Описание структуры эксперимента

Комплексы на основе ДПЛАпредставляют собой многокомпонентную группу разнородных (негомогенных) объектов со сложным характером информационного обмена по каналам управления полетом, операторскому каналу, а также при взаимодействии автономных элементов системы между собой.

Ряд новаторских идей был проверен в рамках исследовательского проектаAVATAR (Airial Vehicle Autonomous Tracking Reconnaisance).Работа выполняетсяуниверситетской группой исследователей во главе сJames F. Montgometry (университет Южной Калифорнии).

Объект исследований представлял собой группу роботов в составе автономного вертолета (модель вертолета Bergen Industrial RC), 2 –x наземных мобильных робота (Real World Interface Pioneer robots). Отметим, что вертолет обладает автономной системой управления, а также может управляеться оператором полета с помощью высокоуровневых команд. Наземные роботы автономны.

К настоящему времени продемонстрированы следующие возможности комплекса истемы AVATAR:

Ø многоуровневого распределения задач между оператором полета, роботом-вертолетом и одним наземным мобильным роботом в группе при решении задачи патрулирования в предписанной зоне;

Ø роботизированная группа обеспечивает трансляцию видеоизображения с места появления тревоги одновременно обеспечивая патрулирование охраняемой зоны; Охраняемая зона описывается опорными точками (координатами GPS);

Ø автоматического перераспределения задач внутри группы роботов при появлении сигнала тревоги на периметре охраняемой зоны;

Ø длительность патрулирования составляет 0.5 часа и определяется емкостью бака с горючим, а фактически типом выбранного вертолета.

Cистема управления комплекса AVATARв его нынешней конфигурациивключает в себясистему управления автономного вертолета, системы управления автономных мобильных роботов, центральный пульт управления и пульт оператора. Описание элементов системы приведено в таблицах 3.1 и 3.2.

В качестве системного программного обеспечения была использована операционная система реального времени QNX (расширяемая до POSIX). Низкоуровневое прикладное программное обеспечение было написано на языке С/C++.

Центральный пульт управления реализован на лап-топ Toshiba Tecta 510CDT( Pentium 133 Mгц/144 Мбайт RAM/ 4.3 Гбайт HDD ) с операционной сиcтемой QNX. Компьютерработал в составе беспроводной 2.4 ГГц сети Ethernet.Пользовательский интерфейс работал из-под QNXи разрабатывалсяc помощью Phab GUI.

Один из наболее впечатляющих экспериментов, выполненных с помощью этого комплекса заключался в патрулировании охраняемого периметра вертолетом AVATAR, в качестве одного из элементов полезной нагрузки имеющего на своем борту наземны мобильный робот, снабженный системой командного управления и передачи видеоизображения на пульт оператора полета. В соответствии с легендой эксперимента после обнаружения злоумышленника , последний попытался уйти с поля зрения видеосистемы комплекса, спрятавшись под автомобиль. Автоматический вертолет примземлившисьнедалеко от убежища злоумышленника высадил

Таблица 3.1.

Аппаратное обеспечение системы управления автономным вертолетом AVTAR
Вертолет	Радиоуправляемая модель вертолета с двухметровым винтом. Обеспечивающим работу с 10 килограммами полезной нагрузки. Двигатель вертолета двух цилиндровый газовый мощностью 4 л.с. Умеет пять каналов управления : два циклических угла поворота лопастей, угол поворота хвостового ротора, суммарный угол поворота главного ротора, газ двигателя
Каналы управления	Радиоканал системы управления оператором полета на частоте 72 Мгц. Система управления 5 канальная В режимах автоматического управления на входы каналов управления подаются сигналы с бортового компьютера.
Система ориентации в пространстве	Система GPS/INS, обеспечивающая измерение: Координат вертолета: широту, долготу, высоту; Скоростей и ускорений: горизонтальной и вертикальной; Углов положения и угловых ускорений. Система ориентации работающая с 12 спутниками обеспечивает точность определения координат порядка 20 см.
Бортовой компьютер	Построен на базе нескольких стандартных плат PС104 и одной специально разработанной платы в стандарте PC104. Главный ,процессор 486DX4CPU, 133 MГц, 16 Мбайт RAM, 40 Мбайт электронный диск. Используется операционная система реального времени. Платы обеспечивают работу с таймером, датчиками числа оборотов ротора и сонаром.+
Каналы связи для системы управления	Специально разработанная плата в стандарте PC104 обеспечивает переключение с ручного режима управления в автоматическийц режим и наоборот. 2.4 ГГц беспроводной Ethernet в стандарте PCMCIA, обеспечивает 2.0 Мбитный коммуникационный канал для связи вертолета с оператором, центральным пультом упправления и подвижными роботами.
Полезная нагрузка	Цветная внизсмотрящая камера и 1.3 Ггц коммуникационный канал полезной нагрузки
Система питания	Питание бортовой электроники осуществляется от NiMn и Li-Ion батарей. Li-Ion 2* 4 Амп.час обеспечивают 50 Вт для системы питания PC104, вырабатыающей +5 В и 12 В для бортовой электроники.GPS/INS питается от 3.5 Амп.ч NiMH батарей через DC/DC конвертор, обеспечивающий 24 В.

Таблица 3.2.

Аппаратное обеспечение мобильных роботов Pioneer
Шасси	Четырехколесное с электрическим приводом. Колеса с каждой стороны механически связаны, и повороты осуществляются за счет разных скоростей вращения каждой пары колес.
Каналы управления	Управление скоростями вращения колес осуществляется через систему управления.
Система ориентации в пространстве	Имеется компас и гироскоп. Подключается через плату АЦП. Система спутниковой ориентации NovaTel, подключаемая к бортовому компьютеру через последовательныц порт. Шесть ультразвуковых датчиков, под управлением микропроцессора Motorola 6811.
Бортовой компьютер	Используется стандарт PС104. Главный процессор 486DX4 CPU, 133 MГц, 4 Мбайт RAM, 40 Мбайт электронный диск. Платы расширения обеспечивают работу с гироскопом и сонарной системой.
Каналы связи для системы управления	2.4 ГГц беспроводной Ethernet в стандарте PCMCIA, обеспечиваtn 2.0 Мбитный коммуникационный канал для связи с другими членами группы роботов.
Полезная нагрузка	Цветная внизсмотрящая камера и 2.3 ГГц коммуникационный канал полезной нагрузки для передчи изображения на центральный пульт управления.
Система питания	Питание бортовой электроники осуществляется от Li-Ion батарей. (2 аккумулятора 10.8В* 4 амп.ч. ). Питание двигателей осуществляется от свинцовых аккумуляторов.

“десант ” в виде автономного робота, который, перемещаясь по земле, подобрался на расстояние вытянутой руку к злоумышленнику, обе6спечивая передачу цветного видеоизображения на пульт управления.оператора. После того как злоумышленник покинул свое убежише автономный наземный робот вновь погрузился на вертолет и комплекс получил возможность дальнейшего отслеживания перемещений злоумышленника