Postavenie samoriadiacej lode (ArduPilot Rover): 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Projekty Fusion 360 »

Viete, čo je super? Bezpilotné samoriadiace vozidlá. Sú v skutočnosti takí cool, že sme si ich (moji uni kolegovia a ja) začali sami stavať už v roku 2018. Aj preto som sa vydal tento rok, aby som to vo svojom voľnom čase konečne dokončil.

V tomto návode sa s vami chcem podeliť o tento projekt a doviesť vás k stavbe vlastného samoriadiaceho vozidla. Vytvoril som tiež malé video z YouTube, ktoré poškriabe povrch projektu a poskytne vám rýchly prehľad o všetkých nehodách na ceste. Tento návod je korelačným sprievodcom, ktorý vysvetľuje, ako táto vec skutočne funguje.

Pre koho je tento návod určený a ako ho čítať

Tento návod má v skutočnosti dva účely. V prvom rade sa chcem podeliť o to, čo som postavil a čo som sa naučil, a prinútiť vás, aby ste sa zaujímali o stavbu samoriadiacich vozidiel. Sekundárnym účelom je dokumentovať projekt a väčšinu jeho podrobností, aby ďalšia študentská skupina na mojej starej univerzite, ktorá preberá projekt, vedela, o čo ide.

Ak ste tu len pre zábavu, môžete ignorovať detaily, ako sú zoznamy parametrov a presné schémy zapojenia. Na začiatku sa pokúsim zachovať veľmi všeobecné kroky, aby ich bolo možné použiť na akúkoľvek loď ArduPilot RC a detaily uviesť na koniec.

Projekt bol dokončený v dvoch častiach a Instructable má rovnakú štruktúru. O prvej časti budem hovoriť ako o „svaloch“, pretože obsahuje všetku výkonovú elektroniku a trup člna. Potom prejdem cez „Mozog“, čo je malá škatuľka na vrchu lode, ktorá obsahuje hlavný ovládač a všetky veci z vysielača prijímača.

Pôvod Kenterprise

Dobre, tu je príbeh tohto projektu, ak ste to už vo videu nepočuli. Tento projekt sa začal v roku 2018, keď som bol ešte na univerzite. Boli sme na konci 4. semestra smerom k 5. ročníku. Na našej univerzite robíte tímový projekt asi 6 mesiacov. Buď si môžete vybrať zo zoznamu pripravených projektov (dobrá šanca na dobrú známku), alebo začať svoj vlastný projekt (nikto to predtým podľa mojich vedomostí nerobil). Za tento projekt tiež získate 12 kreditných bodov, čo znamená, že má rovnakú hodnotu ako bakalárska práca. Týmto spôsobom môže zlyhanie skutočne zmeniť váš celkový prospech.

Samozrejme som sa rozhodol začať projekt od nuly a našiel som 4 úbohé duše, ktoré ma nasledujú na tejto ceste do smetiakového ohňa tímového projektu. Začali sme s minimálnou požadovanou veľkosťou tímu 5 ľudí, ale dvaja z nás neskôr odišli. Dostali sme tiež 1 500 EUR, ALE nesmeli sme ich minúť v žiadnom z tých krásnych čínskych internetových obchodov, ktoré majú vždy najnovšiu a najlepšiu elektroniku. Namiesto toho sme boli viazaní na starých dobrých nemeckých dodávateľov elektroniky. Spoiler: Je úplne nemožné získať komponenty pre samoriadiaci čln týmto spôsobom.

Pôvodný nápad

Keď sme mysleli na nápad na projekt, premýšľali sme o tom, že urobíme niečo súvisiace s dronom, pretože drony sú jednoducho najlepšia vec vôbec. Avšak normálne lietajúce drony sú už vecou a chceli sme postaviť niečo viac románové. Rozhodli sme sa teda postaviť dronový čln. Tento nápad sme dostali kvôli neďalekému jazeru.

Jazero sa rozprestiera na ploche 12 km^2 a je väčšinou hlboké iba 1,5 m. To znamená, že sa v letnom mesiaci ohrieva, pričom je v ňom aj menej vody. Viete, aká forma života miluje teplé vody: Sinice, v Nemecku sa im hovorí aj modrá riasa. Za správnych podmienok sa tieto veci môžu rýchlo reprodukovať a pokrývať veľké oblasti a produkovať toxíny, ktoré môžu poškodiť ľudí aj zvieratá. Účelom člna bolo pravidelne zametať hladinu jazera a merať koncentráciu rias. Potom môžu byť zozbierané údaje vytlačené na tepelnú mapu, aby sa pochopilo, za akých okolností sa začínajú vytvárať algea, a tiež aby sa v reálnom čase vydávali varovania pre miestnych obyvateľov a turistov.

Ďalší spoiler: Nikdy sa nám nepodarilo zostrojiť meraciu zostavu pre modrú riasu a namontovať ju na loď, pretože tieto zostavy sú nákladné a zvyčajne sú umiestnené v stojane 1 m x 1 m x 2 m na lodi, čo je na 1 m dlhé nepraktické. čln. Nové zameranie je automaticky a lacno vytvárať hĺbkové mapy jazera, aby miestny biológ mohol vidieť, ako sa dno jazera v priebehu času mení. Práve teraz je skenovanie veľmi nákladné kvôli potrebnej ručnej práci.

Špirála nadol

Späť k príbehu. V prvých dvoch mesiacoch zhromažďovania znalostí a plánovania sme zvažovali, čo taká loď bude potrebovať: trup, elektrický pohon, možnosti vlastného riadenia, ovládanie internetu, … Vtedy som sa rozhodol, že takmer všetko by sme si mali postaviť sami so zameraním na autonómne riadenie. Bol to zlý nápad, nápad, ktorý bol do značnej miery odsúdený na neúspech a hádajte, čo to urobilo? Presne o 6 mesiacov neskôr sme vyliali čas a pot do obrovského RC člna, Kenterprise (Infographic na obrázku 4). Cestou sme zápasili s obmedzenými peniazmi, bez dostupnej elektroniky a zlého vedenia tímu, za ktoré nesiem väčšinu zodpovednosti.

Takže to bolo, Kenterprise, autonómne meradlo, ktoré nebolo ani autonómne, ani nič nemeralo. Nie je to taký úspech, ako vidíte. Počas našej záverečnej prezentácie sme sa grilovali. Našťastie náš profesor uznal našu počutú prácu a napriek tomu nám dal známku v poriadku, horšiu ako ktorákoľvek iná projektová skupina za posledných niekoľko rokov, ale v poriadku.

Inovácia 2020

Považoval by som tento študentský projekt za absolútny požiar v smetisku, ale ako hovorí staré príslovie: „jazvy v smetnom koši vás posilnia“. Táto skúsenosť mi skutočne pomohla vhodne škálovať moje ciele a udržať sa koncentráciou vo všetkých mojich nasledujúcich projektoch. Tiež sa mi stále páči myšlienka bezpilotného vozidla, ktoré môže biológom pomôcť pri prieskume jazier, a všeobecná príťažlivosť stavby samoriadiaceho člna. Preto som to teraz, o rok neskôr, chcel dokončiť pomocou svojich novozískaných znalostí o dronoch FPV, krásneho open source projektu ArduPilot a sily stránok s lacnou elektronikou.

Cieľom nebolo urobiť z neho plnohodnotný merací čln, ale uviesť všetky systémy do prevádzky a nainštalovať autopilota. Nemusí to byť dokonalé. Chcel som len vidieť samotný pohon tejto lode ako dôkaz koncepcie.

Potom odovzdám PRACOVNÝ autonómny čln univerzite pre budúce projekty, ako je mapovanie morského dna. Mimochodom, nebol som sám. S testovaním lode mi pomohol môj priateľ Ammar, ktorý bol v roku 2018 tiež v projektovej skupine.

Bez ďalších okolkov sa pustíme do toho

Krok 1: Svaly: trup

Trup je najväčšou časťou lode. Nielen kvôli obrovským rozmerom (100 cm*80 cm), ale aj kvôli tomu, že vybudovanie tejto vlastnej štruktúry trvalo veľa času. Ak by som to urobil znova, určite by som siahol po častiach políc. Offroadový RC čln pre nás bohužiaľ nebol v kartách, pretože tieto lode majú veľmi obmedzenú kapacitu užitočného zaťaženia. Niečo ako bodyboard alebo surf, alebo len pár PVC rúrok z železiarstva by bolo oveľa jednoduchšie riešenie, ktoré môžem len odporučiť.

Náš trup každopádne začínal s 3D modelom vo Fusion 360. Vytvoril som veľmi podrobný model a prešiel niekoľkými iteráciami, než sme ho skutočne začali stavať. Uistil som sa, že každému komponentu v modeli dám primeranú hmotnosť, a dokonca som vymodeloval aj interiér. To mi umožnilo poznať približnú hmotnosť lode pred jej stavbou. Tiež som vykonal niekoľko kalibrácií vztlaku vložením „vodného potrubia“, rozrezaním vozidla a výpočtom objemu, ktorý bol pod vodou. Loď je katamarán, pretože tento druh vozidla sľubuje vyššiu stabilitu, potom loď s jediným trupom.

Po tóne modelovacích hodín sme začali privádzať loď k životu vyrezaním základného tvaru dvoch trupov z polystyrénových dosiek. Potom boli narezané do tvaru, vyplnené diery a vykonali sme veľa brúsenia. Most, ktorý spája oba trupy, je len veľká drevená krabica.

Všetko sme pokryli 3 vrstvami skleneného vlákna. Tento krok trval asi 3 týždne a zahŕňal dni ručného brúsenia, aby sa získal slušne hladký povrch (0/10 by sa neodporúčalo). Potom sme to natreli peknou žltou farbou a pridali názov „Kenterprise“. Názov je kombináciou nemeckého slova „kentern“, ktoré v preklade znamená potápanie, a vesmírnej lode Star Trek „USS Enterprise“. Všetci sme si mysleli, že tento názov je úplne vhodný pre príšernosť, ktorú sme vytvorili.

Krok 2: Svaly: Pohonný systém

Čln bez motorov alebo plachiet má jazdné vlastnosti ako kus naplaveného dreva. Preto sme museli do prázdneho trupu pridať pohonný systém.

Rád by som vám dal ďalší spojler: Motory, ktoré sme vybrali, sú príliš silné. Popíšem súčasné riešenie a sú to nedostatky a tiež navrhnem alternatívny pohonný systém.

Súčasné riešenie

V skutočnosti sme nevedeli, koľko ťahu loď potrebuje, a tak sme dostali dva z týchto motorov závodných lodí. Každý z nich má poháňať 1 m dlhý RC závodný čln a príslušný elektronický regulátor rýchlosti (ESC) môže dodávať 90A nepretržite (táto spotreba by vybila veľkú autobatériu za hodinu).

Vyžadujú tiež vodné chladenie. Obvykle by ste jednoducho spojili ESC a motor s nejakou hadicou, dali by ste vstup do prednej časti lode a vývod pred vrtuľu. Vrtuľa tak ťahá vodu z jazera cez chladiaci systém. Predmetné jazero však nie je vždy čisté a toto riešenie môže upchať chladiaci systém a spôsobiť poruchu motora pri jazere. Preto sme sa rozhodli ísť do vnútornej chladiacej slučky, ktorá čerpá vodu cez výmenník tepla v hornej časti trupu (obrázok 3).

Čln má zatiaľ ako zásobníky dve fľaše s vodou a žiadny výmenník tepla. Nádrže jednoducho zvyšujú tepelnú hmotnosť, takže zahrievanie motorov trvá oveľa dlhšie.

Hriadeľ motora je spojený s podperou dvoma univerzálnymi kĺbmi, osou a takzvanou zadnou trubkou, ktorá má zabrániť vniknutiu vody. Bočný pohľad na túto zostavu môžete vidieť na druhom obrázku. Motor je namontovaný pod uhlom pomocou 3D tlačeného držiaka a vytlačia sa aj rekvizity (pretože som zlomil staré). Bol som dosť prekvapený, keď som sa dozvedel, že tieto rekvizity môžu vydržať sily motorov. Na podporu ich pevnosti som urobil čepele hrubé 2 mm a vytlačil ich 100% výplňou. Navrhovanie a tlač rekvizít je skutočne skvelá operácia na vyskúšanie rôznych druhov rekvizít a nájdenie tej najefektívnejšej. Pripojil som 3D modely svojich rekvizít.

Možná alternatíva

Testovanie ukázalo, že čln potrebuje iba 10-20% dosahu plynu, aby sa mohol pomaly pohybovať (rýchlosťou 1 m/s). Ak prejdete priamo na 100% plynu, spôsobí to obrovský prúdový ráz, ktorý úplne deaktivuje celú loď. Tiež požiadavka na chladiaci systém je dosť nepríjemná.

Lepším riešením by mohli byť takzvané rakety. Hnací motor má motor priamo spojený s vrtuľou. Celá zostava sa potom ponorí, a preto sa ochladí. Tu je odkaz na malý propulzný motor s príslušným ESC. To môže poskytnúť maximálny prúd 30 A, ktorý sa javí ako vhodnejšia veľkosť. Pravdepodobne to bude vytvárať oveľa menšie súčasné hroty a plyn nemusí byť tak obmedzený.

Krok 3: Svaly: riadenie

Pohon je v pohode, ale čln sa musí tiež otočiť. Existuje niekoľko spôsobov, ako to dosiahnuť. Dve najbežnejšie riešenia sú kormidlá a diferenciálny ťah.

Kormidlá sa nám zdali ako samozrejmé riešenie, tak sme sa do toho pustili. Modeloval som zostavu kormidla vo Fusion a 3D tlačil kormidlá, pánty a servo držiak. Pre serva sme vybrali dve veľké 25 kg serva, aby sme sa uistili, že relatívne veľké kormidlá vydržali odpor vody. Potom bolo servo umiestnené do trupu a zvonka bolo pomocou tenkých drôtov spojené s vonkajším kormidlom. Pripojil som video kormidiel v akcii. Je celkom potešujúce sledovať pohyb tejto mechanickej zostavy.

Aj keď kormidlá vyzerali skvele, prvé testovacie jazdy odhalili, že polomer otáčania s nimi je okolo 10 m, čo je strašné. Kormidla sa navyše zvyknú odpojiť od serva, takže loď nemôže riadiť. Poslednou slabou stránkou je otvor pre tieto drôty. Tento otvor bol tak blízko vody, že cúvanie spôsobilo, že bolo ponorené, a preto zaplavilo vnútro trupu.

Namiesto toho, aby som sa pokúšal tieto problémy vyriešiť, odstránil som všetky kormidlá dohromady, zavrel diery a vybral som riešenie diferenciálneho ťahu. Pri diferenciálnom ťahu sa dva motory otáčajú v opačnom smere, aby sa vozidlo zatočilo. Pretože je loď takmer taká široká, ako je krátka a motory sú umiestnené ďaleko od stredu, umožňuje to otočenie na mieste. Vyžaduje len trochu konfiguračnej práce (programovanie ESC a hlavného ovládača). Majte na pamäti, že čln, ktorý používa diferenciálny ťah, sa bude otáčať v kruhoch, ak jeden z motorov zlyhá. Mohol som to zažiť raz alebo dvakrát kvôli súčasnému problému s hrotmi popísanom v predchádzajúcom kroku.

Krok 4: Svaly: batéria

Mne sa zdá, že RC súčiastky, ako sú tie, ktoré sa používajú v tejto lodi, môžu byť napájané takmer všetkým, od batérie hodiniek až po jadrovú elektráreň. Očividne je to trochu prehnané, ale majú dosť široký rozsah napätia. Tento rozsah nie je zapísaný do dátových tokov, aspoň nie vo Voltoch. Skrýva sa v S-hodnotení. Toto hodnotenie popisuje, koľko článkov batérie v sérii zvládne. Vo väčšine prípadov ide o články Lithium Polymere (LiPo). Pri úplnom nabití majú napätie 4,2 V a pri prázdnom napätie približne 3 V.

Lodné motory tvrdia, že sú schopné zvládnuť 2 s až 6 s, čo znamená rozsah napätia 6 V až do 25,2 V. Aj keď by som vždy neveril hornej hranici, pretože o niektorých výrobcoch je známe, že na svoje dosky umiestňujú súčiastky, ktoré vydržia iba nižšie napätie.

To znamená, že existuje široká škála použiteľných batérií, pokiaľ môžu dodávať požadovaný prúd. A skutočne som prešiel pár rôznymi batériami, než som postavil správnu. Tu je rýchly prehľad troch iterácií batérie, ktorými loď prešla (zatiaľ).

1. Batéria LiPo

Keď sme plánovali čln, nemali sme potuchy, koľko energie spotrebuje. Pre prvú batériu sme sa rozhodli zostrojiť batériu zo známych lítium -iónových článkov 18650. Spájkovali sme ich do balenia 4S 10P pomocou niklových pásikov. Tento balík má rozsah napätia 12 V až 16,8 V. Každý článok má 2 200 mAh a má maximálnu kapacitu vybíjania 2 ° C (dosť slabý), teda 2*2 200 mAh. Pretože existuje 10 článkov paralelne, môže dodávať špičkové prúdy iba 44A a má kapacitu 22 Ah. Balíček sme tiež vybavili doskou na správu batérií (viac o BMS neskôr), ktorá sa stará o vyváženie nabitia a obmedzuje prúd na 20A.

Pri testovaní člna sa ukázalo, že 20 A maximálneho prúdu je waaaaay menej, ako spotrebúvajú motory a BMS neustále znižoval výkon, ak by sme neboli opatrní s klapkou. Preto som sa rozhodol premosťiť BMS a pripojiť batériu priamo k motorom, aby som získal plných 44 ampérov. Zlý nápad!!! Kým batérie dokázali dodať o niečo viac energie, niklové pásy, spájajúce články, to nezvládli. Jedno zo spojov sa roztavilo a spôsobilo, že z dreveného interiéru člna sa začal dymiť.

Áno, táto batéria nebola skutočne vhodná.

2. Batéria do auta

Na dôkaz koncepcie do roku 2020 som sa rozhodol použiť väčšiu batériu. Nechcel som však minúť žiadne peniaze navyše, a tak som použil starú autobatériu. Autobatérie nie sú určené na úplné vybitie a nabitie, ale mali by byť vždy úplne nabité a používané iba na krátke prúdové impulzy na naštartovanie motora. Preto sa nazývajú štartovacie batérie. Ich použitie ako batérie pre RC vozidlo výrazne skracuje ich životnosť. Existuje ďalší typ olovenej batérie, ktorá má často rovnaký tvarový faktor a je špeciálne navrhnutá na viacnásobné vybíjanie a nabíjanie, ktorá sa nazýva batéria Deep Cycle.

Bol som si dobre vedomý skratov svojej batérie, ale chcel som rýchlo otestovať čln a batéria bola aj tak stará. No prežilo to 3 cykly. Teraz napätie klesne z 12 V na 5 V vždy, keď stlačím plyn.

3. Batéria LiFePo4

Hovorí sa, že „tretíkrát je kúzlo“. Keďže som stále nechcel minúť vlastné peniaze, požiadal som o pomoc svoju univerzitu. Určite mali moju vysnívanú batériu po celú dobu. Náš Uni sa zúčastňuje súťaže „Formula Student Electic“, a preto má elektrické závodné auto. Pretekový tím predtým prešiel z článkov LiFePo4 na články 18650 LiPo, pretože sú ľahšie. Majú tak k dispozícii niekoľko použitých článkov LiFePo4, ktoré už nepotrebujú.

Tieto články sa líšia od článkov LiPo alebo LiIon svojim rozsahom napätia. Majú nominálne napätie 3,2 V a pohybuje sa od 2,5 V do 3,65 V. Zostavil som 3 z týchto 60 Ah článkov do 3S balenia. Tento balík môže dodávať špičkové prúdy 3 ° C. 180A a má maximálne napätie iba 11V. Rozhodol som sa ísť na nižšie systémové napätie, aby som znížil prúd motora. Tento balík mi nakoniec umožnil viesť loď viac ako 5 minút a vyskúšať si schopnosti vlastnej jazdy.

Slovo o nabíjaní batérie a bezpečnosti

Batérie koncentrujú energiu. Energia sa môže zmeniť na teplo a ak má toto teplo tvar ohňa z batérie, máte problém s rukou. Preto by ste s batériami mali zaobchádzať s rešpektom, ktorý si zaslúžia, a vybaviť ich správnou elektronikou.

Batériové články majú 3 spôsoby vybitia.

1. Ich vybitie pod hodnotu minimálneho napätia (studená smrť)
2. nabíjanie nad ich maximálne menovité napätie (môže spôsobiť opuch, požiar a výbuch)
3. čerpať príliš veľa prúdu alebo ich skrátiť (takže skutočne musím vysvetliť, prečo to môže byť zlé)

Systém správy batérie všetkým týmto veciam bráni, a preto by ste ich mali používať.

Krok 5: Svaly: zapojenie

Zapojenie svalovej časti je znázornené na prvom obrázku. Na spodnej strane je batéria, ktorá by mala byť poistená vhodnou poistkou (v súčasnej dobe žiadna neexistuje). Pridal som dva externé kontakty na pripojenie nabíjačky. Bolo by dobré ich nahradiť správnym konektorom XT60.

Potom máme veľký vypínač batérie, ktorý spája zvyšok systému s batériou. Tento prepínač má skutočný kľúč a poviem vám, že je veľmi uspokojivé ho otočiť a vidieť, ako loď ožíva.

Mozog je pripojený k uzemneniu batérií, zatiaľ čo ESC a serva sú oddelené skratovým odporom. To umožňuje meranie prúdu cez malé oranžové pripojenie, pretože spôsobuje malý pokles napätia na bočníkovom odpore. Ostatné káble sú len červené až červené a čierne až čierne. Pretože serva sa už nepoužívajú, môžu byť jednoducho ignorované. Chladiace čerpadlá sú jedinou súčasťou lode, ktorá vyžaduje presne 12 V, a zdá sa, že nefungujú dobre, ak je napätie vyššie alebo nižšie. Preto potrebujú regulátor, ak je napätie batérie vyššie ako 12 V, alebo zosilňovač, ak je pod ním.

Pri kormidelnom riadení by oba signálne vodiče ESC smerovali do rovnakého kanála v mozgu. Loď však teraz používa diferenciálny ťah aka. šmykové riadenie, takže každý ESC musí mať svoj vlastný samostatný kanál a serva nie sú vôbec potrebné.

Krok 6: Mozog: Komponenty

Mozog je veľká škatuľka plná zaujímavej elektroniky. Mnohé z nich nájdete v závodných dronoch FPV a niektoré boli skutočne vytiahnuté z môjho vlastného dronu. Prvý obrázok zobrazuje všetky elektronické moduly. Sú úhľadne naskladané na seba pomocou mosadzných dištančných dosiek plošných spojov. To je možné, pretože komponenty FPV prichádzajú v špeciálnych tvarových faktoroch, ktoré sa označujú ako miesto skladania. Náš stoh zdola nahor obsahuje nasledujúce položky:

Rada pre distribúciu energie (PDB)

Táto vec robí presne to, čo naznačuje názov, a rozdeľuje moc. Vstupujú dva vodiče z batérie a ponúka niekoľko spájkovacích podložiek na pripojenie rôznych modulov k batérii. Tento PDB ponúka aj regulátor 12V a 5V.

Ovládač letu (FC)

Ovládač letu prevádzkuje firmvér ArduPilot Rover. Robí rôzne veci. Ovláda regulátory motora pomocou niekoľkých výstupov PWM, monitoruje napätie a prúd batérie, pripája sa k rôznym snímačom a vstupným a výstupným zariadeniam a je vybavený aj gyroskopom. Dalo by sa povedať, že tento malý modul je skutočný mozog.

RC prijímač

Prijímač je pripojený k diaľkovému ovládaniu. V mojom prípade je to diaľkové ovládanie FlySky pre RC lietadlá, ktoré má desať kanálov a dokonca nadväzuje obojsmernú komunikáciu, takže diaľkové ovládanie môže tiež prijímať signály z prijímača. Jeho výstupné signály prechádzajú priamo do FC cez jeden vodič pomocou takzvaného protokolu I-bus.

Vysielač videa (VTX)

Mozgový box je vybavený malou analógovou kamerou. Videosignál kamery je prenášaný do FC, ktorý do toku videa pridáva zobrazenie na obrazovke (OSD), ktorý obsahuje informácie, ako je napätie batérie. Potom je odovzdaný VTX, ktorý ho vysiela do špeciálneho prijímača 5,8 GHz na druhom konci. Táto časť nie je nevyhnutne potrebná, ale je skvelé vidieť to, čo vidí loď.

Na vrchu škatule je veľa antén. Jeden je z VTX, dva z RC prijímača. Ďalšie dve antény sú nasledujúce komponenty.

Telemetrický modul

Anténa 433 MHz patrí k telemetrickému modulu. Tento malý vysielač je vstupno -výstupné zariadenie, ktoré spája letový ovládač s pozemnou stanicou (prenosný počítač s hardvérovým kľúčom USB 433 MHz). Toto pripojenie umožňuje operátorovi vzdialene meniť parametre a získavať údaje z vnútorných a vonkajších senzorov. Tento odkaz je možné použiť aj na diaľkové ovládanie lode.

GPS a kompas

Veľká guľatá vec na vrchu lode v skutočnosti nie je anténa. Je to tak trochu, ale je to tiež celý modul GPS a modul kompasu. Vďaka tomu môže loď poznať svoju polohu, rýchlosť a orientáciu.

Vďaka rastu trhu s dronmi je pre každý modul na výber široká škála komponentov. Pravdepodobne budete chcieť prepnúť na FC. Ak chcete pripojiť viac senzorov a potrebujete viac vstupov, existuje množstvo výkonnejších hardvérových možností. Tu je zoznam všetkých FC, ktoré ArduPilot podporuje, dokonca je tam aj malinové pi.

A tu je malý zoznam presných komponentov, ktoré som použil:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• RC prijímač: Flysky FS-X8B Aliexpress
• Sada telemetrického vysielača: 433 MHz 500 mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS a kompas: M8N Aliexpress
• Kryt: 200x200x100 mm IP67 Aliexpress
• Diaľkové ovládanie: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• Prijímač videa: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

Krok 7: Mozog: Elektroinštalácia

Mozog získava svoje prevádzkové napätie priamo z batérie. Z prúdového skratu tiež získava analógové napätie a vydáva riadiace signály pre oba motory. Toto sú vonkajšie spojenia, ktoré sú prístupné zvonku mozgového boxu.

Vnútro vyzerá oveľa spletitejšie. Preto som na prvom obrázku urobil malú schému zapojenia. Toto ukazuje spojenia medzi všetkými rôznymi komponentmi, ktoré som popísal v predchádzajúcom kroku. Tiež som vyrobil niekoľko predlžovacích káblov pre výstupné kanály PWM a port USB a priviedol som ich k zadnej časti krytu (pozri obrázok 3).

Na pripevnenie stohu k krabici som použil 3D tlačenú základnú dosku. Pretože komponenty (najmä VTX) produkujú teplo, pripojil som tiež 40 mm ventilátor s ďalším 3D tlačeným adaptérom. K okrajom som pridal 4 čierne plastové diely, aby som škatuľu naskrutkoval na čln bez toho, aby bolo potrebné otvárať veko. Priložené sú súbory STL pre všetky 3D tlačené diely. Na prilepenie všetkého som použil epoxid a horúce lepidlo.

Krok 8: Mozog: Nastavenie ArduPilot

Ardupilot Wiki popisuje, ako nastaviť rover veľmi podrobne. Tu je dokumentácia Roveru. Tu sa chystám len poškriabať povrch. Po tom, ako je všetko správne zapojené, v zásade existujú nasledujúce kroky na uvedenie zariadenia ArduPilot Rover do prevádzky:

1. Firmvér Flash ArduPilot do FC (Tip: Na to môžete použiť Betaflight, bežný softvér pre drony FPV)
2. Nainštalujte softvér pozemnej stanice, ako je napríklad Mission Planner, a pripojte dosku (pozri používateľské rozhranie plánovača misií na obrázku 1)

3. Vykonajte základné nastavenie hardvéru

   • kalibrovať gyroskop a kompas
   • kalibrovať diaľkové ovládanie
   • nastaviť výstupné kanály

4. Vykonajte pokročilejšie nastavenie v zozname parametrov (obrázok 2)

   • snímač napätia a prúdu
   • mapovanie kanálov
   • LED diódy
5. Vykonajte testovaciu jazdu a vylaďte parametre plynu a riadenia (obrázok 3)

A bum, máte samoriadiaci rover. Všetky tieto kroky a nastavenia samozrejme vyžadujú určitý čas a veci, ako je kalibrácia kompasu, môžu byť dosť únavné, ale pomocou dokumentov, fór ArduPilot a návodov na YouTube sa tam nakoniec dostanete.

ArduPilot vám ponúka pokročilé ihrisko s množstvom parametrov, ktoré môžete použiť na stavbu takmer akéhokoľvek samoriadiaceho vozidla, na ktoré si spomeniete. A ak vám niečo chýba, môžete sa zapojiť do komunity, aby ste to vytvorili, pretože tento skvelý projekt je open source. Môžem vás len povzbudiť, aby ste to vyskúšali, pretože toto je pravdepodobne najľahší spôsob, ako sa dostať do sveta autonómnych vozidiel. Ale tu je malý profesionálny tip: Skúste to s jednoduchým vozidlom pred stavbou obrej RC lode.

Tu je malý zoznam pokročilých nastavení, ktoré som urobil pre konkrétne nastavenie hardvéru:

• Mapovanie zmeneného kanála v RC MAPE

  • Rozstup 2-> 3
  • Škrtiaca klapka 3-> 2
• Aktivované LED diódy I2C RGB
• Typ rámu = čln

• Nastavte šmykové riadenie

  • Kanál 1 = plynový pedál vľavo
  • Kanál 2 = ThrottleRight
• Kanál 8 = Režim letu
• Kanál 5 = Zapnutie/vypnutie stráženia

• Nastavte monitor prúdu a batérie

  • BATT_MONITOR = 4
  • Potom reštartujte. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

Krok 9: Mozog: Vlastný ovládač LED

Prvá cena v súťaži Make it Move 2020