Négyrotoros pilóta nélküli helikopter fedélzeti elektronikai

rendszereTuróczi AntalTuróczi Antal

ROBOTHADVISELÉSROBOTHADVISELÉSTudományos KonferenciaTudományos Konferencia

2007. november 27.2007. november 27.Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem, Díszterem, Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem, Díszterem,

Budapest, Hungária krt. 9-11.Budapest, Hungária krt. 9-11.

Kísérleti rendszerKísérleti rendszer

► XUFOXUFO Kereskedelmi forgalomban Kereskedelmi forgalomban

kaphatókapható Viszonylag olcsó (~30 eFt)Viszonylag olcsó (~30 eFt)

► Jó kiindulási pontJó kiindulási pont Működő konstrukcióMűködő konstrukció Nem kell egyedi Nem kell egyedi

sárkányszerkezetet építenisárkányszerkezetet építeni► Saját fedélzeti Saját fedélzeti

repülésszabályzó repülésszabályzó rendszerrendszer Mások hogy csinálják?Mások hogy csinálják? Szenzorok kiválasztásaSzenzorok kiválasztása Központi egység Központi egység

kiválasztásakiválasztása

Létező UAV robotpilóta Létező UAV robotpilóta rendszerekrendszerek

► Micropilot MP2028gMicropilot MP2028g HardverHardver

► Kis méret (40x100mm), kis tömeg (28g+GPS)Kis méret (40x100mm), kis tömeg (28g+GPS)► x, y, z irányú MEMS gyorsulásmérők, giroszkópokx, y, z irányú MEMS gyorsulásmérők, giroszkópok► Barometrikus magasság- és szélsebesség mérőBarometrikus magasság- és szélsebesség mérő► Ultrahangos magasságmérő csatlakozási felület Ultrahangos magasságmérő csatlakozási felület ► GPS vevő, RF ModemGPS vevő, RF Modem► 24 db RC - szervo vagy relé csatlakozó 24 db RC - szervo vagy relé csatlakozó

Pc-s földi irányító rendszerPc-s földi irányító rendszer► Valós idejű monitorozásValós idejű monitorozás► Rep. szab. paraméterhangolásRep. szab. paraméterhangolás► ÚtvonaltervezésÚtvonaltervezés

Létező UAV robotpilóta Létező UAV robotpilóta rendszerekrendszerek

GPS vevő, RF ModemGPS vevő, RF Modem 10 db RC - szervo csatlakozó 10 db RC - szervo csatlakozó MPC555 központi processzor, MPC555 központi processzor,

integrált PWM egységekintegrált PWM egységek Szabványos csatlakozók (CAN, RS-Szabványos csatlakozók (CAN, RS-

232)232)

► Cloud Cap PiccoloCloud Cap Piccolo Kis méret (122 x 61 x Kis méret (122 x 61 x

38 mm), kis tömeg 38 mm), kis tömeg (90g) (90g)

x, y, z irányú MEMS x, y, z irányú MEMS gyorsulásmérők, gyorsulásmérők, giroszkópokgiroszkópok

Barometrikus Barometrikus magasság- és magasság- és szélsebesség mérőszélsebesség mérő

Létező UAV robotpilóta Létező UAV robotpilóta rendszerekrendszerek

► JellemzőkJellemzők Szenzoroknak, aktuátoroknak általában RC Szenzoroknak, aktuátoroknak általában RC

csatlakozó felületekcsatlakozó felületek Könnyen beépíthetők RC repülőgépekbeKönnyen beépíthetők RC repülőgépekbe A szabályzó-paraméterek adott géphez A szabályzó-paraméterek adott géphez

hangolása nehézkes és időigényeshangolása nehézkes és időigényes Nem RC kompatibilis eszközök nehezen Nem RC kompatibilis eszközök nehezen

illeszthetőkilleszthetők Adott geometriai méretekAdott geometriai méretek

Saját elektronika építéseSaját elektronika építése

SzenzorokSzenzorok

► Xsens IMUXsens IMU Kis méret és tömegKis méret és tömeg Beágyazott rendszerekhez egyszerűen Beágyazott rendszerekhez egyszerűen

csatlakoztatható interfész (RS-232)csatlakoztatható interfész (RS-232) Kalibrált szenzorkimenetekKalibrált szenzorkimenetek Beépített jelfeldolgozó elektronika Beépített jelfeldolgozó elektronika

(DSP alapú szenzor fúziós algoritmus)(DSP alapú szenzor fúziós algoritmus)

Programozható mintavételi idő, navigációs adatformátum (Euler-szögek, forgatási mátrix, quaternion vektor)Programozható mintavételi idő, navigációs adatformátum (Euler-szögek, forgatási mátrix, quaternion vektor)

A modul a benne lévő giroszkópok, gyorsulásmérők, és mágneses szenzorok által szolgáltatott analóg jelekből, szenzorfúziós algoritmus A modul a benne lévő giroszkópok, gyorsulásmérők, és mágneses szenzorok által szolgáltatott analóg jelekből, szenzorfúziós algoritmus segítségével számolja ki a navigációs adatokat segítségével számolja ki a navigációs adatokat

SzenzorokSzenzorok

► SRF08 Ultrahangos magasságmérőSRF08 Ultrahangos magasságmérő Kis méret és tömegKis méret és tömeg Beágyazott rendszerekhez egyszerűen Beágyazott rendszerekhez egyszerűen

csatlakoztatható interfész (Icsatlakoztatható interfész (I22C)C) Programozható mérési tartomány Programozható mérési tartomány

(max. 12m)(max. 12m) 1cm-es felbontás1cm-es felbontás

A pontosabb eredményhez z-irányú gyorsulásméréssel kell kombinálni az UH magasságméréstA pontosabb eredményhez z-irányú gyorsulásméréssel kell kombinálni az UH magasságmérést

Az ultrahang-impulzus kibocsátása és vevőbe érkezése között eltelt idő egyenesen arányos az Az ultrahang-impulzus kibocsátása és vevőbe érkezése között eltelt idő egyenesen arányos az adó földfelszíntől való távolságának kétszeresével. Az arányszám a hang terjedési sebességeadó földfelszíntől való távolságának kétszeresével. Az arányszám a hang terjedési sebessége

Távirányítás, földi lépcsőTávirányítás, földi lépcső

Kézi vagy félautomata üzemmódKézi vagy félautomata üzemmód

► Futaba FF9 távirányítóFutaba FF9 távirányító 9 PCM csatorna9 PCM csatorna Rugalmasan programozhatóRugalmasan programozható

► Csatornák lehetnekCsatornák lehetnek Irányító karokIrányító karok 2-3 állású kapcsolók2-3 állású kapcsolók

► Különböző kormánykarakterisztikákKülönböző kormánykarakterisztikák A vevőből impulzusszélesség-modulát kimeneti jel (1-2ms A vevőből impulzusszélesség-modulát kimeneti jel (1-2ms

hosszú impulzusok)hosszú impulzusok)

Át kell alakítani a központi egység számára értelmezhető számértékkéÁt kell alakítani a központi egység számára értelmezhető számértékké

Távirányítás, földi lépcsőTávirányítás, földi lépcső

Látótávolságon kívüli kézi, vagy automatikus útvonalrepülés üzemmódLátótávolságon kívüli kézi, vagy automatikus útvonalrepülés üzemmód

► Maxstreem XBee modulMaxstreem XBee modul Vezeték-nélküli kommunikációs csatornaVezeték-nélküli kommunikációs csatorna Kis méret (24 x 33 x 8 mm) és tömeg (8 g) Kis méret (24 x 33 x 8 mm) és tömeg (8 g) Szabványos UART interfészSzabványos UART interfész Max. 115200 Baud half-duplex Max. 115200 Baud half-duplex Földi lépcső felé <- A helikopter aktuális állapotaFöldi lépcső felé <- A helikopter aktuális állapota Földi lépcsőtől -> Repülési feladat, útvonal, egyéb paraméterek Földi lépcsőtől -> Repülési feladat, útvonal, egyéb paraméterek

Távirányítás, földi lépcsőTávirányítás, földi lépcső

Földi irányító központFöldi irányító központ

► Kommunikáció a PC soros portjára Kommunikáció a PC soros portjára csatlakozó XBee modulon keresztülcsatlakozó XBee modulon keresztül

► Fogadja, feldolgozza és megjeleníti Fogadja, feldolgozza és megjeleníti az érkező adatokataz érkező adatokat Navigációs adatokNavigációs adatok Motorok szögsebessége, áramaMotorok szögsebessége, árama Telep töltöttségeTelep töltöttsége Távirányító felől érkező adatokTávirányító felől érkező adatok

►Repülési útvonal, üzemmód váltás és egyéb parancsok Repülési útvonal, üzemmód váltás és egyéb parancsok küldhetők a helikopter feléküldhetők a helikopter felé►A kezelő beavatkozhat az aktuális repülési feladat A kezelő beavatkozhat az aktuális repülési feladat végrehajtásábavégrehajtásába►A fejlesztés során a repülésszabályzó paraméterek könnyen A fejlesztés során a repülésszabályzó paraméterek könnyen megváltoztathatókmegváltoztathatók

Központi egységKözponti egység► A szabályozási körök mintavételi periódusa 100Hz (az IMU-hoz A szabályozási körök mintavételi periódusa 100Hz (az IMU-hoz

igazítva)igazítva)► 10 ms alatt elvégzendő feladatok10 ms alatt elvégzendő feladatok

A szenzoroktól érkező jelek fogadása és feldolgozásaA szenzoroktól érkező jelek fogadása és feldolgozása A távirányítóból érkező jelek fogadása és feldolgozásaA távirányítóból érkező jelek fogadása és feldolgozása Motoráramok mérése, A/D konverzióMotoráramok mérése, A/D konverzió A motor- és repülésszabályzó algoritmusok futtatásaA motor- és repülésszabályzó algoritmusok futtatása A motorok vezérléseA motorok vezérlése Kommunikáció a földi irányító rendszerrelKommunikáció a földi irányító rendszerrel

► A központi egységgel szemben támasztott követelményekA központi egységgel szemben támasztott követelmények

2 szabványos UART interfész az IMU-hoz és a vezeték-nélküli csatornához,2 szabványos UART interfész az IMU-hoz és a vezeték-nélküli csatornához, Szabványos I2C interfész az ultrahangos magasságmérő modulhoz,Szabványos I2C interfész az ultrahangos magasságmérő modulhoz, Számláló és időzítő egységek a távirányítótól érkező jelek fogadására,Számláló és időzítő egységek a távirányítótól érkező jelek fogadására, Impulzusszélesség-modulátor a motorok vezérléséhez,Impulzusszélesség-modulátor a motorok vezérléséhez, A/D átalakító a motoráramok és az akkumulátorfeszültség méréséhez,A/D átalakító a motoráramok és az akkumulátorfeszültség méréséhez, Lebegőpontos utasításkészlet,Lebegőpontos utasításkészlet, Minél kisebb utasítás-végrehajtási idő.Minél kisebb utasítás-végrehajtási idő.

Fedélzeti ElektronikaFedélzeti Elektronika

DSP

FPGA

UART A

DUAL PORT SRAM

PWM CH1

ADC

GPS opc.

IMU

ULTRA ALT

RADIO LINK

RC vevő

+5V

11.2V LiPo Accu

TÁP

MOS FET

DRIVE

M M

M M

I

U

UART B

UART C

PWM CH2

PWM CH3

PWM CH4

-5V

3.3V

2.5V

1.9V

1.2V

I2C

eCAP1-6

Központi egységKözponti egység► TMS320F28355 DSPTMS320F28355 DSP

32-bites C28x fixpontos + lebegőpontos mag,32-bites C28x fixpontos + lebegőpontos mag, 6,67ns-os ciklusidő (150MHz-es órajel),6,67ns-os ciklusidő (150MHz-es órajel), 6 csatornás DMA,6 csatornás DMA, Rugalmasan konfigurálható megszakításkezelés,Rugalmasan konfigurálható megszakításkezelés, 16 vagy 32-bites külső buszinterfész,16 vagy 32-bites külső buszinterfész, 256K x 16 Flash, 34K x 16 SRAM belső memória,256K x 16 Flash, 34K x 16 SRAM belső memória, ROM-ban tárolt trigonometrikus táblázatok,ROM-ban tárolt trigonometrikus táblázatok, 18 PWM kimenet,18 PWM kimenet, 6 számláló/időzítő bemenet (eCAP Unit),6 számláló/időzítő bemenet (eCAP Unit), 8 32-bites és 6 16-bites számláló,8 32-bites és 6 16-bites számláló, 3 UART, egy I2C interfész,3 UART, egy I2C interfész, 16 csatornás 12-bites A/D,16 csatornás 12-bites A/D, Maximum 88 általános felhasználású I/O,Maximum 88 általános felhasználású I/O, JTAG interfész és valós idejű emulációs lehetőség,JTAG interfész és valós idejű emulációs lehetőség, Szabványos C/C++ fejlesztői környezet és támogatás,Szabványos C/C++ fejlesztői környezet és támogatás, TQFP tokozás.TQFP tokozás.

Fedélzeti ElektronikaFedélzeti Elektronika

► Motorok vezérléseMotorok vezérlése Impulzusszélesség-Impulzusszélesség-

modulációmoduláció DSP ePWM modulDSP ePWM modul

► RC jelek fogadásaRC jelek fogadása DSP eCAP modulDSP eCAP modul

További feladatokTovábbi feladatok► A rendelkezésemre álló DSP fejlesztőpanel segítségével A rendelkezésemre álló DSP fejlesztőpanel segítségével

minden olyan részprogram kifejlesztése, amihez nem minden olyan részprogram kifejlesztése, amihez nem szükséges a végleges hardverszükséges a végleges hardver

► Ezzel párhuzamosan a földi irányító szoftver Ezzel párhuzamosan a földi irányító szoftver továbbfejlesztésetovábbfejlesztése

► A tapasztalatok alapján a végeleges fedélzeti A tapasztalatok alapján a végeleges fedélzeti elektronika megtervezése és megépítése.elektronika megtervezése és megépítése.

► A fennmaradó DSP-programrészletek megírása és A fennmaradó DSP-programrészletek megírása és tesztelésetesztelése

► Az előzetesen megtervezett motorszabályzó és Az előzetesen megtervezett motorszabályzó és repülésszabályzó algoritmusok implementálásarepülésszabályzó algoritmusok implementálása

► Próbarepülések, szabályzó-paraméterek finomhangolásaPróbarepülések, szabályzó-paraméterek finomhangolása

!Köszönöm a figyelmet!!Köszönöm a figyelmet!