From ground zero to sky hero
'Een wervelende symfonie van aanwijzingen weerklinkt in het commandocentrum: ‘Links, wacht, nu rechts! Misschien iets lager, stop... Let op die golf!’ Helaas blijkt de kans op slagen in deze omstandigheden een onmogelijke taak. Gelukkig wacht innovatie achter de horizon…
Stel je voor dat je een lijst moet opstellen met de meest toonaangevende technologische doorbraken van de afgelopen jaren. Welke zou je dan in het zonnetje zetten? Zonder twijfel zal de drone niet ontbreken. Deze veelzijdige technologie is tegenwoordig dan ook niet weg te denken. Van hulpdiensten tot filmindustrie, vastgoed, defensie en zelfs landbouw: drones hebben terrein gewonnen in uiteenlopende sectoren. Maar heb je al nagedacht over hun mogelijkheden op zee? Unmanned Aerial Systems (UAS), zoals ze ook wel genoemd worden, bieden verbazingwekkende voordelen. Gedurende mijn projectstage ontwikkelde ik een robotisch systeem dat operatoren in staat stelt veilig met drones op zee te werken én wetenschappelijk onderzoek te verrichten.
Een compact luchtvaartwonder met grote beloftes
Opsporings- en reddingsmissies, inspecties aan offshore windmolenparken en het permanent monitoren van zonneparken worden dankzij drones niet alleen goedkoper, maar ook veiliger. Dit compacte luchtvaartwonder heeft de kracht om op een economische en effectieve wijze deze taken te vervullen. Toch is er één uitdaging die net zo groot is als de beloftes: batterijduur. Net zoals bij alle elektrische voertuigen speelt de levensduur van de batterij een cruciale rol. Opstijgen vanaf de kustlijn is dus verre van efficiënt en vaak zelfs onmogelijk.
Een nieuwe dimensie: drones vanop schepen
De sleutel ligt in het vermogen om drones vanaf schepen te laten opstijgen en landen. Dit opent deuren naar nieuwe mogelijkheden en grenzeloze toepassingen. Echter moeten bij maritieme activiteiten talloze variabelen in acht moeten worden genomen. De spanning tussen technologie en omgeving, precisie en onvoorspelbaarheid, creëert een complexe puzzel die we moeten ontcijferen.
In een wereld waarin lucht-zeegrenzen vervagen, staan we voor een nieuwe uitdaging: drones die niet alleen de hemel trotseren, maar ook de golven domineren. De beloning? Een horizon vol ongekende mogelijkheden.
Nieuwe generatie hightech zet voet aan wal
Innovatie reikt nieuwe hoogten in de internationale roboticawereld met de opkomst van Dronehub, later omgedoopt tot Dronedock, een revolutionair kenniscentrum en trainingslocatie naast het Vlaams Luchtvaartopleidingscentrum (VLOC) te Oostende. Er wordt gefocust op het inzetten van robotische technologie in de maatschappij, ter land, ter zee en in de lucht. Binnen de dynamische wereld van onderzoek is gespecialiseerde apparatuur van onschatbare waarde. Daarom werd mij gevraagd een oplossing te bieden voor het landingsprobleem op schepen. Als reactie op Dronedocks visie ben ik verheugd om mijn bijdrage te presenteren: het multifunctionele Experimenteel Stewart Platform. Maar wat maakt dit innovatieve technologische hoogstandje precies zo bijzonder? Het is een geavanceerd, robotisch platform dat aan strikte technische eisen voldoet en bestand is tegen de meest uitdagende omstandigheden op marine- en onderzoeksschepen. Met de mogelijkheid om op de bewegingen van het schip te anticiperen en deze te compenseren, legt dit platform de fundering voor veilige en succesvolle landingen.
Locatie Dronedock - Kaartgegevens ©2023 Google
Duizendpoot, letterlijk en figuurlijk
Niet alleen slaagt dit platform erin om aan alle vereisten van het oorspronkelijke vraagstuk te voldoen, maar het opent ook de deur naar andere toepassingen binnen de testfaciliteiten van Dronedock. Het platform met een stevige driepotige basis doet dienst als een dynamische trillingssimulator en bovendien als certificeringsuitrusting. Hierbij worden apparaten getest op hun IP-graad – de mate van bescherming tegen water en stof. Dit unieke vermogen wordt versterkt door de buitengewone zeewaardigheid van het zesarmig platform, dat de robot meekrijgt uit het ontwerpproces.
Daarnaast vervult het platform een functie als een realistische trainingsarena voor dronepiloten. Hier worden ze uitgedaagd om met precisie te landen op bewegende schepen, zonder daadwerkelijk de zee op te gaan. Het platform simuleert nauwgezet de bewegingen van een schip. Om dit te verwezenlijken, wordt bovenop de robot een landingsdek gemonteerd met bijhorend grijpsysteem. De automatische verankering zorgt ervoor dat drones bij landing onmiddellijk vast aan dek staan.
Rough seas make skilled naval aviators, but safety training and preparation makes them masters of the skies. – Bram Dupré
Choreografie der systemen
Het geheim achter het succes van het Experimenteel Stewart Platform ligt in de verfijnde stabilisatie en het orkestreren van complexe acties tussen subsystemen. Zo werd bestaande industriële technologie heruitgevonden. Dankzij de inzet van cutting-edge ontwerptechnieken, hoogstaande materialen en geavanceerde technologieën, zijn elektronica, software en mechanisch design op harmonieuze wijze verweven. Uiteraard werden geen compromissen gesloten bij strenge veiligheidsbeoordelingen, die voldoen aan alle industrienormen.
Nieuwe horizonten exploreren
In een tijd waarin de luchtvaartindustrie evolueert en nieuwe ecologische horizonten verkent, werpt Dronedock zich op als een visionaire speler, mede dankzij het Experimenteel Stewart Platform. Dit project laat zien dat grenzen verlegd kunnen worden en dat de toekomst van de drone-industrie beloftevol is. Het belichaamt vernieuwing en markeert een sprong voorwaarts in de wereld van drone-training en luchtvaartonderzoek. Hoog tijd om op te stijgen en de wereld te verkennen!
With every technological innovation, we rise to new heights as we push the boundaries of possibility. The Experimental Stewart Platform project, born out of dedication and passion, shows us that the sky is no longer the limit, but the beginning of discovery. – Bram Dupré
Het Experimental Stewart Platform bij Vives DroneLAB, Oostende. ©2023 Bram Dupré
Bibliografie
Agee, J., Kizir, S., & Bingul, Z. (2015). Intelligent Proportional-Integral (IPI) Control of a Single Link Flexible Joint Manipulator. (pp. 2273–2288). Journal of Vibration and Control.
Alexander V. Korobeynikov, V. E. (2005). Modeling and Evaluating of the Stewart Platform. N.I.Lobachevski, Nizhny Novgorod, Russia: International Conference Graphicon, Nizhny Novgorod State University.
Anders Lohmann Madsen, S. G. (2012). Design of Stewart Platform for Wave Compensation. Aalborg: Aalborg Universitet.
Arduino. (2023). Portenta Machine Control. Opgehaald van Arduino Docs: https://docs.arduino.cc/hardware/portenta-machine-control
Biagiotti, L., & Melchiorri, C. (2009). Analytic Expressions of Elementary Trajectories. In Trajectory Planning for Automatic Machines and Robots (ISBN 978-3-540-85628-3) (pp. 15-57). Berlijn/Heidelberg, Duitsland: Springer.
Blue Accelerator: Develop. Test. Demonstrate. (2023). Opgehaald van Blue Accelerator: https://www.blueaccelerator.be/
Bluebridge, Ostend Science Park. (2020, januari 15). The impressive Coastal and Ocean Basin: a behind-the-scenes. Opgehaald van Oostend Science Park: https://ostendsciencepark.be/the-impressive-coastal-and-ocean-basin-a-b…
Burgett, G. (2020, mei 7). DJI unveils the Matrice 300 RTK drone platform and Zenmuse H20 series camera systems. Opgehaald van DP Review: https://www.dpreview.com/files/p/articles/4737984815/DJI_M300_H20.jpeg
Cramm HLS B.V. (2023, Januari 3). Heligrid. Opgehaald van Heligrid: https://heligrid.com/
DoverMotion. (2022). Microstepping. Opgehaald van Dover Motion: https://dovermotion.com/resources/motion-control-handbook/microstepping/
Fang, Y., Qi, J., Hu, J., Wang, W., & Peng, Y. (2020, juni). An Approach for Jerk-Continuous Trajectory Generation of Robotic Manipulators with Kinematical Constraints. (153). School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China: Elsevier.
Gerstner, F. (1809). Theorie der Wellen. In F. Gerstner, herdrukt in: Annalen der Physik 32(8) (pp. 412–445). Praag: Abhandlunger der Königlichen Böhmischen Geselschaft der Wissenschaften.
Hauser, K. (2020, december 28). Section II. Modeling: Chapter 6. Inverse Kinematics. Opgehaald van Robotic Systems (draft): https://motion.cs.illinois.edu/RoboticSystems/InverseKinematics.html
Haygot Technologies, Ltd. (2023). Center of Buoyancy and Center of Gravity. Opgehaald van Toppr: https://www.toppr.com/ask/content/concept/center-of-buoyancy-and-center…
Ivens, P. d. (2018). Kerfwerking en de spanningsverdeling aan een discontinuïteit. In P. d. Ivens, Materiaalkunde (pp. 124,125). KU Leuven Campus Geel: Acco.
Kane, T., & Levinson, D. (1983). The Use of Kane’s Dynamical Equations in Robotics. International Journal of Robotics Research, pp. 3–21.
Kizir, S., & Bingul, Z. (2012). Position Control and Trajectory Tracking of the Stewart Platform. In S. E. Kucuk, Serial and Parallel Robot Manipulators-Kinematics, Dynamics, Control and Optimization (ISBN 978-953-51-0437-7). London, UK: InTech.
Nix, D. (2010, september 27). Emergency Stop Categories. Opgehaald van Machinery Safety 101: https://machinerysafety101.com/2010/09/27/emergency-stop-categories/
Petrescu, F. I., Petrescu, R. V., & Mirsayar, M. (2018, maart 28). Inverse Kinematics to a Stewart Platform. Journal of Materials and Engineering Structures.
Rahmani, A., Ghanbari, A., & Mahboubkhah, M. (2015). Kinematics Analysis and Numerical Simulation of Hybrid Serial-Parallel Manipulator. Neural Network World (25), pp. 427–442.
Rankine, W. J. (1863). VI. On the exact form of waves near the surface of deep water. Volume 153. In W. J. Rankine. London: Philosophical Transactions of the Royal Society of London.
Reckdahl, K. (1996). Dynamics and Control of Mechanical Systems Containing Closed Kinematic Chains. Stanford, CA, USA: Stanford University.
Silva, D., Garrido, J., & Riveiro, E. (2022, augustus 18). Stewart Platform Motion Control Automation with Industrial Resources to Perform Cycloidal and Oceanic Wave Trajectories. Machines.
Stefen Fen. (sd). Allemansgek. Opgehaald van Stefenfen: http://www.stefenfen.nl/klit.htm
Tamir, T. X. (2022, maart 11). Design and Optimization of a Control Framework for Robot Assisted Additive Manufacturing Based on the Stewart Platform. International Journal of Control, Automation and Systems (20), pp. 968–982. Opgehaald van https://doi.org/10.1007/s12555-021-0058-4
Tamir, T., Xiong, G., Tian, Y., & Xiong, G. (19-21 juni 2019). Passivity Based Control Of Stewart Platform For Trajectory Tracking. In Proceedings of the 2019 14th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA) (pp. 988-993). Xi’an, China: IEEE.
Tessendorf, J. (2004). Simulating Ocean Water.
Think Defence: Rough Landings in High Seas. (2014, september 15). Opgehaald van WordPress: https://thinkdefence.wordpress.com/2014/09/15/motion-compensated-helico…
Tianyun Yao, K. Z. (augustus 2020). Materials & Design: A novel generalized stress invariant-based strength model for inter-layer failure of FFF 3D printing PLA material. Elsevier.
Troch, P. P. (2023). Blue Accelerator Project. Opgehaald van Ghent University, Department of Civil Engineering: https://www.ugent.be/ea/civil-engineering/en/research/coastal-bridges-r…
Utrilla, B. M. (2017). Flight Simulator Development with Safety System Implementation. Catalonië, Spanje: Tampereen ammattikorkeakoulu, Tampere University of Applied Sciences, Universitat Politècnica de Catalunya, Polytechnic University of Catalonia.
Wickens, C. D., Lee, J., Gordon, S. E., & Liu, Y. (1997). An Introduction to Human Factors Engineering. Pearson College Div.
Yang, D. C., & Lee, T. W. (1984, juni 1). Feasibility Study of a Platform Type of Robotic Manipulators from a Kinematic Viewpoint. Journal of Mechanical Design, pp. 191-198.
Zhao, T., Zi, B., Qian, S., & Zhao, J. (2020, augustus 12). Algebraic Method-Based Point-to-Point Trajectory Planning of an Under-Constrained Cable-Suspended Parallel Robot with Variable Angle and Height Cable Mast. (33). Chinese Journal of Mechanical Engineering, p. art. 54.
