Autonomni dron: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

U ovom projektu ćete naučiti proces izgradnje i konfiguracije bespilotne letjelice, prije nego što pređete na istraživanje autonomnog leta koristeći Planer misija i MATLAB.

Imajte na umu da je ovo uputstvo samo orijentacija. Korištenje bespilotnih letjelica može biti vrlo opasno za ljude i može vas dovesti u ozbiljne probleme sa zakonom ako se upotrebljavaju na neprikladan način ili na pogrešnom mjestu. Pobrinite se da se pridržavate svih zakona i propisa koji se odnose na upotrebu dronova. Nadalje, kodovi navedeni na GitHub -u nisu u potpunosti testirani, pa se pobrinite da imate druge sigurnosne kvarove kako biste izbjegli gubitak ili oštećenje vašeg drona.

Korak 1: Lista dijelova

Za ovaj projekt trebat će vam nekoliko dijelova. Prije nego nastavite s ostatkom ovog projekta, svakako kupite sljedeće komponente i preuzmite datoteke u 3D ispis i laserski izrežite prilagođene dijelove.

Kupljeni dijelovi

Okvir: DJI F450 Flame Wheel

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Motori x4: Emax 2205s 2300kv

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

Propeleri x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

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

ESC x4: Mala pčela 20A 2-4S

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

Kontrolor leta: Navio 2 (s GPS/GNSS antenom i modulom za napajanje)

Raspberry Pi 3B

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

Odašiljač: FRSKY TARANIS X9D+

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

Prijemnik: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

Baterije: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo baterija

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

Punjač baterija: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer/punjač

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

Napajanje za punjač: RS 12V DC napajanje

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

Baterijske vrećice: Hobby King Lithium Polymer Charge Pack

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

Konektori za banane

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

WiFi usmjerivač: TP-LINK TL-WR802N

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

Mikro SD kartica: SanDisk 32 GB

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

Držači/odstojnici: Najlonski navoj M2.5

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

Laptop

Kabelske vezice

Velcro remen

Termoskupljanje

3D štampani delovi

Raspberry Pi / Navio 2 kućište (gore i dolje)

Kućište baterije (kutija i poklopac)

Laserski rezani dijelovi

Slojevi elektronike x2

Korak 2: Hardver

Faza hardvera i izgradnje:

1. Sastavite okvir kvadrotora F450 i odštampano kućište baterije u sredini (obavezno dodajte odstojnike M2,5*5 mm)
2. Pričvrstite motore na okvir.
3. Lemite konektore za banane na ESC -ove i žice motora.
4. Lemite ESC -ove i modul za napajanje na PDB -u. Napomena: Pazite da ne koristite 5V izlaz PDB -a (neće osigurati dovoljno energije).
5. Dodajte prvi laserski izrezani sloj na vrh okvira F450 pomoću odstojnika muško-ženskog tipa M2,5*10 mm; i priključite PDB i modul za napajanje na ovaj sloj. Napomena: komponente postavite tako da žice budu dovoljno dugačke do svih motora.
6. Spojite ESC -ove na motore i pomoću patentnih zatvarača pričvrstite žice na okvir.
7. Pričvrstite Navio2 na Raspberry Pi i stavite ga u odštampano kućište.
8. Dodajte drugi laserski izrezani sloj na vrh prvog sloja i pričvrstite kućište Raspberry-Navio pomoću dvostranih ljepljivih jastučića.
9. GPS se može zalijepiti na vrh kućišta, međutim ovdje je postavljen na još jedan treći sloj koji ide preko kućišta Raspberry-Navio kako je prikazano na slikama, ali u potpunosti ovisi o osobi koja ga gradi. Zatim jednostavno spojite GPS na Navio.
10. Pričvrstite prijemnik na vrh drugog sloja pomoću dvostranih ljepljivih jastučića. Spojite ESC -ove i žice prijemnika na Navio pinove. Prijemnik zauzima prvu kolonu pinova, a zatim motori zauzimaju sljedeće četiri kolone. Napomena: Prednji dio drona određuje se koji je motor prvi pričvršćen. Koji god prednji smjer odabrali, provjerite jesu li motori povezani na slici na početku ovog koraka.
11. Dodajte propelere. Savjetuje se da propelere ostavite do samog kraja, tj. Nakon što završite odjeljak sa softverom, i uvijek pazite da poduzmete sigurnosne mjere kada su propeleri uključeni, u slučaju da stvari krenu po zlu.

Korak 3: Softver

Faza softvera: (Referentni dokumenti Navio2)

1. Preuzmite najnoviju Emlid Raspbian sliku iz Navio2 dokumenata.
2. Preuzmite, izdvojite i pokrenite Etcher s administratorskim pravima.
3. Odaberite datoteku arhive sa slikom i slovom pogona SD kartice.
4. Kliknite na "Flash!". Proces može potrajati nekoliko minuta. (Primjer videa)
5. Sada za konfiguriranje WiFi pristupa potrebno je urediti datoteku wpa_supplicant.conf koja se nalazi na SD kartici. Uredite ga tako da izgleda kao prva slika na vrhu ovog koraka. Napomena: ssid je naziv TP-Link onako kako se pojavljuje na vašem računaru. Najbolji način pronalaženja tačnog ssid-a za vaš TP-Link je povezivanje vašeg prijenosnog računala s TP-Link-om, a zatim pokrenite donju naredbu na prozoru terminala:

Za prozore: netsh wlan show profili

Za mac: zadane postavke čitaju /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk je lozinka navedena na kartici koja se isporučuje uz TP-Link.

1. Izvadite SD karticu i stavite je u Raspberry Pi i uključite je.
2. Da biste provjerili je li Raspberry Pi spojen na TP-Link, možete koristiti bilo koju od dostupnih aplikacija koje prikazuju sve uređaje povezane na vašu mrežu.
3. Potrebno je postaviti fiksne IP adrese na uređaje povezane na vaš TP-Link tako da ne morate mijenjati IP adrese na kodovima koje pišete svaki put. To možete jednostavno učiniti otvaranjem tplinkwifi.net (dok ste naravno povezani na TP-Link). Unesite korisničko ime: admin i lozinku: admin. Idite na “DHCP” u izborniku s lijeve strane ekrana, a zatim sa padajućeg izbornika odaberite “Rezervacija adresa”. Dodajte MAC adrese uređaja kojima želite dodijeliti IP adrese. Ovdje je zemaljskoj stanici (prijenosnom računaru) dodijeljena IP adresa 192.168.0.110 i Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Sada moramo preuzeti MAVProxy sa sljedeće veze.
5. Sada kreirajte.bat datoteku koja izgleda kao druga slika na vrhu ovog koraka i pobrinite se da koristite putanju datoteke gdje je vaša mavproxy.exe spremljena na vašem prijenosnom računaru. Ovu datoteku ćete morati pokrenuti (dvostrukim klikom na nju) svaki put kada se želite povezati sa svojim dronom.
6. Da bi Raspberry Pi mogao komunicirati s MAVProxyjem, datoteku je potrebno urediti na Pi.
7. Upišite sudo nano/etc/default/arducopter u Linux terminal na Raspberry Pi -u na kojem se nalazi autopilot Navio2.
8. Gornji red datoteke koja se otvori trebala bi glasiti TELEM1 =”-Udp: 127.0.0.1: 14550”. Ovo je potrebno promijeniti tako da pokazuje na IP adresu vašeg računala.
9. Instalirajte Mission Planner i prijeđite na odjeljak First Time Setup.

Korak 4: Prvo postavljanje

Za povezivanje s vašim bespilotnim letjelicom slijedite ovaj postupak:

1. Pokrenite i svoju MAVProxy.bat datoteku i Planer misija.
2. Priključite bateriju na bespilotnu letjelicu i pričekajte otprilike 30-60 sekundi. To će mu dati vremena za povezivanje s bežičnom mrežom.
3. Kliknite gumb za povezivanje u gornjem desnom kutu Planera misija. U prvom dijaloškom okviru koji se pojavi upišite 127.0.0.1 i kliknite U redu. U sljedeće polje upišite broj porta 14551 i kliknite U redu. Nakon nekoliko sekundi Planer misija trebao bi se povezati s vašim MAV -om i početi prikazivati telemetrijske podatke na lijevoj ploči.

Kada prvi put postavljate svoj UAV, potrebno je konfigurirati i kalibrirati određene hardverske komponente. ArduCopter dokumenti imaju detaljan vodič o tome kako konfigurirati vrstu okvira, kalibraciju kompasa, kalibraciju radio kontrole, kalibraciju akcelerometra, podešavanje načina rada daljinskog upravljača, ESC kalibraciju i konfiguraciju raspona motora.

Ovisno o tome kako ste montirali svoj Raspberry Pi na dron, možda će biti potrebno promijeniti orijentaciju ploče u planeru misija. To se može učiniti prilagođavanjem parametra Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) na listi naprednih parametara na kartici Config/Tuning u Planeru misija.

Korak 5: Prvi let

Kad hardver i softver budu spremni, vrijeme je za pripremu za prvi let. Preporučuje se da se prije pokušaja autonomnog leta bespilotnom letjelicom upravlja ručno pomoću odašiljača kako biste stekli osjećaj rukovanja zrakoplovom i riješili sve probleme koji mogu postojati.

ArduCopter dokumentacija ima vrlo detaljan i informativan odjeljak o vašem prvom letu. Raspravlja o različitim načinima letenja koji dolaze s ArduCopterom i o tome što svaki od ovih načina rada čini. Za prvi let, stabilizacijski način rada je najprikladniji način leta.

ArduCopter ima mnoge ugrađene sigurnosne funkcije. Jedna od ovih značajki su sigurnosne provjere prije naoružavanja koje sprječavaju naoružavanje aviona ako se otkriju bilo kakvi problemi. Većina ovih provjera važne su za smanjenje šanse za pad ili gubitak aviona, ali se po potrebi mogu onemogućiti.

Uključivanje motora je kada autopilot napaja motore kako bi im se omogućilo okretanje. Prije aktiviranja motora važno je da se zrakoplov nalazi na čistom otvorenom prostoru, daleko od ljudi ili prepreka, ili u sigurnoj letećoj areni. Također je vrlo važno da se u blizini propelera ne nalazi ništa, posebno dijelovi karoserije i druge stvari koje će one oštetiti. Kad sve bude jasno i pilot se uvjeri da je sigurno krenuti, motori se mogu aktivirati. Ova stranica daje detaljan skup uputstava o tome kako naoružati avion. Jedine razlike između tog vodiča i Navio2 leže u koraku 7 aktiviranja i koraku 2 razoružavanja. Da biste aktivirali Navio2, oba štapa morate držati nekoliko sekundi u sredini (pogledajte sliku). Da biste razoružali, oba štapa morate držati prema dolje i sa strane nekoliko sekundi (vidi sliku).

Da biste izvršili prvi let, slijedite ovaj vodič.

Nakon prvog leta možda će biti potrebno napraviti neke promjene. Sve dok je hardver u potpunosti funkcionalan i ispravno postavljen, ove promjene će prvenstveno biti u obliku PID podešavanja. Ovaj vodič ima nekoliko korisnih savjeta za ugađanje kvadkoptera, međutim u našem slučaju jednostavno smanjenje P pojačanja bilo je dovoljno da avion postane stabilan. Nakon što zrakoplov može letjeti, moguće je koristiti funkciju automatskog podešavanja ArduCoptera. Ovo automatski podešava PID -ove kako bi pružili najbrži odgovor, a da pritom ostanu stabilni. ArduCopter dokumentacija pruža detaljan vodič o tome kako izvršiti automatsko podešavanje.

Ako naiđete na probleme u bilo kojem od ovih koraka, vodič za rješavanje problema može vam pomoći.

Korak 6: Autonomni let

Planer misija

Sada kada je vaše helikopter podešen i može dobro letjeti pod ručnom kontrolom, može se ispitati autonomni let.

Najlakši način za ulazak u autonomni let je korištenje Planera misija jer sadrži veliki niz stvari koje možete učiniti sa svojim avionom. Autonomni let u planeru misija spada u dvije glavne kategorije; unaprijed planirane misije (automatski način rada) i misije uživo (vođeni način rada). Ekran planera leta u planeru misije može se koristiti za planiranje leta koji se sastoji od odredišta za posjetu i radnji koje treba izvesti, poput snimanja fotografija. Međutočke se mogu odabrati ručno ili se alat automatske međutočke može koristiti za generiranje misija za pregled područja. Nakon što je misija isplanirana i poslana u bespilotnu letjelicu, može se koristiti način rada Automatski let tako da zrakoplov samostalno slijedi unaprijed planiranu misiju. Evo praktičnog vodiča o planiranju misija.

Vođeni način je način interaktivnog zapovijedanja bespilotne letjelice da učini određene stvari. To se radi pomoću kartice radnji u Planeru misija ili desnim klikom na kartu. UAV-u se može narediti da izvrši mnoge stvari, kao što su uzlijetanje, povratak na lansiranje i let prema odabranoj lokaciji desnim klikom na kartu na željenoj lokaciji i odabirom Fly To Here.

Sigurnosni osigurači su važna stvar koju treba uzeti u obzir tijekom autonomnog leta kako bi se osiguralo da ako stvari krenu po zlu, zrakoplov nije oštećen i ljudi nisu ozlijeđeni. Planer misija ima ugrađenu funkciju Geo-Ograde koja se može koristiti za ograničavanje mjesta na koje UAV može letjeti i spriječiti ga da ode predaleko ili previsoko. Možda bi bilo vrijedno razmisliti o povezivanju bespilotne letelice sa zemljom za prvih nekoliko letova kao još jednu rezervu. Konačno, važno je da imate uključen radio predajnik i spojen na bespilotnu letjelicu, tako da se po potrebi možete prebaciti iz autonomnog načina leta u ručni način leta, kao što je stabilizacija ili držanje na visini, tako da se bespilotna letjelica može sigurno upravljati na zemljište.

MATLAB

Autonomno upravljanje pomoću MATLAB -a daleko je manje jednostavno i zahtijeva prethodno znanje programiranja.

MATLAB skripte real_search_polygon i real_search omogućuju vam generiranje unaprijed planiranih misija za pretraživanje korisnički definiranog poligona. Skripta real_search_polygon planira putanju preko korisnički definiranog poligona, dok skripta real_search planira putanju preko minimalnog pravokutnika koji obuhvaća poligon. Koraci za to su sljedeći:

1. Otvorite Planer misija i idite na prozor Plan leta.
2. Nacrtajte poligon iznad željenog područja pretraživanja pomoću alata poligon.
3. Spremite poligon kao ‘search_area.poly’ u istu mapu kao i skripta MATLAB.
4. Idite na MATLAB i pokrenite real_search_polygon ili real_search. Obavezno odaberite željenu širinu puta i promijenite file_path u retku 7 u ispravan direktorij u kojem radite.
5. Kada se skripta pokrene i ako ste zadovoljni generiranom stazom, vratite se u Planer misija.
6. Kliknite Učitaj WP datoteku s desne strane i odaberite datoteku međutočke ‘search_waypoints.txt’ koju ste upravo stvorili.
7. Kliknite Napiši WP -ove s desne strane za slanje međutočaka dronu.
8. Naoružajte bespilotnu letjelicu i poletite ručno ili desnim klikom na kartu i odabirom polijetanja.
9. Jednom na razumnoj visini promijenite način rada na automatski i dron će započeti misiju.
10. Nakon što misija završi, kliknite RTL na kartici radnje da biste vratili drona na mjesto lansiranja.

Videozapis na početku ovog koraka simulacija je u planeru misije bespilotne letjelice koja pretražuje područje.

Korak 7: Vizija

Misija bespilotnih letjelica je preletjeti planine ili divljinu i uočiti ljude ili nepravilne objekte, a zatim to obraditi da vidi treba li toj osobi pomoć. Ovo bi idealno bilo učinjeno korištenjem skupe infracrvene kamere. Međutim, zbog visokih troškova infracrvenih kamera, umjesto toga infracrvena detekcija je slična otkrivanjem svih objekata koji nisu zeleni pomoću normalne Pi kamere.

1. ssh u Raspberry Pi
2. Prije svega moramo instalirati OpenCV na Raspberry Pi. Sljedeći vodič koji pruža pyimagesearch jedan je od najboljih dostupnih na internetu.
3. Preuzmite kôd u Raspberry Pi sa GitHub -a putem ove veze. Da biste preuzeli kôd na Raspberry Pi, možete preuzeti datoteku na računalo, a zatim je prenijeti na Raspberry Pi.
4. Da biste pokrenuli kôd, idite u direktorij u kojem se kodira Raspberry Pi, a zatim pokrenite naredbu:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

KONTINUIRANA KORIŠTENJA Svaki put kada ponovo pokrenete malinu pi morate pokrenuti sljedeće naredbe:

sudo ssh [email protected] -X

source ~/.profile

workon cv

Zatim nastavite s korakom 4 gore.

Važna napomena: NE svi terminali mogu prikazivati video zapise. Na Mac računaru koristite XQuartz terminal.