Κατασκευή και έλεγχος ιπτάμενης ρομποτικής πλατφόρμας με την χρήση αδρανειακής πληροφορίας και όρασης

Transcript

1

2 Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης Επιβλέπων :Αναπληρωτής Καθηγητής Αντώνιος Γαστεράτος Κατασκευή και έλεγχος ιπτάμενης ρομποτικής πλατφόρμας με την χρήση αδρανειακής πληροφορίας και όρασης Διπλωματική εργασία Πλουμπής Στυλιανός Αρ.Μητρώου 794 Ξάνθη, Οκτώβριος 2013

3

4 Αφιερωμένο στους γονείς μου, Αριστείδη και Χρυσάνθη, καιστηναδελφήμου, Αθηνά.

5

6 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία συντάχθηκε προς την απόκτηση του διπλώματος Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης στα πλαίσια των υποχρεώσεων των τελειόφοιτων σπουδαστών του τμήματος Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης της Πολυτεχνικής Σχολής του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης. Η ρομποτική είναι ο σύγχρονος τεχνολογικός κλάδος της αυτοματοποίησης, που έχει ως αντικείμενο τη μελέτη, το σχεδιασμό και τη λειτουργία των ρομπότ, καθώς και την έρευνα για την περαιτέρω ανάπτυξή τους. Σύμφωνα με τον ορισμό του Ινστιτούτου Ρομπότ των ΗΠΑ, ρομπότ είναι μια επαναπρογραμματιζόμενη πολυλειτουργική χειριστική διάταξη, σχεδιασμένη για τη μετακίνηση υλικών, εξαρτημάτων, εργαλείων και εξειδικευμένων διατάξεων, μέσω μεταβλητών, προγραμματισμένων κινήσεων για την εκτέλεση μιας σειράς εργασιών. Αυτή η διπλωματική εργασία εστιάζει σε ένα συγκεκριμένο κομμάτι της ρομποτικής που είναι τα μη επανδρωμένα εναέρια σκάφη τα λεγόμενα UAVs (Unmanned Areal Vehicles). Τα τελευταία χρόνια υπάρχει ένα έντονο ενδιαφέρον προς αυτόν τον κλάδο για ποικίλους λόγους. Για παράδειγμα ένα ρομποτικό σύστημα μπορεί να λύσει το πρόβλημα των επιθεωρήσεων στους λέβητες των εργοστάσιων, μετά από κάποιο ατύχημα ή διαρροή. Ενα καθήκον που μέχρι σήμερα θέτει σε κίνδυνο ανθρώπινες ζωές. Επίσης τα ιπτάμενα ρομπότ μπορούν να συλλέγουν μικρά αντικείμενα και να φέρουν αισθητήρες υπερήχων, για να βλέπουν πίσω από τοιχώματα. Παράλληλα, διαθέτουν αυτοματοποιημένες λειτουργίες, που απλοποιούν το έργο του χειριστή, ο οποίος δεν χρειάζεται εξειδικευμένες γνώσεις για να μάθει τη λειτουργία του μηχανισμού. Στο άμεσο μέλλον, η τελειοποίηση της τεχνολογίας των ιπτάμενων ρομπότ αναμένεται να διευκολύνει τη ζωή του ανθρώπου, καθιστώντας πολλές εργασίες ευκολότερες και ασφαλέστερες. Επιπροσθέτως αυτή η διπλωματική εργασία δεν ασχολείται μόνο με αυτόν τον τομέα αλλά συνδυάζει την ρομποτική με την όραση μηχανής. Η μηχανική όραση είναι το κύριο αισθητήριο που μπορεί να αποτυπώσει και να δώσει έναν τύπο ανάδρασης στο ρομπότ για την θέση του, για το τι έχει μπροστά του αλλά και για το πως να σχεδιάσει της επόμενες λειτουργίες του βάσει του μηχανικού οπτικού ερεθίσματος. Ακριβέστερα, το έργο μας βασίζεται στην θεωρία της μηχανικής στερεοσκοπικής όρασης όπου το σύστημα, μέσω μιας στερεοσκοπικής κάμερας, μπορεί να απεικονίσει τον χώρο σε τρεις διαστάσεις. Τέλος, ο συνδυασμός των προαναφερθέντων κλάδων κρίνεται σχεδόν απαραίτητος για την αυτόνομη πλοήγηση ενός ρομποτικού συστήματος στον χώρο καθώς και για την εξακρίβωση της τοποθεσίας του σε ένα πολυπαραμετρικό περιβάλλον.

7

8 Ευχαριστίες Οφείλω να ευχαριστήσω θερμότατα για την πολύτιμη βοήθεια που μου πρόσφεραν στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας: Τον κ. Αντώνιο Γαστεράτο, αναπληρωτή καθηγητή του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης και επιβλέποντα της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τον διδάκτορα κ. Άγγελο Αμανατιάδη, για τον καθοριστικό ρόλο που έπαιξε στην εξέλιξη της πορείας μου καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου καθώς και για την καθοδήγηση και βοήθεια που μου προσέφερε σε επιστημονικό αλλά και σε προσωπικό επίπεδο. Ηταν, και θα είναι ένας από τους λίγους ανθρώπους που πίστεψαν σε εμένα και με έκαναν να νιώσω ότι μπορώ να καταφέρω πολλά περισσότερα από όσα φαντάζομαι. Τον ευχαριστώ που σε κάθε στιγμή χαράς αλλά και λύπης ήταν εκεί και πότε δεν με άφησε να το βάλω κάτω. Τους υποψήφιους διδάκτορες του εργαστηρίου ρομποτικής Ευάγγελο Μπούκα, Ιωάννη Κωσταβέλη και Κωνσταντίνο Χαραλάμπους που χωρίς την βοήθεια τους θα ήταν αδύνατον να μπορέσω να εκπληρώσω επιτυχώς τους στόχους αυτής της διπλωματικής εργασίας. Τους ευχαριστώ που ήταν εκεί σε κάθε απορία μου αλλά και σε κάθε ενδοιασμό. Τους φίλους μου Ελένη Μερτζίδη και Αλέξιο Κωτσάκη που πέρασαν μαζί μου κάθε αγωνία, κάθε χαρά αλλά και κάθε δυσκολία που είχα, κάνοντας τα πράγματα πιο εύκολα δίνοντας μου έναν τόνο αισιοδοξίας. Η βοήθεια τους θα μου μείνει αξέχαστη. Τελευταίους σε σειρά, αλλά σε καμιά περίπτωση σε σπουδαιότητα, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου που ήταν εκεί σε κάθε μου βήμα όλα αυτά τα χρόνια και που ποτέ δεν σταμάτησαν να πιστεύουν σε έμενα. Χωρίς αυτούς θα ήταν αδύνατον να έχω την θέληση και την πίστη για να πάω πιο ψηλά. Τους ευχαριστώ μέσα από την καρδιά μου.

9

10 Περίληψη Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή μιας ιπτάμενης ρομποτικής πλατφόρμας με τέσσερις έλικες ανύψωσης και η δημιουργία του αντίστοιχου αλγορίθμου για την πλοήγηση και τον έλεγχο της πλατφόρμας. Ο κώδικας για την υλοποίηση αυτού του έργου κατασκευάστηκε στο λειτουργικό σύστημα Robotics Operating System (ROS) σε περιβάλλον Linux. Εκτός από τα συστήματα απογείωσης, προσγείωσης, και ελέγχου της ρομποτικής πλατφόρμας, κατασκευάστηκε επίσης ένας αλγόριθμος για την απεικόνιση της θέσης του πραγματικού ρομπότ στο χώρο. Χρησιμοποιήθηκαν αδρανειακοί αισθητήρες όπως επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια για τον έλεγχο και την πλοήγηση του ρομπότ αλλά και αισθητήρες απόστασης υπερήχων για την ασφαλή προσγείωση και απογείωση της πλατφόρμας. Καθ όλη την διάρκεια της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκαν τα αντίστοιχα πειράματα. Στο δεύτερο κομμάτι αυτής της διπλωματικής εργασίας σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας αλγόριθμος στερεοσκοπικής όρασης για την αυτόνομη πλοήγηση του ιπταμένου ρομπότ. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του αλγορίθμου έγινε στο προγραμματιστικό περιβάλλον του Matlab. Τέλος, υλοποιήθηκαν διάφορες σύγχρονες τεχνικές όπως Markov Chain Models και Particle lters με σκοπό την βέλτιστη απόδοση του αλγορίθμου μηχανικής όρασης. Λέξεις-κλειδιά: Μη Επανδρωμένα Εναέρια Οχήματα, Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου, Αυτόνομη Πλοήγηση, Στερεοσκοπική Οραση, Τεχνητή Νοημοσύνη, Φίλτρα Σωματιδίων

11

12 Abstract "Design and control of a ying robotic platform based on inertial navigation and machine vision information" Thesis submitted to the Department of Production Engineering and Management. School of Engineering, Democritus University of Thrace, Greece, on November 2013 For the degree: Diploma in Production Engineering and Management (Dipl. Eng.) Supervisor: Assoc. Prof. A. Gasteratos The purpose of this thesis was to construct both the hardware and software part of a robotic ying platform with four propellers, which is usually called Quadcopter. The software includes the control algorithm of the robot and the stabilization algorithm during ight. The algorithms have been in implemented in the Robotics Operating System (ROS) in Linux environment. Except the control and stabilization algorithm, we have also constructed an algorithm for the visualization of the position and the inclination of the robot. We utilized both three dimensional accelerometers and gyroscopes for the accurate control and stabilization of the robot and ultrasonic range sensors for the safe landing and take o. Throughout the entire project we constructed the appropriate experiments for the completion of the thesis. In the second part of this thesis we designed and implemented a stereo vision algorithm for the autonomous navigation of unmanned areal vehicles (UAV) as the one mention above. The entire algorithm has been constructed in Matlab environment. Finally, various articial intelligent techniques such as Markov Chains and Particle Filters have been utilized during this research for the optimization of stereo matching results. Keywords: Robotics, Unmanned Areal Vehicles, Stereo Vision, Articial Intelligence, Particle Filters

13

14 Περιεχόμενα Πρόλογος... Ευχαριστίες... Περίληψη... XIII IX XI Μέρος I Ιπτάμενη ρομποτική πλατφόρμα 1 Εισαγωγή Η εποχή των μη επανδρωμένων αεροσκαφών Η έννοια του Quadcopter Η γεωμετρία και η δυναμική του συστήματος Τοσύστημασυντεταγμένων-αναφοράς Οπίνακαςπεριστροφής Τοδυναμικόμοντέλοτουσυστήματος Μάζακαιεπιτάχυνση Ηδύναμητηςβαρύτητας Δύναμηκινητήρα Οπισθέλκουσαδύναμη Εξίσωσηδυνάμεων Ροπέςτουσυστήματος Σύνοψη Αισθητήρες και εξαρτήματα Αισθητήραςμέτρησηςαδρανειακώνμεγεθών Αποστασιόμετρουπερήχων Κινητήρες-μοτέρ Ελικεςκινητήρα Ηλεκτρονικοί ελεγκτές ταχύτητας ΗκεντρικήΜονάδαΕπεξεργασίας Μπαταρία-Κύκλωμαδιανομήςτάσης Σκελετόςκαιβάσηαεροσκάφους... 22

15 XVIII Περιεχόμενα 4 Σύστημα αυτομάτου ελέγχου Σύστημααυτόματουελέγχου-κλειστούβρόγχου Σύστημα αυτομάτου ελέγχου με την χρήση PID ελεγκτή Ελεγκτήςκατακόρυφηςθέσης Ελεγκτής γωνιών φ, θ Ελεγκτής γωνίας ψ Ελεγκτής θέσεων y, x Ρύθμιση κερδών k P,k I,k D Υλοποίηση του μοντέλου σε λειτουργικό σύστημα R.O.S Το λειτουργικό σύστημα R.O.S Ροήδεδομένων Δεδομένααπόκαιπροςτοναπομακρυσμένουπολογιστή Δεδομένααπότουςαισθητήρεςεπιτάχυνσηςκαιυπερήχων Δεδομέναπροςτουςκινητήρες Απεικόνισηκαιαναπαράστασηδεδομένων Γραφικήαπεικόνισηδεδομένων Αναπαράσταση δεδομένων σε περιβάλλον Rviz Σύνοψη Κατασκευή και πειράματα πραγματικού μοντέλου Κατασκευή Πειράματα Πτήσητουαεροσκάφους Μέρος II Αλγόριθμος στερεοσκοπικής όρασης 7 Εισαγωγή στην μηχανική στερεοσκοπική όραση Ηέννοιατηςμηχανικήςστερεοσκοπικήςόρασης Εφαρμογές στερεοσκοπικής όρασης σε μη επανδρωμένα σκάφη Σχετική έρευνα αλγόριθμων στερεοσκοπικής όρασης Προτεινόμενη προσέγγιση αλγορίθμου Φίλτρασωματιδίων Φίλτρασωματιδίωνστηνστερεοσκοπικήόραση Τομοντέλοτοποθεσίας Τομοντέλομετρήσεων Τοδυναμικόμοντέλο Μοντέλο αλυσίδας Μαρκόφ Βελτιστοποίησηαποτελεσμάτων Πειραματικά αποτελέσματα αλγορίθμου... 67

16 Περιεχόμενα XIX Μέρος III Συμπεράσματα διπλωματικής εργασίας 11 Συμπεράσματα και μελλοντική έρευνα Aναφορες... 77

17

18 Κατάλογος Σχημάτων 2.1 Η διάταξη των κινητήρων στο σύστημα συντεταγμένων και η φορά κίνησης τους Η μονάδα αδρανειακών μεγεθών η αλλιώς στην διεθνή ορολογία Inertial measurement Unit (IMU) Ο αισθητήρας υπερήχων SRF08 καιτοεύροςτηςδέσμηςυπερήχων Το μοντελου του κινητρα BL Η έλικα διαστάσεων μμ Η μπροστά και πίσω όψη του ελεγκτή ταχύτητας (ESC) Η μπροστά και πίσω όψη της ηλεκτρονικής πλακέτας (Overo IronStorm Com) Η πλακέτα επέκτασης Tobi Η μπαταριά λιθίου-πολυμερών (LiPo) Ο ελεγκτής τάσης Η πλακέτα διανομής τάσης (Power Distribution Plate) Οσκελετόςκαιηβάσητουαεροσκάφους Το γενικό μοντέλο ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου Το μοντέλο ενός ελεγκτή PID Το διάγραμμα ελέγχου κατακόρυφης της θέσης z d Το διάγραμμα ελέγχου της γωνίας φ Το διάγραμμα ελέγχου της γωνίας ψ Το διάγραμμα ελέγχου της θέσης y Το σχεδιάγραμμα της ροής δεδομένων του Quadcopter Το σχεδιάγραμμα της ροής δεδομένων I2C Οι κατάλληλες βραχυκυκλώσεις για την δήλωση διευθύνσεων στους ελεγκτές ταχύτητας Η γραφική παράσταση των γωνιών roll, pitch, yaw Η γραφική παράσταση των γραμμικών και γωνιακών επιταχύνσεων καθώς και του μαγνητικού πεδίου Το τρισδιάστατο μοντέλο κατασκευασμένο στο AutoCAD Το τρισδιάστατο μοντέλο στο περιβάλλον προσομοίωσης Rviz Η γραφική αναπαράσταση της απόστασης από το έδαφος που αντιλαμβάνεται ο αισθητήραςυπερήχων Τα συστήματα συντεταγμένων του μοντέλου στο περιβάλλον Rviz... 36

19 XXII Κατάλογος Σχημάτων 5.10 Τασυστήματασυντεταγμένωντουμοντέλου Το συνολικό διάγραμμα αρχιτεκτονικής ολόκληρου του ρομποτικού συστήματος Ηκατασκευήπλαισίουκαιητοποθέτησητωνκινητήρων Ητοποθέτησητηςβάσης Ητοποθέτησητηςπλακέταςδιανομήςτάσης Ητοποθέτησητουαισθητήρααδρανειακώνμεγεθών Ητοποθέτησητηςμπαταρίαςκαιτουαισθητήραυπερήχων Τοτελικόμοντέλοτουαεροσκάφους Ο πάγκος δοκιμών για τις γωνίες φ, θ Ηδιάταξητουχώρουπτήσης Η ιπτάμενη ρομποτική πλατφόρμα κατά την διάρκεια πτήσης Η κατασκευή του quadcopter του πανεπιστήμιου ETH για αυτόνομη πλοήγηση βασισμένησεστερεοσκοπικήόραση Η κατασκευή του quadcopter του πανεπιστήμιου MIT για αυτόνομη πλοήγηση βασισμένησεστερεοσκοπικήόραση Η εξαγωγή και η σύνδεση των χαρακτηριστικών βασισμένη στον αλγόριθμο SIFT Η εξαγωγή των σημείων ελέγχου με την μέθοδο των πολλαπλών χαρτών Το μοντέλο των σωματιδιακών φίλτρων και η εξέλιξη των θέσεων του. (Thrun et al., 2001) Τομοντέλοτοποθεσίας Τασημείαελέγχουδυοεικόνων Το μοντέλο μετρήσεων καθώς και τα αντίστοιχα βάρη w (i) t Το Μαρκοβιανό μοντέλο αλυσίδας του αλγορίθμου Η στήλη (α ) απεικονίζει τις αριστερές εικόνες, η στήλη (β ) παρουσιάζει τους χάρτες αληθείας των εικόνων, η στήλη (γ ) απεικονίζει τους χάρτες βάθους του αλγορίθμου και τέλος η στήλη (δ ) απεικονίζει τις περιοχές με λάθος αποτελέσματα Η εξαγωγή των σημείων ελέγχου με την μέθοδο `ORB' Η εξαγωγή των σημείων ελέγχου με την μέθοδο `SIFT' Η ακρίβεια και ο χρόνος εκτέλεσης του αλγορίθμου συναρτήσει της ποσότητας τωνσημείωνέλεγχου Το μέσο ποσοστιαίο σφάλμα (APBP) ανάλογα με τα επίπεδα disparity των εικόνωνγιατιςαντίστοιχεςαλγοριθμικέςμεθόδους... 71

20 Κατάλογος Πινάκων 5.1 Η φορά κίνησης συναρτήσει της συνδεσμολογίας του κινητήρα με τον ελεγκτή ταχύτητας Τα αποτελέσματα του προτεινόμενου αλγορίθμου συγκριτικά με άλλες μεθόδους. 67

21

22 Μέρος I Ιπτάμενη ρομποτική πλατφόρμα

23

24 1 Εισαγωγή 1.1 Η εποχή των μη επανδρωμένων αεροσκαφών Λίγα χρόνια μετά την πρώτη επανδρωμένη πτήση αεροπλάνου ο Δρ.Cooper και ο Elmer Sperry εφηύραν τον πρώτο αυτόματο σταθεροποιητή βασισμένο σε ένα γυροσκόπιο, το οποίο βοηθά ένα αεροσκάφος να πετάει ευθεία σε μια οριζόντια νοητή γραμμή. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιήθηκε για να μετατρέψει ένα αμερικάνικο εκπαιδευτικό αεροσκάφος στο πρώτο τηλεκατευθυνόμενο μη επανδρωμένο όχημα η αλλιώς στην διεθνή ορολογία Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Τα πρώτα UAVs κατασκευάστηκαν και ελέγχθηκαν στις Η.Π.Α κατά την διάρκεια του Α Παγκοσμίου πολέμου αλλά ποτέ δεν χρησιμοποιήθηκαν κατά την διάρκεια μάχης. Κατά την διάρκεια του Β παγκοσμίου πολέμου, η Γερμανία έλαβε ένα σοβαρό πλεονέκτημα και κατέδειξε τις δυνατότητες των UAVs στα πεδία μάχης. Μετά τους δύο πολέμους, ο στρατός αναγνώρισε το δυναμικό των UAVs στη μάχη και άρχισε προγράμματα ανάπτυξης που οδήγησαν λίγες δεκαετίες μετά σε εξελιγμένα μη επανδρωμένα συστήματα όπως αυτά των ΗΠΑ και του Ισραήλ, Predator (General Atomics) και Pioneer (PUAV). Το πρώτο μη επανδρωμένο ελικόπτερο κατασκευάστηκε από τον Enrico Forlanini το Δεν ήταν ενεργά ευσταθές ή κατευθυνόμενο με οποιοδήποτε τρόπο. Μετά τις εξαιρετικές τεχνολογικές εξελίξεις του Β παγκόσμιου πολέμου ήταν δυνατό να κατασκευαστεί ένα πλήρως ελεγχόμενο και ευσταθές μη επανδρωμένο ελικόπτερο. Η αμερικάνικη εταιρεία Gyrodyne ξεκίνησε το περίφημο πρόγραμμα DASH για το ναυτικό και η στρατιωτική αγορά των μη επανδρωμένων ελικοπτέρων έγινε εμφανής. Μια εντατική ερευνητική προσπάθεια αναπτύχθηκε και εντυπωσιακά αποτελέσματα επιτεύχθηκαν οπως το A160 Hummingbird, μακράς αντοχής ελικόπτερο που μπορεί να πετάξει 24 ώρες σε μια ακτίνα χιλιόμετρων. Οι ακαδημαϊκοί ερευνητές έχουν δείξει το ενδιαφέρον τους για την ανάπτυξη των αυτόνομων ελικοπτέρων κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών. Μια εκτεταμένη ερευνητική προσπάθεια που διεξάγεται στην εταιρία VTOL UAV and MAVs απευθύνεται κυρίως προς πολιτικές εφαρμογές όπως η βοήθεια αποτύπωσης τρισδιάστατου χώρου κατά την διάρκεια διασωστικής ε- πιχείρησης, αλλά και προς στρατιωτικές εφαρμογές. Μια καλή επισκόπηση διάφορων εφαρμογών βασισμένες σε μη επανδρωμένα ελικόπτερα κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 90 προτείνεται από τον Eisenbeiss (2004). Το μέλλον των UAVs αντιμετωπίζει πολλές τεχνολογικές προκλήσεις που συχνά χαρακτηρίζονται ως: Χαμηλός Αεροδυναμικός Αριθμός Reynolds Αναλυτικά παραμετροποιημένα μοντέλα

25 4 1 Εισαγωγή Ελαφριά υλικά με υψηλή αντοχή για την κατασκευή τους Στιβαρή πλοήγηση πτήσης και απόλυτος έλεγχος του αεροσκάφους Εξαιρετικά μικρός όγκος ηλεκτρονικών πλοήγησης και ελέγχου 1.2 Η έννοια του Quadcopter Το Quadcopter είναι ένα αεροσκάφος με τέσσερις έλικες που παρέχει κίνηση και περιστροφή και στους τρεις άξονες. Επειδή δεν υπάρχει επίσημος όρος στην ελληνική γλώσσα για τη λέξη αυτή, αλλά και για λόγους συνεννόησης, από δω και στο εξής θα αναφερόμαστε στα οχήματα αυτά με τη διεθνή ορολογία. Οι τέσσερις κινητήρες που κινούν τους έλικες καθορίζουν την κίνηση του αεροσκάφους και συνήθως τοποθετούνται σε σχήμα σταυρού. Το Quadcopter είναι ένα από τα πιο δημοφιλή μη επανδρωμένα αεροσκάφη λόγο κάποιων συγκεκριμένων χαρακτηριστικών. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα του είναι ότι μπορεί να απογειωθεί κατακόρυφα και μπορεί να αιωρείται σε ένα συγκεκριμένο σημείο στον χώρο. Αυτό καθώς και ότι λειτουργεί σε οποιοδήποτε περιβάλλον, καθιστά το Quadcopter χρήσιμο για πολλές εφαρμογές. Ενώ ένα συνηθισμένο ελικόπτερο με δυο κινητήρες ώθησης έχει σχεδόν τις ίδιες ιδιότητες ένα Quadcopter υπερισχύει σε διάφορους τομείς. Το Quadcopter δεν έχει κινούμενα μέρη παρά μόνο τους κινητήρες και τους έλικες τα οποία είναι τοποθετημένα στους δυο σταθερούς άξονες. Αντιθέτως το τυπικό μοντέλο ενός ελικοπτέρου είναι αρκετά πιο σύνθετο ώστε να μπορέσει να δοθεί η σχετική μεταφορική κίνηση. Επίσης το μοντέλο του Quadcopter είναι λιγότερο επιρρεπή σε κραδασμούς κατά την διάρκεια της πτήσης αλλά και περισσότερο ευσταθές επειδή το κέντρο βάρους του βρίσκεται στην τομή των αξόνων. Ακόμα είναι ευκολότερο, λόγω του μικρού μεγέθους να καλυφτούν οι έλικες, ώστε να μπορέσει να είναι ασφαλές για πτήσεις σε εσωτερικούς χώρους. Οπως προαναφέρθηκε νωρίτερα, το μοντέλο ενός Quadcopter δεν περιλαμβάνει κινούμενα μέρη. Οι κινητήρες και οι έλικες είναι τοποθετημένοι πάνω στα τέσσερα άκρα της ατράκτου. Αυτή η σχεδίαση προσφέρει στο εναέριο όχημα μια ενδιαφέρουσα δυναμική. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί μια πλευρική κίνηση του οχήματος χρειάζεται να γείρει στο σύνολο η άτρακτος του αεροσκάφους. Για να υπάρξει λοιπόν μια τέτοια μορφή κίνησης θα πρέπει να υπάρξει η αντίστοιχη κλίση στο συγκεκριμένο άξονα. Για να αλλάξει η ροπή της κίνησης θα πρέπει είτε και οι δυο κινητήρες που βρίσκονται στον συγκεκριμένο άξονα να αυξήσουν και να μειώσουν αντίστοιχα τις ταχύτητες τους ή απλά ο ένας να έχει συγκριτικά μεγαλύτερη ταχύτητα από τον άλλον. Αν ένας μόνο κινητήρας αλλάξει την ταχύτητα του τότε θα προκληθεί μια ανισορροπία συνολικών ροπών στο σύστημα και θα υπάρξει μια τυχαία περιστροφή του συστήματος γύρω από τον κάθετο άξονα Ζ του συστήματος συντεταγμένων Β. Για να αντισταθμιστεί αυτή η διαφορά και να επανέρθει το σύστημα σε απόλυτη ισορροπία θα πρέπει οι υπόλοιποι κινητήρες να αυξήσουν ή να μειώσουν την ταχύτητά τους ανάλογα. Για αυτό τον λόγο οι κινητήρες οι οποίοι κινούν τους έλικες τους με την ίδια φορά είναι αντιδιαμετρικά τοποθετημένοι στους άξονες. Αν οι κινητήρες γυρνούσαν με διαφορετική φορά τότε το σύστημα δεν θα μπορούσε να ρυθμίσει την κλίση ή την περιστροφή γύρω από τον κάθετο άξονα του συστήματος. Σε αντίθεση με το συμβατικό ελικόπτερο, το Quadcopter δεν έχει κινητήρα ουράς για να βοηθήσει στον έλεγχο τις περιστροφής του Ζ άξονα αλλά βασίζεται στις δυνάμεις ροπής που δημιουργούνται μεταξύ των κινητήρων. Επομένως, αφού το Quadcopter έχει τέσσερις κινητήρες,

26 1.2 Η έννοια του Quadcopter 5 οι δυο από αυτούς περιστρέφονται με βάση την φορά του ρολογιού και οι άλλοι δυο κινητήρες αντιωρολογιακά. Η ορμή του συστήματος θα παραμείνει σταθερή και δεν θα έχουμε καμία περιστροφή περί του κεντρικού κάθετου άξονα.

27

28 2 Η γεωμετρία και η δυναμική του συστήματος Σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφεται η γεωμετρία των συστημάτων αναφοράς αλλά και η δυναμική του συστήματος. Το κεφάλαιο αυτό καθορίζει επίσης την θέση των κινητήρων και την κατεύθυνση περιστροφής που δημιουργείται από την δυναμική του συστήματος. 2.1 Το σύστημα συντεταγμένων-αναφοράς Οταν ένα Quadcopter πλοηγείται στον τρισδιάστατο χώρο υπάρχουν δυο διαφορετικά, ξεχωριστά συστήματα αναφοράς. Το ένα που είναι προσκολλημένο στην άτρακτο του αεροσκάφους συμβολίζεται με b, και επηρεάζεται από την ροπή που προκαλούν οι κινητήρες του αεροσκάφους. Το άλλο συστήματα συντεταγμένων, το οποίο συμβολίζεται με το αγγλικό γράμμα n, είναιτο σύστημα στο οποίο βασιζόμαστε για την πλοήγησή του αεροσκάφους και στο οποίο ενεργεί η δύναμη της βαρύτητας. Ετσι λοιπόν το σύστημα b θα πλοηγείται και θα περιστρέφεται μαζί με το Quadcopter ενώ το σύστημα n θα είναι το σύστημα αναφοράς για την πλοήγησή του στον χώρο. Το σύστημα n αναφοράς πλοήγησης μπορεί να τοποθετηθεί οπουδήποτε στον χώρο αρκεί να παραμείνει σταθερό όταν αρχίζει να κινείται το αεροσκάφος. Μια υπόθεση για το παρόν σύστημα είναι ότι η καμπυλότητα της γης είναι αμελητέα λόγο της συγκριτικά μικρής απόστασης που μπορεί ένα τέτοιο αεροσκάφος να διανύσει. Γενικά στα μη επανδρωμένα οχήματα ο άξονας Ζ έχει θετική φορά προς την γη. Για να γίνει πιο εύκολη η σύγκριση με άλλες παρόμοιες διπλωματικές εργασίες ο άξονας Ζ σε αυτή την διπλωματική εργασία έχει τοποθετηθεί να δείχνει προς την γη. Επίσης ένα Quadcopter έχει την ικανότητα να περιστρέφεται γύρω από τους άξονες του με γωνιακές ταχύτητες, οι οποίες συμβολίζονται με σ i με τον δείκτη i γιακάθεέναναπότους άξονες. Για να μπορέσουμε να λάβουμε τον σωστό προσανατολισμό του αεροσκάφους τα δυο συστήματα αναφοράς πρέπει να συνδεθούν με τις συντεταγμένες πλοήγησης. Ο τρόπος για μπορέσει να γίνει αυτό είναι μέσο των γωνιών Euler. Οι τρεις γωνίες Euler συμβολίζονται ως φ, θ και ψ γύρο από τους άξονες x, y, z αντίστοιχα και είναι γνωστές ως roll, pitch, yaw στην διεθνή βιβλιογραφία. 2.2 Ο πίνακας περιστροφής Για να παραμετροποιηθεί σωστά ένα δυναμικό μοντέλο θα πρέπει να βρεθούν όλες οι δυνάμεις και οι ροπές που ασκούνται στο σύστημα. Αυτές οι δυνάμεις πρέπει να τοποθετούνται με τέτοιο

29 8 2 Η γεωμετρία και η δυναμική του συστήματος τρόπο ώστε να επηρεάζουν με σωστό τρόπο το αεροσκάφος ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό του. Η δύναμη της βαρύτητας είναι πάντα παράλληλη με τον άξονα Ζ του συστήματος αναφοράς πλοήγησης, αλλά τα διανύσματά της μεταφέρονται εξίσου και στο σύστημα αναφοράς που είναι πάνω στο Quadcopter ανάλογα με την κλίση που έχει την δεδομένη χρονική στιγμή. Ενα διάνυσμα που βρίσκεται σε ένα σύστημα συντεταγμένων μπορεί να μεταφερθεί σε ένα άλλο σύστημα συντεταγμένων με διαφορετική κλίση και σημείο αναφοράς με τις εξής τρεις διαδοχικές περιστροφές γύρω από τους άξονές του. Οι πινάκες περιστροφής για κάθε άξονα είναι οι εξής: cos θ 0 sin θ R x (φ) = 0 cosφ sin φ,r y (θ) = sin φ cos φ sin θ 0 cosθ,r z (ψ) = cos ψ sin ψ 0 sin ψ cos ψ 0 (2.1) Για να μπορέσουμε να μετατρέψουμε συνολικά ένα διάνυσμα από το σύστημα συντεταγμένων που είναι πάνω στην άτρακτο του αεροσκάφους στο σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης θα πρέπει να πολλαπλασιάσουμε και τους τρεις προηγούμενους πινάκες και να βρούμε έναν συνολικό πινάκα περιστροφής. Ετσι μπορούμε να ξέρουμε την σχετική θέση και κίνηση που έχει το αεροσκάφος σε σχέση με το σύστημα αναφοράς. C n b = R x (φ)r y (θ)r z (ψ) cos θ cos ψ cos θ sin ψ sin θ Cb n = sin φ sin θ cos ψ cos φ sin ψ cos φ cos ψ +sinφ sin θ sin ψ sin φ cos θ (2.2) sin φ sin ψ +cosφ sin θ cos ψ cos φ sin θ sin ψ sin φ cos ψ cos φ cos θ Ο υπολογισμός του παραπάνω πίνακα μας δίνει την μετατροπή ενός διανύσματος από το σύστημα συντεταγμένων πάνω στο σώμα του αεροσκάφους στο σύστημα συντεταγμένων πλοήγησης. Πολλές φορές μπορεί να χρειαστεί και ο αντίστροφος μετασχηματισμός και αυτό μπορεί να επιτευχθεί υπολογίζοντας τον ανάστροφο πίνακα Cn b = Cb n T 2.3 Το δυναμικό μοντέλο του συστήματος Για να δημιουργηθεί ένα αναλυτικό μοντέλο ενός συστήματος είναι απαραίτητη η αναγνώριση όλων των δυνάμεων που ασκούνται στο σύστημα. Σε αυτό το τμήμα της διπλωματικής εργασίας θα γίνει ανάλυση των δυνάμεων του συστήματος όπως οι δυνάμεις που δημιουργούνται από τους κινητήρες και θα εξηγηθεί η δράση τους στο δυναμικό σύστημα. Στο Σχήμα 2.1 φαίνεται η τοποθέτηση των κινητήρων αλλά και η φορά κίνησης του καθενός. Κάθε κινητήρας έχει την δική του δύναμη ώθησης με αρνητική κατεύθυνση ως προς το σύστημα αναφοράς. Επίσης ο κάθε ένας τους δημιουργεί μια ροπή στο σύστημα αντίθετα από την φορά της κίνησής του Μάζα και επιτάχυνση Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα μας λέει ότι:

30 2.3 Το δυναμικό μοντέλο του συστήματος 9 Σχήμα 2.1. Η διάταξη των κινητήρων στο σύστημα συντεταγμένων και η φορά κίνησης τους Η δύναμη της βαρύτητας Ẍ b F mass = m total Ÿ b Z b Η δύναμη της βαρύτητας ελκύει το Quadcopter κατά την θετική κατεύθυνση του Ζ άξονα του συστήματος αναφοράς πλοήγησης. Το διάνυσμα αυτής μπορεί να μεταφερθεί στο σύστημα αναφοράς που βρίσκεται πάνω στο Quadcopter με τον πολλαπλασιασμό του πίνακα περιστροφής: 0 F gb = m total Cn b 0 g Δύναμη κινητήρα F gb = m total g sin θ sin φ cos θ cos φ cos θ Η δύναμη που δημιουργούν οι κινητήρες στο σύστημα θεωρείται ότι είναι παράλληλη με τον Ζ άξονα του συστήματος συντεταγμένων που βρίσκεται πάνω στο αεροσκάφος, και έτσι οι δυνάμεις που δημιουργούνται από την δράση των κινητήρων ποτέ δεν πρόκειται να βρίσκονται στους άξονες x ή y του συστήματος b. Αυτή η υπόθεση, προϋποθέτει ότι ο κορμός του αεροσκάφους και οι έλικες που περιστρέφονται, είναι φτιαγμένοι από άκαμπτα υλικά. Στην πραγματικότητα αυτό δεν μπορεί να επιτευχθεί. Η κάμψη που έχουν οι έλικες κατά την διάρκεια τις κίνησης τους δεν λαμβάνεται υπόψιν. Η ώθηση που δημιουργούν οι κινητήρες είναι μια συνάρτηση των διαστάσεων των ελίκων και της ταχύτητάς τους.

31 10 2 Η γεωμετρία και η δυναμική του συστήματος Οπισθέλκουσα δύναμη 0 F thrust = 0 F M1 + F M2 + F M3 + F M4 Οταν ένα αντικείμενο κινείται στον χώρο και περιβάλλεται από αέρα, στο σώμα του αντικειμένου ασκούνται δυνάμεις με αρνητική φορά ως προς τον φορέα κίνησης του με αποτέλεσμα να το επιβραδύνουν. Αυτές οι δυνάμεις λέγονται οπισθέλκουσες δυνάμεις και δημιουργούνται λόγο διαφοράς πιέσεων και τριβών στον αέρα που περιβάλλει το κινούμενο σώμα. Η οπισθέλκουσα δύναμη υπολογίζεται με τον εξής τύπο: F drag = 1 2 ρ u2 S w C D (2.3) u = Velocity ρ = Air Density S w = Refrence area C D = Drag coeficient Στην εξίσωση 2.3 για να υπολογιστούν σωστά οι παράμετροι S w και C D θαπρέπειναληφθούν υπόξιν διάφοροι παράγοντες που δεν μπορούν να υπολογιστούν αναλυτικά. Ετσι ο υπολογισμός τους γίνεται πειραματικά μέσω διάφορων τεστ και προσομοιώσεων. Εκτος από την εξωτερική δύναμη οπισθέλκουσας, ενεργούν διάφορες άλλες δυνάμεις όπως η δύναμη Coriolis από την γη, η δύναμη του αέρα και οι δυνάμεις Euler οι οποίες χαρακτηρίζονται ως διαταραχές και συνοψίζονται σε μια δύναμη η οποία συμβολίζεται ως F disturbance Εξίσωση δυνάμεων Οι προηγούμενες δυνάμεις που αναφέρθηκαν πιο πάνω, ενοποιούνται ώστε να αναπτυχθεί μια γενική εξίσωση με όλες τις δυνάμεις που ενεργούν πάνω στην ιπταμένη πλατφόρμα: Ẍ b Ÿ b Z b = 1 m total m total r = F gravity F thrust + F disturbance + F drag r = 1 (F gravity F thrust + F disturbance + F drag ) m total g sin φ cos θ cos φ cos θ sin θ F disturbance + F drag (2.4) F M1 + F M2 + F M3 + F M4 Για να μεταφερθούν τα διανύσματα των επιταχύνσεων από το σύστημα συντεταγμένων b στο σύστημα συντεταγμένων n χρησιμοποιούμε τον πινάκα περιστροφής: Ẍ n Ẍ b Ÿn = Cb n Ÿ b Z n Z b

32 2.3 Το δυναμικό μοντέλο του συστήματος Ροπές του συστήματος Οι δυνάμεις που αναφέραμε προηγουμένως εξηγούν τις σχετικές κινήσεις του αεροσκάφους. Σε αυτό το κομμάτι της διπλωματικής περιγράφουμε κυρίως τις ροπές που δημιουργούνται από τις δυνάμεις που προαναφέραμε και τις μεταβολές που δημιουργούν στο σύστημα. Γενικότερα οι παρακάτω εξισώσεις περιγράφουν τις μεταβολές που δημιουργούν οι ροπές των δυνάμεων στο αεροσκάφος: M = I σ + σ (I σ) (2.5) M = M thrust + M motor inertia Οπου το I είναι η ροπή αδράνειας, το M είναι το σύνολο της ροπή που προκαλείτε από τις δυνάμεις ανύψωσης που δημιουργούν οι κινητήρες M thrust, και της ροπής του συστήματος κινητήρα-έλικα M motor inertia. Η εξωτερική ροπή M thrust που δημιουργείται από τους κινητήρες τους περιγράφεται από τις δυνάμεις των κινητήρων F thrust και από τις αποστάσεις l στις οποίες είναι τοποθετημένοι οι κινητήρες. M X M thrust = M Y M Z M X =(F 4 F 3 ) l M Y =(F 2 F 1 ) l M Z =( F 1 F 2 + F 3 + F 4 ) Tq Η μεταβλητή Tq είναι μια σταθερά που μετατρέπει την δύναμη σε ροπή. Η γωνιακή ροπή του κινητήρα δημιουργεί μια ροπή M motor inertia στο σύστημα όταν το Quadcopter παίρνει μια κλίση λόγω της αλλαγής των ταχυτήτων των κινητήρων. Αφού η γωνιακή ταχύτητα του κινητήρα έχει την ίδια διεύθυνση με τον Ζ άξονα του συστήματος συντεταγμένων b τότε αυτό το σύστημα ροπών μπορεί να περιγραφεί με τις παρακάτω εξισώσεις: M motor inertia = ω motor σ I motor 0 σ x M motor inertia = 0 σ y I motor ω Pi σ z σ y ω Pi M motor inertia = σ x ω Pi0 I motor Οπου το γράμμα i δηλώνει τον αριθμό του κινητήρα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι κινητήρες 3 και 4 περιστρέφονται με αντιωρολογιακή φορά που σημαίνει ότι δημιουργούν αρνητική γωνιακή ταχύτητα. Ετσι και για τους τέσσερις κινητήρες έχουμε:

33 12 2 Η γεωμετρία και η δυναμική του συστήματος σ y (ω P1 + ω P2 + ω P3 + ω P4 ) M Pi = σ x (ω P1 + ω P2 + ω P3 + ω P4 ) 0 Ο πινάκας των ροπών αδράνειας ενός τέτοιου συστήματος δηλώνεται ως: I 11 I 12 I 13 I = I 21 I 22 I 23 I 31 I 32 I 33 από την εξίσωση ροπών 2.5 έχουμε ότι: M thrust + M motor inertia = I σ + σ I σ I σ = M thrust + M motor inertia σ I σ σ = I 1 (M thrust + M motor inertia σ I σ) Λαμβάνοντας υπόψιν και τους παραπάνω πίνακες η τελική μορφή της εξίσωσης είναι η εξής: σ x σ y = σ z (F 4 F 3) l I 11 (F 4 F 3) l I 11 ( F 1 F 2 + F 3 + F 4) Tq I 33 + σ y σ x 1 (ω P1 + ω P2 + ω P3 + ω P4 ) σ y σ z I 11 1 (ω P1 + ω P2 + ω P3 + ω P4 ) I motor σ x σ z I 22 0 σ x σ y I33 I22 I 11 I11 I33 I 22 I22 I11 I 33 Τέλος οι γωνίες Euler σχετίζονται με τις τοπικές γωνιακές ταχύτητες των κινητήρων με την παρακάτω σχέση: σ x φ 0 0 σ y = R x 0 + R x R y σ + R x R y R z 0 σ z 0 0 ψ σ x cos θ cos ψ sin ψ 0 φ σ y = cos θ sin ψ cos θ cos ψ 0 θ σ z sin θ cos ψ sin θ sin ψ cos θ ψ Η παραπάνω σχέση μπορεί να μας δώσει την παράγωγο των γωνιών Euler. φ θ = 1 cos ψ sin ψ 0 σ x cos θ sin ψ cos θ cos ψ 0 σ y cos θ ψ sin θ cos ψ sin θ sin ψ cos θ σ z

34 2.4 Σύνοψη 2.4 Σύνοψη 13 Βρίσκοντας όλες τις δυνάμεις που ενεργούν, μπορούμε να βρούμε τις επιταχύνσεις που δημιουργούνται στο σώμα του αεροσκάφους. Με την χρήση του πίνακα περιστροφής μεταφέρουμε τα διανύσματα των επιταχύνσεων στο σώμα του αεροσκάφους και έτσι μπορούμε να βρούμε την θέση του αεροσκάφους. Τέλος βρίσκοντας τις ροπές τους συστήματος, μπορούμε να βρούμε την κλίση του αεροσκάφους στον χώρο. Ετσι με διαφορετικές ροπές-δυνάμεις σε κάθε κινητήρα μπορούμε να μετακινήσουμε το αεροσκάφος στην επιθυμητή κλίση και θέση.

35

36 3 Αισθητήρες και εξαρτήματα Σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφονται οι αισθητήρες και τα εξαρτήματα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν την διπλωματική εργασία. Για κάθε αισθητήρα και εξάρτημα εξηγείται η λειτουργία του και γιατί επιλέχθηκε μεταξύ άλλων. Οσον αφορά τους αισθητήρες υπήρξε κατάλληλη βαθμονόμηση για την ακριβή λειτουργία τους. Σε παρακάτω κεφάλαιο αναφέρουμε το πως χρησιμοποιήθηκαν κατά την διάρκεια των πειραμάτων αυτής της διπλωματικής εργασίας και πως η σύνδεσή τους δημιούργησε ένα ολοκληρωμένο σύστημα ιπτάμενης ρομποτικής πλατφόρμας. 3.1 Αισθητήρας μέτρησης αδρανειακών μεγεθών Η μονάδα αδρανειακών μεγεθών που χρησιμοποιήθηκε ή αλλιώς στην διεθνή ορολογία Inertial measurement Unit (IMU), έχειονομασίαmti-g και είναι κατασκευασμένη από την εταιρεία Xsens. Σχήμα 3.1. Η μονάδα αδρανειακών μεγεθών η αλλιώς στην διεθνή ορολογία Inertial measurement Unit (IMU) Η παρούσα συσκευή είναι μια πλήρης αδρανειακή μονάδα μέτρησης, που περιλαμβάνει ένα επιταχυνσιόμετρο τριών διαστάσεων, ένα γυροσκόπιο τριών διαστάσεων, ένα μαγνητόμετρο τριών διαστάσεων, θερμόμετρο και δορυφορικό σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS). Η μονάδα αδρα-

37 16 3 Αισθητήρες και εξαρτήματα νειακών μεγεθών έχει χρησιμοποιηθεί σε προηγούμενες έρευνες του εργαστηρίου ρομποτικής και γνωστικών συστημάτων του τμήματος Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης (Amanatiadis et al., 2011), (Amanatiadis et al., 2007). Το γυροσκόπιο του αισθητήρα μετράει την γωνιακή ταχύτητα το συστήματος. Το γυροσκόπιο γενικά δεν επηρεάζεται από τυχόν θορύβους που μπορεί να εμφανιστούν στο σύστημα αλλά γενικά παρατηρείται ενα αθροιστικό σφάλμα των τιμών που μπορεί μέχρι ένα σημείο να διορθωθεί. Για να βρεθεί η γωνία μέσω της γωνιακής ταχύτητας ολοκληρώνουμε την σχέση: σ x = σ x dt Το επιταχυνσιόμετρο μπορεί να υπολογίσει στατικές επιταχύνσεις όπως αυτή της βαρύτητας αλλά και δυναμικές επιταχύνσεις που δημιουργούνται λόγω της κίνησης του αεροσκάφους. Το πιο βασικό μειονέκτημα ενός επιταχυνσιομέτρου είναι ότι μπορεί πολύ εύκολα να επηρεαστεί από θόρυβο κατανομής Gauss. Μπορούμε πολύ εύκολα να υπολογίσουμε την γωνία τους συστήματος μας από την σχέση: σ x = arctan A CCx A 2 CC y + A 2 CC z Το μαγνητόμετρο υπολογίζει το μαγνητικό πεδίο της γης. Το πεδίο αυτό είναι κάθετο στο βαρυτικό πεδίο της γης. Για αυτό τον λόγο έχει την ικανότητα να μετράει τον προσανατολισμό του συστήματος με μεγαλύτερη ακρίβεια από το επιταχυνσιόμερτο. Ωστόσο δεν είναι δυνατόν να μετρήσει γωνίες που είναι παράλληλες με το μαγνητικό πεδίο της γης. Ο προσανατολισμός μπορεί να υπολογιστεί με την παρακάτω εξίσωση: σ x = arctan Magn x Magn 2 y + Magn 2 z Οι παραπάνω τρόποι υπολογισμού του προσανατολισμού είναι συμπληρωματικοί αφού όλοι υπολογίζουν την ίδια ποσότητα αλλά με διαφορετικό τρόπο. 3.2 Αποστασιόμετρο υπερήχων Για να μπορέσει το Quadcopter να έχει μια ασφαλή απογείωση όσο και προσγείωση, κατά την διάρκεια της πτήσης του θα πρέπει να μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια την απόστασή του από το έδαφος. Επίσης για να έχει την ικανότητα να ίπταται σε ένα σταθερό ύψος από το έδαφος, η εύρεση της απόστασης από το έδαφος είναι απαραίτητη. Οι πιο συχνοί τρόποι για τον υπολογισμό τέτοιων αποστάσεων είναι μέσο οπτικού ή υπερηχητικού αποστασιομέτρου. Σε αυτήν την διπλωματική εργασία χρησιμοποιήθηκε ένας αισθητήρας υπερήχων λόγω χαμηλού κόστους και ικανοποιητικής ακριβείας. Ο αισθητήρας που χρησιμοποιήθηκε ονομάζεται SRF08 ultrasonic range nder. Είναι ένας αισθητήρας υπερήχων που στέλνει κύματα υψηλής συχνότητας και μετράει το χρόνο που κάνουν για να επιστρέψουν στον αισθητήρα. Ετσι μπορεί και υπολογίζει με ακρίβεια την απόσταση από ένα αντικείμενο που βρίσκεται στο πέρασμά του.

38 3.3 Κινητήρες-μοτέρ 17 Σχήμα 3.2. Ο αισθητήρας υπερήχων SRF08 και το εύρος της δέσμης υπερήχων 3.3 Κινητήρες-μοτέρ Οι κινητήρες ώθησης του μοντέλου μας είναι σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες (Brushless DC electric motor). Το μοντέλο κινητήρα που χρησιμοποιήσαμε ονομάζεται Robbe Roxxy BL Το μοντέλο αυτό επιλέχθηκε γιατί έχει σχεδιαστεί ειδικά για τέτοιου είδους χρήση, και η κατασκευή του προσαρμόζεται εύκολα στο υπόλοιπο σώμα του αεροσκάφους αλλά και με τους έλικες που επιλέχθηκαν. Σχήμα 3.3. Το μοντελου του κινητρα BL Μερικά χαρακτηριστικά του ηλεκτροκινητήρα: Φορτίο ρεύματος: 6-9 Α Μέγιστο φορτίο ρεύματος: (60sec) 10Α Μηχανική ισχύς: 110 W Μέγιστη ώθηση: 820 gr Μήκος καλωδίων: 52 cm Συνολικό βάρος με/χωρίς καλώδια: 69 gr /54 gr Διαστάσεις: mm Διάμετρος άξονα: 3.17 mm

39 18 3 Αισθητήρες και εξαρτήματα 3.4 Ελικες κινητήρα Οι έλικες που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του αεροσκάφους είναι φτιαγμένοι από νάιλον και έχουν διαστάσεις μμ. Σχήμα 3.4. Η έλικα διαστάσεων μμ Για την κατασκευή του αεροσκάφους χρειάστηκαν τέσσερις έλικες. Δυο από τους οποίους περιστρέφονται ωρολογιακά και έχουν κατασκευαστεί για να έχουν την βέλτιστη δύναμη ώθησης προς αυτήν την φορά, και άλλες δυο οι οποίες περιστρέφονται αντιωρολογιακά και έχουν κατασκευαστεί για να έχουν την βέλτιστη δύναμη ώθησης με αυτήν την φορά. Σαφώς για τα πειράματα που διεξάχθηκαν υπήρξε μεγαλύτερος αριθμός ελίκων στο αποθεματικό για τυχόν βλάβες που μπορούσαν να προκληθούν από ατύχημα. 3.5 Ηλεκτρονικοί ελεγκτές ταχύτητας Οι ηλεκτρονικοί ελεγκτές ταχύτητας (electronic speed controller ESC) είναι κυκλώματα που είναι υπεύθυνα για την ρύθμιση της ταχύτητας του ηλεκτροκινητήρα. Ειδικότερα μετατρέπουν το συνεχές ρεύμα της μπαταρίας σε τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα ώστε να μπορέσει να λειτουργήσει ο κινητήρας. Επίσης ελέγχεται η τάση εξόδου που αντιστοιχεί στην ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα. Υπάρχουν διάφορα είδη ελεγκτών ταχύτητας όπως ppm, pwm, i2c. Οι ελεγκτές ταχύτητας που χρησιμοποιήθηκαν είναι τύπου i2c και ονομάζονται BL-Ctrl 2. Ε- πιλέχθηκαν για την ευκολότερη πρόσβαση στον μικροεπεξεργαστή που παρέχει η διάταξη i2c συγκριτικά με τους άλλους τύπους ελεγκτών. Σε παρακάτω κεφάλαιο αναφέρουμε πως έγινε η σύνδεση του ηλεκτρονικού υπολογιστή και πως επιτεύχθηκε η σειριακή σύνδεση. Οι ταχύτητες με τις οποίες ο ελεγκτής λειτουργεί και επεξεργάζεται τα δεδομένα είναι της τάξης των 0.5ms. Μερικά χαρακτηριστικά του ελεγκτή ταχύτητας: Διαστάσεις: mm Μικροεπεξεργαστής: ATMEGA168 with 16kB Flash Μέγιστο φορτίο ρεύματος: 35 Α

40 3.6 Η κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας 19 Σχήμα 3.5. Η μπροστά και πίσω όψη του ελεγκτή ταχύτητας Μέγιστο φορτίο τάσης:18.5 Α Μέτρηση τάσης Μέτρηση θερμοκρασίας κινητήρα Μέτρηση ρεύματος 3.6 Η κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας είναι υπεύθυνη για την λειτουργία όλων των υποσυστημάτων στο αεροσκάφος. Επεξεργάζεται δεδομένα, παράγει αποτελέσματα, και εκτελεί εντολές. Είναι υπεύθυνη για τον έλεγχο και την πλοήγηση του αεροσκάφους. Η μονάδα που χρησιμοποιήθηκε παράγεται από την εταιρία και ονομάζεται. Σχήμα 3.6. Η μπροστά και πίσω όψη της ηλεκτρονικής πλακέτας Η επιλογή της έγινε με τα παρακάτω κριτήρια: Ελαφριά κατασκευή Μικρό μέγεθος Λειτουργικό σύστημα Δυνατότητα εγκατάστασης λογισμικού Χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση Απαραίτητες θύρες εισόδου έξοδου γενικής χρήσης

41 20 3 Αισθητήρες και εξαρτήματα Απαραίτητες θύρες i2c Δυνατότητα ασύρματης σύνδεσης (wi) Μερικά χαρακτηριστικά της πλακέτας ελέγχου: Διαστάσεις: Επεξεργαστής: Texas Instruments OMAP3730 Applications Processor Αρχιτεκτονική επεξεργαστή: ARM Cortex-A8 Γραφικά: OpenGL POWER SGX Graphics Accelerator Υποστήριξη ασύρματου δικτύου (wi), και Bluetooth σύνδεσης Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας έπειτα προσαρμόστηκε πάνω σε μια πλακέτα επέκτασης ώστε να παρέχονται οι απαραίτητες θήρες επικοινωνίας για την λειτουργία όλου του συστήματος. Η πλακέτα αυτή κατασκευάζεται από την ίδια εταιρία και ονομάζεται Tobi. Σχήμα 3.7. Η πλακέτα επέκτασης Tobi 3.7 Μπαταρία-Κύκλωμα διανομής τάσης Ολα τα εξαρτήματα και οι αισθητήρες που βρίσκονται πάνω στην ρομποτική πλατφόρμα τροφοδοτούνται από την μπαταρία που έχει τοποθετηθεί πάνω στην πλατφόρμα. Η μπαταριά που χρησιμοποιήθηκε είναι μπαταρία τύπου λιθίου πολυμερών (Lithium-ion polymer LiPo) τριών κελιών. Η μπαταρία είναι ένα από τα σημαντικότερα εξαρτήματα στην κατασκευή ενός Quadcopter. Είναι υπεύθυνη για την διάρκεια πτήσης του αεροσκάφους καθώς όσο μεγαλύτερη τάση παρέχει στο κύκλωμα τόσο μικρότερη διάρκεια πτήσης αναλογεί στο αεροσκάφος. Επίσης είναι το βαρύτερο εξάρτημα πάνω στην πλατφόρμα όπου πρέπει να τοποθετηθεί στο κάτω μέρος της πλατφόρμας για λόγους ευστάθειας του αεροσκάφους.

42 3.7 Μπαταρία-Κύκλωμα διανομής τάσης 21 Σχήμα 3.8. Η μπαταριά λιθίου-πολυμερών Η μπαταρία τροφοδοτεί το κύκλωμα με 11.1 και έχει διάρκεια Κατά την διάρκεια πτήσης του αεροσκάφους χρησιμοποιήθηκε και ένας ελεγκτής τάσης. Αν η τάση της μπαταρίας πέσει κάτω από μια αποδέκτη τιμή τότε το κύκλωμα του ελεγκτή δημιουργεί έναν δυνατό επαναλαμβανόμενο θόρυβο ώστε ο χειριστής του αεροσκάφους να προσγειώσει την πλατφόρμα πριν προκληθεί κάποιο ατύχημα λόγο χαμηλής τάσης. Σχήμα 3.9. Οελεγκτήςτάσης Επίσης για την ευκολότερη σύνδεση όλων των συσκευών στο κύκλωμα χρησιμοποιήθηκε μια πλακέτα διανομής τάσης. Η πλακέτα αυτή χρησιμοποιήθηκε με σκοπό την ελαχιστοποίηση των καλωδίων στο κύκλωμα αλλά και την ελαχιστοποίηση βραχυκυκλωμάτων που μπορούσαν να προκληθούν κατά την διάρκεια της συνδεσμολογίας.

43 22 3 Αισθητήρες και εξαρτήματα Σχήμα Η πλακέτα διανομής τάσης (Power Distribution Plate) 3.8 Σκελετός και βάση αεροσκάφους Ο σκελετός και η βάση του αεροσκάφους επιλέχθηκαν βάσει προηγούμενων ερευνών του Sa and Corke (2012). Ο σκελετός είναι κατασκευασμένος από ελαφρύ μέταλλο ώστε να αντέχει στις καταπονήσεις που δέχεται το αεροσκάφος. Η βάση αντιθέτως είναι από πλαστικό και ανθρακόνημα ώστε να είναι ταυτόχρονα ελαφριά αλλά και δυνατή από πλευράς αντοχής σε τυχόν απότομες καταπονήσεις που μπορεί να προκύψουν κατά την προσγείωση. Σχήμα Ο σκελετός και η βάση του αεροσκάφους

44 4 Σύστημα αυτομάτου ελέγχου 4.1 Σύστημα αυτόματου ελέγχου-κλειστού βρόγχου Στα συστήματα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου η πραγματική έξοδος του συστήματος αφαιρείται από την είσοδο. Αυτό το σφάλμα τροφοδοτείται στον εκλεκτή του συστήματος με αποτέλεσμα την παραγωγή μιας επιθυμητής εξόδου. Η γενική εικόνα ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου φαίνεται στο Σχήμα 4.1. Σχήμα 4.1. Το γενικό μοντέλο ενός συστήματος αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου 4.2 Σύστημα αυτομάτου ελέγχου με την χρήση PID ελεγκτή Η μέθοδος PID (proportional dierential integral) είναι μια από τις παλιότερες μεθόδους που ε- φαρμόστηκαν σε συστήματα αυτομάτου ελέγχου. Εμφανίστηκε αρχικά σε εφαρμογές αναλογικών κυκλωμάτων και έπειτα στους συγχρόνους μικροεπεξεργαστές. Λόγω της απλής και κατανοητής δομής του μπορεί να υλοποιηθεί αρκετά εύκολα και σε μικρό χρόνο. Ο αλγόριθμος ενός τυπικού PID ελεγκτή είναι: 1. Read ref,y ; 2. e = ref y; 3. e dot = e old e ; 4. E = E + e; 5. U = K P e + k D dt e dot + k I 6. old e = e; dt E;

45 24 4 Σύστημα αυτομάτου ελέγχου Σχήμα 4.2. Το μοντέλο ενός ελεγκτή PID Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας υλοποιήσαμε ένα σύνθετο σύστημα PID ελεγκτών με βάση την δυναμική της ρομποτικής πλατφόρμας. Από την εξίσωση 2.4 μπορούμε πολύ εύκολα να βγάλουμε τις εξισώσεις κίνησης και για τους τρεις άξονες: ẍ b = U 1 (cos ψ sin θ cos φ +sinψ sin φ)/m (F x drag + F x disturdance ) ÿ b = U 1 (sin ψ sin θ cos φ cos ψ sin φ)/m (F y drag + F y disturdance ) z b = U 1 (cos θ cos φ)/m g (F z drag + F z disturdance ) Επειδή οι ταχύτητες με τις οποίες κινείται η ρομποτική πλατφόρμα είναι πολύ μικρές, υποθέτουμε ότι έχουμε μηδενική δύναμη διαταραχών και μηδενική οπισθέλκουσα δύναμη (F i drag = 0,F i disturdance =0). Ενώ οι εξισώσεις για την γωνιακή επιτάχυνση σε κάθε άξονα είναι: φ = U 2 I xx, θ = U 3 I yy, ψ = U 3 I zz Οπού I xx,i yy,i zz είναι οι ροπές αδράνειας κάθε άξονα αντίστοιχα και U i οι είσοδοι που εξάγονται από την διεργασία του PID controller. Ακολούθως οι είσοδοι του συστήματος μπορούν να εκφραστούν ως συνάρτηση των ωθήσεων που δημιουργούνται από τους κινητήρες: U 1 = T 1 + T 2 + T 3 + T 4 U 2 =(T 1 T 2 ) l U 3 =(T 3 T 4 ) l U 4 =(T 1 + T 2 T 3 T 4 ) l Οπου l είναι το μήκος που απέχει ένας κινητήρας από το κέντρο βάρους του συστήματος. Στην συνέχεια η ώθηση ενός κινητήρα περιγράφεται από την παρακάτω σχέση η οποία τελικά εξαρτάται από την γωνιακή ταχύτητα του κινητήρα: T i = C T ρa ri r 2 i ω 2 i A ri : είναι το εμβαδόν της επιφάνειας που καλύπτει ο έλικας όταν βρίσκεται σε περιστροφή, r i : είναι η ακτίνα του έλικα, ω i : είναι η γωνιακή ταχύτητα του έλικα, ρ : είναι η πυκνότητα του, και τέλος C T : είναι ο συντελεστής ώθησης που εξαρτάται από την γεωμετρία του κινητήρα.

46 4.2 Σύστημα αυτομάτου ελέγχου με την χρήση PID ελεγκτή 25 Οπως φαίνεται το μοντέλο έχει έξι εξόδους (x, y, z, φ, θ, ψ) και τέσσερις εισόδους που σημαίνει ότι το μοντέλο δεν μπορεί να ελέγξει όλες τις εξόδους ταυτόχρονα και άμεσα. Στην διεθνή ορολογία ένα τέτοιο σύστημα καλείται under-actuated system που σημαίνει ότι έχει μικρότερο αριθμό ενεργοποιητών από ότι βαθμούς ελευθερίας. Για να μπορέσουμε να ελέγξουμε πλήρως όλους τους βαθμούς ελευθερίας ενός τέτοιου συστήματος επιλέγουμε να ελέγξουμε κάποιους από αυτούς οι οποίοι έμμεσα με την εφαρμογή εξισώσεων μπορούν να μας δώσουν τους υπόλοιπους. Για παράδειγμα ένα πιθανός συνδυασμός για τον έλεγχο της ρομποτικής πλατφόρμας είναι ο έλεγχος των εξόδων x, y, z, φ. Οπου έμμεσα μέσα από την εφαρμογή του πυθαγόρειου θεωρήματος μπορούν να βρεθούν και οι έξοδοι θ, ψ. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής για τον πλήρη έλεγχο της πλατφόρμας επιλέχθηκαν οι τρεις γωνίες (φ, θ, ψ) σαν είσοδοι και η κατακόρυφη διάσταση z. Το συγκεκριμένο μοντέλο επιλέχθηκε γιατί ο αισθητήρας που χρησιμοποιείται μας δίνει φιλτραρισμένες τις γωνίες roll pitch yaw χωρίς να πρέπει να τις υπολογίσουμε είτε να χρησιμοποιήσουμε κάποιο φίλτρο για να αφαιρέσουμε τον θόρυβο. Με τον έλεγχο των τριών γωνιών μπορούμε να ρυθμίσουμε την περιστροφή και στους τρεις άξονες (x, y, z) αλλά και την μεταφορά στους άξονες x, y. Για να μπορέσουμε να ρυθμίσουμε την μεταφορά και στον άξονα z χρησιμοποιούμε τον αισθητήρα υπερήχων Ελεγκτής κατακόρυφης θέσης Για να μπορέσει να παραμείνει το αεροσκάφος σε μια κατακόρυφη θέση από το έδαφος, η είσοδος στο σύστημα U 1 θα πρέπει αν είναι αρκετά μεγάλη ώστε να υπερνικήσει την βαρύτητα και να κρατήσει σε σταθερή απόσταση από το έδαφος την ρομποτική πλατφόρμα. Ο ελεγκτής PID που υλοποιήθηκε έχει ως εξής: r 1 = k Pz (z z d ) k Dz (ż z d ) U 1 = r 1+mg cos φ cos θ Σχήμα 4.3. Το διάγραμμα ελέγχου κατακόρυφης της θέσης z d Ελεγκτής γωνιών φ, θ Επειδή το σχήμα του Quadcopter του θεωρείται συμμετρικό οι ελεγκτές για τις γωνίες φ, θ είναι ανεξάρτητοι ο ένας από τον άλλον. Επίσης επειδή οι γωνίες φ και θ είναι κρίσιμες για την πλοήγηση του ρομπότ και συνδέονται άμεσα με την μεταφορά στους άξονες x, y, οι ελεγκτές

47 26 4 Σύστημα αυτομάτου ελέγχου για τις γωνίες αυτές πρέπει να έχουν ακρίβεια 10 3 ώστε το σύστημα μας να είναι απολύτως σταθερό. Οι ελεγκτές PID που υλοποιήθηκαν έχουν ως εξής: U 2 = k Pφ (φ φ d ) k Iφ (φ φd ) k Dφ ( φ φ d ) U 3 = k Pθ (θ θ d ) k Iθ (θ θd ) k Dθ ( θ θ d ) Σχήμα 4.4. Το διάγραμμα ελέγχου της γωνίας φ Ελεγκτής γωνίας ψ Ηγωνίαψ είναι η λιγότερο κρίσιμη γωνία γιατί δεν επηρεάζει την κίνηση του αεροσκάφους σε κάποια από τις τρεις διαστάσεις παρά μόνο την ίδια την περιστροφή γύρω από τον άξονα z. Ο ελεγκτής PD που υλοποιήθηκε έχει ως εξής: U 4 = k Pψ (ψ ψ d ) k Dψ ( ψ ψ d ) Σχήμα 4.5. Το διάγραμμα ελέγχου της γωνίας ψ Ελεγκτής θέσεων y, x Οπως προαναφέρθηκε η θέση x, y επηρεάζεται και ρυθμίζεται από τις γωνίες φ, θ ή αλλιώς roll, pitch. Μια μικρή μεταβολή στην γωνία φ δημιουργεί εύκολα μια επιτάχυνση: ÿ φg Οι εντολές για τις x, y κατευθύνσεις περιγράφονται από τις εξής σχέσεις:

48 U x = k Px (x x d ) k Ix (x xd ) k Dx (ẋ x d ) 4.3 Ρύθμιση κερδών k P,k I,k D 27 U y = k Py (y y d ) k Iy (y yd ) y Dy (ẏ y d ) Με βάση την γωνία ψ της ρομποτικής πλατφόρμας οι επιθυμητές γωνίες είναι: φ d = sin ψ U x +cosψ U y θ d =cosψ U x +sinψ U y Σχήμα 4.6. Το διάγραμμα ελέγχου της θέσης y 4.3 Ρύθμιση κερδών k P,k I,k D Η διαδικασία της ρύθμισης των κερδών είναι η πιο σημαντική διαδικασία σε έναν PID ελεγκτή διότι είναι οι κρίσιμες παράμετροι που κάνουν έναν ελεγκτή να έχει την κατάλληλη απόκριση ανάλογα με το σφάλμα που δημιουργείται στο σύστημα. Διάφοροι αλγόριθμοι έχουν αναπτυχθεί για την εύρεση των κατάλληλων κερδών ενός PID εκλεκτή, όπως η μέθοδος Ziegler-Nichols και η Lambda tuning. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήσαμε μια ευρετική μέθοδο που σχετίζεται άμεσα με την μέθοδο Ziegler-Nichols. Ο αλγόριθμος που ακολουθήσαμε είχε ως εξής: 1. Αύξηση του κέρδους k P μέχρι το σύστημα να αρχίσει να ταλαντεύεται με σταθερό πλάτος ταλάντωσης. 2. Αύξηση του κέρδους k D μέχρι να εξαλειφθούν οι ταλαντώσεις από το σύστημα. 3. Αύξηση του κέρδους k I αν χρειάζεται να εξαλειφθεί το σφάλμα σταθερής κατάστασης (e ss ) 4. Ρύθμιση όλων των κερδών μέχρι την επίτευξη της συνολικής επιθυμητής απόκρισης

49

50 5 Υλοποίηση του μοντέλου σε λειτουργικό σύστημα R.O.S 5.1 Το λειτουργικό σύστημα R.O.S Το λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη των κατάλληλων αλγορίθμων και διαδικασιών για την υλοποίηση του παρόντος μοντέλου ονομάζεται R.O.S (Robotics Operating System). ΤοR.O.S είναι ένα λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κώδικα για την υλοποίηση ρομποτικών συστημάτων. Πρώτο-αναπτύχθηκε από το εργαστήριο Stanford Articial Intelligence Laboratory για λογαριασμό του προγράμματος STAIR (Stanford AI Robot). Τώρα αναπτύσσεται κυρίως από την εταιρία Willow Garage. ΤοR.O.S δεν είναι ένα λειτουργικό σύστημα με την συνηθισμένη έννοια του όρου όσον αφορά την διαχείριση και τον προγραμματισμό των διαδικασιών. Το R.O.S ουσιαστικά βοηθάει τον προγραμματιστή να διαχειρίζεται τις πληροφορίες και να γράφει τον κώδικα του σε υψηλό επίπεδο λογισμικού. Επίσης το λογισμικό είναι ανοιχτό προς όλους και παρέχει μια κοινή πλατφόρμα. Με αυτόν τον τρόπο τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί μια αύξηση των ρομποτικών εφαρμογών διότι όλοι οι προγραμματιστές έχουν μια κοινή πλατφόρμα και δεν ξεκινούν την υλοποίηση του κώδικα τους από τον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος. Ο τρόπος που δουλεύει το R.O.S είναι αρκετά απλός. Δημιουργείται ένα κομμάτι μνήμης διαθέσιμο προς τον προγραμματιστή όπου μπορεί να γράφει πληροφορίες και να τις διαβάζει αντίστοιχα. Για να γίνει αυτός ο χειρισμός χρησιμοποιούνται κάποιοι κόμβοι, (τα λεγόμενα nodes στην διεθνή ορολογία) όπου μπορούν είτε να έχουν την ικανότητα να διαβάσουν και να επεξεργαστούν κάποια δεδομένα από ένα κομμάτι τις μνήμης είτε απλά να γράφουν δεδομένα σε αυτό το κομμάτι. Επίσης εκτός από το κομμάτι της μεταφοράς και διαχείρισης δεδομένων το R.O.S διαθέτει διάφορα ενσωματωμένα προγράμματα προσομοίωσης και γραφικής αναπαράστασης δεδομένων όπως το Gazebo και το Rviz. Τέλος το λειτουργικό σύστημα είναι πολύγλωσσο που σημαίνει ότι παρέχει στον προγραμματιστή την ικανότητα να γράψει τον κώδικα του στην γλώσσα προγραμματισμού που επιθυμεί αυτός. Το R.O.S υποστηρίζει C, C++, Python, Octave, LISP. 5.2 Ροή δεδομένων Η ροή δεδομένων σε ένα ρομποτικό σύστημα είναι το πιο σημαντικό συστατικό για την σωστή λειτουργία του συστήματος. Ολοι οι αισθητήρες και τα εξαρτήματα πρέπει να είναι κατάλληλα