Квадрокоптер с ультразвуком. Сенсоры MaxSonar для летательных аппаратов

А помните, как в далёком детстве мы запускали игрушечные вертолёты, чей винт раскручивался с помощью катушки на рукоятке? Вертолёт взлетал вверх, а когда энергия вращения винта иссякала, он плавно спускался вниз… Времена изменились, а вместе с ними меняются и игрушки. Сегодня уже никого не удивишь радиоуправляемым самолётом или вертолётом. Они, правда, так и остались игрушками (единственным более-менее распространённым примером «серьёзного» применения радиоуправляемых самолётов можно считать армейские разведывательные беспилотные дроны), чего не скажешь о появившихся сравнительно недавно летательных аппаратах (ЛА) с несколькими несущими винтами (чаще всего их четыре). Их популярность обусловлена простотой конструкции: в отличие от самолётов с рулями высоты и направления и вертолётов с автоматом перекоса несущего винта, квадрокоптерам не нужны никакие органы управления – все манёвры выполняются путём изменения скоростей вращения винтов. Тонкое управление моторами – задача, невозможная для поршневых и турбореактивных двигателей «классических» воздушных судов, но несложная для современных бесколлекторных моторов и электронных систем управления. Уже пройден этап, когда электронное устройство стало дешевле механического; поэтому квадрокоптеры с электронной системой управления стали чрезвычайно популярными среди как любителей технических игрушек, так и людей, чьи профессии не связаны напрямую с техникой такого рода. Например, квадрокоптеры используют фотографы и видеооператоры, устанавливая на них камеры и делая эффектные кадры с воздуха.

Следующим логичным шагом должен стать переход от радиоуправляемого ЛА к автономному летающему роботу. И, как и всем прочим роботам, ему потребуются органы чувств. С задачей определения координат справится система спутниковой навигации, однако её точности недостаточно для мягкой посадки. Поэтому самым главным датчиком, обеспечивающим безопасное приземление нашего летающего робота, станет альтиметр, или попросту высотомер.

В «большой» авиации традиционно применялись барометрические альтиметры, измеряющие (как ни странно это звучит) не высоту, а давление. Высота полёта определялась как разница между давлением на земле и в воздухе. Стоит ли говорить, что такие приборы не отличались высокой точностью. Точность радиовысотомеров – по сути своей радиочастотных дальномеров – гораздо выше, однако СВЧ-устройства сложны и дороги для широкого применения в массовой летающей технике. Кроме этого, каждый лишний грамм веса снижает время автономного полёта, поэтому все узлы квадрокоптеров должны быть как можно более лёгкими.

Задача выбора системы измерения высоты полёта для нашего роботизированного квадрокоптера была бы непростой, если бы её решением не озаботились инженеры компании MaxBotix. Специализирующаяся на разработке и производстве ультразвуковых дальномеров, компания MaxBotix предлагает множество решений для самых разных применений, в том числе и для летательных аппаратов. Ультразвуковые дальномеры MaxSonar (Рис. 1, 2) недороги, надёжны, устойчивы к воздействиям окружающей среды (это касается защищённых моделей), малы в размерах и легки (вес датчиков MaxSonar – от 6 г, см. таблицу). Недостаток у ультразвуковых дальномеров лишь один: невысокая (примерно до 10 м) дальность действия. Однако для применения в качестве посадочного высотомера он несущественен.

В ассортименте продукции MaxBotix для беспилотных ЛА имеются датчики с различными интерфейсами и защищённые от внешних воздействий. Благодаря автоматическому режиму работы управлять ими не требуется – достаточно лишь периодически считывать данные из регистров устройства. А благодаря аналоговому выходу на основе дальномеров MaxBotix можно конструировать и простые системы порогового определения высоты.

Рис. 1. Ультразвуковой датчик MaxSonar серии MB12xx.		Рис. 2. Защищённый датчик MaxSonar серии I2CXL-WR.

Сенсоры MaxSonar для летательных аппаратов

Посмотреть подробные характеристики сенсоров MaxSonar