CC BY
0УДК 629.584
А.А. Бурденков1, П.А. Замятин2, Е.В. Поганов1, Е.Е. Тимошенко1, А.А. Юдов1
1 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,
Москва, 115409;
2 ООО «Научно-производственный центр беспилотных авиационных систем и робототехнических комплексов», Ковров, 601910 e-mail: [email protected]
ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА ПО СОЗДАНИЮ ПОДВОДНОГО ДРОНА
Описан состав проведенных исследований и экспериментов. Рассмотрены ключевые составные части подводного дрона (силовая установка, станция управления, подсистема передачи данных, система управления). Описаны перспективы развития проекта.
Ключевые слова: подводный дрон, силовая установка, станция управления, подсистема передачи данных, система управления.
A.A. Burdenkov1, P.A. Zamyatin2, E.V. Poganov1, E.E. Timoshenko1, A.A. Yudov1
1 National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute),
Moscow, 115409;
2 Research and Production Center for Unnamed Aircraft Systems and Robotic Complexes Ltd,
Kovrov, 601910 e-mail: [email protected]
CONDUCTING RESEARCH WITHIN THE FRAMEWORK OF THE PROJECT TO CREATE AN UNDERWATER DRONE
The composition of the conducted research and experiments is described. The key components of an underwater drone (power plant, control station, data transmission subsystem, control system) are considered. The prospects for the development of the project are described.
Key words: underwater drone, power plant, control station, data transmission subsystem, control system.
Реализация проекта создания подводного дрона в рамках работы студенческого научного общества (СНО) НИЯУ МИФИ потребовала от авторов проведения ряда исследований и испытаний для проверки правильности выбранных решений.
В качестве примера при организации работ использованы данные из публикации специалистов Камчатского государственного технического университета [1-3].
Проведенные исследования и эксперименты
Подсистемы, для которых выполнялись исследования. Для отработки основных технических решений выполняется макетирование подсистем.
Первоочередное внимание уделяется следующим составным частям:
- силовая установка;
- станция управления;
- подсистема передачи данных;
- система управления.
Силовая установка. На рис. 1 представлен макет фрагмента силовой установки.
Команды управления для регулятора оборотов ESC (Electronic Speed Controller) формируются с использованием четырехканального комплекта радиоуправления FlySky FS-i4X (рис. 2).
Для присоединения ESC используется стандартный третий канал приемника. Питание на приемник подается через преобразователь напряжения BEC (Battery Elimination Circuit) ESC.
Перед проведением испытаний тяги двигательной установки выполняется начальная калибровка ESC.
Рис. 1. Иллюстрация схемы включения при проведении испытаний силовой установки
Рис. 2. Комплект радиоуправления для испытаний силовой установки
Использованный на начальном этапе регулятор оборотов Hobbywing PLATINUM-60A c BEC является избыточным как по мощности, так и по функциональности. В связи с этим далее будут проведены исследования с использованием менее мощных регуляторов оборотов (рис. 3):
- HobbyWing FLYFUN-40A (с BEC);
- Cyclone 45A BLHeli_S ESC 2-6S45 A (без BEC);
- 35A BLHeli_S ESC 2-6S Lipo (без BEC);
- Favorite FVT LittleBee 30A-S (без BEC).
Рис. 3. Регуляторы оборотов для дальнейших исследований
Станция управления. Станция управления обеспечивает взаимодействие с подводным дро-ном и выполняет:
- передачу команд управления дрону;
- прием от дрона телеметрической информации;
- отображение принятой от дрона телеметрической информации;
- визуализацию информации от оптоэлектронной камеры дрона.
Рассматриваются три основных варианта реализации станции управления:
- на базе ноутбука с подключенным к нему джойстиком;
- на базе ноутбука и отдельного пульта управления (например, RadioMaster TX12);
- с использованием отдельного пульта управления и видеоэкрана для отображения сигнала от оптоэлектронной камеры дрона.
Подсистема передачи данных. Подсистема передачи данных обеспечивает связь между подводным дроном и станцией управления.
Рассматриваются несколько вариантов реализации с использованием медного витопарного кабеля UTP 8:
- Ethernet с совместной передачей трафика управления/мониторинга и видео;
- Ethernet с совместной передачей трафика управления/мониторинга и видео; при этом трафик управления/мониторинга передается по технологии USB-over-Ethernet;
- четыре жилы UTP-8 для Ethernet с трафиком видео и две жилы UTP-8 с трафиком управления/мониторинга, передаваемым по технологии, разработанной ООО «ДЮСО-Системс».
Одним из наиболее известных на рынке решений для виртуализации USB-портов являются концентраторы семейства Digi AnywhereUSB. На рис. 4 показано двухпортовое изделие Digi AnywhereUSB 2 Plus, с помощью которого к станции управления по интерфейсу Ethernet могут быть виртуально подключены бортовой контроллер и USB-камера дрона.
Рис. 4. Двухпортовый коммутатор Digi AnywhereUSB 2 Plus (обеспечивает виртуализацию двух портов USB)
Система управления. Система управления подводного дрона основана на совместном использовании бортового контроллера и бортового компьютера.
Для бортового контроллера используется специализированная прошивка А^и8иЪ, загружаемая с использованием инструментального программного обеспечения АМиР^ М188юпР1аппег.
На рис. 5 представлены стандартные конфигурации библиотеки Аг<!и8иЪ (Ьйр8:/%^№.аМшиЪ.сощ/ introduction/features.html). Зеленым цветом помечены двигатели с направлением вращения против часовой стрелки, синим - по часовой стрелке либо имеющие реверс.
Рис. 5. Стандартные конфигурационные фреймы библиотеки ArduSub
Одним из важнейших дополнений к коду ArduSub является библиотека, обеспечивающая шесть степеней свободы (Roll - крен, Pitch - тангаж, Yaw - рыскание, Throttle - газ, Forward -вперед, Lateral - в сторону), которая позволяет легко настраивать широкий спектр конфигураций двигателей дрона. Библиотеки двигателей для каждой конфигурации основаны на наборе классов двигателей более высокого уровня, представленного на рис. 6.
Рис. 6. Набор классов двигателей библиотеки ArduSub
В таблице показан пример конфигурационных параметров для стандартного варианта BlueROV1 (вверху слева на рис. 5).
Пример конфигурационных параметров для Б1иеЯОУ1
МоЮТ # Roll БасЮТ РксИ БасЮТ Уаш БасЮТ ТИгоШе БасЮТ Рогшаг<1 БасЮТ Ьа1ега1 БасЮТ
1 0 0 -1.0 0 1.0 0
2 0 0 1.0 0 1.0 0
3 -0.5 0.5 0 0.45 0 0
4 0.5 0.5 0 0.45 0 0
5 0 -1.0 0 1.0 0 0
6 -0.25 0 0 0 0 1.0
Перспективы развития проекта
Для рассматриваемого проекта немаловажное значение имеет потенциал его развития.
В качестве перспективных направлений развития проекта выделены следующие:
- включение в состав системы управления и принятия решений технологий искусственного интеллекта;
- расширение числа технологий связи с пунктом управления (включая, прежде всего беспроводные);
- увеличение числа интерфейсных модулей (манипулятор и т.п.);
- реализация возможности запуска беспилотных летательных аппаратов, включая дроны-перехватчики (как из подводного, так и из надводного положений);
- обеспечение групповой/роевой работы подводных дронов;
- обслуживание подводных дронов с использованием беспилотных носителей;
- реализация функционала подводных дронов-перехватчиков для борьбы с несанкционированным использованием различных подводных и надводных средств.
Также следует отметить такие потенциально интересные направления использования, как оценка технического состояния антикоррозийной защиты судна [4] и обеспечение безопасности систем морских коммуникаций [5].
Полученные при проведении исследований и испытаний результаты позволили натурно отработать основные технические решения и снизить число потенциально возможных ошибок при проектировании подводного дрона.
На текущем этапе выполнялись локальные испытания для отдельных составных частей. Далее будут проведены уже комплексные испытания для составных частей в их взаимодействии.
Предполагается распространение исследований и на смежные области знаний, в том числе на кибербезопасность жизненного цикла.
Литература
1. Змеев АД. Разработка подводного дрона с модульной конструкцией // Молодёжь. Наука. Инновации. - 2022. - Т. 1. - С. 427-432.
2. Змеев АД. Модификация подводного дрона модульной конструкции // Молодёжь. Наука. Инновации. - 2023. - Т. 1. - С. 622-626.
3. Змеев А.Д. Разработка пульта управления подводного дрона модульной конструкции // Молодёжь. Наука. Инновации. - 2024. - Т. 1. - С. 502-506.
4. Змеев АД., Рогожников А.О. Перспектива использования подводных дронов для оценки технического состояния антикоррозийной защиты судна // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Четвертой междунар. науч.-техн. конф. (2526 ноября 2021 г.). - Петропавловск-Камчатский: Изд-во КамчатГТУ, 2022. - С. 109-112.
5. Змеев АД., Рак А.Н. Роль подводных дронов в обеспечении безопасности систем морских коммуникаций // Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых: Сборник научных трудов XXIV междунар. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов. - Донецк: Донецкий нац. техн. ун-т, 2024. - С. 46-47.
