Исследовательский дрон SU17 — разработка промышленного дрона PX4 с открытым исходным кодом, с MID-360 LiDAR, четырьмя камерами SLAM, EGO-Swarm

Обзор

Исследовательский дрон SU17 — это высокопроизводительный квадрокоптер с Аккумулятор 6000 мАч, MID-360 LiDAR для 3D-картографирования, система SLAM с четырьмя камерами для точной локализации и интегрированного GPS+ГЛОНАСС позиционирование. При взлетном весе 2,3 кг и а Грузоподъемность 200 г, он предлагает 21 минута полета в режиме визуального позиционирования. Работает на программном обеспечении Prometheus, поддерживает распознавание целей, планирование пути и автономную навигацию, что делает его промышленного класса решение для исследований и инноваций.

Параметры оборудования

Самолеты

Параметр	Описание
Тип самолета	Квадрокоптер
Взлетный вес (приблизительный)	2,3 кг (с защитным чехлом и аккумулятором)
Расстояние по диагонали	320 мм
Размеры	Длина: 442 мм, Ширина: 388 мм, Высота: 174 мм (без защитной крышки)
Максимальная полезная нагрузка	200 г
Время полета в режиме зависания	Приблизительно 13 мин (при зависании на 100%, не ниже 0%), визуальное позиционирование: 21 мин
Точность зависания	GPS: по вертикали ±1,5 м, по горизонтали ±2,0 м
	3D LiDAR SLAM: Вертикальный ±0,08 м, Горизонтальный ±0,08 м
	4-камерный визуальный SLAM: Вертикальный ±0,05 м, Горизонтальный ±0,05 м
Уровень сопротивления ветру	Уровень 4
Рабочая температура	-10°С до 40°С
Основной чип MCU	STM32H743
ИДУ	ICM42688/BMI088
Барометр	MS5611
Компас	QMC5883L
Интерфейс	USB-порт типа C

Бортовой компьютер

Параметр	Описание
Процессор	Intel Core i5-8365U
Емкость памяти	8ГБ
Частота памяти	LPDDR3@2133MHz
Хранилище	256 ГБ NVMe SSD
Сетевой порт	Байду Аполлон Ethernet X2, 12V@3A power поставка, поддерживает IEEE 1588-2008 (PTP v2)
Последовательный порт	Последовательный порт TTL X2, 5 В/3.3V@500mA poweг поставка
USB	Тип-C X2 (1x USB2.0, 1x USB3.0)
HDMI	HDMI 1.4

---

Аккумуляторная батарея

Параметр	Описание
Модель	СУ17-Л
Тип батареи	Литий-полимерная батарея высокого давления
Номинальное напряжение	26,4 В (макс.), 21 В (мин.)
Напряжение хранения	22,8 В (типичное)
Номинальная мощность	6000 мАч
Масса	680 г
Размеры	Длина: 85,2 мм, ширина: 86.5 мм, Высота: 135 мм

---

Пульт дистанционного управления

Параметр	Описание
Модель	QE-2
Каналы	8
Мощность передачи	18~20 дБм
Масса	294,1 г

Карданный подвес

Параметр	Описание
Управляемый угол	-90° ~ 30° (ось наклона)
Протокол потоковой передачи	RTSP (стандартный)
Формат кодировки	H.264
Разрешение	1080P @ 25 кадров в секунду
Диагональное поле зрения (D)	120°
Вертикальное поле зрения (V)	54°
Горизонтальное поле зрения (H)	95°

---

Передача изображения

Параметр	Описание
Рабочая частота	2.4ГГц
Мощность передачи	18 дБм
Дальность связи	3 км (без помех и препятствий)
Диапазон изображения	1 км (минимальные помехи, без препятствий)
Максимальная пропускная способность	40 Мбит/с

---

Четырехкратная камера глубины

Параметр	Описание
Ускоритель Видения	Intel Movidius Myriad X ВПУ
Максимальное разрешение	1296x816
Максимальная частота кадров	1280x800 @ 120 кадров в секунду
Тип затвора	Глобальный затвор
Формат кодировки	8/10-битный одиночный поток
Поле зрения	Угол обзора по диагонали 150°, по горизонтали 127,4°, по вертикали 79,7°
Количество датчиков	4 (2 спереди + 2 сзади)
ИДУ	БМИ270

ГНСС

Параметр	Описание
Горизонтальная точность	КВО 1,5 м (с SBAS)
Точность скорости	0,05 м/с
Режим работы	GPS + ГЛОНАСС + BDS + GALILEO + SBAS + QZSS

---

Зарядное устройство

Параметр	Описание
Модель	ЛК150-2640500
Входное напряжение переменного тока	100В ~ 240В
Входное напряжение постоянного тока	26.4В
Масса	460 г
Ток зарядки	5А

---

3D-лидар

Параметр	Описание
Модель	MID-360
Длина волны лазера	905 нм
Диапазон измерения	40 м при 10% отражательной способности
Поле зрения	Горизонтально 360°, Вертикально -7° ~ 52°
Минимальный диапазон	0,1 м
Частота точек	10 Гц (типично)
Точка выхода	200 000 точек/с
Интерфейс данных	100 BASE-TX Ethernet
Синхронизация данных	IEEE 1588-2008 (PTP v2), GPS
Встроенный ИИБ	ICM40609
Напряжение питания	7~27В
Размеры	65 мм (Ш) x 65 мм (Г) x 60 мм (В)
Масса	115 г
Рабочая температура	-20°С ~ 55°С

Параметры программного обеспечения

Бортовой компьютер

Параметр	Описание
Модель	Intel Core i5-8365U
Система	Убунту 20.04
Имя пользователя	амов
Пароль	амов
РОС	ноэтический
OpenCV	4.7.0
Система визуального позиционирования	BSA_SLAM V1

---

Программное обеспечение Прометей

Параметр	Описание
Версия	версия 2.0
Система PrometheusGroundStation	v1.24.11.27 (финальная версия на основе записи релиза Wiki)

Подробности

SU17 Исследовательское издание

Исследовательский дрон промышленного уровня качества

• Дополнительный 3D LiDAR: Обеспечивает картографирование, позиционирование и навигацию, избегая препятствий.
• Программное обеспечение для автономных дронов Prometheus: Множество демонстраций для быстрого освоения управления дроном.
• Промышленная летная платформа: Стабильный и открытый, устанавливающий новый стандарт производительности исследовательских дронов.

Основные характеристики

Исследование SU17 Платформа для разработки дронов (называемый SU17) имеет интегрированную конструкцию, включающую контроллеры полета, бортовые компьютеры, модули SLAM с четырьмя камерами, облачные камеры и модули передачи изображений для высокоуровневой интеграции, что значительно повышает стабильность и надежность оборудования. Оснащенный программным обеспечением автономного дрона Prometheus, SU17 поддерживает такие функции, как распознавание целей, отслеживание и планирование пути для различных сценариев управления полетом.

Он опционально интегрирует MID-360 3D LiDAR в сочетании с алгоритмом FAST-LIO для достижения 3D LiDAR SLAM, предлагая точную информацию об окружающей среде и позиционировании. В сочетании с алгоритмом планирования пути EGO-Swarm он обеспечивает эффективное 3D-картографирование в реальном времени и обход препятствий в сложных условиях.

Программная система Prometheus V2

Платформа разработки построена на основе ROS и Prometheus с открытым исходным кодом, предлагая богатые функциональные возможности и обширные API вторичной разработки для эффективного перепрограммирования. Она обеспечивает доступ к информации о позиционировании, режимах полета, состоянии батареи, данным IMU и другим интерфейсам данных о состоянии дрона и датчиках, а также к интерфейсам управления положением, скоростью, ускорением и ориентацией.

Кроме того, он включает примеры использования для связанных API. Кроме того, дрон имеет функции проверки безопасности для полетных операций (анти-краш), что позволяет автоматически снижаться в нештатных условиях, снижая риск сбоев и обеспечивая более безопасный процесс разработки.

Библиотека SpireCV Vision

SpireCV Vision Library — это SDK для обработки изображений в реальном времени, специально разработанный для интеллектуальных систем БПЛА. Он обеспечивает такие функции, как управление подвесом и камерой, хранение и потоковая передача видео, обнаружение, распознавание и отслеживание целей.

Этот SDK нацелен на обеспечение высокой производительности, надежности и оптимизированного интерфейса для разработчиков интеллектуальных систем БПЛА. Благодаря многофункциональному решению для визуальной обработки он позволяет разработчикам эффективно реализовывать различные сложные приложения на основе зрения.

Наземная станция «Прометей»

Prometheus Ground Station — это интерфейс взаимодействия человека и дрона, разработанный на основе системы Prometheus, созданный с использованием технологии Qt. Он обеспечивает быстрое воспроизведение функций системы Prometheus, обеспечивая мониторинг в реальном времени и 3D-визуализацию данных о состоянии и управлении дронами.

Через наземную станцию ​​пользователи могут выполнять такие команды, как взлет одним щелчком, зависание в текущей позиции, посадка и управление положением. Кроме того, система поддерживает пользовательские функциональные кнопки для запуска пользовательских сценариев или отправки пользовательских сообщений, что значительно повышает удобство, эффективность и масштабируемость пользовательских операций.

Мощное расширение

Порты аппаратного расширения

• Последовательный порт 1

• Последовательный порт 2

• Сетевой порт 1

• Сетевой порт 2

• USB-порты:

  • USB 3.0 (совместим с USB 2.0)
  • USB 2.0

Аппаратная платформа

На изображении показана аппаратная архитектура дрона SU17, подчеркивающая интеграцию различных компонентов для расширенной обработки данных и управления системой:

1. Камеры (камеры 1-4):
   Подключен к VPU (блок обработки изображений) для предварительной обработки на переднем крае.

2. ВПУ:
   Обрабатывает визуальные данные с нескольких камер и передает их в блоки обработки.

3. ЦП (X86) с iGPU и OpenVINO:
   Служит основным вычислительным блоком для обработки на внутреннем уровне, поддерживая возможности расширения с помощью сетевого подключения для повышения вычислительной мощности.

4. Однокристальный микроконтроллер ARM:
   Взаимодействует с ЦП через интерфейс UART для дополнительных функций управления.

5. Конвейерная обработка на передней панели и камера 5:
   Управляется специальным процессором ARM для дальнейшей оптимизации данных.

Эта структура объединяет несколько процессорных блоков, поддерживая анализ изображений в реальном времени, расширенные вычислительные задачи и бесперебойную связь между аппаратными компонентами. Она обеспечивает эффективную обработку сложных операций в приложениях для исследований и разработок.

Программная структура

На схеме показана архитектура программного обеспечения дрона SU17, подчеркивающая интеграцию различных систем для обеспечения автономной работы:

1. BSA_SLAM (картографирование и локализация):

   • Предоставляет данные пространственного картографирования и позиционирования.
   • Объединяет входные данные датчиков глубины и IMU для точного восприятия окружающей среды.

2. SpireCV Vision Восприятие:

   • Обрабатывает визуальные данные, включая обнаружение объектов, информацию о ROI и отслеживание целей.

3. Пользовательские приложения:

   • Интерфейсы для пользовательских задач, таких как визуализация данных и ввод команд.

4. Планирование движения Prometheus:

   • Осуществляет планирование траектории с использованием данных о местоположении, скорости и цели.

5. ASDK-фреймворк автономного вождения:

   • Выполняет функции центрального уровня обработки, управляя потоком данных между датчиками, камерами, облачными модулями и внешними интерфейсами.
   • Поддерживает несколько каналов ввода/вывода (например, сетевые порты, последовательные порты).

6. МАВРОС:

   • Взаимодействует с системами управления полетом (PX4/FMT) для контроля состояния и положения полета.

7. Облачный модуль и мультисинхронные камеры:

   • Интегрирует облачные данные для расширенной обработки.
   • Синхронизирует визуальные входные данные для высокоточных операций.

Синие линии: Представляют пути принятия решений для планирования траектории.

Эта архитектура демонстрирует модульную, расширяемую конструкцию, обеспечивающую бесперебойную связь между различными аппаратными и программными компонентами для надежной работы дрона.

Интеллектуальная открытость: комплексное решение для систем БПЛА

На схеме представлена ​​комплексная и открытая архитектура систем беспилотных летательных аппаратов, подчеркивающая модульность и интеграцию различных компонентов:

1. Основные компоненты:

   • Автопилот FMT с открытым исходным кодом: Обеспечивает надежное управление полетом на основе модульной разработки, поддерживает разнообразные среды и интеграцию данных.
   • Система управления полетом PX4: Обеспечивает стабильность и поддерживает расширенную модульную настройку.
   • Платформа восприятия зрения SpireCV: Основное внимание уделяется обработке изображений, включая обнаружение объектов, отслеживание и потоковую передачу видео в реальном времени.

2. Ключевые рамки:

   • Платформа автономного БПЛА «Прометей»: Включает управление несколькими дронами, планирование движения, совместную навигацию и моделирование реальных условий.
   • Система BSA_SLAM: Сочетает SLAM на основе машинного зрения и SLAM на основе LiDAR для точного позиционирования и картирования.
   • Интерфейс управления наземной станцией ASDK G/D: Обеспечивает бесперебойную связь между наземными станциями и БПЛА для мониторинга и корректировки в реальном времени.

3. Интеграция рабочего процесса:

   • Освещает такие процессы, как планирование движения, картографирование окружающей среды и автономная навигация.
   • Интеграция с профессиональными наземными станциями для управления траекторией, обхода препятствий и управления данными в реальном времени.

4. Поддержка моделирования:

   • Включает в себя систему моделирования для тестирования автономных миссий, управления БПЛА и проверки компонентов.

Эта система демонстрирует передовое решение для разработки автономных БПЛА с масштабируемыми возможностями для исследований, применения и испытаний в различных сценариях.

структурные компоненты исследовательского дрона SU17, подчеркивающие его устойчивость и передовой дизайн. Основные характеристики включают MID360 Лидар для точного картирования, всенаправленная система видения для всестороннего восприятия окружающей среды, одноосевой карданный подвес для стабилизированного изображения и надежного 6S аккумулятор для расширенной мощности. Другие важные компоненты включают система пропеллера, антенна, навигационные огни, и слот для карты памяти micro SD для хранения данных. В конструкцию интегрировано передовое оборудование, обеспечивающее надежность и высокую производительность для различных исследовательских приложений.