Autonómny dron: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

V tomto projekte sa naučíte proces zostrojenia a konfigurácie drona, než sa pustíte do skúmania autonómneho letu pomocou plánovača misií a programu MATLAB.

Upozorňujeme, že tento návod je len orientačný. Používanie dronov môže byť veľmi nebezpečné pre ľudí a pri nevhodnom alebo nesprávnom použití vás môže dostať do vážnych problémov so zákonom. Zaistite, aby ste dodržiavali všetky zákony a nariadenia týkajúce sa používania dronov. Kódy uvedené na GitHube navyše neboli úplne testované, takže sa uistite, že máte k dispozícii ďalšie zabezpečovacie zariadenia, aby ste predišli strate alebo poškodeniu drona.

Krok 1: Zoznam dielov

Na tento projekt budete potrebovať niekoľko častí. Pred pokračovaním zvyšku tohto projektu si kúpte nasledujúce komponenty a stiahnite si súbory na 3D tlač a laserové rezanie vlastných dielov.

Zakúpené diely

Rám: Flame Wheel DJI F450

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Motory x4: Emax 2205s 2300kv

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

Vrtule x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

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

ESCs x4: Little Bee 20A 2-4S

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

Letový ovládač: Navio 2 (s anténou GPS/GNSS a napájacím modulom)

Raspberry Pi 3B

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

Vysielač: FRSKY TARANIS X9D+

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

Prijímač: FrSky XSR 2,4 Ghz ACCST

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

Batérie: batéria TATTU 1800mAh 14,8 V 45C 4S1P Lipo

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

Nabíjačka batérií: Turnigy Accucell-6 50W 6A vyvažovač/nabíjačka

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

Napájací zdroj pre nabíjačku: Napájanie RS 12V DC

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

Vrecká na batérie: Nabíjací lítium -polymérový nabíjací akumulátor Hobby King

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

Banánové konektory

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

Router WiFi: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD karta: SanDisk 32 GB

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

Distančné stĺpiky/rozpery: nylonový závit M2,5

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

Prenosný počítač

Sťahovacie pásky

Popruh na suchý zips

Zmršťovacia

3D tlačené diely

Puzdro Raspberry Pi / Navio 2 (horné a spodné)

Puzdro na batériu (krabica a veko)

Laserom rezané diely

Vrstvy elektroniky x2

Krok 2: Hardvér

Fáza hardvéru a budovy:

1. Zostavte rám kvadrotora F450 a potlačený kryt batérie v strede (nezabudnite pridať podložky M2,5*5 mm)
2. Pripojte motory k rámu.
3. Banánové konektory spájkujte s vodičmi ESC a motorov.
4. Spájkujte ESC a napájací modul k PDB. Poznámka: Uistite sa, že nepoužívate 5V výstup z PDB (nebude poskytovať dostatok energie).
5. Pridajte prvú vrstvu rezanú laserom na hornú časť rámu F450 pomocou rozperiek M2,5*10 mm muž-žena; a k tejto vrstve pripojte PDB a napájací modul. Poznámka: Uistite sa, že súčiastky umiestnite tak, aby boli vodiče dostatočne dlhé, aby sa dostali ku všetkým motorom.
6. Pripojte ESC k motorom a pomocou zipsov pripevnite vodiče k rámu.
7. Pripojte Navio2 k Raspberry Pi a umiestnite ho do tlačeného puzdra.
8. Pridajte druhú vrstvu rezanú laserom na prvú vrstvu a pomocou obojstranných lepivých podložiek pripevnite plášť Raspberry-Navio.
9. GPS je možné prilepiť na vrch puzdra, tu však bol umiestnený na ďalšiu tretiu vrstvu, ktorá sa nachádza na vrchu puzdra Raspberry-Navio, ako je znázornené na obrázkoch, ale je to úplne na osobe, ktorá ho stavia. Potom jednoducho pripojte GPS k Navio.
10. Pripevnite prijímač na vrch druhej vrstvy pomocou obojstranných lepivých podložiek. Pripojte ESC a vodiče prijímača k pinom Navio. Prijímač zaberá prvý stĺpik kolíkov a potom motory zaberajú ďalšie štyri stĺpce. Poznámka: Predná strana dronu je určená tým, ktorý motor je pripevnený ako prvý. Bez ohľadu na to, ktorý smer dopredu zvolíte, uistite sa, že motory sú na obrázku na začiatku tohto kroku zapojené.
11. Pridajte vrtule. Odporúčame nechať vrtule na úplnom konci, t. J. Po dokončení sekcie softvéru, a vždy sa uistite, že urobíte bezpečnostné opatrenia, keď sú vrtule zapnuté, len v prípade, že sa niečo pokazí.

Krok 3: Softvér

Fáza softvéru: (referenčné dokumenty Navio2)

1. Získajte najnovší obrázok Emlid Raspbian z dokumentov Navio2.
2. Stiahnite, extrahujte a spustite Etcher s oprávneniami správcu.
3. Vyberte archívny súbor s obrázkom a písmenom jednotky SD karty.
4. Kliknite na „Flash!“. Proces môže trvať niekoľko minút. (Ukážkové video)
5. Teraz, aby sme nakonfigurovali prístup k WiFi, musíme upraviť súbor wpa_supplicant.conf umiestnený na SD karte. Upravte ho tak, aby vyzeral ako prvý obrázok v hornej časti tohto kroku. Poznámka: ssid je názov TP-Link, ako sa zobrazuje vo vašom počítači. Najlepším spôsobom, ako nájsť presnú ssid vášho TP-Link, je pripojiť prenosný počítač k TP-Link a potom spustiť nasledujúci príkaz v okne terminálu:

Pre okná: netsh wlan show profiles

Pre Mac: predvolené hodnoty čítať /Knižnica/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk je heslo uvedené na karte dodávanej s TP-Link.

1. Vysuňte SD kartu, vložte ju do Raspberry Pi a napájajte ju.
2. Na kontrolu, či je Raspberry Pi pripojený k TP-Link, môžete použiť ktorúkoľvek z dostupných aplikácií, ktoré zobrazujú všetky zariadenia pripojené k vašej sieti.
3. Zariadeniem pripojeným k vášmu TP-Link je potrebné nastaviť pevné IP adresy, aby ste nemuseli zakaždým meniť IP adresy na kódoch, ktoré píšete. Môžete to urobiť jednoducho tak, že otvoríte tplinkwifi.net (pokiaľ ste samozrejme pripojení k TP-Link). Zadajte používateľské meno: admin a heslo: admin. V ponuke v ľavej časti obrazovky prejdite na „DHCP“a v rozbaľovacej ponuke vyberte „Rezervácia adresy“. Pridajte MAC adresy zariadení, ktorým chcete priradiť IP adresy. Tu bola pozemnej stanici (prenosnému počítaču) priradená adresa IP 192.168.0.110 a Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Teraz musíme stiahnuť MAVProxy z nasledujúceho odkazu.
5. Teraz vytvorte súbor.bat, ktorý vyzerá ako druhý obrázok v hornej časti tohto kroku, a uistite sa, že používate cestu k súboru, kde je váš mavproxy.exe uložený vo vašom prenosnom počítači. Tento súbor budete musieť spustiť (dvojitým kliknutím naň) vždy, keď sa chcete pripojiť k svojmu dronu.
6. Aby Raspberry Pi komunikovalo s MAVProxy, je potrebné na Pi upraviť súbor.

7. Napíšte sudo nano/etc/default/arducopter do Linuxového terminálu Raspberry Pi, ktorý je hostiteľom autopilota Navio2.

8. Horný riadok súboru, ktorý sa otvorí, by mal znieť TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Toto je potrebné zmeniť, aby smerovalo na IP adresu vášho počítača.
9. Nainštalujte si Mission Planner a prejdite na časť Prvé nastavenie.

Krok 4: Prvé nastavenie

Ak sa chcete k svojmu UAV pripojiť, postupujte takto:

1. Spustite súbor.bat MAVProxy a nástroj Mission Planner.
2. Pripojte batériu k vášmu UAV a počkajte približne 30-60 sekúnd. To mu poskytne čas na pripojenie k bezdrôtovej sieti.
3. Kliknite na tlačidlo Pripojiť v pravom hornom rohu Plánovača misií. V prvom dialógovom okne, ktoré sa zobrazí, zadajte 127.0.0.1 a kliknite na tlačidlo OK. Do nasledujúceho poľa zadajte číslo portu 14551 a kliknite na tlačidlo OK. Po niekoľkých sekundách by sa mal Mission Planner pripojiť k vášmu MAV a začať zobrazovať telemetrické údaje na ľavom paneli.

Pri prvom nastavení UAV je potrebné nakonfigurovať a kalibrovať určité hardvérové komponenty. Dokumenty ArduCopter majú podrobného sprievodcu konfiguráciou typu rámca, kalibráciou kompasu, kalibráciou rádiového ovládania, kalibráciou akcelerometra, nastavením režimu vysielača na diaľkové ovládanie, kalibráciou ESC a konfiguráciou rozsahu motora.

V závislosti od toho, ako ste svoj Raspberry Pi namontovali na dron, môže byť potrebné zmeniť orientáciu dosky v plánovači misií. To je možné vykonať úpravou parametra Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) v zozname pokročilých parametrov na karte Konfigurácia/ladenie v Plánovači misií.

Krok 5: Prvý let

Akonáhle je hardvér a softvér pripravený, je čas pripraviť sa na prvý let. Odporúča sa, aby sa pred vyskúšaním autonómneho letu s UAV letelo ručne pomocou vysielača, aby ste získali pocit z ovládania lietadla a odstránili prípadné problémy.

Dokumentácia k ArduCopter má veľmi podrobnú a informatívnu časť o vašom prvom lete. Diskutuje o rôznych režimoch letu, ktoré sú súčasťou ArduCopter, a o tom, čo každý z týchto režimov robí. Na prvý let je najvhodnejším letovým režimom stabilizačný režim.

ArduCopter má mnoho vstavaných bezpečnostných funkcií. Jednou z týchto funkcií sú bezpečnostné kontroly predpaženia, ktoré zabraňujú ozbrojeniu lietadla v prípade zistenia akýchkoľvek problémov. Väčšina týchto kontrol je dôležitá pre zníženie rizika havárie alebo straty lietadla, ale v prípade potreby môžu byť deaktivované.

K zapnutiu motorov dochádza vtedy, keď autopilot napája motory, aby sa mohli otáčať. Pred zapnutím motora je nevyhnutné, aby bolo lietadlo na voľnom priestranstve, v dostatočnej vzdialenosti od akýchkoľvek osôb alebo prekážok alebo v bezpečnej lietajúcej aréne. Je tiež veľmi dôležité, aby sa v blízkosti vrtúľ nenachádzalo nič, najmä časti tela a ďalšie veci, ktoré nimi poškodia. Akonáhle je všetko jasné a pilot je presvedčený, že je bezpečné štartovať, motory môžu byť zapnuté. Táto stránka obsahuje podrobný súbor pokynov na vyzbrojenie lietadla. Jediné rozdiely medzi týmto sprievodcom a Navio2 spočívajú v kroku 7 zapnutia stráženia a kroku 2 odzbrojenia. Aby ste Navio2 vyzbrojili, musíte na niekoľko sekúnd podržať obe páčky a v strede (pozri obrázok). Na odzbrojenie musíte obe páčky držať niekoľko sekúnd stlačené a po stranách (pozri obrázok).

Pri prvom lete postupujte podľa tohto sprievodcu.

Po prvom lete môže byť potrebné vykonať niekoľko zmien. Pokiaľ hardvér plne funguje a je správne nastavený, budú tieto zmeny predovšetkým vo forme ladenia PID. Táto príručka obsahuje niekoľko užitočných tipov na vyladenie kvadrokoptéry, v našom prípade však stačilo mierne zníženie zisku P, aby bolo lietadlo stabilné. Akonáhle je lietadlo schopné lietania, je možné použiť funkciu automatického ladenia ArduCopter. Toto automaticky naladí PID tak, aby poskytovalo najrýchlejšiu odozvu, a pritom zostalo stabilné. Dokumentácia k ArduCopter poskytuje podrobný návod, ako vykonať automatické ladenie.

Ak sa v niektorom z týchto krokov vyskytnú problémy, môže vám pomôcť príručka na riešenie problémov.

Krok 6: Autonómny let

Plánovač misií

Teraz, keď je vaša helikoptéra vyladená a môže dobre lietať pod ručným ovládaním, je možné preskúmať autonómny let.

Najjednoduchší spôsob, ako sa dostať do autonómneho letu, je použiť Mission Planner, pretože obsahuje veľké množstvo vecí, ktoré môžete so svojim lietadlom robiť. Autonómny let v programe Mission Planner spadá do dvoch hlavných kategórií; vopred naplánované misie (automatický režim) a živé misie (riadený režim). Obrazovku plánovača letov v plánovači misií je možné použiť na plánovanie letu pozostávajúceho z trasových bodov, ktoré je potrebné navštíviť, a akcií, ktoré je potrebné vykonať, napríklad fotografovanie. Trasové body je možné zvoliť buď ručne, alebo pomocou automatického nástroja na trasové body možno vygenerovať misie na prieskum oblasti. Akonáhle je misia naplánovaná a odoslaná na dron, je možné použiť letový režim Auto, aby lietadlo autonómne nasledovalo vopred naplánovanú misiu. Tu je užitočný sprievodca plánovaním misií.

Riadený režim je spôsob interaktívneho prikazovania UAV, aby robil určité veci. To sa deje pomocou karty akcií v Plánovači misií alebo kliknutím pravým tlačidlom myši na mapu. UAV môže byť prikázané, aby robilo mnoho vecí, ako je štart, návrat na štart a let na zvolené miesto kliknutím pravým tlačidlom myši na mapu na požadovanom mieste a výberom možnosti Preletieť sem.

Bezpečnostné schránky sú dôležitou vecou, ktorú je potrebné zvážiť pri autonómnom lete, aby sa zabezpečilo, že ak sa niečo pokazí, lietadlo nie je poškodené a ľudia nie sú zranení. Mission Planner má vstavanú funkciu Geo-Fence, ktorú je možné použiť na obmedzenie toho, kam môže UAV lietať, a zabrániť mu ísť príliš ďaleko alebo príliš vysoko. Možno by stálo za zváženie pripútať UAV k zemi počas prvých pár letov ako ďalšiu zálohu. Nakoniec je dôležité, aby ste mali zapnutý rádiový vysielač a pripojili ste ho k dronu, aby ste v prípade potreby mohli prepnúť z autonómneho letového režimu na manuálny letový režim, ako je stabilizácia alebo držanie nad hlavou, aby bolo možné bezpilotné lietadlo bezpečne pilotovať. pristáť.

MATLAB

Autonómne ovládanie pomocou MATLABu je oveľa menej jednoduché a vyžaduje určité znalosti programovania.

Skripty MATLAB real_search_polygon a real_search vám umožňujú generovať vopred naplánované misie na vyhľadávanie v polygóne definovanom používateľom. Skript real_search_polygon plánuje cestu cez polygón definovaný užívateľom, zatiaľ čo skript real_search plánuje cestu nad minimálnym obdĺžnikom zahŕňajúcim polygón. Kroky, ako to urobiť, sú nasledujúce:

1. Otvorte Plánovač misií a prejdite do okna Letový plán.
2. Nakreslite mnohouholník cez požadovanú oblasť vyhľadávania pomocou nástroja pre mnohouholníky.
3. Polygón uložte ako „search_area.poly“do rovnakého priečinka ako skript MATLAB.
4. Prejdite na MATLAB a spustite buď real_search_polygon alebo real_search. Nezabudnite zvoliť požadovanú šírku cesty a zmeňte cestu k súboru na riadku 7 na správny adresár, v ktorom pracujete.
5. Akonáhle je skript spustený a ste spokojní s generovanou cestou, vráťte sa do plánovača misií.
6. Kliknite na položku Načítať súbor WP na pravej strane a vyberte súbor trasových bodov „search_waypoints.txt“, ktorý ste práve vytvorili.
7. Kliknutím na položku Zapísať WP na pravej strane odošlete trasové body dronu.
8. Zapnite dron a vzlietnite buď ručne, alebo kliknutím pravým tlačidlom na mapu a výberom vzletu.
9. Akonáhle ste v rozumnej výške, prepnite režim na auto a dron začne misiu.
10. Po skončení misie kliknite na RTL na karte akcií a dron vráťte na miesto štartu.

Video na začiatku tohto kroku je simuláciou v Plánovači misie UAV, ktorá hľadá oblasť.

Krok 7: Vízia

Poslaním drona je lietať nad horami alebo divočinou, spozorovať ľudí alebo nepravidelné predmety a potom ich spracovať, aby zistil, či táto osoba potrebuje pomoc. V ideálnom prípade by sa to dalo urobiť pomocou drahej infračervenej kamery. Avšak kvôli vysokým nákladom na infračervené kamery je namiesto toho infračervená detekcia podobná detekciou všetkých nezelených predmetov pomocou normálnej kamery Pi.

1. ssh do Raspberry Pi
2. V prvom rade musíme nainštalovať OpenCV na Raspberry Pi. Nasledujúci sprievodca poskytovaný spoločnosťou pyimagesearch je jedným z najlepších na internete.
3. Stiahnite si kód do Raspberry Pi z GitHub prostredníctvom tohto nasledujúceho odkazu. Ak si chcete stiahnuť kód na Raspberry Pi, môžete si súbor stiahnuť do počítača a potom ho preniesť do Raspberry Pi.
4. Ak chcete spustiť kód, prejdite do adresára, kde je kód zapnutý, na Raspberry Pi a potom spustite príkaz:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

KONTINUÁLNE POUŽÍVANIE Pri každom reštarte Raspberry Pi musíte spustiť nasledujúce príkazy:

sudo ssh [email protected] -X

zdroj ~/.profil

workon cv

Potom pokračujte krokom 4 vyššie.

Dôležitá poznámka: NIE všetky terminály môžu zobrazovať videá. Na počítačoch Mac použite terminál XQuartz.