Letjelica nema zapreka na tlu, ali ni oslonca: cijelu težinu nosi potisak, i troši ga neprekidno. Zato se sve u zračnoj robotici svodi na jedan račun — koliko mase se diže, koliko energije to stoji i koliko minuta potraje.
Vozilo na kotačima i hodajući robot imaju nešto zajedničko što se lako previdi: podloga ih drži besplatno. Dok stoje, ne troše ništa. Energija odlazi samo na svladavanje otpora pri gibanju.
Letjelica tu pogodnost nema. Da bi ostala u zraku, mora neprekidno odbacivati zrak prema dolje, i za to plaća svakom sekundom leta — i dok se giba i dok lebdi na mjestu. To je jedina, ali presudna razlika, i iz nje slijedi sve ostalo: kratko vrijeme rada, mala nosivost i stalna ovisnost o upravljanju.
Zauzvrat dobiva nešto što nijedna kopnena izvedba ne može: zapreke na tlu prestaju postojati. Ograda, jarak, rijeka, ruševina, nepristupačan krov ili dalekovod — sve to letjelica prelazi bez razmišljanja. Ondje gdje je put dug, a pristup skup ili opasan, taj jedan podatak nadjača sve nedostatke.
Za bespilotnu letjelicu koriste se nazivi bespilotna letjelica i, kad se misli na cijeli sustav s upravljačkom postajom i vezom, bespilotni zrakoplovni sustav. Naziv dron je govorni i u struci se izbjegava, iako je najrašireniji. Letjelica s više rotora naziva se multikopter, a prema broju rotora kvadrokopter, heksakopter ili oktokopter.
Sve što leti dijeli se po tome odakle dolazi uzgon. Kod jedne porodice uzgon stvara krilo koje se giba kroz zrak, kod druge rotor koji giba zrak. Razlika je temeljna i vodi u posve različite primjene.
Odaberi izvedbu.
U mobilnoj robotici gotovo se uvijek radi o multikopteru, i to iz jednoga razloga: sposobnost lebdenja. Zadatak koji traži da se letjelica zaustavi iznad točke — snimanje, mjerenje, preuzimanje ili odlaganje tereta — nepomično krilo ne može obaviti ni uz koliku god brzinu.
Multikopter nema nijednu pomičnu upravljačku plohu. Sve se radi razlikama u brzini vrtnje rotora, isto načelo kao kod diferencijalnoga pogona, samo u tri dimenzije.
Kod kvadrokoptera dva se rotora vrte u jednu stranu, a dva u drugu, i to po dijagonali. Razlog je zakretni moment: rotor koji gura zrak dolje zakreće tijelo u suprotnu stranu, pa se ti momenti moraju poništiti. Kad se ne ponište, letjelica se vrti oko svoje osi — a upravo se tako i zadaje zakret.
Klikni gibanje pa gledaj koji rotori ubrzavaju.
Kvadrokopter ima šest stupnjeva slobode, a samo četiri upravljana ulaza: zajednički potisak i tri zakreta. Bočno se ne može pomaknuti izravno — mora se prvo nagnuti, pa ga onda vodoravna komponenta potiska nosi u stranu. Zato je i gibanje i zakret uvijek povezano, i zato letjelica bez neprekidne regulacije pada za manje od sekunde.
Šest i osam rotora dodaju zalihost: ispadne li jedan, preostali još mogu održati let i prizemljiti letjelicu. Kod kvadrokoptera ispad jednoga rotora znači pad. Zato letjelice koje nose skup teret ili lete iznad ljudi redovito imaju šest ili osam rotora, iako su teže i troše više.
Ovo je račun koji odlučuje hoće li zadatak uopće biti izvediv. Radi se prije nego što se išta kupi, i sastoji se od tri koraka.
Prvi korak: potreban potisak. Za lebdenje potisak mora biti jednak težini. Za let s pričuvom upravljivosti traži se da najveći potisak bude najmanje dvostruko veći od težine — omjer potiska i težine ispod 1,5 daje letjelicu koja se jedva drži u zraku i ne podnosi vjetar.
Drugi korak: snaga. Koliko snage stoji jedan njutn potiska, govori učinkovitost pogona, izražena u gramima potiska po vatu. Veliki spori propeleri daju 8 do 12 g/W, mali brzi 3 do 5 g/W. To je razlog zašto letjelice za dugi let imaju velike, tromo okrećuće propelere, a trkaće male i brze.
Treći korak: vrijeme. Energija baterije podijeljena snagom daje vrijeme leta, uz pričuvu: iskoristivo je oko 80 posto kapaciteta, jer se litij-polimerna baterija ne prazni do kraja.
Povuci klizače. Masa uključuje letjelicu, bateriju i teret.
Krivulja u prikazu objašnjava zašto vrijeme leta ne raste s većom baterijom onako kako se očekuje. Dodatna baterija donosi energiju, ali i masu — a masa traži više potiska, dakle više snage. U jednome trenutku dodatna masa pojede sve što je donijela, i dalje od toga vrijeme leta pada. Ta točka postoji za svaku letjelicu i zove se optimalna masa baterije.
Kod vozila na kotačima dodatnih 100 g ne mijenja ništa mjerljivo. Kod letjelice od 1,8 kg tih 100 g znači oko 5 posto više potrebnoga potiska kroz cijeli let, a to je izravno 5 posto manje vremena. Zato se u zračnoj robotici mjeri masa svakoga vijka, kabela i nosača — navika koja se u kopnenoj robotici nikad ne stekne.
Popis primjena kratak je i ima jasan obrazac: ondje gdje je put dug, a pristup skup ili opasan, kratko vrijeme leta prestaje biti prepreka.
| Primjena | Zašto iz zraka | Izvedba | Što ograničava |
|---|---|---|---|
| Pregled dalekovoda i cjevovoda | trasa duga desetke kilometara, pristup vozilom spor i skup | nepomično krilo ili kombinirana izvedba | zakonski uvjeti za let izvan vidnoga polja |
| Snimanje gradilišta i mjerenje količina | presjek stanja cijeloga gradilišta u jednome preletu | kvadrokopter s kamerom i satelitskim prijamnikom | vjetar i oblačnost; obrada snimaka traje dulje od leta |
| Pregled krovova, mostova i dimnjaka | zamjenjuje skelu i rad na visini | mali kvadrokopter sa zaštitom rotora | blizina konstrukcije; satelitski signal slab ili nepostojeći |
| Poljoprivreda — snimanje i prskanje | stanje nasada po parcelama; prskanje bez gaženja | heksakopter s multispektralnom kamerom ili spremnikom | nosivost; let od nekoliko minuta po punjenju |
| Potraga i nadzor | pregled velike površine u kratkome vremenu | kvadrokopter s toplinskom kamerom | noć, vjetar i vrijeme leta |
| Zatvoreni prostori i skladišta | popis zaliha na visokim policama bez dizalice | mali kvadrokopter s oznakama u prostoru | nema satelitskoga signala; sigurnost ljudi ispod |
Zajedničko svim retcima: letjelica ne prenosi teret na velike udaljenosti. Dostava dronom postoji, ali je iznimka koja se drži uz posebne uvjete — mala masa, kratka ruta, izdvojen prostor. Za prijenos u zgradi kotač i dalje pobjeđuje u svakome retku.
Uz noge, kotače i let postoje još tri skupine koje se u praksi susreću. Nijedna nema zasebnu jedinicu, ali sve tri valja poznavati jer se pojavljuju kad prva tri ne prolaze.
Obrazac je isti kroz cijeli modul: svaka izvedba rješava jedan problem koji druge ne mogu, i za to plaća negdje drugdje. Nema izvedbe koja je najbolja — ima samo one koja najbolje odgovara zadatku opisanom brojevima.
Sve izvedbe iz ovoga modula postoje kao gotovi modeli u CoppeliaSimu, koji je za obrazovnu uporabu besplatan. Ondje se sve što je ovdje izračunato može i vidjeti: ista letjelica s dvjema različitim masama baterije, isto vozilo na rampi različitih nagiba, isti hod s četirima i sa šest nogu.
Gradivo ove jedinice stoji i bez simulatora — svaki je pojam objašnjen i izračunat na papiru. Simulator je mjesto za provjeru i vježbu, ne za učenje pojmova. Tko ga ima, neka prođe zadatke iz Aktivnosti za samostalno učenje u njemu; tko ga nema, zadatke rješava računom i skicom, uz isti ishod.
Zračni robot nema zapreka na tlu, ali ni oslonca: potisak nosi cijelu težinu i troši se neprekidno. Uzgon dolazi ili od krila u gibanju, ili od rotora — a samo rotor omogućuje lebdenje, zbog čega je multikopter jedina izvedba koja se u mobilnoj robotici redovito susreće. Upravlja se isključivo razlikama brzina vrtnje, uz četiri upravljana ulaza za šest stupnjeva slobode. Vrijeme leta izlazi iz mase, potiska i učinkovitosti pogona, i ne raste neograničeno s većom baterijom, jer dodatna masa pojede energiju koju je donijela.
Time je modul o lokomociji zaokružen. Sljedeći modul ne pita više čime se robot giba nego kako se iz gibanja kotača računa gibanje vozila — i obratno.
Odgovor se zaključava nakon prvoga klika, uz objašnjenje zašto je točan.