Autonoomne droon: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles projektis saate õppida drooni ehitamise ja konfigureerimise protsessi, enne kui hakkate uurima autonoomset lendu, kasutades Mission Plannerit ja MATLAB -i.

Pange tähele, et see juhend on mõeldud ainult juhiseks. Droonide kasutamine võib inimeste ümber olla väga ohtlik ja võib ebaseadusliku või vales kohas kasutamise korral seadusega tõsiseid probleeme tekitada. Veenduge, et järgite kõiki droonide kasutamist ümbritsevaid seadusi ja eeskirju. Lisaks ei ole GitHubis esitatud koode täielikult testitud, nii et veenduge, et teil on olemas muud tõrkekindlad, et vältida drooni kaotamist või kahjustamist.

Samm: osade loend

Selle projekti jaoks vajate mitut osa. Enne ülejäänud selle projektiga jätkamist ostke kindlasti järgmised komponendid ja laadige failid alla 3D -printimisele ning kohandatud osade laserlõikamiseks.

Ostetud osad

Raam: DJI F450 leekratas

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

Esialgne eelarveprojekt: Matek PDB-XT60

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

Mootorid x4: Emax 2205s 2300kv

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

Propellerid x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

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

ESC x4: väike mesilane 20A 2-4S

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

Lennukontroller: Navio 2 (GPS/GNSS-antenni ja toitemooduliga)

Vaarika Pi 3B

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

Saatja: FRSKY TARANIS X9D+

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

Vastuvõtja: FrSky XSR 2,4 Ghz ACCST

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

Patareid: TATTU 1800mAh 14,8V 45C 4S1P Lipo aku

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

Aku laadija: Turnigy Accucell-6 50W 6A tasakaalustaja/laadija

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

Laadija toiteallikas: RS 12V alalisvoolu toiteallikas

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

Aku kotid: Hobby King liitiumpolümeeri laadimispakett

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

Banaani pistikud

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

WiFi ruuter: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD -kaart: SanDisk 32 GB

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

Vaheseinad/vahed: nailon M2.5 niit

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

Sülearvuti

Kaablisidemed

Velcro rihm

Kuumus kahaneb

3D trükitud osad

Raspberry Pi / Navio 2 ümbris (üleval ja all)

Aku ümbris (karp ja kaas)

Laserlõigatud osad

Elektroonika kihid x2

Samm: riistvara

Riistvara ja ehitusetapp:

1. Pange kokku F450 kvadrotori raam ja trükitud aku korpus keset (lisage kindlasti M2,5*5 mm vahekaugused)
2. Kinnitage mootorid raami külge.
3. Jootke banaanipistikud ESC -de ja mootorijuhtmete külge.
4. Jootke ESC -d ja toitemoodul esialgsesse eelarveprojekti. Märkus. Ärge kasutage esialgse eelarveprojekti 5 V väljundit (see ei anna piisavalt energiat).
5. Lisage esimene laserlõigatud kiht F450 raami ülaosale, kasutades M2,5*10 mm isas-emane vahekauguseid; ja kinnitage sellele kihile PDB ja toitemoodul. Märkus: asetage komponendid kindlasti nii, et juhtmed oleksid kõigi mootorite jaoks piisavalt pikad.
6. Ühendage ESC -d mootoritega ja kinnitage juhtmed raami külge lukuga.
7. Kinnitage Navio2 Raspberry Pi külge ja asetage see trükitud ümbrisesse.
8. Lisage teine laserlõigatud kiht esimese kihi peale ja kinnitage Raspberry-Navio ümbris, kasutades kahepoolset kleepuvat padja.
9. GPS-i saab korpuse peale liimida, kuid siin on see asetatud teisele kolmandale kihile, mis läheb Raspberry-Navio korpuse peale, nagu on näidatud piltidel, kuid see sõltub täielikult selle ehitajast. Seejärel ühendage lihtsalt GPS Navioga.
10. Kinnitage vastuvõtja kahepoolse kleepuva padja abil teise kihi peale. Ühendage ESC -d ja vastuvõtja juhtmed Navio kontaktidega. Vastuvõtja hõivab tihvtide esimese veeru ja seejärel mootorid järgmise nelja veeru. Märkus: Drooni esiosa määrab see, milline mootor on esimesena kinnitatud. Ükskõik, millise esisuuna valite, veenduge, et selle sammu alguses on pildil olevad mootorid ühendatud.
11. Lisage propellerid. Soovitatav on jätta propellerid lõpuni, s.t pärast tarkvaraosa lõpetamist, ning veenduge alati, et võtate ette ettevaatusabinõud, kui propellerid on sisse lülitatud, juhuks, kui asjad valesti lähevad.

Samm: tarkvara

Tarkvara faas: (viide Navio2 dokumentidele)

1. Hankige uusim Emlid Raspbiani pilt Navio2 dokumentidest.
2. Laadige alla, ekstraktige ja käivitage administraatori õigustega Etcher.
3. Valige arhiivifail koos pildi ja sd -kaardi draivitähega.
4. Klõpsake "Flash!". Protsess võib kesta paar minutit. (Näitevideo)
5. WiFi -ühenduse konfigureerimiseks peame redigeerima SD -kaardil asuvat faili wpa_supplicant.conf. Muutke seda, et see näeks välja nagu esimene pilt selle sammu ülaosas. Märkus: ssid on TP-Linki nimi, nagu see teie arvutis kuvatakse. Parim viis oma TP-Linki täpse ssid-i leidmiseks on sülearvuti ühendamine TP-Linkiga ja seejärel terminaliaknas alloleva käsu käivitamine:

Windowsi jaoks: netsh wlan show profiilid

Maci jaoks: vaikimisi loe /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk on parool, mis on antud TP-Linki kaasasoleval kaardil.

1. Eemaldage SD -kaart ja pange see Raspberry Pi -sse ning lülitage see sisse.
2. Et kontrollida, kas Raspberry Pi on TP-Linkiga ühendatud, võite kasutada mis tahes saadaolevat rakendust, mis näitab kõiki teie võrguga ühendatud seadmeid.
3. On vaja määrata TP-Linkiga ühendatud seadmetele fikseeritud IP-aadressid, nii et te ei pea iga kord kirjutatavate koodide IP-aadresse muutma. Seda saate teha lihtsalt, avades tplinkwifi.net (muidugi, kui olete TP-Linkiga ühendatud). Sisestage kasutajanimi: admin ja parool: admin. Minge ekraani vasakpoolses menüüs „DHCP” ja valige rippmenüüst „Aadresside reserveerimine”. Lisage nende seadmete MAC -aadressid, millele soovite IP -aadressid määrata. Siin on maapealsele jaamale (sülearvuti) määratud IP -aadress 192.168.0.110 ja Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Nüüd peame MAVProxy alla laadima järgmiselt lingilt.
5. Nüüd looge.bat -fail, mis näeb selle sammu ülaosas välja nagu teine pilt, ja veenduge, et kasutate failiteed, kuhu teie mavproxy.exe on sülearvutisse salvestatud. Peate selle faili käivitama (topeltklõpsates) iga kord, kui soovite oma drooniga ühenduse luua.
6. Raspberry Pi suhtlemiseks MAVProxyga tuleb faili Pi -s redigeerida.

7. Sisestage sudo nano/etc/default/arducopter Navio2 autopiloodi hostiva Raspberry Pi Linuxi terminali.

8. Avaneva faili ülemine rida peaks olema TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Seda tuleb muuta nii, et see osutaks teie arvuti IP -aadressile.
9. Installige missiooni planeerija ja minge jaotisse Esmakordne seadistamine.

Samm: esmakordne seadistamine

UAV -iga ühenduse loomiseks toimige järgmiselt.

1. Käivitage nii fail MAVProxy.bat kui ka missiooniplaneerija.
2. Ühendage aku UAV-ga ja oodake umbes 30–60 sekundit. See annab talle aega traadita võrguga ühenduse loomiseks.
3. Klõpsake missiooni planeerija paremas ülanurgas nuppu Ühenda. Tippige ilmuvasse dialoogiboksi 127.0.0.1 ja klõpsake nuppu OK. Sisestage järgmisse kasti pordi number 14551 ja klõpsake nuppu OK. Mõne sekundi pärast peaks missiooni planeerija ühenduma teie MAV -iga ja alustama telemeetriaandmete kuvamist vasakul paneelil.

UAV esmakordsel seadistamisel on vaja teatud riistvarakomponente konfigureerida ja kalibreerida. ArduCopteri dokumentides on põhjalik juhend raami tüübi konfigureerimise, kompassi kalibreerimise, raadiojuhtimise kalibreerimise, kiirendusmõõturi kalibreerimise, rc saatja režiimi seadistamise, ESC kalibreerimise ja mootorivahemiku konfigureerimise kohta.

Sõltuvalt sellest, kuidas olete oma Raspberry Pi droonile paigaldanud, võib osutuda vajalikuks muuta plaani orientatsiooni missiooni planeerijas. Seda saab teha, kohandades missiooni planeerija vahekaardi Konfigureerimine/häälestamine täpsemate parameetrite loendis parameetrit Board Orientation (AHRS_ORIENTATION).

Samm: esimene lend

Kui riistvara ja tarkvara on valmis, on aeg valmistuda esimeseks lennuks. Enne autonoomse lennu katsetamist soovitatakse UAV -d käsitsi lennata saatja abil, et tunda õhusõiduki käsitsemist ja lahendada kõik võimalikud probleemid.

ArduCopteri dokumentatsioonis on teie esimese lennu kohta väga üksikasjalik ja informatiivne jaotis. Selles käsitletakse ArduCopteriga kaasasolevaid erinevaid lennurežiime ja nende režiimide toimivust. Esimese lennu jaoks on kõige sobivam kasutatav stabiliseerimisrežiim.

ArduCopteril on palju sisseehitatud turvaelemente. Üks neist funktsioonidest on relvaeelsed ohutuskontrollid, mis takistavad õhusõiduki relvastamist probleemide avastamisel. Enamik neist kontrollidest on olulised, et aidata vähendada õhusõiduki kukkumise või kadumise võimalust, kuid vajadusel võib need keelata.

Mootorite sisselülitamine toimub siis, kui autopilood annab mootoritele toite, et võimaldada neil pöörlemist. Enne mootorite sisselülitamist on hädavajalik, et õhusõiduk asuks selgel avatud alal, kaugel inimestest või takistustest või turvalisel lendamisalal. Samuti on väga oluline, et sõukruvide läheduses ei oleks midagi, eriti kehaosad ja muud asjad, mis võivad neid kahjustada. Kui kõik on selge ja piloot on rahul, et käivitamine on ohutu, saab mootorid relvastada. Sellel lehel on üksikasjalikud juhised lennuki relvastamiseks. Ainsad erinevused selle juhendi ja Navio2 vahel on relvastamise 7. ja desarmeerimise 2. etapis. Navio2 sisselülitamiseks tuleb mõlemat pulka mõneks sekundiks alla ja keskele hoida (vt pilti). Desarmeerimiseks tuleb mõlemat pulka mõneks sekundiks alla ja külgedele hoida (vt pilti).

Oma esimese lennu läbiviimiseks järgige seda juhendit.

Pärast esimest lendu võib olla vaja teha mõningaid muudatusi. Niikaua kui riistvara töötab täielikult ja on õigesti seadistatud, toimuvad need muudatused peamiselt PID -häälestuse vormis. Selles juhendis on mõningaid kasulikke näpunäiteid kvadrokopteri häälestamiseks, kuid meie puhul piisas õhusõiduki stabiilsuse tagamiseks lihtsalt P -võimenduse mõningast vähendamisest. Kui lennuk on lendav, on võimalik kasutada ArduCopteri automaatse häälestamise funktsiooni. See häälestab PID -d automaatselt, et tagada kiireim reageerimine, jäädes siiski stabiilseks. ArduCopteri dokumentatsioon sisaldab üksikasjalikku juhendit automaatse häälestamise kohta.

Kui teil tekib nende toimingutega probleeme, võib tõrkeotsingu juhend aidata.

6. samm: autonoomne lend

Missiooni planeerija

Nüüd, kui teie helikopter on häälestatud ja suudab käsitsi juhtimise ajal hästi lennata, saab autonoomset lendu uurida.

Lihtsaim viis autonoomsesse lendu sisenemiseks on kasutada missiooni planeerijat, kuna see sisaldab suurt hulka asju, mida saate oma lennukiga teha. Autonoomne lend Mission Planneris jaguneb kahte põhikategooriasse; eelnevalt planeeritud missioonid (automaatrežiim) ja reaalajas missioonid (juhitud režiim). Missiooni planeerija lennuplaneerija ekraani saab kasutada lennu planeerimiseks, mis koosneb külastatavatest teekonnapunktidest ja toimingutest, näiteks pildistamisest. Teekonnapunkte saab valida käsitsi või kasutada automaatset teekonnapunkti tööriista, et luua piirkonna uurimiseks ülesandeid. Kui missioon on kavandatud ja droonile saadetud, saab kasutada automaatset lennurežiimi, nii et lennuk järgib iseseisvalt eelnevalt kavandatud missiooni. Siin on käepärane juhend missioonide planeerimiseks.

Juhtimisrežiim on viis interaktiivselt UAV -le teatud asju teha. Selleks kasutage missiooni planeerija vahekaarti Toimingud või paremklõpsake kaardil. UAV-d saab käsutada tegema palju asju, näiteks õhkutõusmist, starti naasmist ja valitud asukohta lendamist, paremklõpsates soovitud kohas kaardil ja valides Fly To Here.

Ebaõnnestumised on autonoomse lennu ajal oluline asi, mida tuleb arvestada, et kui asjad lähevad valesti, ei kahjustaks lennukit ja inimesed ei saaks vigastada. Mission Planneril on sisseehitatud Geo-Fence funktsioon, mille abil saab piirata, kus UAV võib lennata, ja peatada selle liiga kaugele või liiga kõrgele minek. Võib -olla tasub kaaluda UAV maapinnale sidumist oma esimestel lendudel teise varuna. Lõpuks on oluline, et teil oleks raadiosaatja sisse lülitatud ja drooniga ühendatud, et saaksite vajadusel lülituda autonoomsest lennurežiimist käsitsi lennurežiimi, näiteks stabiliseerida või hoida alt, et UAV-d saaks ohutult juhtida maanduma.

MATLAB

Autonoomne juhtimine MATLABi abil on palju vähem lihtne ja nõuab eelnevaid programmeerimisalaseid teadmisi.

MATLAB-i skriptid real_search_polygon ja real_search võimaldavad teil genereerida eelnevalt kavandatud ülesandeid kasutaja määratud hulknurga otsimiseks. Skript real_search_polygon kavandab tee üle kasutaja määratud hulknurga, samas kui skript real_search kavandab tee üle polügooni hõlmava minimaalse ristküliku. Selle tegemiseks toimige järgmiselt.

1. Avage missiooni planeerija ja minge lennuplaani aknasse.
2. Joonistage hulknurga abil soovitud otsingualale hulknurk.
3. Salvestage hulknurk nimega „search_area.poly” samasse kausta kui MATLAB -i skript.
4. Minge MATLAB -i ja käivitage real_search_polygon või real_search. Valige kindlasti soovitud tee laius ja muutke reas file_path õigeks kataloogiks, kus te töötate.
5. Kui skript on käivitatud ja olete loodud rajaga rahul, minge tagasi missiooniplaneerijasse.
6. Klõpsake paremal küljel Laadi WP -fail ja valige äsja loodud teekonnapunktifail „search_waypoints.txt”.
7. Teepunktide droonile saatmiseks klõpsake paremal küljel Kirjutage WP -d.
8. Valmista droon sisse ja tõuse õhku käsitsi või paremklõpsates kaardil ja valides stardi.
9. Kui olete mõistlikul kõrgusel, muutke režiim automaatseks ja droon alustab missiooni.
10. Pärast missiooni lõppu klõpsake toimingute vahekaardil RTL, et droon stardikohta tagasi tuua.

Selle sammu alguses olev video on piirkonda otsiva UAV missiooni planeerija simulatsioon.

7. samm: visioon

Droonide ülesanne on lennata üle mägede või kõrbe ja märgata inimesi või ebakorrapäraseid objekte ning seejärel seda töödelda, et näha, kas see inimene vajab abi. Ideaalis saaks seda teha kallist infrapunakaamerat kasutades. Kuid infrapunakaamerate kõrgete kulude tõttu sarnaneb infrapuna tuvastamine tavalise Pi-kaamera abil kõigi mitte-roheliste objektide tuvastamisega.

1. ssh Raspberry Pi -sse
2. Kõigepealt peame installima OpenCV Raspberry Pi -sse. Järgmine pyimagesearchi pakutav juhend on üks parimaid Internetis saadaolevaid.
3. Laadige kood GitHubist Raspberry Pi -sse selle järgmise lingi kaudu. Koodi allalaadimiseks Raspberry Pi -le saate faili arvutisse alla laadida ja seejärel Raspberry Pi -sse üle kanda.
4. Koodi käivitamiseks minge Raspberry Pi kataloogi, kus kood on sisse lülitatud, ja käivitage seejärel käsk:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

Pidev kasutamine Iga kord, kui vaarika pi taaskäivitate, peate käivitama järgmised käsud:

sudo ssh [email protected] -X

allikas ~/.profiil

töö cv

Seejärel jätkake ülaltoodud sammuga 4.

Oluline märkus: EI kõik terminalid ole võimelised videoid näitama. Macis kasutage XQuartzi terminali.