Automaatse vaatlusdrooni arendamine

Lõputöö eesmärgiks oli testida, kas on võimalik vabavaraliste tarkvaradega arendada automaatselt lendavat drooni, mis suudaks tuvastada iseseisvalt objekte ja oleks majanduslikult soodsam, kui turul olevad lahendused. Arendatav droon on eelkõige mõeldud kaitsetööstusele olles võimeline automaatselt teostama vaatlus ülesandeid, mahtudes seejuures jalaväelase varustusse ning kaaludes vähem kui 1,5 kg. Drooni kasutamine tõstaks märkimisväärselt kaitseväe teadlikkust vastasest ja seeläbi muudaks jalaväe ülesanded efektiivsemaks. Drooni on võimalik rakendada ka teistes valdkondades. Esimeses teoreetilises osas uuriti droonide ajalugu, kasutamist sõjatööstuses ja nende liigitamist. Lisaks uuriti erinevusi automaatse ja autonoomse drooni vahel. Teises teoreetilises osas anti ülevaade vabavaralistest tarkvaradest, mis suudaksid teostada objektituvastamist ning automaatset lendamist. Lennutarkvaraks valiti ArduPilot ja objektituvastuseks valiti Tensorflow Lite. Seejärel valiti välja droonikomponendid, mis ühilduksid valitud tarkvaradega. Põhilisemad valitud riistvara komponendid olid mikroarvuti Raspberry Pi, mis tegeleb objektituvastusega ja lennukontroller Navio 2, millel töötab ArduPilot tarkvara. Ülejäänud komponendid olid Raspberry Pist ja Navio 2st lähtuvad. Kolmandas peatükis testiti vabavaralisi tarkvaru Tensorflow Lite ja ArduPilot SITL. Tarkvarade testimise tulemusena selgus, et automaatse lendamise ja objektituvastusega drooni ehitamine on vabavaraliste tarkvarade abil võimalik. Tarkvara ArduPilot abil on võimalik droon automaatselt lendama panna, kuid objektituvastseks on hetkel vaid tööriistad ning objektituvastusprogrammi peab kasutaja ise vajadustele sobivaks arendama. Erinevate droonide võimekusi ja maksumust võrreldes leiab autor, et täna ei ole saadaval alla tuhande euro maksvat drooni, mis suudaks automaatselt lennata operaatori määratud trajektoori mööda ning samal ajal tuvastada iseseisvalt ettemääratud objekte. Käesoleva lõputöö tulemusi on võimalik rakendada edasises arendusprotsessis, et ehitada automaatselt lendava vaatlusdrooni prototüüp. Antud lõputöös uuritud ja testitud tulemuste põhjal saavutas lõputöö autor põhieesmärgi.

The aim of the thesis Development of an Automatic Observation Drone was to test whether it is possible to develop an automatic flying drone using open-source software that could independently detect objects and be economically more cheaper than solutions available on the market. The drone is primarily intended for the defense industry and would be able to automatically perform surveillance tasks, fitting into an infantry soldier's equipment and weighing less than 1.5 kg. The drone would significantly enhance military awareness of the enemy, thereby making infantry tasks more efficient. The drone could also be applied in other fields. In the first theoretical part, the history of drones, their use in the defense industry, and their classification were examined. Additionally, differences between automatic and autonomous drones were examined. In the second theoretical part, an overview of open-source software capable of performing object detection and automatic flying was provided. ArduPilot was chosen for flight software and TensorFlow Lite for object detection. Subsequently, drone components that would enable the implementation of the selected software were chosen. The main selected components were Raspberry Pi, which handles object detection and the flight controller Navio 2, which runs the ArduPilot software. Other components were based on Raspberry Pi and Navio 2. In the third chapter, the open-source software TensorFlow Lite and ArduPilot SITL were tested. The testing results showed that it is possible to build a drone with automatic flying and object detection using open-source software. ArduPilot allows the drone to fly automatically, but currently, only tools for object detection are available and users must create the object detection program themselves. Comparing the capabilities and costs of different drones, the author finds that there is no drone available today under one thousand euros that can fly automatically along a trajectory set by the operator while simultaneously independently detecting specified objects. The results of this thesis can be applied in further development processes to build a prototype of an automatically flying surveillance drone. Based on the results studied and tested in this thesis, the thesis author achieved the main objective.