Jak działają drony (i czym jest technologia dronów)?

Jeśli właśnie kupiłeś swojego pierwszego drona lub używasz go od jakiegoś czasu, ale nie wiesz, jak naprawdę działają i chcesz dowiedzieć się więcej, dobrze trafiłeś.

Kontrolery, joysticki i aplikacje sprawiają, że latanie dronem jest tak łatwe, jak granie w grę wideo. Ale w dronie znajdują się małe części, które współpracują ze sobą, aby upewnić się, że dron może latać. Jak więc działają drony?

Najważniejszymi częściami drona są system operacyjny i kontroler lotu. Baterie zasilają wirniki, powodując, że obracają śmigła i generują siłę nośną. Kontroler lotu wykorzystuje dane zebrane przez akcelerometry, barometry, magnetometry, żyroskopy i kontroler, aby pozostać w powietrzu.

Inne ważne funkcje poprawiające działanie drona obejmują GPS, wykrywanie przeszkód i unikanie kolizji, kamery i oprogramowanie.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak działają wszystkie elementy drona i w jaki sposób przyczyniają się do lotu drona.

Jak latają drony (technologia napędu dronów UAV)

Dużo się dzieje w dronie, który generuje unoszenie się w górę i wykonuje różne ruchy. W tej sekcji omówimy, jak to wszystko działa. Ale wcześniej wymieńmy najpierw wszystkie komponenty, które odgrywają rolę w napędzie drona:

• Silnik
• Dzwonek silnika
• Stator silnika
• Śmigła
• Kontroler lotu
• Łożyska
• Uzwojenia

Ponadto, zanim omówimy działanie każdej z tych części, zdefiniujmy kilka typowych ruchów dronów:

• Odchylenie – Dzieje się tak, gdy przednia część drona obraca się w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
• Boisko – Jest to przechylenie, które dron przyjmuje w zależności od kierunku, w którym się porusza. Aby przyspieszyć do przodu, drony obniżają przednią część i podnoszą tylną. Aby cofnąć, podnoszą przednią część i opuszczają tylną część.
• Rolka – Jest to ruch, w którym dron porusza się w lewo lub w prawo.

W dalszej części artykułu wyjaśnię rolę śmigieł i silników w każdym z tych ruchów.

Silniki do dronów

To jedna z najważniejszych części układu napędowego. Baterie zasilają silniki, powodując ich wirowanie z dużą prędkością. W rezultacie silniki obracają śmigła, tworząc siłę nośną. Całkiem proste, prawda? Nie całkiem.

Istnieją dwa główne typy silników; silniki bezszczotkowe i szczotkowane. Najczęściej stosuje się silniki bezszczotkowe, ponieważ są wydajne, trwałe i mogą obracać się z bardzo dużą prędkością.

Jaka jest więc różnica między silnikami szczotkowymi a bezszczotkowymi? Wszystko sprowadza się do ich funkcjonowania. Ale zanim wyjaśnię różnice, zdefiniujmy główne części, które je różnicują.

• Stator – Stojan to część silnika, która ma uzwojenia. To ta część wytwarza pole magnetyczne, które następnie inicjuje obrót w wirniku. Aby wytworzyć pole magnetyczne, stojany mają uzwojenia z drutu miedzianego, które zamieniają się w magnesy za każdym razem, gdy przepływa przez nie prąd. W większości przypadków stojan jest nieruchomy.
• Wirnik – Wirnik to część, która się obraca, powodując obrót wału, który z kolei powoduje obrót śmigieł.
• Przerwa powietrzna – Jest to odległość między wirnikiem a stojanem. Im jest większy, tym mniej wydajne będą silniki.
• Dzwonek silnika – To jest część, która powoduje, że śmigła obracają się w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Zarówno silniki szczotkowe, jak i bezszczotkowe mają stojan i wirnik. Ale w silnikach szczotkowych stojan stale zapewnia stałe pole magnetyczne. Stojany otaczają wirnik, który będzie miał przeciwną biegunowość, a obrót w wirniku nastąpi, gdy szczotki komutatora będą współpracować z zasilaczem.

Kontakt tych szczotek z zasilaniem powoduje, że silniki szczotkowe są nieskuteczne, ponieważ szybciej się zużywają, a wytwarzane ciepło przyspiesza zużycie drona.

Z drugiej strony silniki bezszczotkowe nie mają szczotek. Zamiast tego stojan włącza się i wyłącza, zapewniając w razie potrzeby pole magnetyczne. Przyciąganie i odpychanie między stojanem a wirnikiem powoduje obrót. A ponieważ nie ma kontaktu, jak w przypadku szczotek w silnikach szczotkowych, nie wytwarza się ciepła i zużycie jest minimalne.

Łożyska silnika drona

Łożyska są często pomijane i możesz nie wiedzieć, że istnieją, dopóki nie sprawdzisz silników. Mimo to są bardzo pomocne w minimalizowaniu wspomnianej wcześniej szczeliny powietrznej i utrzymywaniu wirników na miejscu podczas ich obracania.

W rzeczywistości, jeśli Twoje silniki ulegną awarii, prawdopodobnie problemem będą łożyska. Jeśli chodzi o łożyska, to są łożyska z osłoną i bez osłony. Łożyska ekranowane najlepiej sprawdzają się w silnikach dronów, ponieważ silniki obracają się z dużą prędkością, generując bardzo wysokie temperatury, które mogą zniszczyć łożyska.

Śmigła dronów

Śmigła muszą obracać się w różnych kierunkach, aby wytworzyć siłę nośną i utrzymać drona w powietrzu. W każdej parze śmigieł jedno obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (CW), a drugie przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (CCW).

Gdy się obracają, tworzą strefę niskiego ciśnienia. Powietrze przemieszcza się z regionów niskiego ciśnienia do regionów o wysokim ciśnieniu. W ten sposób dron może poruszać się w górę, w dół, do przodu lub do tyłu w zależności od prędkości, z jaką obracają się śmigła.

Ponadto ilość generowanego ciągu musi zrównoważyć wagę drona, powodując jego wyrzucenie w powietrze.

Liczba śmigieł

Większość dronów ma 4 śmigła i są znane jako quadkoptery. Nie stało się to przez przypadek ani w celu nadania dronom ich charakterystycznego wyglądu. Jest za tym powód. Aby to lepiej wyjaśnić, zacznijmy od założenia, że ​​dron ma jedno śmigło.

Taki dron generowałby wystarczającą siłę nośną, aby wzbić się w powietrze, ale bardzo trudno będzie nim sterować, ponieważ nie ma możliwości poruszania się do przodu ani do tyłu. Poza tym dron będzie stale obracał się w przeciwnym kierunku. W rzeczywistości jest to zgodne z 3 prawem dynamiki Newtona; kiedy dwa obiekty wchodzą w interakcje i są w ruchu, będą oddziaływać na siebie w przeciwnych kierunkach.

Możliwe byłoby również posiadanie drona z dwoma śmigłami. W rzeczywistości pomogłoby to zaoszczędzić energię baterii. Poza tym, gdy śmigła obracają się w różnych kierunkach, anulujesz moment obrotowy prezentowany przez jednowirnikowy dron. Jednak nadal trudno jest kontrolować takiego drona, ponieważ nie jest stabilny.

W przeciwieństwie do drona z 2 śmigłami, dron z 3 śmigłami nie jest opcją, ponieważ niszczy wszystko, co rozwiązuje dron z 2 śmigłami.

A to pozostawia nam tylko cztery lub więcej śmigieł. Quadkoptery mają idealną równowagę, aby umożliwić dronom zawisanie w powietrzu, pęd do przodu i wykonywanie manewrów bez rozbijania się. Dzieje się tak, że wszystkie silniki znoszą się nawzajem, zachowując stabilność i zapobiegając niechcianym obrotom.

Więcej śmigieł zapewnia większą stabilność, ale także zwiększa pobór mocy z akumulatora. Dlatego 4 śmigła to idealna liczba.

Ruch kierunkowy

Aby zawisnąć, wszystkie silniki otrzymują równą moc i obracają się z tą samą prędkością.

Aby ruszyć do przodu, przednie śmigła zwalniają, podczas gdy tylne śmigła zwiększają swoją prędkość. To sprawia, że ​​dron pochyla się do przodu, opuszczając przednią część.

Aby zbaczać, silniki ustawione po przekątnej zwolnią, pozwalając dronowi na obrót wokół osi w lewo lub w prawo.

Aby toczyć się, wirniki po lewej lub prawej stronie są zwalniane w zależności od kierunku, w którym chcesz się toczyć.

Jak działają kontrolery lotu (aplikacje z nadajnikiem, odbiornikiem i smartfonem)

Teraz wszystkie opisane powyżej manewry są wbudowane w drona, ale jest jeszcze jeden element układanki; kontrolerów lotu. Czy możesz sobie wyobrazić, że musisz ręcznie sterować prędkością różnych wirników, aby obrócić drona w prawo lub w lewo?

Dlatego drony potrzebują kontrolera lotu, urządzenia, które zbiera dane z różnych czujników i wykorzystuje te dane do sterowania ruchem drona. Kontroler lotu to połączenie sprzętu i oprogramowania układowego, które zawiera algorytmy umożliwiające zrozumienie wszystkich danych, które otrzymuje z czujników i kontrolerów.

W procesie zwanym fuzją czujników kontroler lotu zbiera wszystkie dane i wykorzystuje je do podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym. Dobrym przykładem algorytmów jest filtr Kalmana, który umożliwia kontrolerowi wykorzystanie przeszłych i obecnych danych do podejmowania trafnych decyzji.

Jak to wszystko działa

Jak wspomniano wcześniej, drony przyspieszają, skręcają, powoli toną lub toczą się, zmieniając prędkość silników. Tak więc, gdy kontroler lotu zbierze dane z czujników, wysyła je do elektronicznego kontrolera prędkości (ESC), który następnie interpretuje je, zwiększając lub zmniejszając napięcie w zależności od działania, które chcesz podjąć.

Na przykład, jeśli chcesz przyspieszyć do przodu, ESC zmniejszy napięcie przednich wirników, aby je spowolnić i zwiększyć napięcie tylnych śmigieł.

Kontroler lotu również otrzymuje informacje od pilotów. Wszystko, co musisz zrobić, to przesunąć joystick w górę, w dół, w lewo lub w prawo, a pilot wyśle ​​te polecenia za pomocą sygnału radiowego do drona. Z drugiej strony dron ma odbiornik, który odbiera te sygnały, interpretuje je i wydaje polecenie na drona.

Jeśli twój dron jest sterowany za pomocą smartfona, dron i urządzenie zazwyczaj komunikują się przez Wi-Fi. Większość dronów ma własne aplikacje, które po zainstalowaniu na smartfonie pozwalają na łatwe sterowanie dronem za pomocą lub bez pilota. Jednak zasięg może być ograniczony w porównaniu z używaniem kontrolera.

Zakres pracy

Mówiąc o zasięgu (najdalsza odległość, jaką dron może pokonać od kontrolera), może on wynosić od kilku stóp do kilku mil w zależności od używanego drona i siły połączenia. W przypadku dronów-zabawek jest to zwykle kilka stóp, ale w przypadku dronów konsumenckich i prosumenckich, takich jak drony DJI, może to być nawet 5 mil.

DJI wyrobiło sobie markę w świecie dronów konsumenckich, budując OcuSync, zaawansowany system komunikacji, który pozwala im mieć duży zasięg działania.

W przypadku niektórych dronów można również kupić przedłużacze zasięgu, aby umożliwić dronowi działanie dalej niż początkowo przewidziano. Należy jednak również zwrócić uwagę na przepisy, ponieważ bez upoważnienia należy zawsze latać dronem w zasięgu wzroku.

Jak działają czujniki (system IMU)

Porozmawiajmy teraz o różnych czujnikach, które znajdziesz w dronie. Ale zanim to zrobimy, ważne jest, aby przyznać, że dron nie może skutecznie latać bez czujników. Urządzenia te są tak małe jak mrówka, ale są to minikomputery, które pomagają mierzyć otoczenie i przesyłają dokładne dane do kontrolera lotu, co ma duży wpływ na stabilizację lotu drona. Im więcej czujników ma dron, tym bardziej uwzględnia on błędy lub siły działające na drona podczas lotu. Przyjrzyjmy się każdemu z nich.

Akcelerometry

Znane również jako MEMS (mikroelektryczne systemy mechaniczne), akcelerometry wykorzystują technologię pojemnościową i piezoelektryczną do wykrywania przyspieszenia liniowego spowodowanego grawitacją . W technologii pojemnościowej kondensatory są umieszczone równolegle. Każda zmiana sił przyspieszenia wpływa na odległość między tymi kondensatorami, wpływając na ich pojemność i wysyłając sygnały do ​​kontrolera lotu.

Z drugiej strony piezoelektryk mierzy orientację za pomocą mikroskopijnych kryształów zagęszczonych w wyniku przyspieszenia. Zmiana sił przyspieszenia wpływa na ciśnienie, które zmienia wagę i opór tych kryształów. Akcelerometry są rozmieszczone w układzie 3-osiowym, dzięki czemu mogą wykrywać ruch i orientację drona we wszystkich kierunkach.

Żyroskopy

Żyroskopy to kolejna ważna funkcja, która pomaga ustabilizować drona. Składają się z koła obracającego się na osi. Koło to obraca się w taki sposób, że nawet jeśli dron się przechyli, nadal będzie utrzymywał równowagę.

Drony zmagają się z różnymi siłami w powietrzu, w tym z wiatrem i grawitacją. W rezultacie sterowanie dronem może być bardzo trudne, zwłaszcza gdy występują silne podmuchy wiatru. Żyroskopy są zaprojektowane tak, aby wykrywać wszystkie te siły i kompensować je, dzięki czemu dron będzie wyglądał na nienaruszony.

Oczywiście będą obowiązywały inne czynniki, takie jak siła wiatru i waga drona. Ale w większości drony będą stabilne przy umiarkowanym wietrze. Żyroskopy również przetwarzają te ruchy na sygnały i wysyłają je do ESC.

Być może słyszałeś o żyroskopach 3-osiowych i żyroskopach 6-osiowych. Dron potrzebuje tylko żyroskopów 3-osiowych, ale większość producentów dronów wspomina żyroskop 6-osiowy, ponieważ biorą pod uwagę zarówno żyroskopy, jak i akcelerometry.

Magnetometry

Magnetometry mierzą strumień magnetyczny wzdłuż osi pochylenia, odchylenia i przechyłu, co pomaga wykryć orientację drona w stosunku do magnetycznego bieguna północnego . Podczas lotu w obszarach z dużą ilością zakłóceń elektromagnetycznych lub innych rodzajów zakłóceń magnetometry pomagają zbierać te dane i przesyłać je do kontrolera lotu.

Czujniki barometryczne

Znane również jako czujniki ciśnienia, barometry mierzą ciśnienie atmosferyczne, aby pomóc określić wysokość drona . Jeśli natrafiłeś na funkcję znaną jako utrzymywanie wysokości w większości dronów na sprzedaż, to jest to jeden z czujników, który umożliwia tę funkcję. Czasami czujniki barometryczne współpracują z czujnikami GPS, aby określić wysokość drona i ją utrzymać.

Czujniki odległości

Czujniki te wykorzystują lasery, Lidar lub fale ultradźwiękowe do pomiaru odległości przed dronem i wykrywania wszelkich przeszkód.

Światła LED dronów

Wszystkie drony są wyposażone w światła LED. I chociaż można je postrzegać jako ozdoby, te diody LED służą do pewnego celu. W większości przypadków służą one do informowania o stanie drona. W tym poście omówiliśmy dużo o światłach LED dronów, ale poniżej znajdują się główne z nich i ich znaczenie.

• Czerwony może oznaczać niski poziom baterii, IMU lub inne błędy systemowe, tryb RTH lub tryb zwinności.
• Zielony jest również powszechnym kolorem, który często pokazuje poziom naładowania baterii odpowiedni do startu lub do pokazania, że ​​GPS połączył się z wystarczającą liczbą satelitów.
• Biały – Białe diody LED mogą oznaczać słabe połączenie GPS lub jego brak albo że nadajnik jest wyłączony.
• Niebieski – Niebieski może oznaczać tryb ślepy lub tryb stabilności.
• Pomarańczowy/żółty – Te kolory mogą oznaczać słabe połączenie GPS lub słabą kalibrację kompasu, którą należy poprawić.
• Fioletowy – Ten kolor jest używany do pokazania, że ​​działają tryby Return to Home lub Follow-Me. Ale jeśli miga, może to oznaczać problem z tymi trybami. Jest również używany do oznaczenia trybu AP w niektórych dronach.

Poniżej znajduje się inny rodzaj świateł LED.

• Światła antykolizyjne – Czasami określane jako światła nawigacyjne, są to światła, które sprawiają, że dron jest widoczny z daleka, pomagając operatorowi zapobiegać zderzeniu się z innymi dronami lub innymi obiektami. Zgodnie z przepisami FAA, w tym ostatnimi przepisami dotyczącymi zdalnej identyfikacji, musisz mieć te światła, jeśli chcesz latać w nocy. Mogą być niebieskie, czerwone, białe, migające lub niemigające, w zależności od modelu drona.

Uwaga :Różne kolory mogą oznaczać różne rzeczy w zależności od używanego drona. Dlatego ważne jest, aby zawsze sprawdzać wytyczne w swojej konkretnej instrukcji.

GPS

Oczywiście znasz GPS w telefonie lub samochodzie, który pomaga w nawigacji, ale drony też go mają. Instalacja GPS w dronach jest jednym z powodów, dla których drony są w stanie zbierać dane oparte na lokalizacji, takie jak pomiary i zdjęcia lotnicze. Jak to działa?

Aby GPS działał, musi być umieszczony w dronie moduł lub chip GPS oraz satelity krążące wokół Ziemi. Obecnie wokół Ziemi krążą co najmniej 32 satelity GPS, znane również jako GLONASS (Global Navigation Satellite System). GLONASS to rosyjski system satelitarny przeznaczony do pozycjonowania przez wojsko i cywilów.

Jednak tylko około 24 będzie działać w danym momencie. Teraz dron nie musi łączyć się ze wszystkimi 24 satelitami. Muszą łączyć się z co najmniej 8 satelitami, ale im więcej satelitów może połączyć się z modułem, tym lepiej. Moduł komunikuje się z tymi satelitami, aby obliczyć swoją pozycję.

W aplikacjach dronów znajdują się paski pokazujące siłę połączenia GPS. Jak wspomniano wcześniej, istnieją nawet diody LED, które ostrzegają o wszelkich problemach z GPS. Jeśli twój dron nie ma dostępu do wystarczającej liczby satelitów, może nie wystartować. Niektóre z przyczyn słabego połączenia GPS to zachmurzenie, wysokie drzewa, wysokie budynki lub góry.

Teraz, gdy już wiesz, jak działa GPS, poniżej przedstawiamy kilka sposobów, w jakie pomaga on w funkcjonowaniu drona.

Utrzymaj wysokość

Jak wspomniano wcześniej, czujniki GPS i barometryczne mogą pomóc w utrzymaniu wysokości drona . Niektóre drony mają limit wysokości, a FAA wymaga również, aby drony utrzymywały wysokość poniżej 400 stóp. W takim przypadku GPS może pomóc w wykryciu i ograniczeniu drona do określonej wysokości.

Najedź

Znany również jako utrzymywanie pozycji, jest to miejsce, w którym dron startuje i pozostaje w tej samej lokalizacji i na tej samej wysokości, dopóki nie zaczniesz podawać mu instrukcji. Dzięki temu latanie dronem jest bardzo łatwe nawet dla początkujących.

Jeśli nie masz pewności co do elementów sterujących, dron się nie poruszy, może trochę dryfować, zwłaszcza gdy jest wietrznie, ale zawsze to naprawi.

Wróć do domu

To kolejna dość potrzebna funkcja, szczególnie w sytuacjach awaryjnych, takich jak niski poziom naładowania baterii. Powrót do domu pozwala dronowi wrócić do miejsca startu, a najlepszym sposobem na to jest posiadanie współrzędnych tego miejsca.

Dlatego ważne jest, aby poprawnie skalibrować GPS i pozwolić mu zablokować miejsce startu. Kiedy to zrobisz, po uruchomieniu funkcji RTH, nie zgubisz drona po drodze.

Niektóre drony automatycznie inicjują RTH, jeśli utracą połączenie, mają niski poziom naładowania baterii lub wystąpią zakłócenia.

Autonomiczne latanie (Punkty trasy)

Dron może teraz latać na autopilocie dzięki GPS. Jak? Wszystko, co musisz zrobić, to przypisać waypointy, czyli współrzędne, przez które dron może przelecieć. Jeśli używasz go do filmowania, mapowania lub pomiarów, możesz skupić się na tworzeniu wysokiej jakości materiału filmowego, podczas gdy dron sam lata.

Wykrywanie radarów

Podobnie jak samoloty czy statki, drony mogą być wykrywane przez radar. Wszystko sprowadza się do działania radaru. Systemy radarowe są przeznaczone do wykrywania ciał emitujących sygnały radiowe. A jak wspomniano wcześniej, drony komunikują się ze sterownikami za pomocą sygnałów radiowych.

Możesz więc zaprojektować system, który identyfikuje sygnały w zasięgu sygnału komunikacyjnego drona i inne zachowania, które wykazują drony. W rzeczywistości takie systemy już istnieją. Dobrymi przykładami są Aeroscope, AirSpace Galaxy i DeDrone firmy DJI.

Wewnętrzny kompas i bezpieczne funkcje

Drony mają również wewnętrzne kompasy, które współpracują z GPS, aby zwiększyć stabilność i zapewnić odpowiednią orientację drona. Najczęściej kompas jest dostarczany z modułem GPS.

Podczas konfigurowania drona jedną z najważniejszych rzeczy do zrobienia jest kalibracja kompasu. Większość dronów nie wystartuje, dopóki kompas nie zostanie skalibrowany, więc upewnij się, że sprawdziłeś, jak to zrobić.

Aby skutecznie skalibrować kompas, upewnij się, że znajdujesz się na dużej otwartej przestrzeni, w miejscu bez zakłóceń magnetycznych i bez sprzętu elektronicznego. Kalibracja jest również ważna, gdy przenosisz się w inne miejsce.

Pamiętaj, że jeśli kompas jest nieprawidłowo skalibrowany, większość funkcji GPS, w tym wyszukiwanie satelitów, nie będzie działać.

Kompasy dronów mają również magnetometry, które, jak wspomniałem wcześniej, wykryją wszelkie anomalie i pomogą kontrolerom lotu uwzględnić wszystkie czynniki. Wszystko po to, aby upewnić się, że dron jest odpowiednio zorientowany i zapobiec wszelkim ucieczkom, które często są spowodowane słabym GPS i zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Technologia wykrywania przeszkód i unikania kolizji

Mówiąc o czujnikach wspomniałem, że drony wykorzystują szeroką gamę technologii do wykrywania przeszkód. Należą do nich LiDAR, widzenie jednooczne, czas przelotu, ultradźwięki, widzenie stereo i podczerwień.

Ale to całe mnóstwo czujników. Jak więc drony wykorzystują je wszystkie do omijania przeszkód? Wykorzystując kombinację modelowania, algorytmów, uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji. Algorytmy można wytrenować, jak wyglądają różne obiekty, i „nauczą się” kojarzyć każdy obiekt, który widzą, z tym, co już wiedzą, aby określić, czy jest to przeszkoda, czy nie.

Inną fascynującą technologią, która umożliwia omijanie przeszkód, jest SLAM (jednoczesna lokalizacja i mapowanie). Ta funkcja pozwala dronom na mapowanie ich obecnego środowiska na podstawie wstępnie zainstalowanego, istniejącego środowiska i danych zebranych przez czujniki.

Unikanie kolizji

To, co właśnie wyjaśniłem, pomaga tylko dronowi wykryć obiekt z przodu. Ale aby uniknąć obiektu, będzie musiała obliczyć, gdzie dokładnie ten obiekt się znajduje i znaleźć alternatywną trasę. Jednym ze sposobów, w jaki drony osiągają to, jest stereopsja lub widzenie stereo.

Przekonasz się, że najbardziej zaawansowane drony będą miały z przodu dwie kamery. Gdy uzyskają obraz obiektu w 2 perspektywach, mogą obliczyć perspektywę 3D za pomocą triangulacji. Dzięki temu mogą oglądać swoje otoczenie w 3D, dostrzegając zarówno odległość, jak i głębię.

Inteligentne tryby lotu

Jak podkreślono kilkakrotnie w tym artykule, drony aktywnie zbierają dane, które mogą być następnie wykorzystane do wytyczenia ścieżki, którą dron będzie podążał, przy minimalnym udziale pilota. Za pomocą systemu operacyjnego (więcej na ten temat później) można również wstępnie zaprogramować różne wzorce lotu, które dron może wykonać samodzielnie. Są one również znane jako inteligentne tryby lotu.

Poza wykrywaniem obiektów, technologia ta pozwala również dronom na identyfikację obiektów, znaną również jako Follow-Me lub ActiveTrack w dronach DJI. W związku z tym możesz zablokować się jako POI i biegać, jeździć na łyżwach lub uczestniczyć w dowolnej aktywności, a dron będzie podążał za tobą podczas filmowania, unikając jednocześnie wszelkich przeszkód po drodze.

Inne inteligentne tryby lotu obejmują;

• Utrzymaj wysokość
• Automatyczny powrót do domu
• Tryb pozycji (tryb P)
• Tryb postawy (tryb ATTI)
• TapFly –
• Szybkie ujęcia – Dronie, Helix, Circle, Rocket itp.
• Punkty trasy
• Tryb kinowy

Parametry w czasie rzeczywistym

Obecnie drony są zaprojektowane do przekazywania informacji telemetrycznych w czasie rzeczywistym do kontrolera lub aplikacji. Obejmuje to poziomy baterii, połączenie GPS, wysokość i inne aspekty drona.

Możesz także otrzymywać alerty, gdy przekroczysz zakres operacyjny, lecisz zbyt wysoko, a nawet lecisz w obszarach o ograniczonym dostępie. Wszystkie te informacje ułatwiają monitorowanie drona i minimalizują awarie.

Geofencing

Geofencing to funkcja, która wymusza ograniczenia i ostrzeżenia, gdy dron wejdzie w zastrzeżoną przestrzeń powietrzną, znaną również jako strefy zakazu lotów. Strefy te obejmują bazy wojskowe, Biały Dom, lotniska, więzienia itp. Jeśli nie znajdziesz sposobu na ominięcie tego ograniczenia, twój dron nie wystartuje w tych regionach.

Jednak nie wszystkie drony są ograniczone przez geofencing. Aby to zadziałało, dron musi mieć GPS i musi być zintegrowany z mapą zawierającą Strefy zakazu lotów.

Systemy operacyjne dronów (oprogramowanie sprzętowe)

Drony można najprościej uznać za latające komputery. Jak ustaliliśmy, wiele się dzieje, gdy dron startuje i jest w powietrzu. Są czujniki zbierające dane, komunikujące się z kontrolerem, śmigła, baterie i wiele innych funkcji.

Ale co napędza cały ten system? Drony mają oprogramowanie układowe, często oparte na systemie operacyjnym Linux, choć niektóre korzystają z systemu MS Windows. Istnieje również kilka systemów operacyjnych dronów o otwartym kodzie źródłowym, z których producenci mogą korzystać zamiast budować jeden od zera. Należą do nich;

• Droncode Linuksa
• FlytOS
• Uwierzytelnianie

Oprogramowanie sprzętowe drona musi być regularnie aktualizowane, aby upewnić się, że wszystkie komponenty drona działają tak, jak powinny, lub aby wprowadzić nowe funkcje.

Oprogramowanie i oprogramowanie sprzętowe

Aby skutecznie wpasować się w różne branże, nastąpił wzrost rozwoju oprogramowania dla dronów. Poniżej znajdują się niektóre z najpopularniejszych branż, w których drony mają zastosowanie, a drony mogą korzystać z oprogramowania.

• Filmowanie i fotografia – Lightworks, iMovie, darmowy edytor wideo VSDC, HitFilm Express i Davinci Resolve.
• Geodezja, mapowanie i fotografia lotnicza – DroneDeploy, Pix4D, ArcGIS, Mapy Made Easy i PrecisionHawk.
• Budownictwo – 3DR, PixPro i Datumate.
• Rolnictwo – SLANTRANGE, AgEagle.

Kamera

Dzięki postępowi technologicznemu możliwe jest teraz dołączanie do dronów wysokiej jakości kamer. Jak już wspomniano, drony odgrywają teraz główną rolę w filmowaniu i fotografowaniu, gdzie wcześniej potrzebowaliśmy helikopterów i innego drogiego sprzętu.

Za umiarkowaną cenę można znaleźć drona, który może filmować w 4K przy 30 klatkach na sekundę. Dobrym przykładem, który jest zarówno dronem hobbystycznym, jak i profesjonalnym, jest DJI Mavic Mini 2. Seria Mavic, zwłaszcza drony Mavic Air, to jedne z najlepszych dronów fotograficznych dla początkujących i doświadczonych fotografów dzięki łatwości obsługi, wydłużonemu lotowi czasy, doskonałe kamery i zaawansowane systemy kontroli lotu.

Drony, takie jak seria Autel Robotics EVO II, mogą nawet filmować w rozdzielczości 8K. A drony, takie jak seria Inspire od DJI, są wyposażone w Zenmuse X7, który może filmować w rozdzielczości 6K i odegrały kluczową rolę w kręceniu wielu hitów filmowych.

Oprócz fotografowania w wysokiej rozdzielczości, niektóre drony mają również funkcję powiększania, która umożliwia dronom przyjrzenie się obiektom z bliska, nawet z dużej odległości. W zależności od używanego drona funkcja powiększania może mieć łagodną utratę lub bezstratny zoom. DJI ma Zenmuse Z30 z zoomem do 180x, który jest jednym z największych, jakie można znaleźć w dronie prosumenckim.

Gimbals i kontrola pochylenia

Chociaż drony mają zaawansowane systemy stabilności, nadal nie są zbyt stabilne, co byłoby złe w przypadku filmowania, ponieważ ten ruch spowodowałby, że materiał byłby bezużyteczny. Na szczęście istnieją gimbale, które pomagają ustabilizować kamery niezależnie od turbulencji.

Nawet tanie drony mają teraz gimbale, głównie 3-osiowe, które stabilizują kamery we wszystkich kierunkach. Te gimbale zapewniają płynny, wyraźny obraz, kompensując ruch drona.

Dla osób bez gimbali, niektóre są kompatybilne z systemami gimbali innych firm.

Transmisja wideo na żywo

Obecnie bardzo często można znaleźć drony, które mogą przekazywać materiał wideo, znany również jako FPV (widok z pierwszej osoby).

Wszystko to jest możliwe dzięki łączności Wi-Fi i sygnałom radiowym między dronem a kontrolerami. Drony posiadają nadajnik, który zbiera materiał wideo i wysyła go jako sygnał do kontrolera.

Z drugiej strony dron będzie miał antenę lub odbiornik, które odbiorą sygnał i przekonwertują go na wideo, które będzie można oglądać na ekranie smartfona. Możesz też kupić gogle FPV, dzięki którym poczujesz się, jakbyś siedział w kokpicie drona. FPV jest również głównym elementem wyścigów dronów, szybko rozwijającego się sportu.

Pomimo tego, że ma zaledwie kilka lat, istnieje kilka lig wyścigów dronów, takich jak Multi GP i DRL, w których piloci dronów rywalizują o tysiące dolarów i cieszą się umowami sponsorskimi, tak jak zwykli zawodowi sportowcy. Te wyścigi są również transmitowane na żywo w telewizji, dając innym pilotom i hobbystom widok i poczucie adrenaliny związanej z takim wyścigiem.

Inne czujniki dronów

Jedną z najlepszych rzeczy w dronach jest możliwość przenoszenia ładunku. Dlatego, jeśli chcesz rozszerzyć jego zastosowanie i użyteczność, wystarczy znaleźć odpowiednie urządzenie do dodania do drona, a jednym z tych urządzeń są czujniki.

Oprócz wspomnianych wcześniej czujników, które ułatwiają nawigację drona, możesz dołączyć czujniki wielospektralne do zastosowań rolniczych, czujniki Lidar do inspekcji konstrukcji czy czujniki termiczne do analizy pożaru.

Nawet kamery to czujniki działające w świetle widzialnym. Te czujniki są sprzętem, a dane, które z nich otrzymujesz, można analizować za pomocą oprogramowania, o którym wspomniałem wcześniej, aby uzyskać istotne informacje kluczowe w podejmowaniu decyzji.

Bezpieczeństwo i hakowanie

Ponieważ latają komputerami, drony mogą zostać zhakowane, a także mogą być używane do włamywania się do innych systemów, a nawet szpiegowania innych osób. A zła wiadomość jest taka, że ​​włamanie się do drona nie jest takie trudne.

Haker może włamać się do twojego drona i pobrać materiał, który robiłeś, a nawet użyć drona do włamania się do twojej sieci domowej. Mogą również włamać się i przejąć kontrolę nad dronem za pomocą procesu zwanego GPS Spoofing, w którym prowadzą drona do „fałszywych” współrzędnych. Mając to na uwadze, poniżej przedstawiamy kilka sposobów zapobiegania zhakowaniu drona.

• Aktualizacje oprogramowania układowego – Jak wspomniano wcześniej, producenci dronów regularnie aktualizują oprogramowanie sprzętowe. Aby upewnić się, że Twój dron jest chroniony, zawsze upewnij się, że używasz najnowszego oprogramowania.
• Użyj VPN aby zablokować dostęp do Twojej sieci osobom z zewnątrz.
• Chroń swój smartfon i laptopy za pomocą antywirusa . Przesyłając materiał między dronem a smartfonem lub używając smartfona do sterowania dronem, narażasz swojego drona na ataki złośliwego oprogramowania.
• Jeśli to możliwe, ręcznie ustaw punkt powrotu do domu .
• Użyj silnego hasła w Twojej aplikacji i sieci domowej.
• Ogranicz liczbę osób korzystanie z sieci domowej w określonym czasie.

Typy i zastosowania dronów

Teraz, gdy wiemy, jak działają drony, przyjrzyjmy się głównym typom dronów i sposobom ich najlepszego wykorzystania.

Drony wielowirnikowe

Znane również jako quadkoptery, są to najpopularniejsze rodzaje dronów. To także drony, o których mówiłem, wyjaśniając układ napędowy. Mają co najmniej cztery wirniki, choć niektóre z nich mogą mieć więcej wirników.

Their small size, agility, speed, and maneuverability allow them to find applications in many industries, including agriculture, filming, and industrial inspection. The only issue with these drones is the propulsion system consumes a lot of energy. As a result, their batteries don’t last long.

Fixed-wing drones

This is another popular type of drone. Unlike the multi-rotor drones that have propellers, these drones have fixed wings, similar to those you’ll find on planes. They need some sort of runway or catapult system to take off. But once they do, they conserve energy, allowing them to fly for long.

They’ve been quite useful in agriculture, such as the SenseFly drones, and in land survey, such as the Delair drones.

Single-rotor drones

These are simply tiny helicopters that rely on one rotor. They control their speed, roll, pitch, and yaw by adjusting the angle of the rotor. Most of the single-rotor drones you’ll find are toys. Still, there are also larger advanced models with the ability to carry heavy payloads, and they can also be powered by gas instead of regular batteries.

Hybrid or VTOL drones

VTOL stands for Vertical Take-Off and Landing, which are drones that utilize the extended flight time of a fixed-wing drone and the vertical taking off and maneuverability of a multirotor. This makes them the most versatile drones, but they are also quite expensive. A good example is the Wingtra drones, which are very useful in surveying and mapping.

Other categories

You can also categorize drones based on how they are used, which include:

• Toy drones
• Consumer drones
• Professional drones
• Racing drones
• GPS drones

Fixed-wing, multi-rotor, single-rotor, and VTOL drones can fit in any of these categories depending on how they are built and their features.

Wniosek

I masz to. If you are new to the world of drones, you can bookmark this post, for I went all out to explain how every aspect works, the types, and some issues associated with drones. Is there any aspect that you think I missed and you would like me to address? Please let us know!