Dron badawczy SU17 — rozwój dronów przemysłowych PX4 typu open source z MID-360 LiDAR, czterema kamerami SLAM i EGO-Swarm

Przegląd

Dron badawczy SU17 to wydajny quadrocopter wyposażony w: Bateria 6000mAh, LiDAR MID-360 do mapowania 3D, system SLAM z czterema kamerami do precyzyjnej lokalizacji i integracji Pozycjonowanie GPS+GLONASS. Przy masie startowej 2,3kg i ładowność 200 g, oferuje 21 minut lotu w trybie pozycjonowania wizualnego. Dzięki oprogramowaniu Prometheus obsługuje rozpoznawanie celów, planowanie ścieżki i autonomiczną nawigację, co czyni go klasa przemysłowa rozwiązanie dla badań i innowacji.

Parametry sprzętowe

Samolot

Parametr	Opis
Typ samolotu	Quadrocopter
Masa startowa (w przybliżeniu)	2,3 kg (z osłoną ochronną i baterią)
Odległość po przekątnej	320 mm
Wymiary	Długość: 442 mm, Szerokość: 388 mm, Wysokość: 174 mm (bez osłony ochronnej)
Maksymalny ładunek	200 gramów
Czas lotu w zawisie	Około 13 min (z zawisiem na poziomie 100%, nie poniżej 0%), pozycjonowanie wizualne: 21 min
Dokładność zawisu	GPS: Pionowo ±1,5 m, Poziomo ±2,0 m
	3D LiDAR SLAM: Pionowo ±0,08 m, Poziomo ±0,08 m
	4-kamerowy wizualny SLAM: Pionowo ±0,05 m, Poziomo ±0,05 m
Poziom oporu wiatru	Poziom 4
Temperatura pracy	-10°C do 40°C
Główny układ MCU	STM32H743
IMU	ICM42688/BMI088
Barometr	MS5611
Kompas	QMC5883L
Interfejs	USB typu C

Komputer pokładowy

Parametr	Opis
Edytor	Intel Core i5-8365U
Pojemność pamięci	8 GB
Częstotliwość pamięci	LPDDR3@2133MHz
Składowanie	Dysk SSD NVMe o pojemności 256 GB
Port sieciowy	Baidu Apollo Ethernet X2, 12V@3A powezasilanie, obsługuje IEEE 1588-2008 (PTP v2)
Port szeregowy	Port szeregowy TTL X2, 5 V/3.3V@500mA power dostawa
USB	Typ-C X2 (1x USB2.0, 1x USB3.0)
HDMI	HDMI 1.4

---

Akumulator zasilający

Parametr	Opis
Model	SU17-L
Typ baterii	Akumulator litowo-polimerowy wysokociśnieniowy
Napięcie znamionowe	26,4 V (maks.), 21 V (min.)
Napięcie magazynowania	22,8 V (typowo)
Nominalna pojemność	6000mAh
Waga	680 gramów
Wymiary	Długość: 85,2 mm, Szerokość: 86.5 mm, Wysokość: 135 mm

---

Pilot zdalnego sterowania

Parametr	Opis
Model	QE-2
Kanały	8
Moc transmisji	18~20 dBm
Waga	294,1 grama

Gimbal

Parametr	Opis
Kontrolowany kąt	-90° ~ 30° (oś pochylenia)
Protokół przesyłania strumieniowego	RTSP (standardowy)
Format kodowania	H.264
Rezolucja	1080P przy 25 klatkach na sekundę
Pole widzenia diagonalne (D)	120°
Pole widzenia pionowe (V)	54°
Poziome pole widzenia (H)	95°

---

Transmisja obrazu

Parametr	Opis
Częstotliwość pracy	2,4 GHz
Moc transmisji	18dBm
Zasięg komunikacji	3 km (bez zakłóceń, bez przeszkód)
Zakres obrazu	1 km (minimalne zakłócenia, brak przeszkód)
Maksymalna przepustowość	40 Mb/s

---

Kamera poczwórnej głębi

Parametr	Opis
Akcelerator wizji	Procesor Intel Movidius Myriad X VPU
Maksymalna rozdzielczość	1296x816
Maksymalna liczba klatek na sekundę	1280x800 przy 120 klatkach na sekundę
Typ migawki	Globalna migawka
Format kodowania	8/10-bitowy pojedynczy strumień
Pole widzenia	150° po przekątnej FOV, 127,4° w poziomie FOV, 79,7° w pionie FOV
Liczba czujników	4 (2 z przodu + 2 z tyłu)
IMU	BMI270

GNSS

Parametr	Opis
Dokładność pozioma	1,5 m CEP (z SBAS)
Dokładność prędkości	0,05 mili na sekundę
Tryb pracy	GPS + GLONASS + BDS + GALILEO + SBAS + QZSS

---

Rumak

Parametr	Opis
Model	LK150-2640500
Napięcie wejściowe prądu przemiennego	100V ~ 240V
Napięcie wejściowe DC	26.4V
Waga	460 gramów
Prąd ładowania	5A

---

LiDAR 3D

Parametr	Opis
Model	ŚRODEK-360
Długość fali lasera	905nm
Zakres pomiaru	40 m przy współczynniku odbicia 10%
Pole widzenia	Poziomo 360°, Pionowo -7° ~ 52°
Minimalny zasięg	0,1 mln
Częstotliwość punktu	10 Hz (typowo)
Wyjście punktowe	200 000 punktów/sek.
Interfejs danych	100-bitowa sieć Ethernet-TX
Synchronizacja danych	IEEE 1588-2008 (PTP v2), GPS
Wbudowany IMU	ICM40609
Napięcie zasilania	7~27V
Wymiary	65 mm (szer.) x 65 mm (gł.) x 60 mm (wys.)
Waga	115 gramów
Temperatura pracy	-20°C ~ 55°C

Parametry oprogramowania

Komputer pokładowy

Parametr	Opis
Model	Intel Core i5-8365U
System	Ubuntu 20.04
Nazwa użytkownika	amov
Hasło	amov
ROS	intelektualny
Otwórz CV	4.7.0
System pozycjonowania wizualnego	Wersja 1

---

Oprogramowanie Prometheus

Parametr	Opis
Wersja	wersja 2.0
System stacji naziemnej Prometheus	v1.24.11.27 (wersja ostateczna oparta na rekordzie wydania Wiki)

Bliższe dane

Wydanie badawcze SU17

Dron badawczy o jakości przemysłowej

• Opcjonalny 3D LiDAR: Umożliwia mapowanie, pozycjonowanie i nawigację, unikając przeszkód.
• Oprogramowanie Prometheus Autonomous Drone:Liczne dema umożliwiające szybkie opanowanie sterowania dronem.
• Platforma lotnicza klasy przemysłowej:Stabilny i otwarty, wyznacza nowy standard wydajności dronów badawczych.

Główne cechy

Badania SU17 Platforma rozwoju dronów (określany jako SU17) przyjmuje zintegrowaną konstrukcję, obejmującą kontrolery lotu, komputery pokładowe, moduły SLAM z czterema kamerami, kamery w chmurze i moduły transmisji obrazu dla integracji wysokiego poziomu, znacznie zwiększając stabilność i niezawodność sprzętu. Wyposażony w oprogramowanie autonomicznego drona Prometheus, SU17 obsługuje takie funkcje, jak rozpoznawanie celu, śledzenie i planowanie ścieżki dla różnych scenariuszy sterowania lotem.

Opcjonalnie integruje MID-360 3D LiDAR, połączony z algorytmem FAST-LIO, aby osiągnąć 3D LiDAR SLAM, oferując precyzyjne informacje o wykrywaniu środowiska i pozycjonowaniu. W połączeniu z algorytmem planowania ścieżki EGO-Swarm umożliwia wydajne mapowanie 3D w czasie rzeczywistym i unikanie przeszkód w złożonych środowiskach.

System oprogramowania Prometheus V2

Platforma programistyczna jest oparta na otwartym kodzie źródłowym ROS i Prometheus, oferując bogate funkcjonalności i rozległe drugorzędne interfejsy API programistyczne do wydajnego przeprogramowywania. Zapewnia dostęp do informacji o położeniu, trybów lotu, stanu baterii, danych IMU i innych interfejsów danych stanu i czujnika drona, a także interfejsów sterujących dla położenia, prędkości, przyspieszenia i postawy.

Ponadto zawiera przykłady użycia powiązanych interfejsów API. Ponadto dron posiada funkcje kontroli bezpieczeństwa dla operacji lotniczych (anty-crash), umożliwiając automatyczne zniżanie w nietypowych warunkach, zmniejszając ryzyko awarii i zapewniając bezpieczniejszy proces rozwoju.

Biblioteka wizji SpireCV

SpireCV Vision Library to SDK przetwarzania obrazu w czasie rzeczywistym, specjalnie zaprojektowany dla inteligentnych systemów UAV. Zapewnia takie funkcjonalności, jak sterowanie gimbalem i kamerą, przechowywanie i przesyłanie strumieniowe wideo, wykrywanie celów, rozpoznawanie i śledzenie.

Ten zestaw SDK ma na celu zapewnienie wysokiej wydajności, niezawodności i usprawnionego interfejsu dla programistów inteligentnych systemów UAV. Dzięki bogatemu w funkcje rozwiązaniu przetwarzania wizualnego umożliwia programistom wydajną implementację różnych złożonych aplikacji opartych na wizji.

Stacja naziemna Prometeusz

Prometheus Ground Station to interfejs interakcji człowiek-dron opracowany na podstawie systemu Prometheus, zbudowany przy użyciu technologii Qt. Umożliwia szybką replikację funkcjonalności systemu Prometheus, zapewniając monitorowanie w czasie rzeczywistym i wizualizację 3D statusu drona i danych sterujących.

Za pośrednictwem stacji naziemnej użytkownicy mogą wykonywać polecenia, takie jak start za pomocą jednego kliknięcia, zawisanie nad bieżącą pozycją, lądowanie i kontrola pozycji. Ponadto system obsługuje niestandardowe przyciski funkcyjne do inicjowania zdefiniowanych przez użytkownika skryptów lub wysyłania niestandardowych wiadomości, co znacznie poprawia wygodę, wydajność i skalowalność operacji użytkownika.

Potężna ekspansja

Porty rozszerzeń sprzętowych

• Port szeregowy 1

• Port szeregowy 2

• Port sieciowy 1

• Port sieciowy 2

• Porty USB:

  • USB 3.0 (kompatybilny z USB 2.0)
  • USB 2.0

Struktura sprzętowa

Na zdjęciu przedstawiono architekturę sprzętową drona SU17, podkreślając integrację różnych komponentów w celu zapewnienia zaawansowanego przetwarzania danych i sterowania systemem:

1. Kamery (Kamera 1-4):
   Połączony z VPU (jednostka przetwarzania obrazu) do wstępnego przetwarzania front-end.

2. WPU:
   Przetwarza dane wizualne z wielu kamer i przesyła je do jednostek przetwarzających.

3. Procesor (X86) z iGPU i OpenVINO:
   Pełni funkcję podstawowej jednostki obliczeniowej do przetwarzania zaplecza, obsługując możliwości rozbudowy o sieć w celu zwiększenia mocy obliczeniowej.

4. Mikrokontroler jednoprocesorowy ARM:
   Współpracuje z procesorem za pośrednictwem interfejsu UART, zapewniając dodatkowe funkcje sterowania.

5. Front-End Pipelining i Kamera 5:
   Zarządzany przez dedykowany procesor ARM w celu dalszego uproszczenia danych.

Ta struktura integruje wiele jednostek przetwarzania, obsługując analizę obrazu w czasie rzeczywistym, zaawansowane zadania obliczeniowe i bezproblemową komunikację między komponentami sprzętowymi. Zapewnia ona wydajną obsługę złożonych operacji w aplikacjach badawczo-rozwojowych.

Struktura oprogramowania

Schemat ilustruje architekturę oprogramowania drona SU17, podkreślając integrację różnych systemów w celu zapewnienia autonomicznej funkcjonalności:

1. BSA_SLAM (mapowanie i lokalizacja):

   • Dostarcza danych dotyczących mapowania przestrzennego i pozycjonowania.
   • Integruje dane z czujnika głębokości i IMU, zapewniając dokładną percepcję otoczenia.

2. SpireCV Wizja Percepcja:

   • Przetwarza dane wizualne, w tym wykrywanie obiektów, informacje o obszarze zainteresowania (ROI) i śledzenie celu.

3. Aplikacje użytkownika:

   • Interfejsy do zadań sterowanych przez użytkownika, takich jak wizualizacja danych i wprowadzanie poleceń.

4. Planowanie ruchu Prometheus:

   • Zarządza planowaniem trajektorii na podstawie danych o położeniu, prędkości i celu.

5. ASDK Autonomous Driving Framework:

   • Pełni funkcję centralnej warstwy przetwarzania, zarządzając przepływem danych pomiędzy czujnikami, kamerami, modułami chmury i interfejsami zewnętrznymi.
   • Obsługuje wiele kanałów wejścia/wyjścia (np. porty sieciowe, porty szeregowe).

6. MAVROS:

   • Komunikuje się z systemami sterowania lotem (PX4/FMT) w celu kontroli stanu i położenia lotu.

7. Moduł chmury i kamery Multi-Sync:

   • Integruje dane w chmurze w celu zapewnienia zaawansowanego przetwarzania.
   • Synchronizuje dane wizualne, zapewniając precyzję operacji.

Niebieskie linie:Reprezentuj ścieżki decyzyjne dla planowania trajektorii.

Architektura ta charakteryzuje się modułową, rozszerzalną konstrukcją, umożliwiającą bezproblemową komunikację między różnymi komponentami sprzętowymi i programowymi, co przekłada się na niezawodne działanie drona.

Inteligentna otwartość: zintegrowane rozwiązanie systemowe UAV

Na schemacie przedstawiono kompleksową i otwartą architekturę systemów dronów, kładąc nacisk na modułowość i integrację różnych komponentów:

1. Główne komponenty:

   • FMT Autopilot z otwartym kodem źródłowym:Zapewnia niezawodną kontrolę lotu w oparciu o modułową konstrukcję, obsługując różne środowiska i integrując dane.
   • System sterowania lotem PX4: Zapewnia stabilność i obsługuje zaawansowaną personalizację modułową.
   • Platforma Percepcji Wizji SpireCV:Koncentruje się na przetwarzaniu obrazu, w tym wykrywaniu obiektów, śledzeniu i strumieniowym przesyłaniu wideo w czasie rzeczywistym.

2. Kluczowe ramy:

   • Autonomiczna platforma UAV Prometheus:Obejmuje sterowanie wieloma dronami, planowanie ruchu, wspólną nawigację i symulacje w warunkach rzeczywistych.
   • System BSA_SLAMŁączy technologię SLAM opartą na wizji i technologię SLAM opartą na LiDAR, umożliwiając precyzyjne pozycjonowanie i mapowanie.
   • Interfejs sterowania stacją naziemną ASDK G/D:Umożliwia bezproblemową komunikację między stacjami naziemnymi i bezzałogowymi statkami powietrznymi w celu monitorowania i wprowadzania zmian w czasie rzeczywistym.

3. Integracja przepływu pracy:

   • Podkreśla procesy takie jak planowanie ruchu, mapowanie środowiska i autonomiczna nawigacja.
   • Integracja z profesjonalnymi stacjami naziemnymi w celu kontroli trajektorii, omijania przeszkód i zarządzania danymi w czasie rzeczywistym.

4. Wsparcie symulacji:

   • Zawiera system symulacyjny do testowania misji autonomicznych, sterowania bezzałogowymi statkami powietrznymi i walidacji komponentów.

System ten stanowi przykład nowatorskiego rozwiązania w zakresie rozwoju autonomicznych bezzałogowych statków powietrznych, oferując skalowalne możliwości prowadzenia badań, przeprowadzania zastosowań i testowania w różnych scenariuszach.

elementy konstrukcyjne drona badawczego SU17, podkreślające jego stabilność i zaawansowaną konstrukcję. Kluczowe cechy obejmują LiDAR MID360 do precyzyjnego mapowania, wielokierunkowy system wizyjny dla całościowego postrzegania środowiska, gimbal jednoosiowy dla stabilnego obrazowania i solidnego Bateria 6S dla rozszerzonej mocy. Inne niezbędne komponenty obejmują układ śmigłowy, antena, światła nawigacyjnei Gniazdo na kartę micro SD do przechowywania danych. Projekt integruje najnowocześniejszy sprzęt, zapewniając niezawodność i wysoką wydajność dla różnych zastosowań badawczych.