Cистема угловой стабилизации телевизионной камеры БЛА»

В современном мире беспилотные летательные аппараты, такие как квадракоптеры, получают все большую популярность и широко применяются в различных сферах, включая аэрофотосъемку, видеосъемку, поиск и спасательные операции, а также развлекательные цели. Одним из ключевых элементов беспилотных летательных аппаратов является телевизионная камера, которая позволяет получать видеоизображения в режиме реального времени. Однако, при полете квадракоптера возникают различные факторы, такие как вибрации и изменение угла наклона, которые могут негативно сказываться на качестве видеозаписи. Для обеспечения стабильного и качественного видеоизображения необходима эффективная система угловой стабилизации телевизионной камеры. Целью данной работы является исследование и разработка системы угловой стабилизации для телевизионной камеры, установленной на беспилотном квадракоптере. Основными задачами работы являются анализ существующих систем угловой стабилизации, изучение принципов работы и технических характеристик телевизионных камер, а также разработка и тестирование эффективного алгоритма компенсации движения и угловой стабилизации. В результате успешного выполнения данной работы ожидается получение прототипа системы угловой стабилизации, которая позволит обеспечить стабильную и качественную передачу видеоизображения с беспилотного квадракоптера. Это может применяться в различных сферах, включая аэрофотосъемку, видеосъемку с воздуха и другие приложения, где точность и стабильность видеоизображения играют важную роль. Данная работа имеет актуальность и практическую значимость, так как способствует развитию и совершенствованию технологий беспилотных летательных аппаратов и расширению их применения в различных областях деятельности..

---

Work5 — компания, которая оказывает помощь студентам решение задач также входит в список услуг, которые вам могут оказать.

---

В данном дипломном проекте была разработана система угловой ста-билизации для телевизионной камеры на беспилотном летательном аппарате (квадрокоптере). Главной целью проекта было обеспечение стабильной платформы для камеры, что позволяет получать качественные и сглаженные видеозаписи во время полета. В ходе выполнения работы был проведен обзор литературы, в кото-ром были рассмотрены основные понятия и определения, а также проанали-зировано современное состояние систем угловой стабилизации в беспилот-ных летательных аппаратах. Были изучены существующие решения, их пре-имущества и недостатки, а также описаны применяемые технологии и компо-ненты. На основе требований, определенных во второй главе, была проведена разработка системы угловой стабилизации. Был выбран метод стабилизации, основанный на использовании гироскопов, акселерометров и компасов для измерения ориентации и скорости вращения квадрокоптера. Расчет и выбор компонентов системы были осуществлены с учетом требований к точности, надежности, безопасности и энергоэффективности. Разработанная схема системы угловой стабилизации была подвергнута моделированию и анализу работы. С использованием симуляционного про-граммного обеспечения было проведено моделирование работы системы, что позволило оценить ее эффективность и корректность работы в различных условиях. В результате анализа были выявлены улучшения и оптимизации, которые могут быть внесены в систему. В заключении можно отметить, что разработанная система угловой стабилизации для телевизионной камеры на квадрокоптере позволяет до-стичь высокой степени стабильности и точности при съемке во время полета. Она обладает необходимыми функциональными свойствами, отвечает требо-ваниям к точности стабилизации, надежности и безопасности. Процесс моде-лирования и анализа работы системы позволил выявить потенциальные улучшения и оптимизации, которые могут быть внедрены в дальнейшем. Данный дипломный проект представляет важную практическую цен-ность и может быть использован в индустрии беспилотных летательных ап-паратов для разработки и улучшения систем угловой стабилизации и обес-печения качественной съемки во время полета телевизионных камер.

Khan, L.U.; Yaqoob, I.; Imran, M.; Han, Z.; Hong, C.S.: 6G wireless systems: a vision, architectural elements, and future directions. IEEE Access 8, 147029-147044 (2020) Aggarwal, S., Kumar, N.: Path planning techniques for unmanned aerial vehicles: a review, solutions, and challenges. Comput. Commun., 270-99 (2020) UBM [Internet]. http://www.ubm.com/. Federal Aviation Administration (FAA). (2016) Aviation forecasts. [Online]. http://www.faa.gov/data research/aviation/. Ullah, Z.; Al-Turjman, F.; Mostarda, L.; Gagliardi, R.: Applications of artificial intelligence and machine learning in smart cities. Comput. Commun. 154, 313-323 (2020) Song, Q.; Zeng, Y.; Xu, J.; Jin, S.: A survey of prototype and experiment for UAV communications. Sci. China Inf. Sci. 64(4), 1-21 (2021) Jimenez-Cano, A. E., Braga, J., Heredia, G., & Ollero, A.: Aerial manipulator for structure inspection by contact frоm the underside. In: 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots And Systems (IROS), IEEE. 1879-1884 (2021) Lee, D., & Ha, C.: Mechanics and control of quadrotors for tool operation. In: Dynamic Systems and Control Conference, American Society of Mechanical Engineers. 177-184 (2012) Ejaz, W.; Ahmed, A.; Mushtaq, A.; Ibnkahla, M.: Energy-efficient task scheduling and physiological assessment in disaster management using UAV-assisted networks. Comput. Commun. 155, 150-157 (2020) Azmat, M.; Kummer, S.: Potential applications of unmanned ground and aerial vehicles to mitigate challenges of transport and logistics-related critical success factors in the humanitarian supply chain. Asian J. Sustain. Soc. Responsibility 5(1), 1-22 (2020) Li, B.; Fei, Z.; Zhang, Y.: UAV communications for 5G and beyond: recent advances and future trends. IEEE Internet Things J. 6(2), 2241-2263 (2018) Unmanned Aerial Vehicle. [Online]. https://en.wikipedia. Org/wiki/Unmanned aerial vehicle. J. M. Hilkert, "Inertially stabilized platform technology: concepts and principles," IEEE Control Systems Magazine, vol. 28, no. 1, pp. 26-46, 2008. M. K. Masten, "Inertially stabilized platforms for optical imaging systems," IEEE Control Systems Magazine, vol. 28, no. 1, pp. 47-64, 2008. D. Debruin, "Control systems for mobile satcom antennas," IEEE Control Systems Magazine, vol. 28, no. 1, pp. 86-101, 2008. H. G. Wang and T. C. Williams, "Strategic inertial navigation systems-high-accuracy inertially stabilized platforms for hostile environments," IEEE Control Systems Magazine, vol. 28, no. 1, pp. 65-85, 2008. Lim, H.; Park, J.; Lee, D.; Kim, H.J.: Build your own quadrotor: Open-source projects on unmanned aerial vehicles. IEEE Robot. Autom. Mag. 19(3), 33-45 (2012) K. Zhou and J. Doyle, Essentials of Robust Control, Prentice Hall, New Jersey, NJ, USA, 1999. S. Skogestad and I. Postlethwaite, Multivariable Feedback Control, John Wiley & Sons, New York, NY, USA, 2001. D. W. Gu, P. H. Petkov, and M. M. Konstantinov, Robust Control Design with MATLAB, Springer, London, UK, 2005. Petritoli, E.; Leccese, F.; Ciani, L. Reliability Degradation, Preventive and Corrective Maintenance of UAV Systems. In Proceedings of the 2018 5th IEEE International Workshop on Metrology for AeroSpace (MetroAeroSpace), Rome, Italy, 20-22 June 2018; pp. 430-434. Hobbs, A.; Herwitz, S. Human Challenges in the Maintenance of Unmanned Aircraft Systems; Interim Report to FAA and NASA; NASA: Moffett Field, CA, USA, May 2006. H. Kang, H. Li, J. Zhang, X. Lu, and B. Benes, "FlyCam: Multitouch gesture controlled drone gimbal photography," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 3, no. 4, pp. 3717-3724, Oct. 2018. A. Tagliabue, M. Kamel, R. Siegwart, and J. Nieto, "Robust collaborative object transportation using multiple MAVs," Int. J. Robot. Res., vol. 38, no. 9 , pp. 1020-1044, Aug. 2019. R. Bähnemann, D. Schindler, M. Kamel, R. Siegwart, and J. Nieto, "A decentralized multi-agent unmanned aerial system to search, pick up, and relocate objects," in Proc. IEEE Int. Symp. Saf., Secur. Rescue Robot. (SSRR), Oct. 2017, pp. 123-128. Y. Wu, Y. Qin, Z. Wang, and L. Jia, "A UAV-based visual inspection method for rail surface defects," Appl. Sci., vol. 8, no. 7, p. 1028, Jun. 2018. Y. Chen, S. Huang, and R. Fitch, "Active SLAM for mobile robots with area coverage and obstacle avoidance," IEEE/ASME Trans. Mechatronics, vol. 25, no. 3, pp. 1182-1192, Jun. 2020. K. Karydis and V. Kumar, "Energetics in robotic flight at small scales," Interface Focus, vol. 7, no. 1, Feb. 2017, Art. no. 20160088. S. Driessens and P. Pounds, "The triangular quadrotor: A more efficient quadrotor configuration," IEEE Trans. Robot., vol. 31, no. 6, pp. 1-10, Oct. 2015. C. Holda, B. Ghalamchi, and M. W. Mueller, "Tilting multicopter rotors for increased power efficiency and yaw authority," in Proc. Int. Conf. Unmanned Aircr. Syst. (ICUAS), Jun. 2018, pp. 143-148. A. Kalantari and M. Spenko, "Modeling and performance assessment of the HyTAQ, a hybrid Terrestrial/Aerial quadrotor," IEEE Trans. Robot., vol. 30, no. 5, pp. 1278-1285, Oct. 2014. A. Tagliabue, S. Schneider, M. Pavone, and A.-A. Agha-Mohammadi, "Shapeshifter: A multi-agent, multi-modal robotic platform for exploration of Titan," in Proc. IEEE Aerosp. Conf., Mar. 2020, pp. 1-13. H. T. Arat and M. G. Sürer, "Experimental investigation of fuel cell usage on an air vehicle's hybrid propulsion system," Int. J. Hydrogen Energy, vol. 45, no. 49, pp. 26370-26378, Oct. 2020. K. P. Jain and M. W. Mueller, "Flying batteries: In-flight battery switching to increase multirotor flight time," in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Automat. (ICRA), May 2020, pp. 3510-3516. F. Morbidi, R. Cano, and D. Lara, "Minimum-energy path generation for a quadrotor UAV," in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Automat. (ICRA), May 2016, pp. 1492-1498. F. Morbidi and D. Pisarski, "Practical and accurate generation of energyoptimal trajectories for a planar quadrotor," in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom. (ICRA), May 2021, pp. 355-361. N. Bezzo, K. Mohta, C. Nowzari, I. Lee, V. Kumar, and G. Pappas, "Online planning for energy-efficient and disturbance-aware UAV operations,' in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst. (IROS), Oct. 2016, pp. 5027-5033. C. Di Franco and G. Buttazzo, "Energy-aware coverage path planning of UAVs," in Proc. IEEE Int. Conf. Auto. Robot Syst. Competitions, Apr. 2015, pp. 111-117. T. M. Cabreira, C. D. Franco, P. R. Ferreira, and G. C. Buttazzo, "Energy-aware spiral coverage path planning for UAV photogrammetric applications," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 3, no. 4, pp. 3662-3668, Oct. 2018. C. Ampatis and E. Papadopoulos, "Parametric design and optimization of multi-rotor aerial vehicles," in Applications of Mathematics and Informatics in Science and Engineering. New York, NY, USA: Springer, 2014, pp. 1-25. N. Michel, A. K. Sinha, Z. Kong, and X. Lin, "Multiphysical modeling of energy dynamics for multirotor unmanned aerial vehicles," in Proc. Int. Conf. Unmanned Aircr. Syst. (ICUAS), Jun. 2019, pp. 738-747. G. J. Leishman, Principles of Helicopter Aerodynamics. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2006. D. Hong, S. Lee, Y. H. Cho, D. Baek, J. Kim, and N. Chang, "Leastenergy path planning with building accurate power consumption model of rotary unmanned aerial vehicle," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 69 , no. 12, pp. 14803-14817, Dec. 2020. P. Bouffard, A. Aswani, and C. Tomlin, "Learning-based model predictive control on a quadrotor: Onboard implementation and experimental results," in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., May 2012, pp. 279-284. G. Torrente, E. Kaufmann, P. Fohn, and D. Scaramuzza, "Datadriven MPC for quadrotors," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 6, no. 2, pp. 3769-3776, Apr. 2021. Y. Tan, W. H. Moase, C. Manzie, D. Nesic, and I. M. Y. Mareels, "Extremum seeking frоm 1922 to 2010," in Proc. 29th Chin. Control Conf., Jul. 2010, pp. 14-26. K. Hashimoto, S. Hara, and M. Fujita, "Two-dimensional aerial manipulation by a quadrotor using visual servoing with delay compensation," IEEE Robot. Autom. Lett., vol. 3, no. 4, pp. 3725-3732, Oct. 2018. Overview of Military Drones Used By the UK Armed Forces; House of Commons Library: London, UK, 2015 . Bhamidipati, K.K.; Uhlig, D.; Neogi, N. Engineering Safety and Reliability into UAV Systems: Mitigating the Ground Impact Hazard; University of Illinois, Urbana-Champaign: Urbana, IL, USA, August 2007; Volume 61822. Austin, R. Unmanned Aircraft Systems; Wiley: Hoboken, NJ, USA, May 2010; ISBN 978-0-470-05819-0. US Department of Defence. Electronic Reliability Design Handbook; Technical Report, MIL-HDBK-338B; US Department of Defence: Washington, DC, USA, 1998. Miller, J.A.; Minear, P.D.; Niessner, A.F.; DeLullo, A.M.; Geiger, B.R.; Long, L.N.; Horn, J.F. Intelligent Unmanned Air Vehicle Flight Systems. In Proceedings of the AIAA 2005-7081 Infotech@Aerospace Conference, Arlington, VA, USA, 3-5 September 2005. Schmidt, J.; Parker, R. Development of A UAV Mishap Human Factors Database. In Proceedings of the Unmanned Systems 1995 Proceedings, Washington, DC, USA, 10-12 July 1995. Ballenger, K. Unmanned Aircraft Systems-General Overview. In Proceedings of the Presented to American Institute of Aeronautics and Astronautics, San Diego, CA, USA, 26-28 March 2013. Paggi, R.; Mariotti, G.L.; Paggi, A.; Leccese, F. Optimization of Availability Operation via simulated Prognostics. In Proceedings of the Metrology for Aerospace, 2nd IEEE International Workshop, Benevento, Italy, 4-5 June 2015; pp. 44-48, ISBN 978-1-4799-7568-6. Clough, B.T. Unmanned Aerial Vehicles: Autonomous Control Challenges, A Researcher's Perspective. J. Aerosp. Comput. Inf. Commun. 2005, 2, 327-347. Department of Defense. MIL-HDBK-217/F2 Reliability Prediction of Electronic Equipment; Department of Defense: Washington, DC, USA, 1995 De Francesco, E.; De Francesco, R. The CoDeF structure: A way to evaluate Ai including failures caused by multiple minor degradations. In Proceedings of the 2nd IEEE International Workshop Metrology for Aerospace, Benevento, Italy, 3-5 June 2015. Weibel, R.; Hansman, R.J. Safety Considerations for Operation of Different Classes of UAVs in the NAS. In Proceedings of the AIAA 3rd "Unmanned Unlimited" Technical Conference, Workshop and Exhibit, Infotech@Aerospace Conferences, Chicago, IL, USA, 20-23 September 2004. Peroni, M.; Dolce, F.; Kingston, J.; Palla, C.; Fanfani, A.; Leccese, F. Reliability study for LEO satellites to assist the selеction of end of life disposal methods. In Proceedings of the 3rd IEEE International Workshop on Metrology for Aerospace, MetroAeroSpace 2016-Proceedings, Florence, Italy, 21-23 June 2016; pp. 141-145. Kabir, A.; Bailey, C.; Lu, H.; Stoyanov, S. A review of data-driven prognostics in power electronics. In Proceedings of the 35th International Spring Seminar on Electronics Technology, Bad Aussee, Austria, 9-13 May 2012; pp. 189-192. Heywood, J.B.; Sher, E. The Two-Stroke Cycle Engine: Its Development, Operation, and Design; Society of Automotive Engineers, Inc.: Warrendale, PA, USA, 1999. USAF Judge Advocate General's Corps. USAF Accident Investigation Board Reports. Available online: http:/ / usaf.aib.law.af.mil/ (accessed on 1 July 2008). US Department of Defense. Reliability Prediction of Electronic Components; Technical Report, MIL-HDBK-217/F2; Department of Defense: Washington, DC, USA, 1991. Smith, G.; Schroeder, J.B.; Navarro, S.; Haldeman, D. Development of a prognostics and health management capability for the Joint Strike Fighter. In Proceedings of the 1997 IEEE Autotestcon Proceedings AUTOTESTCON '97, IEEE Systems Readiness Technology Conference. Systems Readiness Supporting Global Needs and Awareness in the 21st Century, Anaheim, CA, USA, 22-25 September 1997; pp. 676-682. Murtha, J.F. An Evidence Theoretical Approach to Design of Reliable Low-Cost UAV's. Master's Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, USA, 2009.