Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Project of remote controlled drone equipped in autonomously manipulated camera based on active vision

Szymon Jerzy Kurowski

Abstract

The goal of my engineering thesis was to design and build multipurpose budget aerial platform, equipped with active vision system capable of moving the camera based of the processed image from it. Project was based on using commonly available off-the-shelf components to make a complete monolithic system designed to take on remote tasks and realize process of steering the camera. Innovation in the project comes with eliminating the need for highly skilled operator during operation and enables focusing on flight data and recorded images rather than controlling flight itself. It opens job possibility in areas which traditionally needs big human resources to control i.e. cutting down forests, illegal build sites or during searches and patrols. Components were chosen depending on their parameters, performance and price. There were two iterations of the project. First was based on ground level image processing so the image was supposed to be transmitted to ground station and instructions for the camera mount would be send back to the drone. But as problems with quality of transmitted image and signal noise emerged, realization of this concept halted. Another burden to overcome was to transmit the camera steering data from the computer back to the drone. Due to these limitations, idea for the project has been changed. Quadrocopter in its final form realizes all project assumptions with secondary onboard computer, which unfortunately meant very limited computing power and forced greatly simplified programming approach with undemanding algorithm. The frame was changed for a bigger one and more powerful motors were mounted. Therefore, assumpted capabilities have not been compromised. Despite much greater take-off mass drone offers dynamic flight parameters because of maintained thrust to weight ratio of two. Effective range for all communication channels which includes radio transmitter, telemetry communication and image transmission comes at around 1,5km. The opensource project of chosen flight controller provides real time communication with ground base via telemetry module with current position, orientation and vehicle status. System is capable of remotely set missions and autonomous position hold or transitioning between set waypoints based of GPS location, also automatic return to home position after loss of signal or a request to do so. Project illustrates capabilities of hobby grade equipment and limitations due to using cheap mass-produced parts. Biggest hurdles were overcome during integration of individual components into functional system. Further development of the project will be possible with bigger funding, especially onboard processing computer was a limiting factor in developing new capabilities. Additionally, right now the ratio of image processing equipment mass to the whole take-off mass is quite high so to extend flight time next iteration should be built on yet another larger frame.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Szymon Jerzy Kurowski (FM) Szymon Jerzy Kurowski,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Projekt zdalnie sterowanego drona z kamerą autonomicznie sterowaną przy pomocy wizji aktywnej
Supervisor
Barbara Siemiątkowska (FM/IACR) Barbara Siemiątkowska,, The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)
Study subject / specialization
, Automatyka i Robotyka (Automation and Robotics)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
11-09-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Barbara Siemiątkowska (FM/IACR) Barbara Siemiątkowska,, The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)Faculty of Mechatronics (FM) Jan Klimaszewski (FM/IACR) Jan Klimaszewski,, The Institute of Automatic Control and Robotics (FM/IACR)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
dron, quadrocopter, wizja aktywna, autonomiczna platforma latająca, śledzenie obiektu
Keywords in English
drone, quadrocopter, active vision, autonomous aerial platform, object tracking
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy inżynierskiej było skonstruowanie wielozadaniowej platformy latającej niskiego kosztu, wyposażonej w system wizji aktywnej sterujący kamerą na podstawie przetwarzanego z niej obrazu. Projekt zakładał wykorzystanie gotowych ogólnodostępnych modułów handlowych, tak aby razem stworzyły jednolity system pozwalający na wykonywanie zdalnych zadań i realizowały proces sterowania kamerą. Innowacyjność takiego podejścia polega na wyeliminowaniu potrzeby doświadczonego operatora w czasie wykonywania misji i umożliwia skupienie się na otrzymanych danych, materiale filmowym i parametrach lotu zamiast na kontrolowaniu pojazdu. Otwiera to możliwości pracy zdalnej w sektorach, gdzie tradycyjnie potrzebne są duże zasoby ludzkie do kontroli np. wycinki lasów, nielegalnego budownictwa czy nawet poszukiwań lub patrolów porządkowych. Komponenty zostały dobrane pod względem oferowanych parametrów jak i ceny. Powstały dwie iteracje platformy. Pierwsza opierała się na wykorzystaniu stacji naziemnej do przetwarzania obrazu. Obraz z kamery miał być przesyłany do komputera, następnie po przetworzeniu polecenia dla ruchu kamery miały być odesłane do drona. Problemy z jakością przesyłania obrazu, znaczne zakłócenia i słaba jakość uniemożliwiły realizację takiego podejścia. Dodatkową przeszkodą w realizacji było nadanie informacji zwrotnej sterowania kamerą. Dlatego zdecydowano się na zmianę założeń. Quadrocopter w końcowej wersji realizuje w całości założenia przy pomocy osobnego komputera pokładowego, co jednak przełożyło się na ograniczenia dostępnej mocy obliczeniowej i wymusiły znaczne uproszczenie planowanych funkcjonalności i złożoności algorytmów. Zmieniona została rama na większą i zostały zamontowane silniki o większej mocy. Założone parametry podstawowe dzięki temu nie uległy pogorszeniu i pomimo większej masy startowej dron ma możliwości dynamicznego lotu dzięki przynajmniej dwukrotnie większemu ciągowi niż masie. Efektywny zasięg wszystkich kanałów komunikacji tzn.: sterowania radiowego, telemetrii i zlecania zadań oraz przesyłania obrazu z kamery wynosi ok.1,5km. Projekt otwartego źródła, wybranego do konstrukcji, kontrolera lotu oferuje komunikację ze stacją naziemną przez moduł telemetrii. W czasie rzeczywistym można obserwować informacje z telemetrii o pozycji, orientacji i stanie pojazdu. Możliwe jest też zdalne planowanie misji i autonomiczne utrzymywanie pozycji oraz przemieszczanie pomiędzy punktami współrzędnych na podstawie GPS, a także samoczynny powrót do bazy w przypadku utraty sygnału lub wysłania takiego polecenia. Projekt pokazał możliwości sprzętu na rynku hobbistycznym i ograniczenia wiążące się z zastosowaniem tanich masowo produkowanych części. Największą przeszkodą była integracja gotowych podsystemów w celu umożliwienia rozwijania funkcjonalności całości. Dalszy rozwój projektu będzie możliwy przy większym nakładzie finansowym, w szczególności komputer pokładowy jest tutaj ograniczającym czynnikiem. Dodatkowo ilość oprzyrządowania na dronie powoduje duży stosunek masy komponentów systemu wizyjnego do masy startowej więc, aby wydłużyć użyteczny czas lotu kolejna iteracja powinna być zbudowana na jeszcze większej ramie.
File
  • File: 1
    276741_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 35705

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTea585ded09844f72881340b5cde405e7/
URN
urn:pw-repo:WUTea585ded09844f72881340b5cde405e7

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page