro Aerial Vehicles Stabilized Under a Visual Relative Localization . I ICRA2014: Proceedings of 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2014.
  27. ^ Saska, M. MAV-svärmar: obemannade flygbilar stabiliserades längs en given väg med hjälp av relativ lokalisering ombord . Under Proceedings of 2015 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2015
  28. ^ Bennet, DJ; McInnes, CR Verifierbar kontroll av en svärm obemannade flygbilar . Journal of Aerospace Engineering, vol. 223, nr. 7, s. 939–953, 2009.
  29. ^ Saska, M .; Chudoba, J .; Preucil, L .; Thomas, J .; Loianno, G .; Tresnak, A .; Vonasek, V .; Kumar, V. Autonom distribution av svärmar av mikroantenn fordon i kooperativ övervakning . Under Proceedings of 2014 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2014.
  30. ^ Saska, M .; Kasl, Z .; Preucil, L. Motionsplanering och kontroll av formationer av mikroantenn . I förfaranden vid den 19: e världskongressen för International Federation of Automatic Control. 2014.
  31. ^ Barnes, L .; Garcia, R .; Fields, M .; Valavanis, K. Svärmbildningskontroll med obemannade mark- och antennsystem , arkiverad 2017-08-13 på Wayback Machine i IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2008.
  32. ^ Saska, M .; Vonasek, V .; Krajnik, T .; Preucil, L. Koordinering och navigering av heterogena UAV-UGV-team lokaliserade med en Hawk-Eye-metod . Under Proceedings of 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2012.
  33. ^ Saska, M .; Vonasek, V .; Krajnik, T .; Preucil, L. Koordinering och navigering av heterogena MAV-UGV-formationer lokaliserade med en "hawk-eye" -liknande metod enligt ett modellprediktivt kontrollschema . International Journal of Robotics Research 33 (10): 1393–1412, september 2014.
  34. ^ Nej, TS; Kim, Y .; Tahk, MJ; Jeon, GE (2011). Kaskad-typ vägledning lag design för multipel-uav formation hålla . Aerospace Science and Technology, 15 (6), 431 - 439.

Vidare läsning

externa länkar