Autonominis dronas: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Šiame projekte išmoksite drono kūrimo ir konfigūravimo procesą, prieš pradėdami tirti autonominį skrydį naudodami „Mission Planner“ir „MATLAB“.

Atminkite, kad ši instrukcija yra tik orientacinė. Bepiločių orlaivių naudojimas gali būti labai pavojingas aplink žmones ir gali sukelti rimtų problemų su įstatymais, jei jie naudojami netinkamai arba netinkamoje vietoje. Įsitikinkite, kad laikotės visų įstatymų ir taisyklių, susijusių su dronų naudojimu. Be to, „GitHub“pateikti kodai nebuvo iki galo išbandyti, todėl įsitikinkite, kad turite kitų gedimų, kad neprarastumėte ar nepažeistumėte savo drono.

1 žingsnis: dalių sąrašas

Šiam projektui jums reikės kelių dalių. Prieš tęsdami likusį šio projekto projektą, būtinai nusipirkite šiuos komponentus ir atsisiųskite failus į 3D spausdinimą, o lazeriu supjaustykite pasirinktines dalis.

Įsigytos dalys

Rėmas: DJI F450 liepsnos ratas

www.buildyourowndrone.co.uk/dji-f450-flam…

PBP: Matek PDB-XT60

www.unmannedtechshop.co.uk/matek-pdb-xt60…

Varikliai x4: Emax 2205s 2300kv

www.unmannedtechshop.co.uk/rs2205-s-races…

Sraigtai x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

hobbyking.com/en_us/gemfan-propeller-5x3-…

ESC x4: mažoji bitė 20A 2-4S

hobbyking.com/en_us/favourite-little-bee-…

Skrydžio valdiklis: „Navio 2“(su GPS/GNSS antena ir maitinimo moduliu)

Raspberry Pi 3B

thepihut.com/collections/raspberry-pi/pro…

Siųstuvas: FRSKY TARANIS X9D+

www.unmannedtechshop.co.uk/frsky-taranis-…

Imtuvas: FrSky XSR 2,4 Ghz ACCST

hobbyking.com/en_us/xsr-eu-lbt.html?_st…

Baterijos: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo Battery Pack

www.unmannedtechshop.co.uk/tattu-1800mah-…

Akumuliatoriaus įkroviklis: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer/Charger

hobbyking.com/en_us/turnigy-accucell-6-50…

Maitinimo šaltinis įkrovikliui: RS 12V DC maitinimo šaltinis

uk.rs-online.com/web/p/plug-in-power-supp…

Baterijų maišeliai: „Hobby King“ličio polimerų įkrovimo paketas

hobbyking.com/en_us/lithium-polymer-charg…

Bananų jungtys

www.amazon.co.uk/gp/product/B013ZPUXZS/re…

„WiFi“maršrutizatorius: TP-LINK TL-WR802N

www.amazon.co.uk/TP-LINK-TL-WR802N-Wirele…

„Micro SD“kortelė: 32 GB „SanDisk“

www.amazon.co.uk/SanDisk-microSDHC-Memory…

Atstumai/tarpikliai: nailono M2.5 sriegis

thepihut.com/products/adafruit-black-nylon…

Nešiojamas kompiuteris

Kabeliai

Velcro dirželis

Šilumos susitraukimas

3D spausdintos dalys

Raspberry Pi / Navio 2 dėklas (viršuje ir apačioje)

Akumuliatoriaus dėklas (dėžutė ir dangtelis)

Lazeriu supjaustytos dalys

Elektronikos sluoksniai x2

2 žingsnis: Aparatūra

Techninė įranga ir statybos etapas:

1. Surinkite F450 keturračio rėmą ir atspausdintą akumuliatoriaus korpusą viduryje (būtinai pridėkite M2,5*5 mm tarpiklius)
2. Pritvirtinkite variklius prie rėmo.
3. Lituokite bananų jungtis prie ESC ir variklių laidų.
4. Lituokite ESC ir maitinimo modulį prie PBP. Pastaba: įsitikinkite, kad nenaudojate 5 V išvesties PBP (ji nesuteiks pakankamai energijos).
5. Pirmąjį lazeriu supjaustytą sluoksnį pridėkite prie F450 rėmo viršaus, naudodami M2,5*10 mm tarpiklius tarp vyrų ir moterų; ir prie šio sluoksnio pritvirtinkite PBP ir maitinimo modulį. Pastaba: sudėkite komponentus taip, kad laidai būtų pakankamai ilgi, kad pasiektų visus variklius.
6. Prijunkite ESC prie variklių ir naudokite užtrauktukus, kad pritvirtintumėte laidus prie rėmo.
7. Pritvirtinkite „Navio2“prie „Raspberry Pi“ir įdėkite į atspausdintą korpusą.
8. Ant pirmojo sluoksnio uždėkite antrąjį lazeriu supjaustytą sluoksnį ir pritvirtinkite „Raspberry-Navio“korpusą, naudodami dvipuses lipnias pagalvėles.
9. GPS galima klijuoti ant korpuso viršaus, tačiau čia jis buvo padėtas ant kito trečio sluoksnio, kuris eina ant Raspberry-Navio korpuso, kaip parodyta paveikslėliuose, tačiau tai visiškai priklauso nuo to, kas jį stato. Tada tiesiog prijunkite GPS prie „Navio“.
10. Pritvirtinkite imtuvą ant antrojo sluoksnio, naudodami dvipuses lipnias pagalvėles. Prijunkite ESC ir imtuvo laidus prie „Navio“kaiščių. Imtuvas užima pirmąjį kaiščių stulpelį, o tada varikliai užima kitas keturias kolonas. Pastaba: bepiločio orlaivio priekis nustatomas pagal tai, kuris variklis yra pritvirtintas pirmasis. Nepriklausomai nuo pasirinktos priekinės krypties, šio žingsnio pradžioje įsitikinkite, kad varikliai yra prijungti paveikslėlyje.
11. Pridėkite sraigtus. Patartina palikti sraigtus iki galo, ty baigus programinės įrangos skyrių, ir visada įsitikinkite, kad imatės saugos priemonių, kai sraigtai yra įjungti, tik tuo atveju, jei kas nors negerai.

3 žingsnis: programinė įranga

Programinės įrangos etapas: (nuoroda „Navio2“dokumentai)

1. Gaukite naujausią „Emlid Raspbian“vaizdą iš „Navio2“dokumentų.
2. Atsisiųskite, išskleiskite ir paleiskite „Etcher“su administratoriaus teisėmis.
3. Pasirinkite archyvo failą su vaizdu ir sd kortelės disko raide.
4. Spustelėkite „Flash“! Procesas gali užtrukti kelias minutes. (Vaizdo pavyzdys)
5. Dabar, norėdami sukonfigūruoti „WiFi“prieigą, turime redaguoti failą wpa_supplicant.conf, esantį SD kortelėje. Redaguokite, kad jis atrodytų kaip pirmoji šio veiksmo viršuje esanti nuotrauka. Pastaba: „ssid“yra „TP-Link“pavadinimas, kaip jis rodomas jūsų kompiuteryje. Geriausias būdas rasti tikslų „TP-Link“SSID yra prijungti nešiojamąjį kompiuterį prie „TP-Link“ir tada paleisti žemiau esančią komandą terminalo lange:

„Windows“: „netsh wlan show“profiliai

„Mac“: pagal numatytuosius nustatymus skaitykite /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk yra slaptažodis, nurodytas kortelėje, kuri pateikiama kartu su „TP-Link“.

1. Išimkite SD kortelę ir įdėkite ją į „Raspberry Pi“ir įjunkite.
2. Norėdami patikrinti, ar „Raspberry Pi“prijungtas prie „TP-Link“, galite naudoti bet kurią turimą programą, rodančią visus prie jūsų tinklo prijungtus įrenginius.
3. Prie TP-Link prijungtų įrenginių būtina nustatyti fiksuotus IP adresus, kad jums nereikėtų kiekvieną kartą keisti kodų, kuriuos rašote, IP adresų. Tai galite padaryti tiesiog atidarę tplinkwifi.net (žinoma, kol esate prisijungę prie „TP-Link“). Įveskite vartotojo vardą: admin ir slaptažodį: admin. Eikite į „DHCP“meniu kairėje ekrano pusėje, tada išskleidžiamajame meniu pasirinkite „Adreso rezervavimas“. Pridėkite įrenginių, kuriems norite priskirti IP adresus, MAC adresus. Čia antžeminei stočiai (nešiojamam kompiuteriui) buvo priskirtas 192.168.0.110 IP adresas, o „Raspberry Pi“- 192.168.0.111.
4. Dabar turime atsisiųsti MAVProxy iš šios nuorodos.
5. Dabar sukurkite.bat failą, kuris atrodo kaip antrasis paveikslėlis šio veiksmo viršuje, ir įsitikinkite, kad naudojate failo kelią, kuriame jūsų nešiojamasis kompiuteris yra išsaugotas jūsų mavproxy.exe. Šį failą turėsite paleisti (dukart spustelėję) kiekvieną kartą, kai norite prisijungti prie savo drono.
6. Kad „Raspberry Pi“galėtų bendrauti su „MAVProxy“, failas turi būti redaguojamas „Pi“.
7. Įveskite „sudo nano/etc/default/arducopter“į „Raspberry Pi“„Linux“terminalą, kuriame yra „Navio2“autopilotas.
8. Viršutinėje atidaromo failo eilutėje turėtų būti TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Tai reikia pakeisti, kad jis nurodytų jūsų kompiuterio IP adresą.
9. Įdiekite „Mission Planner“ir pereikite prie pirmojo sąrankos skyriaus.

4 veiksmas: sąranka pirmą kartą

Norėdami prisijungti prie savo UAV, atlikite šią procedūrą:

1. Paleiskite ir „MAVProxy.bat“failą, ir „Mission Planner“.
2. Prijunkite akumuliatorių prie UAV ir palaukite maždaug 30–60 sekundžių. Tai suteiks laiko prisijungti prie belaidžio tinklo.
3. Spustelėkite prisijungimo mygtuką, esantį viršutiniame dešiniajame „Mission Planner“. Pirmame pasirodžiusiame dialogo lange įveskite 127.0.0.1 ir spustelėkite Gerai. Kitame lange įveskite prievado numerį 14551 ir spustelėkite Gerai. Po kelių sekundžių „Mission Planner“turėtų prisijungti prie jūsų MAV ir pradėti rodyti telemetrijos duomenis kairiajame skydelyje.

Pirmą kartą nustatydami UAV, turite sukonfigūruoti ir sukalibruoti tam tikrus aparatūros komponentus. „ArduCopter“dokumentuose yra išsamus vadovas, kaip sukonfigūruoti rėmo tipą, kompaso kalibravimą, radijo valdymo kalibravimą, akselerometro kalibravimą, rc siųstuvo režimo nustatymą, ESC kalibravimą ir variklio diapazono konfigūraciją.

Priklausomai nuo to, kaip sumontavote „Raspberry Pi“ant drono, gali tekti pakeisti lentos orientaciją misijos planavimo priemonėje. Tai galima padaryti pakoregavus „Board Orientation“(AHRS_ORIENTATION) parametrą, esantį išplėstinių parametrų sąraše, esančiame „Mission Planner“skirtuke „Config/Tuning“.

5 žingsnis: pirmasis skrydis

Kai aparatūra ir programinė įranga yra paruošta, laikas pasiruošti pirmajam skrydžiui. Rekomenduojama prieš bandant autonominį skrydį UAV nuskraidinti rankiniu būdu, naudojant siųstuvą, kad pajustumėte orlaivio valdymą ir išspręstumėte galimas problemas.

„ArduCopter“dokumentacijoje yra labai išsami ir informatyvi jūsų pirmojo skrydžio skiltis. Jame aptariami įvairūs skrydžio režimai, pateikiami kartu su „ArduCopter“, ir tai, ką daro kiekvienas iš šių režimų. Pirmajam skrydžiui stabilizavimo režimas yra tinkamiausias skrydžio režimas.

„ArduCopter“turi daug įmontuotų saugos funkcijų. Viena iš šių funkcijų yra saugos patikrinimai prieš įjungimą, kurie neleidžia orlaiviui įsijungti, jei aptinkama kokių nors problemų. Dauguma šių patikrinimų yra svarbūs siekiant padėti sumažinti orlaivio avarijos ar praradimo tikimybę, tačiau prireikus jie gali būti išjungti.

Varikliai įjungiami, kai autopilotas varikliams suteikia galią, kad jie galėtų suktis. Prieš įjungiant variklius, būtina, kad orlaivis būtų aiškiai atviroje vietoje, toli nuo žmonių ar kliūčių arba saugioje skraidymo arenoje. Taip pat labai svarbu, kad nieko nebūtų šalia sraigtų, ypač kūno dalių ir kitų daiktų, kuriuos jie pažeistų. Kai viskas bus aišku ir pilotas bus patenkintas, kad saugu užvesti, variklius galima įjungti. Šiame puslapyje pateikiamas išsamus instrukcijų, kaip ginkluoti orlaivį, rinkinys. Vieninteliai skirtumai tarp šio vadovo ir „Navio2“yra 7 įjungimo ir 2 išjungimo veiksmuose. Norėdami įjungti „Navio2“, abi lazdeles reikia keletą sekundžių laikyti nuspaustas ir centre (žr. Paveikslėlį). Norėdami nuginkluoti, abi lazdeles keletą sekundžių reikia laikyti nuspaustas ir į šonus (žr. Paveikslėlį).

Norėdami atlikti pirmąjį skrydį, vadovaukitės šiuo vadovu.

Po pirmojo skrydžio gali tekti atlikti kai kuriuos pakeitimus. Kol aparatūra veiks visiškai ir bus tinkamai nustatyta, šie pakeitimai pirmiausia bus atliekami PID derinimo forma. Šiame vadove yra keletas naudingų patarimų, kaip sureguliuoti kvadrokopterį, tačiau mūsų atveju pakanka tik šiek tiek sumažinti P padidėjimą, kad orlaivis būtų stabilus. Kai orlaivis gali skraidyti, galima naudoti „ArduCopter“automatinio derinimo funkciją. Tai automatiškai sureguliuoja PID, kad užtikrintų greičiausią atsakymą, tačiau išlieka stabilus. „ArduCopter“dokumentacijoje pateikiamas išsamus automatinio derinimo vadovas.

Jei atliekant bet kurį iš šių veiksmų kyla problemų, gali padėti trikčių šalinimo vadovas.

6 žingsnis: autonominis skrydis

Misijos planuotojas

Dabar, kai jūsų kopteris buvo sureguliuotas ir gali gerai skristi valdant rankiniu būdu, galima ištirti autonominį skrydį.

Lengviausias būdas patekti į autonominį skrydį yra naudoti „Mission Planner“, nes jame yra daugybė dalykų, kuriuos galite padaryti su savo lėktuvu. Autonominis skrydis „Mission Planner“skirstomas į dvi pagrindines kategorijas; iš anksto suplanuotos misijos (automatinis režimas) ir tiesioginės misijos (vadovaujamas režimas). Skrydžių planavimo priemonės ekranas misijų planavimo priemonėje gali būti naudojamas planuojant skrydį, kurį sudaro lankytini kelio taškai ir veiksmai, tokie kaip fotografavimas. Kelio taškus galima pasirinkti rankiniu būdu, arba naudojant automatinį kelio taškų įrankį galima generuoti užduotis apžvelgti vietovę. Kai misija bus suplanuota ir išsiųsta į droną, automatinis skrydžio režimas gali būti naudojamas taip, kad orlaivis savarankiškai vykdytų iš anksto suplanuotą misiją. Čia yra patogus vadovas apie misijų planavimą.

Valdomas režimas yra būdas interaktyviai liepti UAV atlikti tam tikrus dalykus. Tai atliekama naudojant misijų planavimo priemonės skirtuką „Veiksmai“arba dešiniuoju pelės mygtuku spustelėjus žemėlapį. UAV gali būti įsakyta atlikti daug dalykų, pavyzdžiui, pakilti, grįžti į paleidimą ir skristi į pasirinktą vietą, dešiniuoju pelės mygtuku spustelėjus žemėlapį norimoje vietoje ir pasirinkus „Fly To Here“.

Nesėkmingos saugos priemonės yra svarbus dalykas, į kurį reikia atsižvelgti savarankiško skrydžio metu, siekiant užtikrinti, kad, jei kažkas negerai, orlaivis nebūtų pažeistas ir žmonės nebūtų sužeisti. „Mission Planner“turi įmontuotą „Geo-Fence“funkciją, kuri gali būti naudojama norint apriboti, kur gali skristi UAV, ir neleisti jam eiti per toli ar per aukštai. Galbūt verta apsvarstyti galimybę pririšti UAV prie žemės pirmiems keliems skrydžiams kaip kitą atsarginę kopiją. Galiausiai svarbu, kad radijo siųstuvas būtų įjungtas ir prijungtas prie drono, kad prireikus galėtumėte išjungti autonominį skrydžio režimą į rankinį skrydžio režimą, pvz., Stabilizuoti arba palaikyti „alt-hold“, kad UAV būtų galima saugiai valdyti nusileisti.

MATLAB

Autonominis valdymas naudojant MATLAB yra kur kas mažiau paprastas ir reikalauja tam tikrų išankstinių programavimo žinių.

MATLAB scenarijai real_search_polygon ir real_search leidžia generuoti iš anksto suplanuotas užduotis ieškoti naudotojo apibrėžto daugiakampio. Scenarijus real_search_polygon planuoja kelią per vartotojo apibrėžtą daugiakampį, o scenarijus real_search planuoja kelią per mažiausią stačiakampį, apimantį daugiakampį. Norėdami tai padaryti, atlikite šiuos veiksmus:

1. Atidarykite misijos planavimo priemonę ir eikite į skrydžio plano langą.
2. Nubrėžkite daugiakampį virš norimos paieškos srities naudodami daugiakampio įrankį.
3. Išsaugokite daugiakampį kaip „search_area.poly“tame pačiame aplanke kaip ir MATLAB scenarijus.
4. Eikite į MATLAB ir paleiskite real_search_polygon arba real_search. Būtinai pasirinkite norimą kelio plotį ir pakeiskite failo kelią 7 eilutėje į teisingą katalogą, kuriame dirbate.
5. Kai scenarijus bus paleistas ir būsite patenkintas sukurtu keliu, grįžkite į „Mission Planner“.
6. Dešinėje pusėje spustelėkite Įkelti WP failą ir pasirinkite ką tik sukurtą kelio taško failą „search_waypoints.txt“.
7. Dešinėje pusėje spustelėkite Rašyti WP, kad atsiųstumėte kelio taškus į droną.
8. Įjunkite droną ir pakilkite rankiniu būdu arba dešiniuoju pelės klavišu spustelėdami žemėlapį ir pasirinkdami kilimą.
9. Pasiekę pagrįstą aukštį, pakeiskite režimą į automatinį ir dronas pradės misiją.
10. Baigę misiją, veiksmų skirtuke spustelėkite RTL, kad grąžintumėte droną į paleidimo vietą.

Šio žingsnio pradžioje esantis vaizdo įrašas yra UAV, ieškančios vietovės, misijos planavimo priemonės modeliavimas.

7 žingsnis: vizija

Bepiločio orlaivio misija yra skristi virš kalnų ar dykumos ir pastebėti žmones ar netaisyklingus objektus, o tada apdoroti, kad pamatytumėte, ar tam žmogui reikia pagalbos. Idealiu atveju tai būtų padaryta naudojant brangią infraraudonųjų spindulių kamerą. Tačiau dėl didelių infraraudonųjų spindulių fotoaparatų išlaidų infraraudonųjų spindulių aptikimas yra panašus aptikdamas visus ne žalius objektus naudojant įprastą „Pi“kamerą.

1. ssh į „Raspberry Pi“
2. Pirmiausia turime įdiegti „OpenCV“„Raspberry Pi“. Šis „pyimagesearch“pateiktas vadovas yra vienas geriausių internete.
3. Atsisiųskite kodą į „Raspberry Pi“iš „GitHub“naudodami šią nuorodą. Norėdami atsisiųsti kodą į „Raspberry Pi“, galite atsisiųsti failą į savo kompiuterį ir perkelti į „Raspberry Pi“.
4. Norėdami paleisti kodą, eikite į katalogą, kuriame įjungtas kodas „Raspberry Pi“, ir paleiskite komandą:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

Kaskart paleidus iš naujo „Raspberry pi“, reikia paleisti šias komandas:

sudo ssh [email protected] -X

šaltinis ~/.profile

workon cv

Tada tęskite 4 žingsnį aukščiau.

Svarbi pastaba: NE visi terminalai gali rodyti vaizdo įrašus. „Mac“sistemoje naudokite „XQuartz“terminalą.