Την τελευταία δεκαετία, η μετάβαση της βιομηχανίας κατασκευής και αξιοποίησης μη επανδρωμένων ιπτάμενων οχημάτων (UAV - Unmanned Airborne Vehicles) από στρατιωτικές σε αμιγώς εμπορικές, βιομηχανικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές έχει αυξήσει κατακόρυφα την διείσδυσή τους στην κοινωνία. Η συνεχής τεχνολογική βελτίωση των UAVs σε συνδυασμό με την μείωση του κόστους προμήθειάς τους, τα καθιστούν ιδιαίτερα δημοφιλή για τον απλό πολίτη.
Ωστόσο, τα περισσότερα από τα εμπορικά συστήματα χαμηλού κόστους που διατίθενται στην αγορά έχουν περιορισμένες τεχνικές δυνατότητες (π.χ. απλή λήψη φωτογραφιών) και η προσαρμογή σε αυτά νέων αισθητήρων καθίσταται ιδιαίτερα απαιτητική εάν όχι αδύνατη.
Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η προσθήκη ενός ενσωματωμένου (embedded) συστήματος το οποίο θα επιτρέπει στον χρήστη να προσαρμόζει διαφορετικού τύπου αισθητήρες, ανάλογα με τις ανάγκες εφαρμογής του, βελτιώνοντας έτσι την χρηστικότητα και τη σχέση κόστους-αξίας (value-for-money) του UAV.
Προκειμένου να επιτευχθεί ο ανωτέρω στόχος, απαιτήθηκε η δημιουργία καινοτόμου πρωτοκόλλου επικοινωνίας, βασισμένου στο I2C, και το οποίο επιτρέπει την ταχεία και αξιόπιστη μεταφορά δεδομένων από το ενσωματωμένο σύστημα προς τον υπολογιστή ελέγχου πτήσης (flight controller) του UAV.
Τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα της αξιοπιστίας του νέου αυτού πρωτοκόλλου επικοινωνίας, όπως προέκυψαν από ελέγχους σε πραγματικές συνθήκες πτήσης, οδήγησαν στην αξιοποίησή του και σε άλλο τομέα της πτήσης του UAV. Συγκεκριμένα, το ίδιο πρωτόκολλο χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να γίνει μεταφορά δεδομένων αισθητήρων εγγύτητας στο UAV στα πλαίσια διαδικασιών αποφυγής συγκρούσεων με αντικείμενα ή/και άλλα UAV.
Η διαθεματική προσέγγιση (embedded systems, flight controller, μηχανολογικές κατασκευές, αεροδυναμική, ασφάλεια πτήσεων, διαχείριση σμήνους αεροσκαφών) που ακολουθήθηκε, οδήγησε στη δημιουργία ενός προϊόντος το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο από τις εταιρείες κατασκευής UAV, όσο και ανεξάρτητα, από τον κάθε πολίτη προκειμένου να κατασκευάσει ή παραμετροποιήσει μόνος του το UAV που επιθυμεί.
(EL)
In the last decade, the transition of the construction industry and exploitation of unmanned flying vehicles (UAVs) from military to purely commercial, industrial and environmental applications have dramatically increased their penetration in society. The continuous technological improvement of UAVs in conjunction with their cost reduction, make them very popular for the simple citizen.
However, most of the commercial low-cost systems available on the market have limited technical capabilities (e.g. image or video acquisition) and new sensor integration is a particularly challenging if not impossible task.
The objective of this diploma thesis is the addition of an embedded system which allows the user to customize their UAV with different types of sensors, depending on the application needs, thereby improving user-friendliness and value for money ratio.
In order to achieve this goal, an innovative communication protocol based on I2C has been implemented. This protocol enables the rapid and reliable transfer of data from the embedded system to the flight controller of the UAV.
The encouraging results of the reliability of this new communication protocol, resulting from tests in real flight conditions, led to its exploitation, in obstacle avoidance applications for UAVs. Specifically, the same protocol was used in order to transfer the proximity sensor data to the UAV in collision processes with objects and/or other UAVs.
The interdisciplinary approach (embedded systems, flight controller, mechanical engineering, aerodynamics, flight safety, aircraft fleet management), which was implemented, resulted in a product which can be used both by the UAV manufacturers, and independently by any citizen to build or customize their own UAV.
(EN)
