A gimbal-kamera szabadon mozog #3D nyomtatás #blog #drón #fejlesztés

Érdekel a precíziós mezőgazdálkodás? Mutatjuk, mit alkottunk!

Érdekes projekttel talált meg minket egy családi vállalkozás: A DJI Pantom 4 sorozatú drónjait (Phantom 4, Phantom 4 Pro, Phantom 4 Advanced) kellett alkalmassá tenni mezőgazdasági célú felmérések készítésére. Ez így talán kissé túl általánosan hangzik, ezért megpróbálom érthetően bemutatni az érdekes feladatot, és a részben általunk kifejlesztett, majd általunk gyártott megoldást.

Ahogy életünk legtöbb területén megjelentek a drónok, úgy a mezőgazdaságban is egyre nagyobb szerepet kapott az alkalmazásuk. Drónokra szerelt speciális NDVI kamerákkal végig lehet pásztázni a termőföldeket, gyümölcsösöket, és a kapott képtömegből egyetlen óriási mozaikot lehet készíteni, amelyen némi feldolgozást követően pontosan láthatjuk a növényzet egészségi állapotát. Ezt követően a feldolgozott és kiértékelt adathalmazt különféle módokon lehet hasznosítani: például be lehet táplálni egy permetező drónba, ami célzottan a szükséges helyekre és megfelelő mennyiségben juttatja ki a permetszert vagy tápoldatot. Így sokkal hatékonyabban és környezetkímélőbben lehet növényt termeszteni és gondozni. Kis túlzással élve szinte minden egyes fűszálat ismerhetünk a mezőn a technológia segítségével, és rendszeres felméréssel nyomon követhetjük a legapróbb változásokat is, így időben tudunk reagálni egy esetleges kórokozó megjelenésére.

A fenti megfogalmazás szerintem csak a jéghegy csúcsa, és a jól csengő “precíziós mezőgazdaság” kifejezés ennél sokkal mélyebb szinteket is magába foglal, de úgy vélem, hogy számomra a feladat megoldásához ilyen csekély ismeret is bőven elegendőnek bizonyult. De mi is volt a feladat, amire ki kellett találni egy jó megoldást?

NDVI kamera rögzítése drónra

A növények egészségi állapotát, nedvességtartalmát és más jellemzőiket a róluk visszavert fényből “könnyen” meg lehet állapítani. A szemünk erre nem képes, de speciálisan erre a célra kifejlesztett kamerák képesek észlelni a fény bizonyos hullámhosszúságú összetevőit, amelyekből sok vitális paraméter kiolvasható és megjeleníthető. Az egyik legismertebb ilyen kameramodul a Parrot Sequoia névre hallgató ki eszköz. Akkora, mint egy régebbi GoPro Hero 3, van rajta egy RGB kameramodul (az emberi szem által is észlelt kép megalkotásához), illetve ezen kívül még 4 különböző szűrővel ellátott kameramodul, amik a fentebb leírt algoritmusok alapján segítenek az NDVI kép megalkoásában.

Ezen kívül van a szettben egy fényérzékelő modul, amit – ha jól értem – egyfajta referenciaként használ az eszköz, ez a “szűretlen” napfény jellemzőit figyeli, illetve beépített GPS modulja segítségével a képeket címkézi fel pontos pozícióval. A kamerában van beépített IMU egység, ami az aktuális dőlésszöget rögzíti szintén minden egyes kép elkészítésekor, így a sok képből elkészülő mozaik elkészítésekor a panorámakészítő program a képek torzításakor a kamera irányultságát is figyelembe tudja venni.

A kamerának és a napfényszenzor + GPS modulnak külön tápellátás is kell, ezt egy USB csatlakozós Power Bank szolgáltatja. Az egységek különféle USB kábelekkel vannak összekapcsolva.

Egy ilyen szett felszerelését kellett megoldani egy megfelelő teherbírású drónra, így alkalmassá téve azt mezőgazdasági felmérések elvégzéséhez. A DJI drónjai közül erre a feladatra az arany középutat a Phantom 4 sorozat drónjai jelentik megbízóim szerint.

Nem az első megoldás a piacon, de az egyik legjobb

A Parrot Sequoia rögzítése Phantom 4 drónokra nem mai ötlet, elég sokan próbálkoztak már különféle megoldásokkal, és némelyiket én is ki tudtam próbálni. Általánosságban az volt a tapasztalatom, hogy egyik megoldás sem volt kellően stabil, vagy kellően könnyű, vagy kellően egyszerűen használható. Olyan érzésem volt, mintha minden gyártó csak le akarta volna tudni a feladatot, és mintha mindegyik megállt volna az első prototípusnál.

Amiatt is vágtam bele a fejlesztésbe, mert azt láttam, hogy bőven lehet ötletesebb, ergonómikusabb, könnyebb megoldást készíteni, mint amiket eddig látott a piac. Megbízóimnak ráadásul sokféle más gyártmánnyal is volt tapasztalata, így azok negatívumait összeszedve még jobban lehetett egy igazán jó termék kitalálására koncentrálni.

A végleges szett lemodellezett alkotóelemei

A végleges szett lemodellezett alkotóelemei

Több, mint 120 óra fejlesztést és modellezést illetve kb. 30-40 prototípus legyártását és tesztelését követően véglegesnek ítéltük a szerkezetet és a nagyközönség számára is bemutatjuk!

Fejlesztési szempontok

A kameratartó szett fejlesztésekor nagyon sok szempontot kellett figyelembe venni, ezekről a lentebb bemutatott képek alá fogok írni pár nagyarázó sort.

Vízszintes tartóléc beillesztése a helyére

Vízszintes tartóléc beillesztése a helyére

Az oldalsó leszállótalpak függőleges szárai felfelé összetartanak, ezért az volt célszerű, hogy egy vízszintes lécet illesztünk be az első és hátsó szár közé, majd ezt stabilizáljuk egy felfelé feszítő függőleges elemmel. A vízszintes léc kialakítása és a szárfogó mancsok formája pont megfelelő a 3D nyomtatásos technológiához, mert épp a nyomtatási síkban a legerősebb az anyag tartása (tehát soha nem fog a felpattintáskor eltörni).

Éppen emiatt a függőleges tartóelem is jó elrendezésű, ha oldalára döntve nyomtatom, mert azt is olyan irányban éri erőhatás felpattintáskor, amit jól tolerál a 3D nyomtatott anyag. Kicsit szélesebb kialakítású, hogy stabilan, kifordulásbiztosan tartsa a vízszintes lécet.

A kameratartót úgy alakítottam ki, hogy a kamera formáját követő derékszögű ketrecet alapból hajlítottra terveztem, hogy a kamera behelyezésekor feszített helyzetbe kerüljön a tartószerkezet. Így mindig stabilan tartja a kamerát. A feszítés mértéke akkora, hogy behelyezéskor nem deformálódik annyira, hogy sérüljön az anyagszerkezet (pl. törjön vagy nyúljon). Ugyanezzel a módszerrel oldottam meg a napfényszenzor + GPS modul, illetve a Power Bank rögzítését is. Nagyon jó érzés, amikor bepattannak a helyükre ezek a komponensek, minőségi érzés! Még valami: a kamerát kicsúszás elleni bordák is rögzítik!

Napfényszenzor felülnézetből

Napfényszenzor felülnézetből

Érdekes megoldás a napfényszenzor + GPS elhelyezése is. A propellerek által elkaszált területek között van egy kis terület, ahol egy árboccal ki lehet nyúlni a drón fölé, és így lehet elhelyezni a modult. Ez amiatt fontos, mert enélkül a propellerek leárnyékolnák a szenzort, és téves értékeket mérne az eszköz.

Az árbocot részben a drón gyári csavarhelyeibe, részben pedig a korábban felszerelt alap tartószerkezetre erősített rugalmas nyelvekkel oldottam meg. A tartóoszlop egy 6mm-es karbonpálca, mindössze kb. 6 gramm tömeggel. A pálcát az alsó és felső rugalmas elem stabilan és feszesen tartja, nagy rázkódás esetén sem kerül a pálca a propellrek útjába.

A két oldal egész jól kiegyensúlyozza egymást

A két oldal egész jól kiegyensúlyozza egymást

Az egyik oldalon foglal helyet a kamera és a napfényszenzor + GPS modul, a másik oldalon pedig a gondosan kiválasztott és letesztelt Power Bank. Tudomásom szerint jópár tápellátást biztosító eszközt leteszteltek megbízóim, mire ki tudták választani ezt a megbízhatóan működő típust, ami képes megfelelő árammennyiséggel ellátni a Sequoia rendszert.

A komplett szett felszerelve a drónra - Szemből

A komplett szett felszerelve a drónra – Szemből

A komplett rendszert könnyű felszerelni, összeállítani. Fontos lépés a vezetékek megfelelő elvezetése is. Meg kellett azt is oldani, hogy a propellerek közelében vezetett kábelek ne lógjanak semerre. Végül a lefotózott kábeleknél találtunk rövidebb kábeleket is, így az összkép még tisztább lett.

A tervezés során természetesen fontos szempont volt a tömeg is, hiszen minden egyes felesleges gramm a repülési időt csökkenti. Néhány kép a szett méricskéléséről, érdekességképpen. Az általam tervezett és gyártott elemek tömege mindössze 47,7 gramm, karbonpálcával együtt mint 53 gramm. Kamerával, akkumulátorral és vezetékekkel együtt a kép készítésekor 272,2 gramm, de ez a rövidebb vezetékek miatt szerintem 260 gramm körülre csökkentette az össztömeget.

Összehasonlításképpen a Phantom 4 Pro tömege 1388 gramm. Így a teljes felszálló tömeg (AUW) kb. 1650 gramm. Fórumokban azt olvastam, hogy a Phantom 4 Pro kb. 450 grammot tud biztonságosan felemelni és szállítani, szóval bőven határértéken belü vagyunk, és még repülési idő is marad (kb. 15-20 perc a 30 perc helyett).

Alternatív kamerarögzítés döntési lehetőségekkel

Alternatív kamerarögzítés döntési lehetőségekkel

A fejlesztés során terveztem egy alternatív kamerarögzítőt is, ami a két szükséges tengely mentén is elfordítható, tehát a kamera tud előre és hátra is billenni, valamint lejjebb és feljebb korrigálni. (Függőleges tengely menti elfordulási lehetőségre nincs szükség, hiszen azt a drón is meg tudja oldani.)

Prototípusok

Prototípusok

Befejezésül egy csoportkép a prototípusokról, amikkel a méretezést, teherbírást, szakítószilárdságot, törékenységet teszteltem a fejlesztés során.

Megnézném, kipróbálnám!

Természetesen van mód nálunk is a szett megvásárlására, és lehetőséget biztosítunk a tesztelésére is, ezügyben keress minket elérhetőségeinken! Ha érdekel a precíziós mezőgazdálkodás, össze tudunk hozni a téma szakértőivel is!

Bízunk abban, hogy ezzel a termékünkkel hozzá tudunk járulni egy hatékonyabb mezőgazdasághoz!

Értesítsünk új cikkeinkről?

Ha tetszett a cikkünk, feliratkozhatsz értesítési listánkra.

Nem küldünk semmiféle reklámot, csak újonnan megjelent cikkeinkről értesítünk.

2 hozzászólás

  1. eFi on

    Nagyon vártam ezt a cikket és most sem csalódtam. A megrendelő talán nem is tudja, milyen malaca van, hogy megtalált titeket.
    Rettenet munka van ebben és nagyon kevesen iterálnak ennyit mielőtt késznek titulálva kiadják a kezükből a terméküket.

    Le a kalappal, Andris!

    Válasz

    Vélemény, hozzászólás?

    Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük