Droni: il sistema di ridondanza per APR di Salt&Lemon spiegato nel dettaglio

0 0 Danilo Scarato 2014-11-03 Edit this post

Il sistema DUAL PILOT presentato a Dronitaly dalla Salt&Lemon, che abbiamo pubblicato in questo articolo, ha riscosso un discreto successo che ha spinto alcuni nostri lettori a chiedere ulteriori informazioni. Per rendere più agevole la comprensione dei prodotti SAFE.DRONE e per illustrarne le caratteristiche nel dettaglio, l'azienda di Ivrea ci ha inviato le seguenti delucidazioni

DUAL.PILOT Sistema di ridondanza per APR

Il mercato degli APR, comunemente detti droni, sta subendo una forte accelerazione creando un numero infinito di nuove interessanti opportunità. Da un lato i droni permettono di realizzare in modo differente tante attività oggi svolte: dalla manutenzione degli impianti al le riprese aeree a basso costo al controllo del territorio. Dall'altro lato i droni creeranno delle nuove applicazioni che richiederanno nuove aziende, nuove professionalità e nuovi posti di lavoro.

Fino ad oggi il settore dei droni ad uso civile era in una fase di sperimentazione dove privati e aziende fatte in casa costruivano e sperimentavano nuovi modelli e applicazioni senza un riferimento normativo e con seguentemente con vari livelli di professionalità e di sicurezza delle operazioni. Oggi l'uscita della normativa ENAC sta rivoluzionando il settore costringendo molte piccole realtà ad abbandonare il mercato a causa della complessità della regolamentazione e dell'aumento della concorrenza. Per chi rimarrà inizierà la fase operativa più matura in cui offrire una serie di servizi strutturati per i vari settori di mercato: industria, agricoltura, comunicazione multimediale e così via

I droni e la sicurezza

L ’entrata in vigore della normativa impone una serie di criteri di sicurezza molto stringenti equiparando la sicurezza dei droni a quelli dei velivoli dell'aviazione generale. Il mondo dei costruttori di droni si sta gradualmente adeguando a questo modo di operare ma attualmente non esistono sul mercato droni in grado di rispettare tutti i criteri di sicurezza richiesti per operare in molti contesti tra cui quelli urbani.

A questo si aggiunga una maggiore presa di coscienza da parte degli utilizzatori di servizi aerei che cominciano a chiedere alle aziende la garanzia che i loro apparecchi siano certificati e offrano le massime garanzie di sicurezza. Anche l'opinione pubblica, a causa della grande esposizione mediatica di quest i mezzi , si pone domande sul loro utilizzo relativamente alle questioni di privacy e di interferenza con le normal i attività di lavoro e di svago.

Il progetto SAFE.DRONE

Per far sì che i droni siano accettati dalla comunità e diventino utili strument i di lavoro, il tema della sicurezza è uno dei più importanti . Per questo Salt&Lemon ha avviato una iniziativa per lo studio di prodotti e tecnologie per rendere quest i prodotti più affidabili e sicuri . A seguito delle analisi sulle aree critiche di un velivolo, sono state identificate le aree su cui rivolgere l'attenzione e da questo ne è nato il progetto SAFE.DRONE. Il primo risultato di questo progetto è il prodotto DUAL.PILOT.

DUAL.PILOT

Il progetto si basa su uno dei principi cardine dell'aeronautica : la ridondanza, ovvero la duplicazione dei sistemi che possono essere soggetti a guasto per fare in modo che in caso di avaria di un componente, il suo gemello possa subentrare e mantenere il controllo del velivolo. DUAL.PILOT permette la duplicazione della elettronica di bordo installando sull ’ APR due computer entrambi in grado di pilotare il velivolo in maniera autonoma. I comandi inviati dal pilota tramite la stazione di controllo alimentano entrambi i computer di bordo; entrambi "credono" di essere loro a pilotare il velivolo ma solo uno di essi lo fa realmente. La scheda DUAL.PILOT si incarica di decidere quale dei due computer invierà i suoi comandi ai motori.

FLIGHT.STOP

Altra funzione implementata per rispondere alla normativa Enac è quella del blocco forzato dei motori, chiamata “terminazione del volo ” . Questa operazione, da considerarsi come estrema soluzione in quanto provoca ovviamente la caduta immediata del velivolo, permette di garantire che il drone non possa uscire per nessuna ragione dallo spazio a lui assegnato aspetto che Enac ha più volte sottolineato come essenziale. Lo spegnimento dei motori può essere associata all’ attivazione di un comando a cui associare la funzione di apertura del paracadute di emergenza.

Logica di controllo

Per mantenere il progetto semplice e accessibile a chi ne volesse modificare il comportamento, la logica di controllo è implementata tramite una scheda Arduino, un prodotto standard nel mondo della automatizzazione dei controlli e della robotica. Nella versione attuale il Sistema si basa su una logica manuale ovvero è il pilota, o un suo assistente, che decide tramite un telecomando quando attivare le funzioni di scambio e di blocco. Sono possibili altre logiche automatiche ma di complessa attuazione. E ’ infatti estremamente difficile distinguere in modo affidabile una situazione di volo normale da una situazione di perdita di controllo che necessita l'attuazione delle funzioni di sicurezza. Salt&Lemon è comunque sempre attiva sul perfezionamento del sistema e nuovi algoritmi saranno proposti nel futuro.

Caratteristiche generali dei sistemi

DUAL.PILOT è autonomo dal sistema elettronico di bordo e pertanto può funzionare con qualsiasi centralina che comandi i motori tramite impulsi PWM
Il sistema dispone di un suo link di controllo autonomo e quindi scollegato da eventuali avarie al link di comando e controllo principale;
Non occorre alcuna modifica all'elettronica di bordo: il sistema consiste in una piccola scheda elettronica facilmente collocabile in droni già costruiti attraverso la sola modifica del cablaggio esistente;
Il sistema permette di controllare multirotori a 4,6 e 8 motori;
L'inserimento di DUAL.PILOT non modifica il comportamento di volo dell'APR nè la sua reazione ai comandi del pilota che potrà usarlo esattamente come sempre fatto.
Il Sistema viene alimentato da una tensione compresa tra i 7 e i 12 volt.

Configurazioni possibili

Il Sistema è configurabile secondo le esigenze del progetto in cui deve inserirsi

Configurazione base FLIGHT.STOP

Nella configurazione minima il sistema permette la funzione di blocco immediato dei motori. La scheda di bordo viene inserita tra l'autopilotae i regolatori di potenza dei motori intercettando i segnali PWM che regolano la potenza erogata. La scheda è in grado di lasciar passare i segnali o di bloccarne il flusso provocando l'arresto dei motori.

Configurazione standard DUAL.PILOT

Questa configurazione permette sia di effet tuare lo scambio del controllo che lo stop dei motor i. I due autopiloti lavorano in parallelo e ricevono gli stessi comandi producendo le stesse risposte da inviare ai motori . Per una maggiore semplicità nel la configurazione del mezzo si suggerisce di utilizzare due autopiloti identici con lo stesso firmware e la stessa configurazione. Per una maggiore sicurezza del mezzo si suggerisce invece di utilizzare due autopiloti di marca differente e caratteristiche analoghe. In questo caso la fase di configurazione per ottenere le stesse reazioni dovrà essere più accurata.

Configurazione DUAL.PILOT ridondata

Questa conf igurazione opera come la precedente e in aggiunta la scheda DUAL.PILOT è doppia con due canali indipendenti aggiungendo anche la sicurezza del funzionamento in caso di un guasto ad una delle due schede DUAL.PILOT. Le schede DUAL.PILOT che operano in parallelo sono differenti da quella delle versioni viste in precedenza.

Configurazione COMPLETAMENTE DUPLICATA

Questa configurazione offre il massimo della sicurezza in quanto duplica anche il collegamento radio del pilota e la stazione a terra di commando e controllo. E' ovviamente la soluzione più costosa e necessita di una accurata configurazione di tutte le componenti del sistema.