From Chisato Horiuchi in Tokyo, Japan
Máy bay không người lái của Sony "Airpeak S1" với các bộ phận chính được tháo rời. Máy bay không người lái được trang bị một số lượng lớn các thiết bị cảm biến có thể được gọi là "khối lượng cảm biến", nhưng số lượng các bộ phận không lớn lắm. Bạn có thể thấy rằng nó được làm bằng một cấu trúc đơn giản (Ảnh: Yasushi Kato)
Máy bay không người lái đa năng đầu tiên của Tập đoàn Sony (máy bay không người lái loại nhỏ) "Airpeak S1". Với mục tiêu cho phép người tạo video quay những hình ảnh chưa từng có, chúng tôi đã đạt được hiệu suất tập luyện cao thông qua việc phát triển nội bộ các bộ phận.
Khung CFRP đảm bảo độ cứng
Việc tháo gỡ cuối cùng đã bắt đầu. Trước tiên, để đảm bảo khả năng dự phòng của hệ thống, hãy tháo hai bộ pin khỏi thiết bị chính và tháo tấm trên cùng che chúng.
Bắt đầu tháo rời. Đầu tiên, lấy đĩa trên xuống (Ảnh: Yasushi Kato)
Tôi đã loại bỏ tấm trên cùng. Ảnh bên phải là phần sau của máy bay (Ảnh: Yasushi Kato)
Bên trong tấm trên cùng là một bộ cảm biến hồng ngoại và một con chip Hệ thống Vệ tinh Định vị Toàn cầu (GNSS). Airpeak S1 được trang bị hai cảm biến tìm kiếm phạm vi hồng ngoại, đo khoảng cách đến một vật thể trên đỉnh máy bay. Nó được dùng để tính toán khoảng cách tới cầu khi đi qua gầm cầu.
Mặt khác, chip GNSS sử dụng chip u-blox Thụy Sĩ hàng đầu trong ngành. Vệ tinh định vị tương thích với GPS ở Hoa Kỳ, GLONASS ở Nga và QZSS (MICHIBIKI) ở Nhật Bản.
Cảm biến hồng ngoại và GNSS trên tấm trên cùng (Ảnh: Yasushi Kato)
Tiếp theo, tháo ngăn chứa pin đang giữ chặt pin. Sau đó, những gì xuất hiện là một khung xe được làm bằng nhựa gia cố sợi carbon (CFRP) để đảm bảo độ cứng của phần thân xe.
Để đạt được động năng cao chuyển động nhanh cần đảm bảo độ cứng cao đồng thời phải nhẹ. Trong Airpeak S1, khung CFRP này và khung CFRP ở phía dưới thân xe "có cấu trúc bánh sandwich để đảm bảo độ cứng" (Mr. Matsuzaki).
Khung gầm CFRP để đảm bảo độ cứng của máy bay (Ảnh: Yasushi Kato)
Và khi tôi tháo khung máy, trái tim của Airpeak S1 đã xuất hiện. Có thể thấy bo mạch chính được trang bị bộ vi xử lý với các cánh tản nhiệt và quạt gió để tản nhiệt.
Bao quanh bảng là bốn khớp nối với cánh tay và thân CFRP nhiệt rắn. Vì hợp kim nhôm quá nặng, chúng tôi đã sử dụng hợp kim magiê làm vật liệu cho mối nối, nó nhẹ hơn và có thể đảm bảo độ bền.
Trái tim của Airpeak S1 từng xuất hiện (Ảnh: Yasushi Kato)
Sau đó tháo quạt làm mát không khí. Quạt làm mát không khí được lắp ở mặt trước của thân máy bay và được thiết kế để lấy gió từ mặt trước của thân máy bay và để gió thổi qua bề mặt trên của bo mạch chính để làm mát bộ vi xử lý.
Con chip của bo mạch chính được bao phủ bởi một tấm chắn kim loại để chống lại sóng điện từ. Trong máy bay không người lái, một dòng điện lớn chạy qua động cơ khi quay cánh quạt. Điều này là để giảm ảnh hưởng của sóng điện từ được tạo ra tại thời điểm đó và để tránh nhiễu và suy giảm độ nhạy của tín hiệu tần số cao (RF).
Công việc tháo bo mạch chính. Một tấm chắn cho các biện pháp đối phó sóng điện từ được gắn vào chip của bo mạch chính (Ảnh: Yasushi Kato)
"Chúng tôi thiết kế nó để nó không tạo ra hoặc nhận được tiếng ồn" (Mr. Matsuzaki). Khi tấm chắn được bóc ra, nhiều con chip gắn trên bo mạch chính xuất hiện.
Bộ xử lý gốc được thông qua lần đầu tiên
Ba chip chủ yếu được gắn trên bề mặt của bo mạch chính. "Bộ xử lý cảm biến thị giác" của Sony Semiconductor Solutions, bộ xử lý ứng dụng "Snapdragon 845" của Qualcomm và chip Wi-Fi / Bluetooth của Qualcomm. Các cánh tản nhiệt được gắn vào bộ xử lý cảm biến thị giác.
Mặt khác, ở mặt sau, một bộ nhớ cho bộ xử lý cảm biến thị giác và một vi mạch quản lý năng lượng cho Snapdragon 845 đã được lắp đặt.
Mặt trước và mặt sau của bo mạch chính (Ảnh: Yasushi Kato)
Bộ xử lý cảm biến thị giác là một bộ xử lý được phát triển cho các thiết bị di động tự động yêu cầu tự ước lượng vị trí và được trang bị công cụ phát hiện thông tin khoảng cách và điểm đặc trưng cũng như cơ chế suy luận học sâu. Airpeak S1 được cho là chiếc đầu tiên được lắp đặt trong sản phẩm.
Airpeak S1 xử lý đồng thời thông tin video của các camera âm thanh nổi được bố trí theo năm hướng của máy bay và thông tin của IMU (Đơn vị đo lường quán tính) với tốc độ cao và mức tiêu thụ điện năng thấp. Các đối tượng như chướng ngại vật, con người và ô tô được phát hiện từ video bằng cách xử lý với mạng nơ-ron sâu (DNN). Trong tương lai, nó sẽ có thể theo dõi và bắn những người cụ thể.
Cấu hình hệ thống Airpeak S1 (Hình: Được tạo bởi Nikkei Cross Tech dựa trên tài liệu của Sony)
Airpeak S1 tích hợp thêm thông tin cảm biến như địa từ, áp suất khí quyển và đo khoảng cách hồng ngoại để ước tính vị trí và thái độ của bản thân với độ chính xác cao. Phần mềm tự ước tính vị trí sử dụng công nghệ được phát triển bởi tổ chức R & D của Tập đoàn Sony, Trung tâm R & D, được tối ưu hóa cho máy bay không người lái.
Snapdragon 845 là bộ vi xử lý 8 nhân dành cho điện thoại thông minh, bao gồm cả mẫu điện thoại hàng đầu "Xperia XZ3" được Sony Mobile Communications (hiện là Sony) phát hành vào tháng 11 năm 2018, và nhiều điện thoại thông minh cách đây khoảng ba năm đã được cài đặt sẵn nó.
Airpeak S1 đóng vai trò điều khiển tích hợp toàn bộ hệ thống bao gồm máy bay và gimbal dựa trên thông tin ước tính vị trí / thái độ của bản thân, thông tin Wi-Fi và FPV (camera trước của máy bay). Ví dụ: nó điều khiển gimbal chính được trang bị cho dòng α và gimbal FPV. Ngoài ra, bộ xử lý sẽ đưa ra hướng dẫn "trở về nhà" để tự động quay lại vị trí ban đầu khi có sự cố.
Bảng chính là "3 tầng"
Thứ tiếp theo xuất hiện là "bộ điều khiển chuyến bay / bảng cung cấp điện". Bộ điều khiển bay là nền tảng của máy bay không người lái điều khiển chuyến bay bằng cách phân tích thông tin từ các cảm biến khác nhau như phạm vi hồng ngoại, địa từ, áp suất khí quyển, IMU và GNSS và điều khiển động cơ, cánh quạt, bộ điều khiển tốc độ (ESC), v.v.
Bộ điều khiển máy bay / bảng cấp nguồn (Ảnh: Yasushi Kato)
Con chip điều khiển chuyến bay được gắn ở mặt sau của bo mạch này. Ở mặt sau, còn có một IC quản lý nguồn và một khe cắm thẻ nhớ SD để ghi nhật ký chuyến bay. IC quản lý nguồn đóng vai trò quản lý nguồn điện cung cấp cho bo mạch chính, bộ điều khiển máy bay và các cảm biến khác nhau được lắp đặt bên trên.
Mặt khác, thẻ SD lưu trữ các giá trị lệnh và giá trị cảm biến khác nhau dưới dạng nhật ký chuyến bay. Video từ máy ảnh FPV được nén bằng cách mã hóa và gửi không dây đến một thiết bị phát chuyên dụng (propo).
Mặt trước và mặt sau của bộ điều khiển máy bay / bảng cấp nguồn (Ảnh: Yasushi Kato)
Hai bảng được đặt dưới bộ điều khiển chuyến bay / bảng điện. Nói cách khác, bo mạch của Airpeak S1 có cấu trúc "ba tầng". Hai bảng ở tầng một là bảng nhỏ được trang bị bảng phân phối điện để cung cấp điện cho bốn động cơ và một IMU 6 trục.
Bảng phân phối nguồn và bảng gắn IMU ở dưới thân máy (Ảnh: Yasushi Kato)
Khi nắp ăng-ten được tháo ra, bảng dài theo chiều dọc sẽ xuất hiện (Ảnh: Yasushi Kato)
Airpeak S1 giao tiếp với thiết bị phát chuyên dụng bằng phương pháp Wi-Fi mở rộng cho máy bay không người lái ở băng tần 2,4 GHz. Nếu điều kiện tốt, video có thể được truyền đi với khoảng cách 2 km.
Mặt khác, có vẻ như cảm biến địa từ đã được lắp đặt trong nắp ăng-ten cách xa phần thân để tránh ảnh hưởng của từ trường do dòng điện lớn tạo ra.
Tiếp theo, phần thân chính của phần động cơ được tháo rời. Đầu tiên, khi tôi tháo khung nối bảng bên trong nắp ăng-ten, một bảng được trang bị động cơ không chổi than để quay cánh quạt và một ESC để điều khiển nó xuất hiện.
Động cơ không chổi than và bo mạch ESC (Ảnh: Yasushi Kato)
Airpeak S1 mất 3,5 giây để đạt tốc độ 80 km / h, vượt trội so với các sản phẩm của các công ty khác, với tốc độ lên / xuống tối đa là 7 mét / 4 mét / giây và vận tốc góc tối đa là 180 độ Đạt được khả năng phản hồi cao như từng giây. Một tính năng khác là khả năng chống gió cao 20 mét / giây.
Để có được sức đẩy cao như vậy, cần phải có một chân vịt có sức nổi tương đối lớn ngay cả ở vòng tua máy thấp. Do đó, công ty đã độc lập phát triển một cánh quạt có góc quay lớn (góc giữa bề mặt quay của cánh quạt và các cánh quạt). Sau đó, kể từ khi tải được áp dụng cho động cơ, động cơ không chổi than có thể tạo ra mô-men xoắn cao ngay cả khi nó nhẹ và thuật toán ESC điều khiển động cơ cũng được phát triển độc lập.
Camera trước 2 trục
Cuối cùng, tôi sẽ giới thiệu cách tháo rời bộ phận camera. Nó là một bộ phận gồm camera gimbal FPV được gắn vào phía trước máy bay và phát hiện vị trí máy bay đang quay mặt, và một camera âm thanh nổi được gắn vào phía sau máy bay.
Camera gimbal FPV được điều khiển bởi một động cơ theo hai hướng: cuộn (quay) và cao độ (lên và xuống). Từ bên trong, bảng điều khiển cho máy ảnh và gimbal xuất hiện. Một cơ chế được tích hợp để hấp thụ độ rung với một van điều tiết để độ rung của cánh quạt sẽ được truyền đến máy ảnh và hình ảnh sẽ không bị mờ.
Bên trong máy ảnh gimbal FPV (Ảnh: Yasushi Kato)
Airpeak S1 được trang bị camera âm thanh nổi ở năm hướng (trước, sau, trái, phải, dưới). Bộ phận camera âm thanh nổi được tháo rời ở phía sau máy bay chứa một camera âm thanh nổi hướng xuống và lùi xuống tích hợp cảm biến hình ảnh CMOS (Chất bán dẫn kim loại bổ sung) do Sony Semiconductor Solutions sản xuất, cũng như cảm biến dải hồng ngoại hướng xuống ruộng lúa.
Bên trong bộ phận camera âm thanh nổi ở phía sau máy bay (Ảnh: Yasushi Kato)
Điều này hoàn thành việc tháo rời các bộ phận chính của Airpeak S1. Cuối cùng, tôi hỏi người phụ trách về những điểm khó khăn trong quá trình phát triển. Ông Yosuke Matsuzaki thuộc Bộ phận Thiết kế Cơ khí, Phòng Thiết kế Phần cứng, Nhóm Kinh doanh Người máy AI của Tập đoàn Sony trả lời:
"Rất khó để đạt được sự cân bằng giữa độ cứng cao, trọng lượng nhẹ và cảm biến. Nói cách khác, rung do chuyển động quay của cánh quạt ảnh hưởng xấu đến hình ảnh và cảm biến của máy ảnh. Để triệt tiêu rung động, cơ học (cơ học), điện và Bằng cách cộng tác với người phụ trách phần mềm và sử dụng các mô phỏng, chúng tôi đã lặp đi lặp lại việc thử và sai để tăng độ cứng và giảm trọng lượng. "
