Летающие роботизированные системы уже оказались весьма перспективными для решения многочисленных реальных задач, включая исследование отдаленных территорий, доставку посылок в недоступные места и поиск выживших после стихийных бедствий. В последние годы робототехники и ученые-компьютерщики представили множество конструкций летательных аппаратов, каждая из которых имеет свои преимущества и особенности
Исследователи из Технологического университета Шарифа в Иране недавно провели исследование, изучающее потенциал летающих роботизированных систем с одним крылом, известных как летательные аппараты с одним крылом. Их статья, опубликованная в Журнале интеллектуальных и робототехнических систем , описывает новый подход, который может помочь лучше контролировать полет этих транспортных средств при их перемещении по окружающей среде.
«Нетрадиционные транспортные средства, вдохновленные природными явлениями, постоянно привлекают внимание инженеров», — рассказал Tech Xplore Афшин Баназаде, один из исследователей, проводивших исследование. «Одна из таких машин, однокрылый летательный аппарат, не является исключением. Когда мы начали углубляться в сферу этих транспортных средств, мы обнаружили несколько исследований их динамики. Хотя эти исследования представили некоторые начальные аспекты динамики транспортных средств, они оставили много неизвестных параметров и неясностей, требующих интерпретации. Именно в этот момент появилось любопытство, поскольку мы осознали нашу ответственность как членов инженерного сообщества за их раскрытие».
Проанализировав уже имеющиеся данные, направленные на разработку однокрылых летательных аппаратов, Баназаде и его коллеги решили изучить сложную динамику, лежащую в основе их функционирования, более глубоко. Целью было выявление новых закономерностей и особенностей поведения аппаратов для улучшения контроля их движения в воздухе.
В своей статье они представляют новую конструкцию летательного аппарата с одним крылом, которая объединяет транспортное средство робота в определенном месте, перпендикулярном его крылу и за пределами его поверхности. Эта отличительная особенность конфигурации требует улучшения баланса аппарата, но может упростить конструкцию.
«Наша методология включала сравнение с имитационной моделью, запрограммированной на основе основных физических принципов, управляющих полетом транспортного средства. Приняв этот многогранный подход, мы стремились разработать надежную и точную динамическую модель, которая учитывает различные факторы и сложности, связанные с полетом транспортного средства с одним крылом».
Были проведены различные вычислительные анализы и симуляции. Их результаты дают ценную информацию о динамике полета однокрылых транспортных средств, которая может послужить основой для будущих работ в этой области.
«На этапе проектирования контроллера мы столкнулись с серьезной проблемой, связанной с вращательным движением монокрыла, что затрудняло подачу команд аппарату по желанию», — сказал Баназаде. «Нам пришлось разработать метод, аналогичный циклическому управлению, используемому в вертолетах, чтобы эффективно контролировать вращение транспортного средства».
Методика, разработанная этой группой исследователей, была протестирована в серии симуляций и оказалась значительно повышающей устойчивость однокрылых летательных аппаратов во время полета, а также облегчающей контроль их движений. Реальные испытания на физических роботах помогут еще больше подтвердить его эффективность и универсальность.
«Наша недавняя статья охватывает несколько важных аспектов, которые могут послужить ценным руководством для будущих исследователей», — сказал Баназаде. «Во-первых, она представляет комплексную имитационную модель, которая закладывает основу для понимания динамики системы. Во-вторых, мы представляем уникальный и инновационный подход к управлению, выделяя правила и факторы, учитываемые на протяжении всего процесса».
Было обнаружено, что подход, предложенный Баназаде и его коллегами, повышает точность динамической модели транспортного средства, а также лучше отражает ее сложность. В своей статье команда также представила стратегию, которую можно использовать для лучшего управления нетрадиционными периодическими во времени транспортными средствами. В будущем эта стратегия может быть реализована и протестирована группами исследователей по всему миру.
«Применение масштабируемых транспортных средств имеет большой потенциал, особенно в плане их способности улучшить жизнь людей, ищущих комфорта и развлечений», — сказал Баназаде. «Наша стратегия сосредоточена на одной ключевой особенности этих транспортных средств: оптимизированном потреблении электроэнергии. Проще говоря, эти транспортные средства не только служат увлекательными игрушками, которые знакомят молодых людей с чудесами техники, но также имеют потенциал в сельскохозяйственном контексте, помогая в выращивание сельскохозяйственных культур и сбор урожая, что позволяет сократить ручные усилия».
Работа исследовательской группы вскоре может способствовать разработке новых летающих роботов с одним крылом, что потенциально облегчит их реальное использование и коммерциализацию. Эти роботы могут иметь множество ценных применений, например, позволяя пользователям собирать данные в удаленных местах , что, в свою очередь, может помочь выполнять детальные изыскания земли, составлять карты окружающей среды и проводить геологические исследования.
«Благодаря простой и компактной конструкции и возможностям зависания эти транспортные средства могут преодолевать удаленные и пересеченные местности, которые традиционные самолеты считают сложными», — добавил Баназаде. «Собирая точные и полные данные, они могут внести свой вклад в отрасли, занимающиеся управлением ресурсами, планированием инфраструктуры и оценкой окружающей среды. Мы считаем, что все эти направления исследований заслуживают дальнейшего изучения».
По материалам AR