Home Forum NUOVE IDEE O PROGETTI DA SVILUPPARE Dirigibile drone per riprese televisive

Questo argomento contiene 94 risposte, ha 6 partecipanti, ed è stato aggiornato da  Pietro.Ricciardi 4 mesi, 1 settimana fa.

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  • #60088

    LucaDiCapita
    Membro

    Come dicevo apro questo tread per lo sviluppo dei questo progetto.

    Riassumo per chi non avesse letto sull’articolo dedicato alla scheda Galileo di Intel la presentazione di quest’idea.

    Voglio realizzare un drone per riprese televisive, a differenza di quelli più diffusi in campo professionale voglio utilizzare il pallone aerostatico di un dirigibile per ottenere la spinta ascensionale e dovviare al problema dell’instabilità dei droni sollevati da eliche. Come potrete osservare nei video che si trovano in rete l’instabilità dei droni a elica è inversamente proporzionale al numero di eliche che li sollevano. Dato che voglio impiegare questo sistema in un contesto professionale e che ho un budget limitato, voglio ottenere un buon risultato affifdandomi alla spinta del pallone aerostatico.

    Sul fronte video ho a disposizione una GoPro Hero3, è una telecamera fullHD dalle dimensioni e dal peso estremamente contenuti. Fra le varie funzionalità che offre esiste la possibilità di controllarla in modalità wireless attraverso app su smartphone. Il suo controllo sfrutta la connettività wi-fi, è da qui che vorrei iniziare le riflessioni.

    Quali distanze posso pensare di coprire attraverso questa modalità?
    Come si poteva immaginare non è indicata la distanza max raggiungibile in wifi, non resta che effettuare un test di cui vi renderò pertecipi appena sarò riuscito.
    Prima però vi lascerei un paio di quesiti nella speranza di quelche spunto interessante.
    Qualcuno sa dare un contributo sulle caratterstiche dei segnali impiegati nelle reti wi-fi?
    Su wikipedia apprendo che la pot max di questi segnali dev’essere per legge 100mW e che le frequenze di trasmissione variano da 2.4GHz a 5GHz. Quali limiti applicativi mi posso aspettare da questo genere di segnali radio?

    #74368

    Piero Boccadoro
    Partecipante

    Più leggo questa idea, più mi convince….
    E per ora dico solo questo! :D

    #74385

    Se vuoi possiamo parlarne. Ho una consolidata esperienza su questo argomento. Quello che vorresti realizzare esiste già.
    paolo

    #74390

    LucaDiCapita
    Membro

    Magnifico, c’è un solo modo per parlarne ed è facendolo qui.

    Puoi rispondere ai quesiti che mi sono posto in materia di wi-fi?

    Nei modelli che hai già visto che tipo di segnali sono stati impiegati sia per il controllo sia per il video?

    #74413

    Si potrebbe far uso di un antenna che amplifichi il segnale. Cercando in rete, la GoPro invia segnali fino a un massimo di 180m e, sì, i dati trovati da te per essere a norma di legge sono quelli. Mantenendo il segnale a 2.4GHz della GoPro si potrebbe usare un antenna che aumenti i dbm dell’antenna integrata. Esistono antenne che fanno guadagnare parecchio ma sono fuori legge perché fanno superare i 100mW (20dbm) di potenza. Alcune però sono a norma, tipo quelle a pannello direzionali (360°), sempre nei limiti: ne esistono alcune che rimangono nei 2.4GHz ma permetto un guadagno di ben 14 dbm rispetto ai dbm di base. Ora, non so che altezza vorresti raggiungere e quanto si guadagna con questo tipo di antenna e soprattutto se è tutto a norma (le normative sono molto confusionarie). Comunque sia con un’antenna penso che tu riesca a raggiungere i 1000m rimanendo comunque a norma di legge.
    Leggiti questa discussione, molto interessante ;)

    http://forum.meteonetwork.it/strumenti-meteo/131974-propio-segnale-wi-fi-lunga-distanza.html

    #74414

    Il WiFi è l’ultima cosa a cui pensare. Bisogna utilizzare altri tipi di trasmissione, ad sempio utilizzando dei radiomodem rs232 e dei TX video PAL di potenza opportuna. Ma i problemi credo non siano quelli legati all’elettronica, piuttosto alla gestione del dirigibile che non è facilissima….
    p

    #74415

    LucaDiCapita
    Membro

    Per quanto riguarda la natura del segnale radio dal mio punto di vista personale non ho preferenze particolari, se non per l’economia e qualità del risultato. Il discorso wi fi nasce per due ragioni.

    – Le caratteristiche di un dispositivo già presente a bordo, la camera GoPro, HD controllabile appunto via wifi tramite software android dedicato.
    – Disponibilità in commercio di hardware e software plug and play.

    Detto questo non mi sento di escludere altre possibilità se non potrò sfruttare al meglio il disponibile, mi sento già di dire però che le ipotesi che avanzi possono essere foriere di ulteriori grane.
    Confesso di non conoscere la velocità di tx di un radio modem, per cui spero in qualche tua spiegazione, ma il fatto che sia su rs232 mi lascia perplesso, stiamo parlando di un segnale video digitale in HD, non so se sulla seriale si possano ottenere trasmissioni dati sufficientemente rapide. Ma escludendo anche questo aspetto, sarei obbligato a realizzare un interfaccia hardware e software per convertire il controllo wi fi della camera nello standard del radiomodem, al quale poi dovrò aggiungere un software per intefacciare il software a terra…
    Altre grane possibili potrebbero sorgere in senso legislativo, su che frequenze vieggia un radiomodem? Quali sono i suoi limiti e con quale potenza dovrei lavorare io?

    Per quanto riguarda la gestione del dirigibile c’è chiaramente da fare parecchie riflessioni. Non credo che sia così dura come la dipingi però riconosco che per ottenere un buon risultato bisognerà ragionarci parecchio.
    Visto che hai sollevato il problema cominciamo pure a parlarne.

    Attualmente, e sottolineo che non ho preso una decisione definitiva, sono orientato sull’impiego di 4 rotori di cui 2 orientabili.

    Disposizione.

    L’idea è che i 2 rotori non orientabili siano uno a poppa e uno a prua, di identiche dimensioni, in modo da non variare il baricentro, il loro asse è perpendicolare alla lunghezza del dirigibile. La loro funzione è quella del controllo di rotazione del dirigibile. Chiaramente per ragioni costruttive non saranno posti esattamente sulla poppa e sulla prua del pallone, dato che non prevedo molti agganci sulla superficie, ma in posizioni approssimativamente equivalenti. Sicuramente mi si obbietterà che ci sono soluzioni più pratiche per ottenere la rotazione, ma vi invito a tener presente alcuni fattori perchè voglio una perfetta manovrabilità.
    – da fermo nell’ipotesi di sfruttare le pinne del pallone in abbinamento ad un solo rotore perpendicolare alla lunghezza ed in testa creerebbe inefficienze.
    – se si semplifica il sistema riducendolo a solo 2 rotori orientabili posti al centro della lunghezza ed affiancati si risolve la rotazione da fermo ma si creano difficoltà nelle manovre simultanee, tipo roteazione durante salita.

    Per quanto riguarda invece le accelerazioni lungo gli assi verticali ed orrizontali pensavo di usare due rotori paralleli ed orientabili posti al centro della lunghezza del pallone. In questo caso non dovendo più affidarvi anche la rotazione posso garantire una buona manovrabilità. A dire il vero se ne potrebbe impiegare anche uno solo ed orientabile, ma per ragioni di bilanciamento avrei difficoltà costruttive; dovendo porlo al centro, dove dovrebbe stare pure la camera con il suo controllo di orientamento. Impiegandone due il problema non si porrebbe ed in oltre potrei avere anche la possibilità di correggere un eventuale rollio, fenomeno che vorrei evitare.

    Una formula riassuntiva o schematica del sistema che vorrei impiegare è la disposizione a croce di 4 rotori, i due al centro della lunghezza del pallone orientabili. Per cui per comodità potremmo chiamarlo sistema a croce.

    Le obiezioni e sopratutto le proposte alternative su tale sistema sono più che ben accette

    #74416

    LucaDiCapita
    Membro

    Ho letto, grazie molto interessante.

    Hai centrato il problema, purtroppo c’è conferma del limite dei 100mW di legge. Anche io avevo letto sulla GoPro di questa distanza raggiungibile, di cui sarei più che soddisfatto, ma sono fortemente perplesso su 180 metri e quindi mi sono imposto di fare un test. La buona notizia è che ho la camera in mano e domani mi darò da fare.

    Per quanto riguarda la distanza che voglio ottenere a dire il vero non mi sono fissato un numero preciso.
    L’unico contesto che sono riuscito ad immaginarmi e che giustifichi grosse distanze potrebbe essere la ripresa aerea per esempio di un evento sportivo, poniamo una partita di calcio. Un campo da calcio per regolamento non può superare i 120mt di lungezza, quindi… 300 metri? Certo che 300 sono tanti, in wi-fi poi…. non vorrei finire per esagerare, voi che ne pensate?

    #74417

    Il wifi va escluso se non per applicazioni prettamente indoor. E’ una questione di portata. L’unico modo per aumentarla, in missioni outdoor dentro i 100mW è l’utilizzo di antenne fortemente direttive, cosa che a terra è possibile fare ma a bordo occorre un sistema di tracking della base station che non è immediato ottenere e occupa spazio e peso prezioso

    I numerosi problemi del dirigibile da affrontare sono:

    –costruzione involucro esterno

    –gestione degli ancoraggi

    –costruzione involucro elio (deve essere il più possibile un materiale elio impermeabile)

    –gestione pesi in modo che non sia mai più leggero dell’aria

    –costruzione superfici di controllo

    –dimensionamento e scelta motori e tipo di enrgia utilizzata

    –ancoraggio motori

    –gestione atterraggio e decollo di un oggetto più pesante dell’aria

    –elevato costo dell’elio

    –necessità di un ricovero sicuro e fissaggio a terra

    –necessità di continuo rabbocco dell’elio per evitare l’impoverimento e quindi la perdita della spinta iniziale.

    –difficoltà attuale nel reperimento dell’elio di tipo almeno 4.6 per via di una carenza internazionale

    –gestione di volumi enormi in rapporto al peso sollevabile (occorrono almeno 4/5 metri di lunghezza e qualche decina di mc per sollevare qualche chilo)

    — gestione della variazione di volume dell’elio con la quota e rischio esplosione o afflosciamento (mediante ballonet)

    –sicurezza: non deve perdersi in aria

    –dimensionamento motori: devono essere potenti tanto quanto serve per contrastare il vento e gestire l’effetto vela e le derive

    –controllo del velivolo: il sistema di controllo a terra (sia quello del pilota che un eventuale base station per controllo autopilota), devono essere di tipo fail safe in modo che un qualunque problema di comunicazione possa essere gestito autonomamente dall’eltrronica a bordo mediante procedure di go home o safe landing.

    — per finire, date le dimensioni (e pesi) del velivolo, si esce dalla categoria aeromodelli e si entra in una zona in cui attulamente volare è proibito (per scopi non hobbistici, salvo avere permessi di volo) oppure occorre mettersi a norma con le imminenti normative ENAC.

    Tutto però dipende dal tipo di missioni in cui deve operare.
    Insomma non vorrei scoraggiarti ma l’approccio al dirigibile non è banale e purtroppo in Italia se ne è persa completamente la tradizione e cultura che invece ebbe momenti di gloria tanti decenni fa.
    Nella mia società ci occupiano (anche) di progettazione di sistemi come quello di cui parli e ti assicuro che occorrono anni di prototipazione per arrivare a droni efficienti e sicuri di tipo dirigibile.
    Noi stiamo certificandone uno di 10 metri e a seguire uno da 12m.
    Ma di questo non posso parlare sul forum perchè come capirai, ci sono delle evidenti questiioni di riservatezza e comunque sono budget che escono dall’ambito amatoriale.
    Per ogni altra questione legata ad essi puoi contattarmi in privato.
    Invece sarà mio piacere dare consigli per la prosecuzione del progetto, sempre nell’ambito della riservatezza che devo rispettare.
    paolo

    #74418

    Sì come distanza siamo lì, un campo di calcio con spazio libero sul retro delle porte compreso è di circa 300m, forse anche qualcosa di meno. I 180m della GoPro sì sono indicativi, si dovrebbe fare un test per accertarne la reale distanza, ma penso che in campo libero dovrebbe farcela in 180m.

    Comunque 300m non penso siano un’utopia. Come ha detto paolo, si può usare un radio modem che è un dispositivo largamente usato nei palloni aerostatici. Cercando (puoi leggere qui per farti anche un’idea dell’hardware da usare http://www.natrium42.com/halo/flight2/#hardware) viene usato un radio modem MaxStream XTend da 900MHz con range di 94km! (Ovviamente penso che con distanze di soli 300m dovrebbero esistere radio modem con frequenze minori e quindi range minore)In accoppiata andrebbe usata anche un’antenna con frequenza uguale a quella del radio modem e il tutto collegato all’Arduino. Penso che in questo modo tu rimanga a norma anche perché l’hardware descritto è stato usato per un pallone aerostatico italiano (Actarus).

    A proposito di Actarus, sul loro sito c’è la descrizione della parte fisica del pallone che sicuramente potrà tornarti utile, ovviamente ridimensionata alle tue esigenze ;) http://actarusprojectitalia.wordpress.com/category/fisica-2/

    #74419

    LucaDiCapita
    Membro

    Cerco di risponderti in modo ordinato, grazie per aver fatto lo stesso

    – Costruzione involucro esterno. E’ problema progettuale che non mi riguarda, dato che affiderò tale costruzione ad aziende specializzate in queste realizzazioni, ce ne sono diverse italiane proprio specifiche, il costo di un pallone di dimensioni approssimabili a quelle che potrei richiedere varia dai 300€ ai 500€ senza contare la possibilità di rivolgersi ai cinesi che sul famoso alibabà sono un mucchio.

    – Gestione degli ancoraggi?? Sul pallone? E’ una specifica che valuterò con il costruttore. In ogni caso non stiamo parlando di uno zeppelin :)), ma di un pallone di 10/15 metri cubi. Ogni metro cubo di He si ha circa 1 kg di spinta, non so cosa stiate progettando voi altri ma conto di restare ampiamente sotto i 10kg

    – Costruzione involucro elio. Anche questo problema progettuale non mio, se l’azienda che produce palloni per l’elio mi dice che va bene ho poco da aggiungere, se non tener presente un qualche eventuale indice di perdita di gas.

    – Gestione pesi. La gestione pesi è così fatta, prima del decollo si effettua una attenta misurazione della spinta verso l’alto. Chiaramente non pensavo di gonfiarlo a caso e nemmeno a occhio, ho in mente di predisporre un sistema che mi permetta di stabilizzare il pallone in aria senza interventi dei rotori, in pratica per ottenre un peso 0kg. Per quel che concerne il bilanciamento come hai visto ho sempre ben presente la problematica del baricentro.

    – Costruzione superfici di controllo. Pensavo alla plastica o al max all’allumino, ma non vedo grosse difficoltà, ho capito male? Che intendi?

    – Dimensionamento, scelta dei motori, tipo di energia e ancoraggio. Li metto tutti insieme, il dimensionamento dei motori ancora nn l’ho considero perchè non ci sono ancora arrivato. In ogni caso mi piacerebbe rivolgermi alle componenstistica da modellismo dove potrei sfruttare l’ampia offerta e documentazione tecnica. In alternativa valuterò il controllo di motori elettrici di altra estrazione, se proprio potessi fantasticare in assoluto mi piacerebbe utilizzare degli stepper per controllarli con estrema precisione, ma se non ricordo male sorge un limite di rpm ottenibili da questo genere di motori, ci studieremo. L’ancoraggio è strettamente collegato al tipo di struttura che realizzerò. L’energia di conseguenza non può che essere elettrica.

    – Il ricovero è extra semplice…. sgonfio il pallone e lo metto nel furgone! E magari studio un piccolo compressore per recuperare il gas.

    – Sicurezza per non perdersi in aria. Si è un problema importante, io avevo pensato di tenere un’elettrovalvola di controllo sul pallone. La impiegherei sia per il corretto gonfiaggio, in abbinamento ad un sensore di prex, si per sistema di emergenza di sgancio del segnale, se si sgancia si ativa una perdita programmata di gas. Se c’è troppo vento mi dispiace ma quel giorno l’avranno vinta i droni a rotore

    – Gestione atterragio e decollo. Consideravo di pilotarlo, certo magari qualche funzione automatica durante il volo, ma nelle fasi delicate chiaramente controllo manuale

    -Elevato costo dell’elio. Come dicevo recuperare quello sconfiato è un’operazione da considerare. E poi il costo di un servizio televisivo dovrà pur comprenderlo. Quelli che ci fanno i palloncini alle fiere non mi sembrano emiri comunqeu eheheh, magari utilizzano una miscela più economica non lo so, scherzo chiaramente, vedremo. Grazie per avermi sollevato il problema ora mi informo, per quanto so fino ad ora l’elio puro mi pare abbia una spinta di 1,14 kg, ora se dovessimo averne di quello economico a 0,8 kg mi pare si possa comunque procedere nella progettazione,in ogni caso buon spunti di riflessione mi devo informare.

    – Al rabbocamento dell’elio ci avevo pensato, e ipotizzavo una piccola bomboletta precaricata a bordo, che sfrutti sempre il sistema a elettrovalvola e pressostato per effetuare il rabbocco qualora necessario.

    – Home safe e controllo volo li ho già praticamente spiegati con il sistema di sicurezza.

    – Un punto di cui non sono informato e questo aspetto legislativo dell’enac. Anche perhcè non ho mai considerato di volare a quote degne di nota, pensavo a qualche decina di metri, quindi si mi devo informare, se sai già qualcosa dicci pure. So che per ottenere il permesso di lanciare un pallone aerostatico per esempio bisogna rivolersi a loro 45 gg prima e che la cosa è gratuita, ma il pallone aerostatico metereologico sale fino a 30/40.000 metri. I velivoli chiamati ultraleggeri devono stare sotto i 1000 mt e so di per certo che non devono chiedere ogni volta il permesso di alzarsi in volo. Non so quali siano i limiti di dimensioni per evitare le procedure burocratiche, grazie della dritta mi informo.

    Ti ringrazio per la disponibilità del contatto in forma privata ma sono un amante dell’open e della condivisone di informazioni, quello che ci potrai dire pubblicamente sarà comunque apprezzato. Grazie per l’importante contributo che già adesso mi hai dato.

    A proposito della riservatezza e degli interessi della tua società vorrei però farti presente che anche il mio progetto sarà probabilmente sponsorizzato da un’azienda che a questo punto potrebbe risentirsi dell’utilizzo che la tua fa di queste informazioni. Io come l’azienda che è intenzionata a sviluppare questo progetto siamo pienamente disponibili a condividerlo in ogni sua parte, crediamo nella condivisione propositiva delle informazioni, ma se la si pone su questo piano emerge un forte conflitto di interessi. Vorrei che i moderatori facessero chiarezza su questi punti.

    #74420

    LucaDiCapita
    Membro

    Link molto interessanti, grazie!

    Il tizio del primo link è canadese, viaggia su frequenze di cui ignoro la disponibilità e mi pare di capire che non ci trasmetta il video.

    #74421

    LucaDiCapita
    Membro

    Finalmente ho provato la camera.
    Il test di trasmissione è stato effettuato con uno smartphone di medio livello.
    La qualità delle immagini ricevute sullo smartphone è molto buona, più che sufficiente per controllare le riprese, ma questo era l’unico dato positivo…

    Veniamo ai difetti, il video va a scatti, quello che non ho capito è se il limite sta nello smartphone utilizzato oppure nella trasmissione stessa. Gli scatti aumentano proporzionalmente con la distanza, il che lascia immaginare che sia un limite trasmissivo, però vorrei fare una seconda prova con uno smartphone con prestazioni migliori.
    La distanza massima raggiunta è di circa 30 metri altro che 180….

    Non mi aspetto miracoli, a questo punto l’ipotesi di impiegare altre camere si fa più concreta, aspettiamo un momento. Se avete delle proposte in merito fatevi avanti, ricordate, definizione e leggerezza.

    #74422

    Di nulla ;)

    Leggendo, io ho capito che la camera ha uno switch dalla modalità fotocamera a videocamera, e infatti sul sito sono presenti anche dei video fatti con la stessa. Quello che non ho capito è se trasmette o salva tutto su una chiavetta da 4GB, o entrambe le cose. Se salverebbe e basta, non mi spiego la presenza di quell’antenna con quel range. Serve solo a trasmettere i dati del GPS e dei sensori? Secondo me, teorizzo, se si montasse quell’antenna per trasmettere video andrebbe bene lo stesso. Forse il tizio canadese non aveva esigenze “live”, stando comunque a distanze maggiori, e quindi per il suo scopo bastava solo memorizzare. Nel tuo caso, non penso tu abbia bisogno di un GPS perché, all’altezza che vuoi raggiungere tu, il dirigibile è visibile e comunque, da quanto hai esposto, potrà essere pilotato anche manualmente in caso di emergenza. Quindi, secondo me, considerando che il wifi della GoPro, in teoria, raggiunge i 180m, insieme a quell’antenna ce la faresti perché per riprendere, ad esempio, un evento sportivo saresti in campo aperto e non avresti ostacoli che interromperebbero il segnale.

    Per quanto riguarda le frequenze, se la normativa dice che si è nei limiti della legge stando tra 2.4GHz e 5Ghz e considerando che la GoPro emette a 2.4GHz, con quell’antenna guadagneresti 900MHz, cioè 3.3GHz totali e quindi a norma (spero il ragionamento sia giusto).

    Ho letto successivamente il tuo nuovo post.
    Bene, non arriva nemmeno a 100 almeno! Comunque ti conviene provare prima con uno smartphone più performante perchè potrebbe essere problema di fps per la qualità video che invia a GoPro: probabile che il telefono non riesca a processarle bene. Comunque sono che esistono anche le camere CCD Sony ma forse sono più pesanti della GoPro. Ora ho in mente solo il modello tipo camera di sorveglianza che peserà sui 400g, a minor risoluzione e non ha il wifi. Non so se esistono altri modelli più leggeri e con risoluzione maggiore, probabilissimo, ma per il wifi si può ovviare collegando le uscite video ad un trasmettitore TX con antenna. Considera che il cavo camera-trasmettitore non dovrà essere lungo (meno di 1m) perchè i trasmettitori sono un po’ sordi in entrata e hanno bisogno di un segnale forte altrimenti non vedrai immagini o saranno pessime.

    #74423

    IvanScordato
    Partecipante

    Ciao, una idea la avrei…
    al posto di utilizzare uno smartphone utilizzi un portatile al quale colleghi un antennino wifi a lungo raggio.
    Saluti

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