„A katapult-berendezésből szabadalom lett!”

Ember nélküli repülőgép-rendszert alkottak az AMORES konzorcium tagjai, köztük a BME VIK és a KJK kutatói.

„Óriási verseny zajlik napjainkban a drónok fejlesztésében, minden kutatócsoport újdonsággal akar megjelenni a piacon” – válaszolta a bme.hu kérdésére Koller István, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék mestertanára és a tavaly lezárult Amores-projekt tanszéki témavezetője. „Sok új eredménnyel gazdagodtunk: ilyen például a kis helyen fel- és leszállni képes repülőgép, a nagy teljesítményű robotpilóta-hardver tartalék robotpilótával, a tartalékolt érzékelő- és energiaellátó rendszerek, az újszerű rádiórendszer, az ún. nemlineáris optimális robotpilóta-szoftver, valamint a több repülőgépet, több földi felhasználót kiszolgáló, több platformon futtatható földi irányító szoftver.”

Az Amores név mozaikszó, az Autonomous Mobile Remote Sensing szavak kezdőbetűiből áll, és a – főként a drónok működtetésével kapcsolatos – autonóm mobil távérzékelésre utal. A projekt pontos címe „Mobil robotikai technológiák kutatása-fejlesztése” volt, a kutatások 2013 és 2015 között zajlottak, anyagi hátterüket a közép-magyarországi régió számára kiírt kormánytámogatás (KMR-12) biztosította. „Célunk egy komplett, ember nélküli repülőgép-rendszer megalkotása volt” – emlékezett Koller István. „Ez azt jelenti, hogy nemcsak magát a repülő eszközt, hanem az elektronikus egységeket, a földi irányítóállomást, a levegőben lévő elektronikus rendszereket és a rajtuk futó összes szoftvert kellett megalkotnunk.”

A kutatási program három résztvevője, az Óbudai Egyetem, a Bizalom Zrt., valamint a BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszéke konzorcium keretében egyesítette erőit. Turóczi Antal, az Óbudai Egyetem kutatója projektvezető volt: ebben az intézményben nagy hagyománya van a földi irányítóállomás-szoftverek, robotpilóta-algoritmusok gyakorlati alkalmazásának. A Bizalom Zrt. az üzleti szférát képviselte. Az alkalmi társulás harmadik tagja, a BME Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszéke mellett a BME Vasúti Járművek és Repülőgépek repülőmérnökei, valamint informatikusok is segítették a konzorciumi munkát.

„A mi tanszékünk a hardverekért és a szoftverekért volt felelős” – mesélte Koller István. „A legfontosabb hardver a repülésvezérlő számítógép, ezen fut a vezérlő algoritmus, a robotpilóta szoftver. A piacon kapható ilyen szoftverek és hardverek többségének jellemzője, hogy ún. lineáris szabályozón alapulnak. Ennek előnye, hogy olcsó és segítségével a viszonylag kicsi számítási igényű problémákat lehet megoldani. Hátránya, hogy bizonyos speciális repülési helyzeteket – például a hirtelen jött hátszelet, amely a gép átesését eredményezheti – rosszul kezel. A veszélyes helyzetek kezelésére ún. optimális nemlineáris szabályozóra van szükség: ezt fejlesztette a kutatócsoportunk. Ennek alkalmazása a gép biztonságosabb használatát segíti, mivel egy irányíthatatlan állapotba kerülő repülő nemcsak magában, hanem lezuhanva környezetében is nagy kárt okozhat. A nemlineáris optimális szabályzó segítségével ráadásul bonyolult repülési manővereket is megbízhatóan hajthatunk végre: ilyen például az orsó, az ún. mezőgazdasági forduló, vagy a háton repülés."

„Két újdonságot alkottunk: egy navigációs algoritmust, amely a repülő szenzorainak jelét optimálisan mintavételezi és szűri, így tudjuk pontosan becsülni a repülőgép mozgásállapotát és követni a megfelelő útvonalat” – mesélte Rucz Péter, a tanszék tudományos segédmunkatársa, a szabályozó algoritmusait fejlesztő kisebb kutatócsoport tagja. „A másik a már említett nemlineáris szabályozó rendszer. A gépész kollégákkal szorosan együtt dolgozva a robotrepülőgépek precíz dinamikai modelljét magába foglaló komplex irányítóalgoritmust fejlesztettünk ki, amely nagy számításigénye mellett a fedélzeti elektronikai platformon is képes működni.”

A rendszer biztonságos működése kiemelten fontos cél volt. Minden eszközből tartalékot is beépítettek: például két GPS és két, a repülőgép sebességét mérő Pitot-cső található a konstrukción, a tartalék vészrobotpilóta pedig akkor lép működésbe, ha a „nagy” rendszer nem működik, és így vissza kell szállítani a gépet. „Fontosnak találtuk, hogy ne csak az elektronikus rendszerek, hanem a sárkányszerkezet is biztonságos legyen” – hangsúlyozta Gáti Balázs docens, a Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar Vasúti Járművek, Repülőgépek és Hajók Tanszék docense, a Pilóta nélküli légijárművek munkacsoport vezetője (a csoport munkájáról készült korábbi interjúnk itt olvasható – a szerk.) „Mindent megkettőztünk a repülőben is, a motort és a kormányfelületet egyaránt. A boltban megvásárolható, hobbi célú drónok a teljes üzemidő alatt a földön vezérlő pilóta közelében maradnak. Az általunk fejlesztett professzionális rendszernél a hosszabb üzemidő nagyobb távolságot, egyúttal nagyobb biztonságot igényel.”

A kutatók által kifejlesztett rendszer különlegessége a gyors átalakíthatóság többféle használathoz: a sárkányszerkezetre illeszthető a cserélhető gondola vagy konténer, amely a repülő által használt eszközt tartalmazza. Ez lehet kamera, fényképezőgép, füst- vagy vegyianyag-érzékelő szenzor, de mezőgazdasági ellenanyagok kijuttatását is végezték már. A megfelelő eszköz gyors felcsatolhatósága rendkívül rugalmas alkalmazási lehetőségeket kínál.

Az egyik cserélhető eszköz: a HD kamera. A kifejlesztett hardver és szoftverrendszer az általa rögzített képet tömöríti, így az nagy távolságra juttatható el. A földről a kamera mozgatható.

„A ’pilóta nélküli repülő’ elnevezést a repülős szakemberek nem szeretik, helyesebb elnevezés a ’remote pilot’, tehát távolról vezetett repülő” – hangsúlyozta Belső Zoltán, a szoftvereket fejlesztő csapat feje. Az általuk kialakított földi állomás (GCS, Ground Control Station) kijelzője – hasonlóan a többi drónvezérlő-állomáshoz – térképnézetet, műszerfal-nézetet, valamint egyéb kiegészítőket kínál használójának. Ennek segítségével tervezhetik meg a repülési pályát, azaz, hogy a gép honnan hová, milyen közbeeső állomások közbeiktatásával tartson. Egyik különlegessége a csoport által fejlesztett GCS-nek, hogy az eszköz – például a kamera – adatait automatikusan, szinkronban rögzíti a telemetriai adatokkal, így pontosan visszakereshető, hogy egy hasznos adat hol és mikor készült.

„A valóságban a repülési tervet egy rádióval töltjük fel a gépre, de készítettünk egy szimulátort is, amely a GCS tesztelésére használható. Ebben tesztelhetjük – többek között – a repülőgép és a multikopter eltérő jellegű pályakövetésekor fellépő jelenségeket. Mivel a kétféle gép különböző technikával fordul meg, vagy változtat irányt – a multikopter ekkor ’megáll’ a levegőben, a repülőnek pedig tartania kell egy minimális sebességet, így hurkot ír le – ezek vezérlése eltérő feladatot jelent a földi állomás számára. Földi irányítószoftverünk több platformon is működik, illetve képes több felhasználó és több repülőgép egyidejű kiszolgálására, így akár egy androidos telefonnal is követhetünk egy missziót.”

„Az Amores projekt többféle feladat megvalósítására adott alkalmat: mi állítottuk elő a repülőgép és a multikopter repülésének matematikai modelljét a szabályzó tervezéséhez” – idézte fel Gáti Balázs. „Ez egy nagyon részletes, különleges repülési helyzetekre írott modell volt.  Emellett megterveztük és legyártottuk a repülőgépeket, amelyeket azóta is folyamatosan üzemeltetünk. Valamint néhány infrastrukturális gépészeti fejlesztést is megvalósítottunk: ezek egyike a gépek mozgását követő antennaforgató. A teljesen új elven működő, egy autó tömegét felhasználó katapult-berendezésből pedig szabadalom lett.”

AVTO-01 Launcher from AMORESRobotics on Vimeo.

HA - TJ

Fotó: Takács Ildikó