XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПРИМЕНЕНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ КАК СРЕДСТВО ПОИСКА ПОТЕРЯВШИХСЯ ЛЮДЕЙ
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Почти 180 человек, пропавших в Забайкалье, числятся пропавшими без вести и до сих пор не найдены. Об этом корреспонденту «Чита.Ру» сообщили в пресс-службе УМВД России по краю в ответе на официальный запрос.
Так, по данным полиции, пропавшими без вести к концу года числились 177 человек. При этом за 9 месяцев 2024 года в подразделения краевого УМВД жители края подали заявления об исчезновении 3696 человек, в том числе 359 детей — за аналогичный период прошлого года заявлялось об исчезновении 339 несовершеннолетних. За весь 2023 год насчитывается 4985 заявлений об исчезновении граждан.
Почему же всё-таки исчезают люди? Например, случай читинца, который пропал при странных обстоятельствах. Известно, что он оставил свой мотоцикл недалеко от дороги и ушёл в лес. Что заставило взрослого человека так поступить? Остаётся только гадать.
Юноша, выйдя зимой из кафе, пропал. Его тело обнаружили спустя пять месяцев в лесополосе Читы. К поискам подключался даже СУ СК России по Забайкальскому краю.
Всем Забайкальцам известен случай, когда 23-летний Дмитрий Сергеев, житель Улетовского района, ушел в кедрач «Молдова» 7 сентября 2023 года и пропал без вести.
Статистикой созданного десять лет назад краевого поискового отряда имени Кости Долгова поделился его руководитель Денис Широбоков. За этот период добровольцы приняли 2 606 звонков на горячую линию, 1 006 раз выезжали на место поисков, из них 258 — в лес, 710 — в город, 38 — на водоёмы (учёт с 2019 года).
Конечно, обстоятельства исчезновения забайкальцев бывают разными, горожане чаще уходят из дома после ссоры со своими близкими. В большинстве случаев — это подростки. Кроме того, статистику пополняют пожилые, а также люди, страдающие психическими заболеваниями, другими отклонениями в поведении и развитии. В природной среде — это самонадеянность, беспечность, уверенность в том, что не заблудятся. Однако иногда ведро грибов или ягоды становится равным человеческой жизни.
Но многие истории о пропавших без вести начинаются одинаково — «вышел из дома и не вернулся». К сожалению, эта фраза иногда становится и их финалом.
Однако факт остается фактом - печальная статистика в крае с каждым годом увеличивается. Эта проблема становиться актуальнее с каждым годом, в связи с этим, нами был разработан «Поисково-спасательный комплекс Беспилотного летательного аппарата для поиска людей, вез вести пропавших». Таким образом, цель исследовательской работы по использованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для поиска людей, пропавших без вести, — усовершенствовать процесс поиска и внедрить новые технологии в эту деятельность.
Задачи:
1.Изучение данной , анализ литературы, интернет-ресурсов и опыта применения БПЛА
2.Создание беспилотного летательного аппарата Cessna.
3.Проведение экспериментов с использованием БПЛА, имитирующих поисковые работы в лесной местности
4.Систематизация полученной информации и подготовка статьи
5.Создание видеоролика с кратким обзором исследования и кадрами эксперимента
Глава I. Теоретическая часть. Беспилотные летательные аппараты.
1.1.Беспилотный летательный аппарат. Что это такое?1
Беспилотный летательный аппарат- летательный аппарат без экипажа на борту.
БПЛА могут обладать разной степенью автономности –от управляемых дистанционно до полностью автоматических, а также различаться по конструкции, назначению и множеству других параметров. Управление БПЛА называют дистанционно-пилоти-руемым летательным аппаратом.
Летающий беспилотник, также мульти -, квадро- , гекса- , окто- или просто коптер, он же беспилотник, он же БПЛА, он же БПЛА (беспилотный летательный аппарат) - это робот с камерой, дистанционно управляемой человеком.
Беспилотник летает и плавает, он устойчив к атмосферным воздействиям и имеет много преимуществ, что позволяет нам рассматривать такое устройство как инструмент, упрощающий жизнь и помогающий получать определенную информацию. Хотя справедливости ради стоит отметить, что у него также есть недостатки, но подробнее об этом ниже. Вообще эта техника изначально предназначалась для военных целей, но сейчас она используется в различных областях.
1.2.История создания
История этих устройств начинается на воде. В 1899 году изобретатель, физик и инженер Никола Тесла спроектировал и продемонстрировал первый в мире радиоуправляемый корабль, который не остался незамеченным в научном сообществе и дал импульс развитию сферы контролируемых объектов. Несмотря на общее сообщение Николы Теслы, следующий "беспилотник" был не кораблем, а обыкновенный летательный аппарат Военный инженер и изобретатель Чарльз Кеттеринг в 1910 году, вдохновленный успехом братьев Райт, предложил создать летательный аппарат управляемый не человеком, а часовым механизмом, который в определенное время сбрасывал крылья и падал на врага. Ч. Кеттерингу удалось создать несколько рабочих моделей.
В 1933 год, официально считается родоначальником всех дальнейших разработок. Именно в этот год, силами инженеров Великобритании был разработан первый БПЛА, который, к слову сказать, был ко всему прочему многократного использования. Проект получил название DH.82B Queen Bee, и представляли собой отреставрированные модели бипланов Fairy Queen, которыми дистанционно управляли с корабля по радио,это был не летающий, а плавающий объект- лодка, но не простая, а первая в истории, которой можно было управлять дистанционно.А в 1935 году появился первый беспилотный самолет. И «дроном» его окрестили еще в те времена, в шутку. Само слово drone переводится с английского как «трутень». Шум, исходящий от коптера, ассоциировался у изобретателей со звуком, который издает летающий шмель. На русский переводить название аппарата не стали, так он и остался дроном на всех языках.Этому беспилотнику было суждено стать самолетом-мишенью для будущих асов и зенитчиков. DH.82B Queen Bee служил ВВС ее Величества с 1934 года по 1943.
1.3.БПЛА Классификация . Виды БПЛА2
В зависимости от управления БПЛА можно рассматривать как:
1. Беспилотные неуправляемые.
2. Беспилотные автоматические.
3. Беспилотные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА).
По месту старта (посадки) БЛА бывают:
1. Наземные.
2. Воздушные.
3. Воздушно-космические.
4. Космические.
По кратности применения:
1. Одноразовые
2. Многоразовые
Виды БПЛА:
Летающий дрон, мультикоптер, квадрокоптер, гексакоптер, октокоптер, коптер, беспилотник
БПЛА
Дрон —это бесплотный аппарат, но совсем не обязательно летающий. Вместо винтов у него могут быть колеса, а уж назначений дронов существует великое множество.
Некоторые источники при этом утверждают, что дроном правильно называть любой аппарат без управления. Тогда получается, что даже обычный автомобиль может являться дроном, стоит только положить кирпич на педаль газа и отправить его в путешествие без водителя. Сомнительное утверждение, так что советуем не забивать им себе голову, т.к. чаще всего все же подразумевают аппараты, изначально сконструированные для работы без пилота или водителя.
Беспилотник—это сокращение от «беспилотного аппарата». Под ним точно так же может подразумеваться как наземных, так и летательный дрон.
В отличие от предыдущего слова, данная аббревиатура подразумевает именно летательные аппараты. Собственно говоря, и расшифровывается она как «беспилотный летательный аппарат». Сюда по-прежнему входят знакомые нам роторные аппараты, но кроме них данным словом могут назвать и множество других беспилотников, совершенно не похожих друг на друга.
С фиксированным крылом.У них нет роторов и со стороны они похожи на маленькие самолеты.
Роторные бпла. Беспилотники, у которых обязательно есть роторы, при помощи которых и осуществляется полет.
Конвертопланы.Они взлетают подобно вертолетам, а вот дальше летят по типу самолетов, опираясь на крылья.
Планеры.Они могут быть как с двигателем, так и без, планируют по воздуху.
Привязные беспилотники.Работающие по проводу, а не от аккумулятора.
С учетом того, что каждый день изобретают все новые и новые модели, список этот может пополняться до бесконечности
Квадрокоптер Как уже было сказано выше, квадрокоптер относится к роторным бпла (которые, в свою очередь, относятся к дронам). И вот именно с этим понятием происходит чаще всего путаница. Дело в том, что квадрокоптер —это беспилотник, имеющий именно 4 ротора и называть так любой аппарат будет неправильно. Коптеры называются по количеству пропеллеров:
трикоптер —3 пропеллера;
квадрокоптер —4 пропеллера;
гексакоптер —6 пропеллеров;
октокоптер —8 пропеллеров.
Квадрокоптерами называют аппараты просто потому, что это самая распространенная модель.
Мультикоптерами называют все аппараты роторного типа. То есть квадрокоптеры и беспилотники с другим количеством пропеллеров относятся к этому понятию.
1.4.Сферы применения БПЛА3
Коптеры можно разделить на следующие категории:
1.Коммерческие – для экспресс-доставки посылок, а также для сельскохозяйственных нужд
2.Военные – для наблюдения, разведки и сбрасывания бомб.
3.Гражданские – они помогают контролировать территорию и обеспечивают безопасность
4.Сельскохозяйственные
5.Поисковики – они помогают в поиске жертв в местах, где произошли катастрофы
6.Космические – это дроны будущего. Их разрабатывают в НАСА для поиска и сбора образцов почв на других планетах
7.любительский.
Глава II. Практическая часть
2.1. Создание радиоуправляемого самолета CESSNA
Создание радиоуправляемого самолёта (по мотивам модели Cessna 150) стоимостью менее 10000 рублей, собранный в основном из легкодоступных материалов, которые можно найти дома, и очень простой в сборке, с потрясающими лётными характеристиками и красивым дизайном. Расходные материалы
Для самолета:
1.Пенопластовая плита (легко найти в упаковочных коробках или в магазинах за 300-700 рублей)
2.Некоторые режущие инструменты, такие как резак и ножницы
3.Горячий клеевой пистолет или любой другой крепкий клей и белая лента
4.Для шасси и поверхностей управления — гибкие металлические проволоки, несколько соломинок и колёса
5.рули для управления поверхностями
Электроника:
1.Радиоуправляемый передатчик и приёмник 2,4 ГГц, как минимум 4 канала
2.Бесщеточный двигатель постоянного тока 980-1400 КВ, ESC (электронный регулятор скорости) и пропеллер
3.4 микро-сервопривода (700 рублей)
литий-полимерный аккумулятор, 11,1 В, 3S, 30C, не менее 1000 мАч ( около 3000 рублей)
4.некоторые удлинители сервопривода и Y-образный удлинитель
Шаг 1: Проектирование крыла (приложение 1)
Вырежьте из пенопласта прямоугольный кусок размером 85 на 28 дюймов и 6 аэродинамических профилей длиной 12 см для рёбер крыла.
Затем приклейте рёбра жёсткости к прямоугольному пенопласту, как показано на рисунке, и сделайте несколько угловых надрезов, чтобы пенопласт можно было легко согнуть
Сложите крыло и склейте его с помощью клеевого пистолета, затем отрежьте элероны размером 30 см на 2 см с обеих сторон крыла под углом
Вырежьте отверстия для сервоприводов в нижней части крыла перед элеронами, чтобы позже прикрепить сервоприводы
Далее нам нужно сделать изгиб крыла, поэтому сделайте прямой надрез в нижней центральной части крыла, согните крыло примерно на 5 градусов и склейте крылья с помощью клеевого пистолета
Шаг 2: Изготовление фюзеляжа (приложение 2)
Вырежьте боковые, нижнюю и верхнюю части фюзеляжа в соответствии с размерами, указанными на изображениях.
Приклеиваем нижнюю и боковые части, чтобы получился корпус фюзеляжа. Верхние части мы приклеим после установки электроники
Размеры указаны на изображениях
Шаг 3: Раздел "Сказка" и шасси (приложение 3)
Чтобы сделать горизонтальный и вертикальный стабилизаторы, вырежьте детали, как показано на изображениях
Чтобы сделать радар и руль высоты, нужно обрезать их под углом, как мы сделали с элеронами
Склейте горизонтальный и вертикальный стабилизаторы вместе и приклейте их к задней части фюзеляжа
Для задней стойки шасси согните стальную проволоку в форме буквы V и согните концы под углом 90 градусов, чтобы получилась ось для колёс, а верхнюю часть буквы V согните горизонтально, чтобы было проще прикрепить её к фюзеляжу.
Поместите по 2 колеса от старых игрушечных машинок на каждую ось и зафиксируйте их, установив подшипник или загнув концы оси. Прикрепите шасси к задней нижней части фюзеляжа с помощью пистолета для горячего клея.
Для переднего поворотного колеса возьмите стальную проволоку длиной 15 см, согните её в форме буквы П с горизонтальной осью на конце, вставьте 3-е колесо и закрепите его с помощью подшипника.
Сделайте отверстие для переднего колеса в нижней передней части фюзеляжа, вставьте колесо в фюзеляж и закрепите его с помощью подшипников, чтобы оно не выпало. Прикрепите сервопривод к стальной проволоке внутри фюзеляжа под углом 90 градусов к переднему колесу, чтобы позже можно было прикрепить сервопривод для управления передним колесом.
Чтобы укрепить переднюю часть так, чтобы она была устойчивой, прикрепите прямоугольную деталь поверх стальной проволоки, удерживающей ось. Пожалуйста, ознакомьтесь с изображениями для лучшего понимания.
Шаг 4: Установка сервоприводов для поверхностей управления (приложение 4)
На этом этапе вам нужно прикрепить рули управления к четырём поверхностям управления: 2 элеронам, 1 радару и 1 рулю высоты. Мы будем использовать 4 сервопривода: 2 для элеронов, 1 для руля высоты и 1 для радара. Соедините сервоприводы с рулями управления с помощью гибких проводов и трубочек
Обратите внимание, что провод радара проходит через сервоприводы до передней передачи и соединяется с передней передачей, чтобы переднее колесо двигалось вместе с радаром
Для правильной установки обратитесь к изображениям
Шаг 5: Установка бесщеточного двигателя и ESC (приложение 5)
Прикрепите двигатель к фанере размером 4 на 4 см или к доске для моделирования и прочно закрепите двигатель перед фюзеляжем с помощью пистолета для горячего клея (убедитесь, что двигатель прочно прикреплён к фюзеляжу)
Чтобы подключить ESC к двигателю, соедините 3 провода двигателя с 3 проводами ESC. Убедитесь, что центральный провод двигателя соединён с центральным проводом ESC. Вы можете переключить два провода, чтобы двигатель вращался по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Шаг 6: Подключите всю электронику и приёмник и прикрепите крылья к фюзеляжу (прил.6)
Теперь нам нужно подключить все сервоприводы и ESC к приёмнику. Сервоприводы элеронов подключаются к Y-образной проводке, а затем к каналу 1, сервопривод руля высоты — к каналу 2, ESC или провод дроссельной заслонки — к каналу 3, а руль направления — к каналу 4. После подключения надёжно закрепите приёмник в задней части самолёта. После подключения аккумулятора к ESC можно приступать к полёту.
Далее мы прикрепим основные крылья к фюзеляжу с помощью скрепок и резинок, чтобы их можно было легко отсоединить для транспортировки.
Прикрепите хорошо закреплённые крылья и фюзеляж и проделайте 2 отверстия, чтобы вставить внутрь старые ручки и прикрепить резинки, как показано на фотографиях.
Шаг 7: Установка аккумулятора, поиск центра тяжести и завершение работы (прил.7)
В этом самолёте центр тяжести должен находиться примерно в 5 см от передней части самолёта, поэтому вам нужно поместить туда аккумулятор и сбалансировать самолёт, удерживая его за крылья и проверяя, чтобы он был сбалансирован. Если самолёт немного перевешивает в сторону носа, это нормально, но он не должен перевешивать в сторону хвоста.
Наконец, закройте открытую верхнюю часть фюзеляжа пенопластом и сделайте съёмную переднюю панель с помощью магнитов или зажимов, чтобы облегчить извлечение и установку аккумулятора, который будет закреплён с помощью зажимов.
Можно придать красоту, обклеив его цветным скотчем и самолет готов! (приложение 8)
2.1. Проведение эксперимента беспилотных летательных аппаратов при поиске людей (приложение 9)
Самолет осуществляет взлет, набираем высоту не более 50 метров над рельефом. В заданном квадрате поиска начинаем летать галсами, включив специальную программу на автопилоте, опускаем вниз камеру и наблюдаем (видео full HP, 1920-1080 – разрешение пикселей, видео высокой точности).
В случае, если что-то увидим подозрительное, нажимаем на кнопку «заметки на видео».
После того, как мы обработали заданный квадрат, мы возвращаемся в точку взлета, снимаем карту памяти с бортовой видеокамеры и просматриваем те места, которые нам показались подозрительными на предмет потерянного человека. Определяем следующий квадрат, повторяем операцию, каждый раз не забывая проверять батарею.
Заключение
В настоящее время, благодаря быстрому развитию компьютерных технологий и, как следствие, заметному росту "интеллектуальных" возможностей роботов, изобретением роботов стало их внедрение во многие сферы человеческой деятельности. Одной из самых быстро развивающихся и перспективных областей развития технологий в последние годы является разработка и производство беспилотных летательных аппаратов (далее БПЛА, беспилотные летательные аппараты, БПЛА). Это связано с тем, что использование беспилотных летательных аппаратов в армии и в различных гражданских областях является экономичным и часто позволяет им выполнять задачу лучше и быстрее, чем это было бы сделано с помощью традиционной авиации или других традиционных методов.
В данной исследовательской работе, целью которой было использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для поиска людей, пропавших без вести, мы подтвердили данный факт. Это легких, не затратный, безопасный способ поиска людей.
Но, кроме этого, в современном мире нет области, где было бы невозможно эффективно использовать беспилотные летательные аппараты. Это традиционные: аэрофотосъемка, коммерческая разведка рыбы, геологоразведка, перелет трубопроводов с целью быстрого обнаружения аварий, военная разведка, корректировка артиллерийского и ракетного обстрела, прицеливание бомбардировщиков, обнаружение кораблей, нуждающихся, обнаружение лесных пожаров на начальном этапе (что очень важно в России, горят сотни тысяч гектаров леса, на многие миллиарды рублей)),бесценны БПЛА при поимке преступников (сверху видно всё) и в обычной практике ГИБДД.
А нетрадиционные, например: выводить спутники на орбиту (пока небольшой вес), использовать БПЛА для уничтожения мелких банд и даже отдельных бандитов для доставки срочных грузов или документов, промышленный шпионаж (БПЛА всегда миниатюризируются, уже можно замаскировать БПЛА под бабочку, муху или жука. БПЛА также выгодно отличаются от самолетов. Дрону ничего этого не нужно. И неизмеримо проще и дешевле обучить оператора БПЛА, чем пилота.
Написав данную исследовательскую работу, стало ясно, что везде нужны умные машины. Они приносят много пользы, часто они готовы заменить человека. В конце концов, наши физические возможности ограничены, и умная машина-беспилотник-справляется со многими задачами лучше, чем человек.
Литература
История робототехники [Электронный ресурс] - [http://titok007.narod.ru/history.html]
Хромов Д.В. Разновидности роботов и их классификация
http://aviadron.ru/drone-articles/
https://www.youtube.com/channel/UCoNyKZcVFsfl43Cl7oADu7w
http://geektimes.ru/company/ulmart/blog/242809/
Википедия – http://ru.wikipedia.org
http://aviadron.ru/drone-articles/
https://www.youtube.com/channel/UCoNyKZcVFsfl43Cl7oADu7w
https://drongeek.ru/novichkam/chto-takoe-dron
Приложение 1
Проектирование крыла
Приложение 2
Изготовление фюзеляжа
Приложение 3
Раздел "Сказка" и шасси
Приложение 4
Установка сервоприводов для поверхностей управления
Приложение 5
Установка бесщеточного двигателя и ESC
Приложение 6
Подключение электроники и приёмника, прикрепление крыльев к фюзеляжу
Приложение 7
Установка аккумулятора, поиск центра тяжести и завершение работы
Приложение 8
Итоги работы
Приложение 9
Проведение эксперимента беспилотных летательных аппаратов при поиске людей
https://disk.yandex.ru/i/MnMZKIsrS9p4tg
1 История робототехники [Электронный ресурс] - [http://titok007.narod.ru/history.html]
2 Википедия – http://ru.wikipedia.org
3 http://aviadron.ru/drone-articles/