Spårning av rotorblad på UAV

(1)

Link¨oping Studies in Science and Technology Licentiate Thesis No. LIU-IEI-TEK-G–16/00936—SE

Examensarbete

Sp˚

arning av rotorblad p˚

a UAV

av

Max Drougge

Institutionen f¨

or ekonomisk och industriell utveckling

Tekniska fakulteten

TEKNISKA H ¨

OGSKOLAN

LINK ¨

OPINGS UNIVERSITET

IEI

Link¨opings universitet 581 83 Link¨oping

(2)

Handledare

Magnus Sethson

Examinator

(3)

Upphovsr¨

att

Detta dokument h˚alls tillgängligt p˚a Internet — eller dess framtida ersättare — under 25 ˚ar fr˚an publiceringsdatum under förutsättning att inga extraordinära omständigheter uppst˚ar. Tillg˚ang till dokumentet innebär tillst˚and för var och en att läsa, ladda ner, skriva ut enstaka kopior för enskilt bruk och att använda det oförändrat för ickekommersiell forskning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten vid en senare tidpunkt kan inte upphäva detta tillst˚and. All annan användning av dokumentet kräver upphovsmannens medgivande. För att garantera äktheten, säkerheten och tillgängligheten finns det lösningar av teknisk och administrativ art. Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i den omfattning som god sed kräver vid användning av dokumentet p˚a ovan beskrivna sätt samt skydd mot att dokumentet ändras eller presenteras i s˚adan form eller i s˚adant sammanhang som är kränkande för upphovsmannens litterära eller konstnärliga anseende eller egenart. För ytterligare information om Linköping University Electronic Press se förlagets hemsida

http://www.ep.liu.se/

Copyright

The publishers will keep this document online on the Internet — or its possible replacement — for a period of 25 years from the date of publication barring exceptional circumstances. The online availability of the document implies a permanent permission for anyone to read, to download, to print out single copies for his/her own use and to use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose. Subsequent transfers of copyright cannot revoke this permission. All other uses of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The publisher has taken technical and administrative measures to assure authenticity, security and accessibility. According to intellectual property law the author has the right to be mentioned when his/her work is accessed as described above and to be protected against infringement. For additional information about the Link¨oping University Electronic Press and its procedures for publication and for assurance of document integrity, please refer to its www home page: http://www.ep.liu.se/

(4)

Sammanfattning

Arbetet gick ut p˚a att utvärdera befintliga sp˚arningsmetoder, utforma en procedur för sp˚arning, ge förslag p˚a lämplig utrustning och om tid fanns, testa konceptet. Arbetet skulle ocks˚a dokumenteras s˚a att krav, design och beslut kan först˚as av n˚agon som inte varit delaktig i arbetet.

För att minska vibrationerna i UAV behöver rotorbladen sp˚aras, det vill säga, rotorbladen ska befinna sig p˚a samma höjd vid samma position i rotationen. Om sp˚arningen inte är korrekt kan detta leda till oönskade vibrationer som kan vara farliga för UAV:er. I dagsläget används en metod som är väldigt tidskrävande. Metoden har heller inte speciellt god precision i mätningarna.

För att komma fram med en ny sp˚arningsmetod jämfördes olika metoder som används idag. Vilka krav som fanns p˚a metoden, även kostnad och tid togs med vid utformandet. Sp˚arningsmetoden som tagits fram innefattar en avst˚andsmätare som använder sig av ljus. Mätning sker p˚a respektive rotorblad, därefter skickas data för behandling till en mikrokontroller. Resultatet blev ett nytt sp˚arningskoncept med stor potential. Med mer utvecklingsarbete och testning skulle det kunna bli en egen produkt som kan till exepel säljas tillsammans med UAV eller helt separat. Examensarbetet har utförts hos företaget CybAero AB.

(5)

Inneh˚

all

1 Inledning 1 1.1 Syfte . . . 1 1.2 CybAero AB . . . 1 1.3 Bakgrund . . . 2 1.4 Metod . . . 3 2 Teori 4 2.1 Sp˚arning . . . 4 2.2 Vibrationer . . . 5 2.2.1 L˚agfrekventa vibrationer . . . 5 2.2.2 Medelfrekventa vibrationer . . . 5 2.2.3 H¨ogfrekventa vibrationer . . . 6 2.3 Antal rotorblad . . . 6 2.4 Sp˚arningsmetoder . . . 7 2.4.1 Stavmetoden . . . 7 2.4.2 Flaggmetoden . . . 8 2.4.3 Ljusreflektormetoden . . . 9 2.4.4 Strobemetoden . . . 10

2.5 CybAeros nuvarande sp˚arningsmetod . . . 11

2.6 F¨oreslagen sp˚arningsmetod . . . 12

3 H˚ardvara 13 3.1 Typ av avst˚andssensor . . . 13

3.2 Ljudsensor . . . 14

3.3 Sharp IR-sensor (gp2y0a21yk) . . . 14

3.4 F¨orslag p˚a sensor . . . 14 3.5 Alternativ sensor . . . 15 3.6 Databehandling . . . 15 3.6.1 Raspberry Pi . . . 15 3.6.2 Beaglebone Black . . . 15 3.6.3 Arduino Uno . . . 16

(6)

INNEH˚ALL INNEH˚ALL 4 Genomf¨orande 17 4.1 Val av sp˚arningsmetod . . . 17 4.2 Prestandakrav . . . 18 4.3 Val av sensor . . . 19 4.4 Val av mikrokontroller . . . 20 4.5 Uppkoppling . . . 21 4.6 Mjukvara . . . 23 4.6.1 IDE programvara . . . 23 4.6.2 Initiering (setup) . . . 25 4.6.3 Huvudfunktionen (loop) . . . 25 4.6.4 Underprogram . . . 25

4.7 Testning och filtrering . . . 26

4.8 Montering . . . 30

4.9 F¨ordelar . . . 30

5 Resultat och diskussion 31 5.1 Resultat . . . 31

5.2 Diskussion . . . 32

6 Slutsats och vidareutveckling 33 6.1 Slutsats . . . 33

(7)

Figurer

1.1 Rotorblad i- och ur sp˚arning . . . 2

2.1 Laterala och vertikala vibrationer . . . 5

2.2 Stavmetoden . . . 7 2.3 Flaggmetoden . . . 8 2.4 Ljusreflektormetoden . . . 9 2.5 Strobemetoden . . . 10 2.6 Nuvarande sp˚arningsmetod . . . 11 2.7 Behandling av video . . . 12 4.1 Sharp IR-sensor . . . 19 4.2 Arduino Uno . . . 20 4.3 Kopplingsschema . . . 21 4.4 Testuppkoppling . . . 22 4.5 IDE programvara . . . 23 4.6 Fl¨odesschema . . . 24

4.7 Diagram m¨atv¨arden utan filter och tejp . . . 27

4.8 Diagram m¨atv¨arden utan filter med tejp . . . 28

4.9 Diagram m¨atv¨arden med filter och tejp . . . 29

4.10 Monteringsf¨orslag av en sensor . . . 30

5.1 Testdata . . . 31

6.1 Monteringsf¨orslag tv˚a sensorer . . . 34

(8)

Ordlista

UAV - Unmanned Aerial Vehicle VTOL - Vertical Take Off And Landing CPM - Cycles Per Minute

ADC - Analog to Digital Converter HDMI – High Definition Media Interface IR – Infrar¨od

(9)

Kapitel 1

Inledning

I det h¨ar kapitlet ges en introduktion till arbetet.

1.1 Syfte

Syftet med detta examensarbete ¨ar att:

- komma fram till en lämplig metod för att utföra sp˚arning av rotorbladen p˚a en obemannad helikopter (VTOL UAV). När en lämplig metod har valts ska utrustning för ändam˚alet väljas ut beroende p˚a de krav som ställs p˚a vald metod.

- utforma de olika funktionerna av systemet, inneh˚allande avst˚andsm¨atning, signalfiltrering, identifiering av vilket blad som beh¨over justering och presentation av data.

Arbetet skall dokumenteras s˚a att kraven, besluten och utformandet av arbetet kan f¨orst˚as av n˚agon som inte varit involverad i examensarbetet.

1.2 CybAero AB

CybAero är ett svenskt företag med säte i Linköping. De utvecklar, tillverkar och marknadsför autonoma obemannade helikoptrar, s˚a kallade VTOL UAV:er. CybAero utvecklar ocks˚a delar och system som är unika för VTOL UAV. Varje system anpassas individuellt för varje kunds specifika behov och kan användas b˚ade civilt och till försvarsapplikationer.

(10)

1.3. BAKGRUND KAPITEL 1. INLEDNING

1.3 Bakgrund

När en helikopter blir belastad kommer rotorbladen att vinkla sig upp˚at. Om sp˚arningen av bladen är perfekt kommer rotorbladen att följa samma sp˚ar genom luften b˚ade när helikoptern st˚ar p˚a marken och när den flyger. Om däremot inte perfekt sp˚arning är uppfylld kommer bladen inte att följa samma sp˚ar i luften. Det f˚ar d˚a till följd att bladen ger olika lyftkraft. Om bladen inte ger samma lyftkraft uppst˚ar vibrationer som g˚ar in i helikoptern. Beroende p˚a hur kraftiga vibrationerna är kan de drastiskt minska livslängden p˚a olika komponenter i helikoptern. I dagsläget finns egentligen ingen enkel eller bra metod för att sp˚ara rotorbladen vid flygning när det gäller obemannade helikoptrar. De metoder som används för att sp˚ara rotorbladen vid flygning kräver att det g˚ar att sitta i helikoptern, dvs en bemannad helikopter.

Genom att ta fram ett effektivt sätt att sp˚ara rotorbladen och göra justeringar därefter, ska b˚ade tiden för sp˚arning och justering minska. P˚a s˚a sätt minskas vibrationerna och därmed slitage som orsakats av vibrationer. Idag använder sig Cybaero av en sp˚arningsmetod som b˚ade är tidskrävande och har l˚ag precision. Metoden beskrivs senare i rapporten.

Figur 1.1: Figuren visar rotorbladens sp˚ar sett fr˚an sidan när de g˚ar i samma sp˚ar och när de inte gör det. Bladen är markerade bl˚att respektive rött. [15]

(11)

1.4. METOD KAPITEL 1. INLEDNING

1.4 Metod

För att f˚a en inblick i hur sp˚arning av rotorblad g˚ar till och varför den görs p˚abörjades arbetet med att studera teorin bakom sp˚arning. [3][4][5] Tidigt i arbetet kom en möjlighet att f˚a följa med p˚a en provflygning. Detta var en god möjlighet att f˚a en bättre inblick i hur det praktiska arbetet faktiskt ser ut för att kunna utforma metoden till att bli s˚a smidig och enkel som möjligt för användaren.

Därefter studerades olika sp˚arningsmetoder som används p˚a s˚aväl bemannade som obemannade helikoptrar. Det visade sig finnas en hel del olika metoder med sina fördelar och nackdelar. Utifr˚an den här informationen kom det fram idéer om hur en lämplig sp˚arningsmetod skulle kunna se ut p˚a CybAeros VTOL UAV.

När en sp˚aringsmetod utformats p˚abörjades sökning och p˚aläsning av vilken h˚ardvara som kan eller kommer att kunna behövas. När h˚ardvara valts ut och anskaffats för att kunna testa konceptet p˚abörjades uppkoppling, kodskrivning och därefter test och felsökning av kod. När ett flertal tester gjorts för att bevisa konceptet visade sig begränsningar med använd h˚ardvara. När konceptet bevisats p˚abörjades efterforskning om vilken h˚ardvara som skulle kunna användas för operativt bruk.

(12)

Kapitel 2

Teori

Det här avsnittet behandlar teorin bakom sp˚arning av rotorblad. Varför det behövs, vad m˚alet med sp˚arningen är och vad som händer om inte sp˚arning utförs. Det presenteras ocks˚a sp˚arningsmetoder som används p˚a bemannade helikoptrar. En kort beskrivning av metoden som kommer att användas i projektet finns ocks˚a.

2.1 Sp˚

arning

När det pratas om sp˚arning i helikoptersammanhang menas det huruvida rotorbladen följer samma sp˚ar i luften, dvs. g˚ar p˚a samma höjd vid samma position vid märkhastighet p˚a rotorbladen och hur rotorbladen ska justeras. Att notera är ocks˚a att rotorbladen kan g˚a i olika sp˚ar beroende p˚a om sp˚arning görs p˚a marken eller vid flygning. Därför är det bäst att utföra sp˚arning vid flygning. M˚alet med sp˚arning är att f˚a minimal vibration i helikoptern. Perfekt sp˚arning behöver nödvändigtvis inte ge minst vibrationer i alla lägen, men det är en bra start för att minimera vibrationer. En helikopter brukar normalt behöva sp˚arning om rotorblad eller andra komponenter i rotorhuvud har bytts ut eller justerats. [4] Det finns ett antal olika metoder som används vid sp˚arning av bemannade helikoptrar idag, n˚agra av dem presenteras i den här rapporten.

(13)

2.2. VIBRATIONER KAPITEL 2. TEORI

2.2 Vibrationer

Vibrationer i helikopter och UAV sammanhang brukar delas upp i tre olika grupper med avseende p˚a frekvens. Beroende p˚a vilken frekvens en vibration har kan komponenten där vibrationen genereras lokaliseras. Beroende p˚a om vibrationen kommer fr˚an d˚alig sp˚arning av blad eller obalans kommer de att se olika ut. En vertikal vibration beror oftast p˚a d˚alig sp˚arning av rotorblad medan laterala vibrationer oftast kommer fr˚an d˚alig balans. Man brukar därför montera en vibrationssensor för vertikala vibrationer och en för laterala vibrationer. Vibrationens intensitet brukar skrivas som cycles per minute (CPM). [4]

Figur 2.1: Bilden visar laterala och vertikala vibrationer. [4]

2.2.1 L˚

agfrekventa vibrationer

Den här kategorin inneh˚aller vibrationer mellan 0 och 500 CPM. De här vibrationerna brukar ofta associeras med huvudrotorn. Det stämmer dock inte i fallet för CybAeros UAV, d˚a dess huvudrotor roterar betydligt snabbare och vibrationen bör därför inte förekomma i samma utsträckning i UAV sammanhang.

2.2.2 Medelfrekventa vibrationer

De medelhöga frekvenserna sträcker sig mellan 500 till 2000 CPM. Eftersom det är ett väldigt stort frekvensspann kan det var sv˚art att urskilja specifika vibrationer inom omr˚adet. Med tanke p˚a att huvudrotorn p˚a den UAV som behandlas i rapporten roterar med en hastighet av 1250 RPM inneh˚aller kategorin även vibrationer fr˚an huvudrotorn. [12] Detta gör att majoriteten av vibrationerna bör finnas i den här kategorin.

(14)

2.3. ANTAL ROTORBLAD KAPITEL 2. TEORI

2.2.3 H¨

ogfrekventa vibrationer

I den här kategorin ing˚ar alla vibrationer som är över 2000 CPM. De tre största bidragen till vibrationerna kommer oftast fr˚an akterrotor, motor och drivlina, om s˚adan finns.

Eftersom helikoptrar har väldigt m˚anga rörliga delar är de extra känsliga och mottagliga för vibrationer. När en komponent slits f˚ar det i sin tur som följd att närliggande komponenter ocks˚a slits snabbare. Det är därför väldigt viktigt att minimera vibrationerna i en helikopter. Annars blir konsekvensen höga underh˚allskostnader i form av till exempel för tidigt utslitna delar. [4][5][2]

2.3 Antal rotorblad

Enligt [5] baseras valet av antal rotorblad för en given area eller h˚allfasthet oftast p˚a dynamiska och inte aerodynamiska kriterier. Det betyder att valet beror p˚a vilket antal blad som bäst minimerar vibrationerna i helikoptern. Detta ˚astadkomms enklast med ett högre antal rotorblad. Det finns dock fördelar med att ha färre blad. Färre blad minimerar vikten och dragkraften p˚a navet där rotorbladen fästs. Det kan även innebära bättre tillförlitlighet och enklare underh˚all eftersom det finns färre delar som kan behöva bytas ut. Det är vanligt att lätta helikoptrar har tv˚a blad medan tyngre helikoptrar oftast har fyra, fem, sju eller ˚atta rotorblad. Eftersom CybAeros UAV är en lättviktshelikopter som används för kommersiellt bruk har man valt att använda tv˚a rotorblad för att ocks˚a minska kostnader. [11]

Att man valt att använda tv˚a rotorblad underlättar ocks˚a sp˚arning av bladen. Med föreslagen metod blir inte prestandakraven p˚a utrustningen lika höga eftersom färre rotorblad används. Antalet justeringar som kan göras under sp˚arning minskar ocks˚a markant med färre rotorblad, vilket f˚ar som följd att tiden för sp˚arning minskas. I CybAeros fall med tv˚a rotorblad kan 8 olika parametrar varieras för att justera sp˚arningen. [11]

(15)

2.4. SP˚ARNINGSMETODER KAPITEL 2. TEORI

2.4 Sp˚

arningsmetoder

2.4.1 Stavmetoden

En väldigt enkel metod utgörs av att en stav förses med en gummibit som färgas med en väl synlig färg. Rotorbladen körs upp till märkvarvtal och sedan ställer sig en person med staven vid yttersta delen av rotorbladen och h˚aller upp staven s˚a att rotorbladen blir färgade. Om bladen blir lika mycket färgade följer bladen samma sp˚ar i luften. Den här metoden fungerar dock endast för sp˚arning p˚a marken. Det finns ocks˚a risk för personskador eftersom en person m˚aste h˚alla staven nära rotorbladen. [4]

Figur 2.2: Ett exempel p˚a hur det ser ut när stavmetoden använts. För att kunna urskilja rotorbladen fr˚an varandra markeras ett blad med till exempel röd tejp medan det andra bladet, i det här fallet är vitt. Om ett av bladen har större märke ¨

an det andra ska det som är mindre märkt sänkas. Är b˚ada markerade lika g˚ar de i samma sp˚ar. [4]

(16)

2.4.2 Flaggmetoden

Flaggmetoden är ocks˚a en metod som endast kan användas för sp˚arning p˚a marken. För att kunna läsa av höjden p˚a rotorbladen m˚aste de färgas med olika färger. Med den här metoden används en “flagga” som monteras p˚a en stav som sedan, likt stavmetoden, h˚alls upp mot utkanten av rotorbladen när rotorbladen roterar med märkhastighet. De olika bladen färgar d˚a av sin respektive färg p˚a flaggan. Finns endast sp˚ar av ett rotorblad g˚ar bladen p˚a samma höjd. Finns det fler sp˚ar ska det övre sänkas. [4]

Figur 2.3: Visar ett exempel p˚a hur det ser ut när flaggmetoden använts. Om endast ett märke syns g˚ar bladen i samma sp˚ar. Finns det fler märken ska det som g˚ar högst sänkas till samma höjd som det lägre. [4]

(17)

2.4.3 Ljusreflektormetoden

Den här metoden har fördelen att den kan användas b˚ade p˚a marken och i luften, förutsatt att man kan sitta i helikoptern. Här monteras reflektorer längst ut p˚a rotorbladen, där en av reflektorerna m˚aste märkas upp för att kunna skilja rotorbladen fr˚an varandra. En stark spotlight används för att belysa reflektorerna. När helikoptern körs p˚a märkvarvtal ses det rent visuellt hur rotorbladen förh˚aller sig till varandra. G˚ar rotorbladen i samma sp˚ar syns endast ett blad, annars flera beroende p˚a hur m˚anga rotorblad som finns. [4]

(18)

2.4.4 Strobemetoden

Precis som ljusreflektormetoden fungerar den här b˚ade p˚a marken och i luften förutsatt att man kan sitta i helikoptern. Här m˚aste ocks˚a reflektorer monteras längst ut p˚a rotorbladen. Skillnaden här är hur reflektionerna av rotorbladen ser ut. Stroben aktiveras och belyser bladet när det befinner sig framför. Detta ger en bild av stillast˚aende rotorblad där man kan se hur de ligger i förh˚allande till varandra. [4]

(19)

2.5. CYBAEROS NUVARANDE SP˚ARNINGSMETODKAPITEL 2. TEORI

2.5 CybAeros nuvarande sp˚

arningsmetod

I dag använder sig CybAero av en sp˚arnngsmetod som endast kan användas för marksp˚arning. Det sker heller ingen direkt avst˚andsmätning av hur stor höjdskillnaden är mellan rotorbladen. Eftersom ingen mät- eller annan sp˚arningsdata inte finns kan heller ingen dokumentation göras av sp˚arningen. Förberedelser

När sp˚arning utförs användes en höghastighetskamera monterad p˚a ett stativ. Innan sp˚arningen p˚abörjas placeras stativet 50 cm ± 10 cm fr˚an rotorbladens ¨

andar (framför helikoptern). För att f˚a stativet stabilt hängs en 2 kg vikt under stativet. Därefter monteras kameran p˚a stativet 113 cm ± 3 cm ovanför marken (i höjd med rotorbladen). Det är viktigt att det g˚ar att se hela bladen när de är vertikala mot helikoptern.

Figur 2.6: Figuren visar uppst¨alling av nuvarande sp˚arningsutrustning.

Inspelning av video

Innan inspelning kan börja m˚aste checklistan ”innan flygning” g˚as igenom. Av säkerhetsskäl ska inspelning av videon startas innan motorn sl˚as p˚a. När inspelning och motor är p˚a ska RC-piloten ge en kollektiv pitch, dvs. ge helikoptern lyftkraft, dock inte s˚a att helikoptern lyfter. För att kunna utföra sp˚arningen räcker det med n˚agra sekunders inspelning. När det bedöms att inspelningen är tillräcklig stängs helikoptern av och checklistan för ”efter flygning” g˚as igenom. Därefter stängs inspelningen av och kameran kopplas till en dator för behandling av den inspelade videon.

(20)

2.6. F ¨ORESLAGEN SP˚ARNINGSMETOD KAPITEL 2. TEORI

Behandling av video

I videobehandlingsprogrammet kommer tv˚a sekvenser av filmen att jämföras med varandra varav den ena visar bladen förskjutna 180 grader. P˚a s˚a sätt kan man se om n˚agot av bladen behöver justeras. Om s˚a är fallet görs justeringen och proceduren görs om tills sp˚arningen är godkänd.[12]

Figur 2.7: Figuren visar behandlingen av video f¨or sp˚arning. Tv˚a kopior av videon ¨

overlappar varandra. Med en förskjutning i tid p˚a ena videon kan rotorbladen jämföras i höjdled vid olika tidpunkter. P˚a s˚a sätt bestäms det hur bladen ska justeras för att f˚a en bättre sp˚arning.[12]

2.6 F¨

oreslagen sp˚

arningsmetod

Eftersom sp˚arning p˚a marken och i luften kan vara olika ska med fördel en metod som kan sp˚ara b˚ade p˚a marken och vid flygning användas. I tidigare presenterade sp˚arningsmetoder förutsätts det att det är en bemannad helikopter för att kunna sp˚ara bladen vid flygning. I fallet med UAV är detta givetvis inte möjligt med samma metoder.

Därför föresl˚as en metod som använder sig av en avst˚andssensor som kan monteras p˚a godtycklig plats p˚a UAV. Data behandlas sedan med n˚agon form av dator. Detta ger möjlighet till sp˚arning p˚a marken samt vid flygning. Det öppnar ocks˚a upp möjligheter att dokumentera sp˚arningarna p˚a ett enkelt sätt.

(21)

Kapitel 3

H˚

ardvara

I det här kapitlet behandlas den h˚ardvara som har valts att användas i projektet, och varför. Det presenteras ocks˚a h˚ardvara som kan användas vid vidareutveckling av konceptet.

3.1 Typ av avst˚

andssensor

Efter en tids studier beslutades att en optisk avst˚andssensor var bäst lämpad för uppgiften. Detta beslut togs med tanke p˚a att optiska sensorer generellt har god precision och kan mäta avst˚and väldigt fort, vilket efterfr˚agas för den här uppgiften. Avst˚andsmätning med ljud valdes bort p˚a grund av att vid hög rotationshastighet kan rotorbladen generera ljud som stör ut ljudbaserade avst˚andssensorer. [11] De vanligaste optiska sensorerna använder sig antingen av IR-ljus eller laser. Det finns b˚ade för- och nackdelar med dem. En nackdel med lasersensorer är att de är känsliga för höga temperaturer, medan LED-sensorer inte är speciellt temperaturkänsliga. Eftersom laser använder sig av ett litet ljusspektrum blir det lättare att filtrera bort annat ljus som kan komma att störa sensorn. Detta är dock lite sv˚arare när det gäller IR-sensor eftersom de ofta använder sig av ett bredare ljusspektrum. Lasersensorn har ofta ocks˚a fördelen att kunna mäta avst˚and betydligt snabbare än en IR-sensorer. Detta är ett viktigt kriterium för projektet. [9]

(22)

3.2. LJUDSENSOR KAPITEL 3. H˚ARDVARA

3.2 Ljudsensor

Ljusförh˚allanden kan spela en stor roll vid mätning med hjälp av laser eller ljus med andra v˚aglängder. Ljudsensorn har fördelen att ljusförh˚allandena inte spelar n˚agon roll vid mätning. Dock uppkommer det sv˚arigheter att mäta med ljud vid bullriga miljöer. I det här arbetet är ocks˚a mäthastigheten kritisk. En ljudsensor har inte samma möjligheter att mäta med samma hastighet som en ljussensor, eftersom ljudet bland annat inte har samma hastighet i luft som ljus. Ljudsensorer valdes bort för att omgivningen runt en helikopter är väldigt bullrig och därför kan de störas ut väldigt lätt. [11]

3.3 Sharp IR-sensor (gp2y0a21yk)

Avst˚andsmätaren Sharp hp2y0a21yk använder sig av IR-ljus. Den använder sig av trianguleringsmetoden för att beräkna avst˚and vilket minskar störningskänsligheten fr˚an omgivningen i form av till exempel solljus. En stor fördel för projektet med den här sensorn är det l˚aga priset och den enkla implementeringen. Även om sensorn inte har de prestanda som efterfr˚agas kan den användas för att visa att konceptet fungerar. Om konceptet fungerar med den här sensorn kan koden som använts anpassas till en sensor med högre prestanda.

3.4 F¨

orslag p˚

a sensor

SICK OD5-25T01 är ett förslag p˚a en sensor som har prestanda för uppgiften enligt datablad [10]. Det är en lasersensor fr˚an tillverkaren SICK med modellnamn OD5-25T01. Den här sensorn använder sig av röd laser istället för IR-ljus. Fördelen med laser är bland annat en ökad mätfrekvens, hög precision och goda möjligheter att kunna användas vid solljus om filter används. Eftersom sensorn är av mycket hög kvalitet kostar den därför mer ¨

an till exempel Sharp sensorn. Med den här sensorn kommer ett värde p˚a b˚ada rotorbladen vid varje varv att kunna erh˚allas, vilket kommer att resultera i en snabb och smidig sp˚arning. Precisionen p˚a mätvärdena är ocks˚a mycket goda. Sensorn är stöt- och vibrationst˚alig samt IP67 klassad. Eftersom vikten endast är 250g bör det heller inte vara n˚agra problem vid

(23)

3.5. ALTERNATIV SENSOR KAPITEL 3. H˚ARDVARA

3.5 Alternativ sensor

PulsedLight (LIDAR-lite) är en lasersensor som är av ungefär samma storlek som sensorn fr˚an Sharp. Med en maximal repetitionshastighet p˚a 100 Hz behöver man initiera mätningen d˚a rotorbladet befinner sig över sensorn. D˚a behandlingstiden av mätdata är för l˚ang (10ms) för att kunna klara av att räkna ut ett avst˚and mellan varje g˚ang rotorbladen befinner sig ¨

over sensorn, behövs även här en initiering (timing). För att f˚a ytterligare information om den här sensorn mailades utvecklaren. Fr˚agorna togs emot positivt och han trodde sensorn skulle kunna fungera till ändam˚alet om timingen blev rätt. Det nämndes ocks˚a att de var i färd med att utveckla en snabbare sensor som skulle kunna mäta upp till 2 kHz. Vid projektets utförande var den förstnämnda fortfarande i ett tidigt stadium och skickades endast till de som bidragit till utvecklingen av produkten. Enligt datablad skulle den här sensorn definitivt kunnat användas för att verifiera konceptet. Den snabbare sensorn var fortfarande under utveckling, därför kunde endast specifikationer användas för bedömning av lämplighet. [14]

3.6 Databehandling

För att kunna läsa och behandla data fr˚an sensorer behövs n˚agon form av mikrokontroller. Här finns det m˚anga alternativ. De som det lades mest fokus p˚a i det här projektet var Raspberry pi, Beaglebone Black och Arduino.

3.6.1 Raspberry Pi

Raspberry pi ¨ar en typ av minidator med fokus p˚a media, den har till exempel en HDMI utg˚ang och klarar av att spela upp 1080p video. [7] Det ¨

ar emellertid n˚agot som är helt oviktigt för det här projektet. Det finns heller ingen inbyggd ADC. För det här projektet lämpar sig inte Raspberry pi speciellt bra.

3.6.2 Beaglebone Black

Beaglebone Black har stora möjligheter och bra prestanda för det här projektets ¨

andam˚al, rentav onödigt mycket. Det som egentligen är nödvändigt är en mikrokontroller som kan läsa och behandla data tillräckligt snabbt. Det finns inbyggd ADC, vilket är en fördel för testning av Sharp-sensorn. Databehandlingen skulle Beaglebone Black definitivt klara av. Eftersom den här produkten klarar av att göra mycket mer än vad som behövs togs beslutet att leta vidare efter en produkt som är mer lämpad för projektet specifika ändam˚al. Om det i framtiden skulle behövas högre prestanda och fler funktioner är Beaglebone Black ett starkt alternativ. [8]

(24)

3.6. DATABEHANDLING KAPITEL 3. H˚ARDVARA

3.6.3 Arduino Uno

Den utgör en mycket populär plattform för testning och utveckling av prototyper. Arduino använder ett väldigt enkelt programmeringsspr˚ak vilket gör det lätt att komma ig˚ang med arbetet. Det finns ocks˚a en väldigt stor användarkrets som gör det lätt att f˚a hjälp om man har n˚agra fr˚agor eller funderingar. Här finns ocks˚a en inbyggd ADC som klarar av konverteringshastigheter upp till 10 kHz. Det finns heller inte m˚anga, för det här projektet, onödiga funktioner som till exempel HDMI eller ethernet. Det finns ocks˚a ett antal digitala in-och utg˚angar vilket möjliggör digital databehandling fr˚an sensor. [13]

(25)

Kapitel 4

Genomf¨

orande

I det här kapitlet beskrivs det hur projektet har genomförts. Det beskrivs ocks˚a vilka tester som genomförts samt beslut som tagits när det gäller h˚ardvara och mjukvara.

4.1 Val av sp˚

arningsmetod

Av metoderna som tidigare presenterades skulle endast de tv˚a första fungera för en obemannad helikopter. De metoderna har dock sina nackdelar. Det finns till exempel risk för personskador, mätningarna har inte speciellt hög precision, fungerar endast p˚a marken och är tidskrävande m.m. Det krävs ocks˚a kringarbete för att dokumentera resultaten. Därför har det i det här arbetet tagits fram en ny metod som fungerar b˚ade p˚a marken och i luften, även för en obemannad helikopter. Kort beskrivet är det en metod som använder sig av en optisk sensor som läser av den relativa höjden p˚a rotorbladen och skickar data till en mikrokontroller där den behandlas. Mikrokontrollern kontrollerar att värdet är giltigt. Är det giltigt sparas värdet undan för respektive blad. När ett antal värden sparats görs en medelvärdsbildning för vardera bladen. Därefter bestäms vilket blad som skall justeras.

(26)

4.2. PRESTANDAKRAV KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.2 Prestandakrav

När sp˚arningsmetoden tagits fram kunde ocks˚a kraven p˚a h˚ardvaran bestämmas. Beroende p˚a om ett värde p˚a varje blad ska tas varje varv eller inte, kommer olika krav att ställas p˚a h˚ardvaran. Med metoden som tagits fram, mäts med fördel rotorbladen vid varje varv för att f˚a en snabb och exakt sp˚arning. Mätning ska ske s˚a l˚ang ut p˚a rotorbladen som möjligt. Hastigheten längst ut p˚a rotorbladen vid märkrotationshastighet är enligt uppgift fr˚an CybAero ca 1100 km/h, vilket är ca 306 m/s. Rotorbladen har en bredd p˚a 12 cm. [12] Detta ger v = 306m/s b = 0, 12m b v = t ⇒ t = 0, 12 306 = 3, 9216 · 10 −4_{s ≈ 0, 39ms}

Där t är tiden rotorbladet befinner sig över sensorn. Ska ett rotorblad mätas varje varv kommer sensorn att kunna behöva utföra en mätning p˚a ca 0,39 ms.

Skulle b˚ada rotorbladen beh¨ova m¨atas vid varje varv blir kravet 0, 39

2 = 0, 195 ms. Utöver mäthastigheten finns det ocks˚a krav p˚a precisionen, upprepningsfelet, storlek, vikt och störningskänslighet. Vid god sp˚arning bör felet enligt CybAero ligga runt 1 mm. Därför bör sensorn ha en precision p˚a minst 1 mm samt ett upprepningsfel p˚a < 1 mm. Eftersom sp˚arning ska ske vid flygning ska utrustningen kunna monteras p˚a helikoptern. Under projektet har det inte funnits fri tillg˚ang till ritningar m.m. s˚a ett exakt krav p˚a vikt eller storlek p˚a sensor har inte tagits fram. Istället har en godtyckligt liten storlek och vikt ansetts som godkänt. När prestandakrav p˚a avst˚andssensor fastställts kunde ocks˚a kraven p˚a mikrokontroller bestämmas. Om en sensor ger en analog utsignal kommer en ADC krävas. ADC m˚aste d˚a kunna konvertera med en hastighet p˚a minst 1 ₋₃ ≈ 5100 Hz.

(27)

4.3. VAL AV SENSOR KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.3 Val av sensor

Efter att prestandakraven var klarlagda studerades olika sensorer som kan tänkas komma till användning i projektet. Det visade sig snabbt att mer kvalitativa sensorer som skulle kunna klara av uppgiften var dyra. Därför togs beslutet att köpa en billigare sensor för att kunna testa konceptet. Sensorn som valdes var Sharp IR-sensor (gp2y0a21yk) som presenterades tidigare i rapporten. Valet gjordes med tanke p˚a det l˚aga priset och den relativt enkla installationen. Detta gav mer tid till att skriva och testa programmet. Den här sensorn hade som tidigare nämnt inte tillräckliga prestanda, d˚a en mätning enligt datablad [1] tar ca 38,3 ms±9,6 ms, vilket ¨

ar f¨or l˚ang tid enligt ber¨akningarna i tidigare stycke.

Figur 4.1: Bilden visar Sharp IR-sensor som anv¨ants f¨or utprovning av mjukvara och koncept. [1]

(28)

4.4. VAL AV MIKROKONTROLLER KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.4 Val av mikrokontroller

För att kunna läsa in och behandla data fr˚an sensorn behövs n˚agon form av mikrokontroller. Tre stycken olika behandlades tidigare i rapporten. Även här kommer valet att göras med stor vikt p˚a att kunna testa konceptet. Eftersom Raspberry pi inte har n˚agon inbyggd ADC valdes den bort i ett tidigt skede. De tv˚a mer intressanta blev d˚a Beaglebone Black och Arduino, eftersom b˚ada har inbyggd ADC. Det som efterfr˚agas här är att kunna testa konceptet och därför valdes den lite enklare mikrokontrollern Arduino. Som tidigare nämnts har Arduino en väldigt stor användarkrets dit man kan vända sig om det skulle finnas eventuella fr˚agor, vilket inte finns i samma utsträckning när det gäller Beaglebone black. En annan fördel är den l˚aga kostnaden för Arduino. Det finns dock en del begränsningar med Arduino, men den bedöms tillräcklig för det här projektet.

(29)

4.5. UPPKOPPLING KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.5 Uppkoppling

Figur 4.3: Bilden visar kopplingsschemat f¨or avst˚andssensor samt arduino med LCD-display.

Efter att h˚ardvaran för koncepttestning valts ut p˚abörjades uppkopplingen enligt datablad, med 5 V matningsspänning. Därefter kopplades utsignalen till analog in p˚a mikrokontrollern som d˚a konverterar det analoga värdet till ett digitalt värde mellan 0 och 1023 beroende p˚a avläst spänning, som i sin tur beror p˚a beräknat avst˚and. Den analoga till digitala konverteringshastigheten för Arduino är upp till 10 kHz, vilket är tillräckligt enligt beräkningarna tidigare i rapporten. För att testa och utforma programmet har en mini RC-helikopter som har koaxiala rotorer använts. Med koaxiala rotorer menas tv˚a rotorpar monterade över varandra och som roterar ˚at motsatta h˚all. Höjdskillnaden mellan de b˚ada rotorparen är ca 3-4 cm. Sensorn placerades under helikoptern i enighet med datablad [1]. Efter uppkoppling p˚abörjades programmeringen. [6]

(30)

4.5. UPPKOPPLING KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

(31)

4.6. MJUKVARA KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.6 Mjukvara

För att kunna p˚abörja testning m˚aste ett program skrivas. I det här avsnittet förklaras programmet i sina olika funktioner. Det finns ocks˚a ett flödesschema som beskriver programmets olika delar. All kod är skriven i IDE, som är programvaran som används av Arduino.

4.6.1 IDE programvara

Programmet i projektet är skrivet i Arduinos IDE-programvara. IDE är skrivet i Java och baseras p˚a Processing, avr-gcc och annan öppen mjukvara. [6]

Figur 4.5: Här visas en skärmdump av programvaran (IDE) som används för att programmera Arduino. Koden som ses är ett stycke av programmet som skrivits till projektet.

(32)

(33)

4.6. MJUKVARA KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.6.2 Initiering (setup)

Programmet startar med en initieringssekvens där variabler, serietrafik m.m. initieras. Därefter följer huvudfunktionen, som i sin tur anropar underprogram.

4.6.3 Huvudfunktionen (loop)

I huvudfunktionen f˚as en överblick hur programmet fungerar. Härifr˚an anropas underprogrammen som räknar ut, filtrerar och sparar avst˚andet till rotorbladen. Huvudfunktionen sköter ocks˚a utskriften av det som visas p˚a LCD-displayen.

4.6.4 Underprogram

• double filter()

Här ställs det ungefärliga intervallet in där rotorbladen kommer att befinna sig. Därefter görs en mätning, och om mätningen är inom

intervallet räknas det som ett godkänt värde och tas med i medelvärdesberäkningen för det rotorblad som mätningen tillhör.

• double mean 1()

Den här funktionen beräknar medelvärdet av x antal mätningar. Detta görs genom att anropa funktionen filter(). Här sparas ocks˚a det första godkända värdet undan. Därefter jämförs efterföljande värden med det första godkända värdet. Avviker det uppmätta värdet för mycket tas den inte med i medelvärdet, eftersom det d˚a kan tillhöra det andra bladet. Här kan felmarginalen fr˚an det första värdet ställas in, ju mindre felmarginal, desto mer noggrann medelvärdesberäkning. Här finns dock precisionsbegränsningar beroende p˚a sensorn som används. När valt antal mätningar har gjorts returneras ett medelvärde för blad 1.

• double mean 2()

Här utförs samma beräkningar som mean 1(). Det kontrolleras ocks˚a att mätningarna inte utförs p˚a samma blad som i mean 1() genom att värdet för mean 1() skickas in i funktionen. Är det avlästa värdet för nära mean 1() kastas det och en ny mätning görs tills ett värde som skiljer sig tillräckligt mycket fr˚an mean 1() erh˚alls. Hur mycket som det m˚aste skilja sig ˚at avgörs av hur noggrann sp˚arning som ska göras. När valt antal godkända mätningar har gjorts, skickas medelvärdet tillbaka till

• double difference

Här jämförs de b˚ada medelvärdena med varandra. Funktionen returnerar avst˚andskillnaden mellan rotorbladen och hur stor justering som ska göras.

(34)

4.7. TESTNING OCH FILTRERING KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.7 Testning och filtrering

Efter en tid av utformande och testning av programvara, visade sig följande om Sharp-sensorn: upp till en viss hastighet p˚a rotorbladen hinner sensorn med att f˚a mätvärden. När denna hastighet överskrids, vilken är en relativt l˚ag, hinner inte sensorn f˚a ut n˚agra mätvärden. Detta beror till stor del p˚a den korta tiden rotorbladet befinner sig över sensorn. Andra faktorer kan ocks˚a ha viss p˚averkan, som till exempel d˚alig reflektionsyta p˚a rotorbladen eller ljus fr˚an lampor eller solen.

Ett annat problem var att sensorn hade sv˚art att f˚a ett värde p˚a RC-helikopterns svart-blanka rotorblad. Detta löstes genom att sätta tejp p˚a dem. Detta kan vara bra att veta oavsett vilken ljussensor som används. Olika tejp p˚a rotorbladen underlättar dessutom att skilja rotorbladen fr˚an varandra. Även om den här sensorn inte klarar av att mäta tillräckligt snabbt gick det att visa att konceptet faktiskt fungerade. När det sedan ska användas en sensor med högre prestanda finns ett färdigt programskelett som kan användas.

(35)

När tester utfördes med en tidig version av mjukvaran som gjorts i arbetet, blev det klart att viss filtrering av mätvärden var nödvändig. Vid en sensoravläsning kunde mätvärdena variera med, i sammanhanget, stora avst˚and. Att störningar eller irrelevanta mätvärden lästes av fr˚an sensorn kan bero p˚a ett antal faktorer, som till exempel störningar fr˚an andra ljuskällor. Ett exempel visas i Figur 4.7, här används inget filter. Tejp hade heller inte applicerats p˚a rotorbladen.

Figur 4.7: Diagrammet visar hur en m¨atsekvens kan se ut utan filter och tejp p˚a rotorbladen.

I diagrammet kan det änd˚a ses vissa värden som kan tillhöra rotorbladen. Eftersom att avst˚andet fr˚an sensorn till rotorbladen är känt, kan värden omkring det kända avst˚andet antas tillhöra rotorbladen. I Figur 4.7 kan samples omkring 0-3, 35-40 och 62-68 antas tillhöra rotorbladen. Genom att applicera tejp p˚a rotorbladen kunde bättre mätvärden läsas av.

(36)

Skillnaden när tejp applicerats kan ses i Figur 4.8. I Figur 4.8 kan man tydligt se var rotorbladen ligger. Problemet var dock inte helt löst, i figuren ses ocks˚a en hel del irrelevanta mätningar, i form av bland annat störningar. Dessa värden kan ha en stor inverkan p˚a en medelvärdesbildning, därför m˚aste ocks˚a filtrering av mätvärden göras.

Figur 4.8: Bilden visar mätvärden som avlästes när tejp var applicerad p˚a rotorbladen.

Eftersom avst˚andet mellan sensor och rotorblad alltid kommer att kunna vara känt, även vid skarpt bruk, utförs filtrering genom att ett gränsvärde bestäms för att programmet ska tolka mätvärdet som ett korrekt avst˚and. I det här fallet ligger rotorbladen p˚a ett avst˚and av ca 15-21 cm. När avst˚andet ¨

ar känt ställs filtret in, i det här fallet accepteras avst˚and mellan 15-21 cm. När ett värde inom gränsvärdet läses in kommer detta att sparas undan

(37)

Figur 4.9: Diagrammet visar de positiva effekter som tejpen tillsammans med filtrering ger. H¨ar kan h¨ojdskillnaden mellan rotorbladen tydligt ses.

Med kombinationen av förbättrad reflektion av tejpen och filtrering av värden f˚as höjdskillnaden mellan rotorbladen. När ett antal värden filtrerats för vardera rotorblad, i det här fallet 50 st per rotorblad, medelvärdesbildas dem. Därefter tas skillnaden ut med subtraktion.

(38)

4.8. MONTERING KAPITEL 4. GENOMF ¨ORANDE

4.8 Montering

Eftersom UAVn ¨ar relativt liten spelar viktf¨ordelningen en stor roll. Dock ¨

ar utrustningen som använts i projektet liten och lätt, s˚a det bör inte vara n˚agra större problem att hitta monteringsplats för den. Under projektet har det inte funnits tillg˚ang till ritningar för att bestämma mer exakt hur montering kan ske. Nedan finns ett förslag p˚a montering av h˚ardvara.

Figur 4.10: H¨ar ses ett enkelt monteringsf¨orslag av en sensor.

4.9 F¨

ordelar

Metoden som tagits fram i det här arbetet har klara fördelar vad gäller dokumentation, precision och effektivitet. Det finns ytterligare fördelar s˚asom förbättrad arbetsmiljö. Med tidigare, av CybAero använd metod, krävdes mycket tid ˚at sp˚arningsproceduren. Under tiden sp˚arningen utfördes kunde inget annat göras med helikoptern. Det g˚ar heller inte att vara säker p˚a att inspelningen blir tillräckligt bra för att kunna sp˚ara efter. Om kameran, till exempel, är lite för l˚agt eller högt placerad kommer rotorbladen inte att synas lika bra, vilket försv˚arar sp˚arningen och proceduren kan behöva göras om. Det innebär ocks˚a naturligvis alltid en risk att placera objekt nära rotorbladen. Ett stativ skulle kunna välta eller n˚agonting l˚astna och fara in i ett roterande rotorblad.

Om man istället använder sig av i arbetet framtagen metod, kan man till exempel f˚a flygtid under sp˚arning. Säkerheten att sp˚arningen blir korrekt utförd höjs ocks˚a, d˚a det finns mindre felkällor och mätvärden sparas digitalt.

(39)

Kapitel 5

Resultat och diskussion

5.1 Resultat

Det resultat som erh˚allits tyder p˚a goda möjligheter att kunna använda en lasersensor kombinerat med mikrokontroller för att utföra sp˚arning av rotorblad p˚a UAV. Om det är effektivast att sp˚ara med en mycket snabb lasersensor ur rent prisperspektiv kan diskuteras. Det finns möjlighet att vid mer utveckling använda sig av ett flertal billigare sensorer, och d˚a med hjälp av andra sensorer istället initiera en mätning när avst˚andssensorn är redo för mätning. Ett sätt presenteras senare i rapporten. Figur 4.7 och 5.1 visar att med hjälp av filtrering av mätvärdena fr˚an IR-sensorn kan avst˚andet mellan rotorbladen beräknas. För att testa konceptet gjordes uppkopplingen av sp˚arningsutrustningen enligt Figur 4.4, som i sin tur har blivit implementerad med mjukvaran som beskrivs i Figur 4.6. Tillsammans blev det ett fungerande system som kan utgöra grunden för implementationen av ett system som kan användas för skarpt bruk.

Figur 5.1: Bilden visar ett exempel p˚a filtrerad testdata med k¨anslighet p˚a 1 cm. Ett filter med ± 0,5 cm precision anv¨andes.

(40)

5.2. DISKUSSION KAPITEL 5. RESULTAT OCH DISKUSSION

5.2 Diskussion

Att det i dagsläget inte finns n˚agon vedertagen sp˚arningsmetod för UAV blev uppenbart tidigt i arbetet. Detta troligen beroende p˚a, som tidigare nämnts, att omr˚adet är relativt nytt och därav har inte n˚agon effektiv sp˚arningsmetod hunnit tas fram. De klassiska metoderna som används med bemannade helikoptrar har samtliga nackdelen att, för att kunna sp˚ara i luften förutsätts det att det g˚ar att sitta i helikoptern, vilket är en omöjlighet i fallet med en UAV. Funktionen av i arbetet framtagen sp˚arningsmetod har kunnat stärkas med hjälp av de mer teoretiska bänk-testerna som kunnat utföras med Sharp-sensorn tillsammans med en mini RC-helikopter. För att kunna använda metoden operativt skulle mer utveckling behövas, samt delar av h˚ardvara bytas ut. Eftersom endast bänk-tester utförts i det här arbetet kommer säkerligen ytterligare problem att framkomma d˚a operativa tester p˚abörjas. De här problemen skulle till exempel kunna vara störning fr˚an andra ljuskällor, d˚alig reflektion fr˚an rotorblad, p˚averkan av vibrationer fr˚an UAV, monteringsproblem m.m. Dessa potentiella problem ses dock inte som omöjliga att kunna lösa med relativt enkla metoder.

M˚alet med projektet var att identifiera olika metoder att mäta avst˚andet mellan rotorbladen, ta fram en sp˚arningsprocedur, föresl˚a en passande avst˚andsmätare, designa de olika funktionerna i systemet, dokumentera arbetet s˚a att det kan först˚as av n˚agon som inte varit involverad i arbetet och slutligen, om tid finns, testa konceptet. Samtliga av dessa punkter tycks ha uppn˚atts.

P˚a grund av begränsad tid har inte ett sätt att bestämma vilket av bladen som behöver justeras hunnit tas fram. Ett förslag p˚a lösning, som inte hunnit testas, presenteras i nästa kapitel. Tillsammans med vibrationssensorer och den framtagna sp˚arningsmetoden kommer sp˚arning vid flygning att kunna utföras p˚a ett snabbt och smidigt sätt. Eftersom allt sker digitalt kommer det med ytterligare utveckling att vara väldigt lätt att spara undan sp˚arningsdata för varje enskild helikopter. När ett flertal sp˚arningar gjorts p˚a ett antal helikoptrar kan en standard för hur exakt sp˚arningen behöver vara att kunna bestämmas. All information om sp˚arningen till varje

(41)

Kapitel 6

Slutsats och

vidareutveckling

6.1 Slutsats

I den här rapporten har redan vedertagna, och en ny sp˚arningsmetod presenterats. En metod som använder mätvärden fr˚an en ljussensor som sedan behandlas i en mikrokontroller, som i sin tur presenterar resultatet p˚a en LCD-display.

För att mäta avst˚andet visade det sig att en ljussensor lämpar sig bättre än en ljudsensor. Det gick dock inte att ta mätvärden rakt av fr˚an ljussensorn, värdena var tvugna att flitreras för att f˚a ett mer exakt avst˚and.

Under de tester som gjorts med ljussensor tillsammans med en mikrokontroller har goda resultat erh˚allits. Att använda framtagen metod för sp˚arning är absolut möjligt, även under flygning.

Utöver fördelarna som ges när sp˚arningen sker digitalt, som till exempel enkel dokumentering för de olika UAV:erna, blir ocks˚a att personsäkerheten höjs. Ytterligare, för att kunna minska vibrationerna optimalt bör n˚agon form av vibrationssensorer användas tillsammans med sp˚arningsutrustningen.

(42)

6.2 Vidareutveckling

Det som tagits fram i det här projektet är en första prototyp. Det finns allts˚a stora utvecklingsmöjligheter. Det första som behöver göras är att testa att använda den föreslagna snabbare sensorn, eller annan sensor med motsvarande, eller bättre prestanda.

Enligt [2] är det av stor vikt att använda sig av vibrationssensorer under sp˚arning. Därför bör vibrationssensorer implementeras tillsammans med den nya sp˚arningsmetoden. D˚a sp˚arning sker ska vibrationsvärdena noteras vid varje förändring av rotorreglage p˚a helikoptern. Ett mönster p˚a hur mycket en förändring p˚a sp˚arningen minskar eller ökar vibrationerna bör d˚a kunna urskiljas efter ett antal sp˚arningar p˚a olika exemplar.

När sp˚arning utförts p˚a ett antal helikoptrar skulle ocks˚a paralleller kunna dras mellan hur sp˚arning och vibrationer sett ut och hur ofta helikoptern i fr˚aga är i behov av service.

Som tidigare nämnts har det inte tagits fram n˚agot konkret sätt att bestämma vilket av bladen som ska justeras efter sp˚arning. Ett förslag p˚a lösning av problemet skulle kunna vara att ytterligare en sensor monteras närmare rotorhuvudet, där den extra sensorn skiftar mellan värdet 1 och 0. Har sensorn värdet 0 tillhör kommande mätning rotorblad 1, har sensorn värdet 1 tillhör kommande mätning rotorblad 2. Rotorbladen f˚ar d˚a markeras med exempelvis tejp. I CybAeros fall med endast tv˚a rotorblad är detta dock inte n˚agot stort problem. Om en justering görs och sp˚arningen blir sämre ˚aterställer man justerat rotorblad och justerar det andra rotorbladet istället.

(43)

Detta kan dock ha som följd att sp˚arningen tar aningen längre tid. Men eftersom rotorbladen roterar väldigt snabbt bör det inte ha n˚agon större inverkan. Ett problem med att använda endast en avst˚andsmätare vid en fixerad position är att det inte g˚ar att veta om avst˚andet mellan rotorbladen förh˚aller sig likadant p˚a andra positioner i rotationen. För att motverka detta skulle fler sensorer monterade p˚a olika punkter kunna användas.

Figur 6.2: Bilden visar flera m¨atningar p˚a samma rotorblad under samma varv.

För att ytterligare minska vibrationer som uppst˚ar p˚a grund av d˚alig sp˚arning skulle även sp˚arning av akterrotorn kunna göras. Här har ingen efterforskning gjorts p˚a till exempel rotationshastigheten av akterrotorn, eller hur stor inverkan vibrationerna fr˚an den har.

(44)

Litteraturf¨

orteckning

[1] http://www.farnell.com/datasheets/1657845.pdf (2014-05-14)

[2] Journal of dynamic systems Vol. 127, June 2005, page 275-282

[3] MD500, 600 maint. Manual

[4] Helicopter Maintenance by Joe Schafer 1980

[5] Principles of Helicopter aerodynamics Second Edition by J. Gordon Lei-shman 2006 [6] http://arduino.cc/en/main/software (2014-05-16) [7] http://www.raspberrypi.org/cas-educational-manual/ (2014-05-14) [8] http://www.adafruit.com/datasheets/BBB SRM.pdf (2014-05-12) [9] http://www.plaintree.com/pdf/DataSheets/Plaintree’s%20LED%20 vs%20LaserNEW.pdf (2014-05-16) [10] https://www.mysick.com/eCat.aspx?go=FinderSearchCat=RowAt= FaCult=EnglishFamilyID=380Category=ProduktfinderSe (2014-09-25)

[11] Muntlig k¨alla: Fredric Malm, CybAero AB [12] CybAero dokumentation