Швейцарцы научили дрон насаживаться на стержни и переносить их по воздуху

Инженеры из Щвейцарии разработали дрон-манипулятор Geranos, способный захватывать и транспортировать цилиндрические объекты (стержни, трубы или столбы) массой до трех килограмм и длинной до двух метров. Для снижения влияния на динамику полета дрон захватывает их так, что стержни проходят насквозь через отверстие в центре рамы, вокруг которого располагается механизм захвата. Предполагается, что в будущем дроны такого типа пригодятся для установки в труднодоступной местности антенн, мачт для канатных дорог и других подобных конструкций. Статья опубликована в журнале IEEE Robotics & Automation Magazine, а ее препринт доступен на arXiv.org.

Один из вариантов применения мультикоптеров, над которым трудятся инженеры в последнее время — использование их в роли летающих инструментов или манипуляторов. Например, разработчики из Швейцарии превратили мультикоптер в летающий перфоратор. Он может сверлить отверстия в бетонных стенах, прижимаясь к поверхности с помощью тяги пропеллеров. Другой проект этой же группы разработчиков — летающий манипулятор, собранный из дрона с поворотными винтами и дельта-манипулятора.

Инженеры под руководством Рональда Зигварта (Ronald Siegwart) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха представили еще одну конструкцию дрона-манипулятора. Он предназначен для захвата и транспортировки объектов в форме стержней, труб или столбов. Дрон получил название Geranos и в перспективе его увеличенную версию можно будет использовать, например, для установки в труднодоступной местности антенн, мачт, опор канатных дорог и других подобных конструкций.

Geranos — это октокоптер с двумя группами пропеллеров. Четыре винта основной группы расположены в традиционной для квадрокоптеров конфигурации. Они создают основную тягу, удерживающую дрон в воздухе. Оси вращения пропеллеров вспомогательной группы перпендикулярны основным. Они обеспечивают боковую тягу, с помощью которой Geranos перемещаться вбок, вперед и назад без наклона корпуса, свойственного обычным мультикоптерам. Это особенно важно для точности установки грузов.

Две литий-полимерные батареи с емкостью 6200 миллиампер-час позволяют дрону находиться в воздухе до 10 минут. Соотношение тяги винтов к массе дрона составляет 1,16, а его общая масса с трехкилограммовым грузом составляет 11,26 килограмм.

Для уменьшения влияния инерции груза на динамику полета, система захвата и удержания расположена в центре рамы, а захват происходит таким образом, чтобы центры масс предмета и дрона, по возможности, совпали. Для того чтобы схватить установленный вертикально стержень или трубу, дрон подлетает к нему сверху и снижается таким образом, чтобы стержень прошел сквозь полость в центре рамы. В ее верхней и нижней части находится система тросов, которые центрируют груз в полости при натяжении и препятствуют его смещению в горизонтальной плоскости. По вертикальной оси стержень фиксируется с помощью механизма удержания — трех балок с резиновыми наконечниками, которые упираются в цилиндрический груз при срабатывании захвата. Система может прочно удерживать объекты массой до трех килограмм, радиусом до семи с половиной сантиметров и длиной до двух метров.

Для проверки возможностей дрона инженеры провели в помещении демонстрацию с двумя столбами высотой один метр и массой по 2,5 килограмм каждый. Сначала дрон автономно подлетел к первому столбу, спустился на него и схватил за центр. После чего перенес и поставил на коническое основание на полу. Затем аналогичным образом дрон установил сверху на первый столб вторую секцию. Ошибка позиционирования при этом не превышала пяти сантиметров, а погрешность в ориентации (наклон вперед/назад и влево/вправо) — менее трех градусов.

В текущей версии дрон испытывали только в помещении, а его положение отслеживали с помощью установленных на нем инерциальных измерительных блоков и данных от внешней системы захвата движений. Чтобы в будущем Geranos можно было использовать на открытом воздухе, инженеры планируют установить на него GPS- и RTK-приемники. Также планируется оснастить дрон собственной системой восприятия. Она будет основана на RGB камерах и алгоритме распознавания изображения, который будет анализировать видеопоток и отслеживать относительное положение дрона и захватываемого груза в реальном времени.

Большинство дронов-манипуляторов, включая Geranos, имеют фиксированную в полете конструкцию. Однако это не относится к созданному японскими инженерами дрону-манипулятору DRAGON. Он состоит из множества сегментов, каждый из которых имеет по паре собственных винтов. И сегменты, и винты могут поворачиваться, поэтому у дрона множество степеней свободы и он может трансформироваться в полете, принимая практически любую форму, в зависимости от текущей задачи.