Promotie S. Tijmons: MAV’s

12 december 2017 15:00 - Locatie: Aula, TU Delft - Door: webredactie

Autonomous Flight of Flapping Wing Micro Air Vehicles. Promotor: Prof.dr.ir. M. Mulder (LR).

Een van de doelen van het onderzoek naar drones is om micro-vliegtuigen (MAV’s) zo klein en lichtgewicht mogelijk te maken. Dit miniaturisatieproces zal erg nuttig zijn als MAVs gebruikt gaan worden om kleine ruimtes te bezoeken waar wij als mensen niet kunnen komen of waar andere type robots niet geschikt voor zijn. In zulke situaties is het ook van belang dat het voertuig autonoom kan functioneren, omdat een directe communicatieverbinding met een operator niet altijd gegarandeerd is. Autonomie is echter een grote uitdaging voor lichtgewicht MAV’s, omdat ze sensoren en processoren mee moeten tillen die nodig zijn voor navigatie. Gedurende mijn PhD onderzoek zijn er manieren ontwikkeld die autonomie mogelijk maken voor MAV’s met flappende vleugels. Dit zijn een speciaal type MAV’s geïnspireerd door vogels en insecten, waarbij de vleugelslag wordt gebruikt om te vliegen. De natuur laat zien dat deze manier van vliegen wordt gebruikt op heel kleine schaal, denk bijvoorbeeld aan fruitvliegjes; dit vliegconcept is daarom ook erg interessant voor microdrones. Alle ontwikkelingen en tests van autonome mogelijkheden in deze studie zijn daarom toegepast op een MAV met flappende vleugels, die ontwikkeld is door de TU Delft: de DelFly II. De eerste stap in dit onderzoek was het aantonen dat stereo visie camera’s geschikt zijn om aan boord van de DelFly II te monteren, zodat een extern systeem de visuele detectie van obstakels kan uitvoeren en het ontwijken ervan mogelijk maakt. Als tweede stap is een nieuwe versie van dit platform ontwikkeld: de “DelFly Explorer”; het heeft stabielere vliegeigenschappen en heeft een compleet stereo visie systeem van 4 gram aan boord dat ook de benodigde beeldverwerking uitvoert. Het totale gewicht van de DelFly Explorer is 20 gram en dit maakt het lichtste drone ter wereld die autonoom kan rondvliegen terwijl het obstakels ontwijkt. Het autonome vlieggedrag van de DelFly Explorer is verder ontwikkeld als de derde stap in dit onderzoek, door het algoritmes voor beeldverwerking en het ontwijken van obstakels te verbeteren, waardoor het systeem robuuster en betrouwbaarder functioneert. Een alternatieve vorm voor objectherkenning is onderzocht als vierde stap; door te leren hoe objecten er in een specifieke omgeving uit zien, is een camera systeem van 2 gram daarna in staat om afstanden te schatten op basis van een enkel beeld. Als laatste stap is een nieuw mechanisme ontwikkeld dat de hoekuitslag van de vleugels kan aansturen, wat de vliegprestaties van het platform verbetert. Dit mechanisme heeft meerdere voordelen voor het platform: het maakt het mogelijk om stil te hangen zodat obstakels ontwijken nog betrouwbaar kan worden uitgevoerd, het maakt het mogelijk om zonder staart stabiel te vliegen, en het stelt het toestel beter in staat om windverstoring tegen te werken. Alle stappen in dit onderzoek samengenomen, leveren een hoop inzichten op die nodig zijn om kleine en lichtgewicht autonome MAV’s met flappende vleugels verder te ontwikkelen. Een belangrijke les is dat, voor het bereiken van autonomie op een dergelijk toestel, het noodzakelijk is om niet alleen te kijken naar slimme algoritmes en nauwkeurige sensoren, maar ook het ontwerp en vlieggedrag mee te nemen, omdat deze aspecten elkaar allemaal beïnvloeden.  In toekomstig onderzoek zullen de verschillende ontwikkelde systemen geïntegreerd worden als één systeem, waarbij alle componenten verder zullen worden verkleind, zodat de DelFly uiteindelijk nog kleiner en lichter wordt. 

Meer informatie?

Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.