Автономды дрон: 7 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Бұл жобада сіз Mission Planner мен MATLAB көмегімен автономды ұшуды зерттеуге кіріспес бұрын, ұшқышсыз ұшу аппаратын құру мен конфигурациялау процесін үйренесіз.

Назар аударыңыз, бұл нұсқаулық тек нұсқаулық ретінде берілген. Ұшқышсыз ұшуларды қолдану адамдардың айналасында өте қауіпті болуы мүмкін және егер олар орынсыз немесе дұрыс емес жерде қолданылса, сізді заңмен қиындатады. Ұшқышсыз ұшуларды қолдану бойынша барлық заңдар мен ережелерді ұстанғаныңызға көз жеткізіңіз. Сонымен қатар, GitHub -та берілген кодтар толық тексерілмеген, сондықтан сіздің ұшқышсыз ұшақ жоғалмауы немесе зақымдалмауы үшін басқа ақаулардың болуын қамтамасыз етіңіз.

1 -қадам: бөлшектер тізімі

Бұл жоба үшін сізге бірнеше бөлік қажет. Бұл жобаның қалған бөлігін жалғастырмас бұрын, келесі компоненттерді сатып алуды және файлдарды 3D басып шығаруға жүктеуді және пайдаланушы бөліктерін лазермен кесуді тексеріңіз.

Сатып алынған бөлшектер

Жақтау: DJI F450 жалын дөңгелегі

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Қозғалтқыштар x4: Emax 2205s 2300kv

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

Бұрандалар x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

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

ESCs x4: Little Bee 20A 2-4S

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

Ұшуды басқарушы: Navio 2 (GPS/GNSS антеннасы мен қуат модулімен)

Raspberry Pi 3B

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

Таратқыш: FRSKY TARANIS X9D+

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

Қабылдағыш: FrSky XSR 2.4 Гц ACCST

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

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

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

Батарея зарядтаушысы: Turnigy Accucell-6 50W 6A теңдестіруші/зарядтағыш

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

Зарядтағышқа арналған қуат көзі: RS 12V тұрақты ток көзі

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

Батарея сөмкелері: Hobby King литий полимерлі зарядтау жиынтығы

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

Банан қосқыштары

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

WiFi маршрутизаторы: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD картасы: SanDisk 32 ГБ

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

Кедергілер/аралықтар: нейлон M2.5 жіп

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

Ноутбук

Кабель байланыстары

Velcro бауы

Жылуды азайту

3D басып шығарылған бөлшектер

Raspberry Pi / Navio 2 корпусы (жоғарғы және төменгі)

Батарея қорабы (қорап пен қақпақ)

Лазерлік кесу бөліктері

Электроника қабаттары x2

2 -қадам: Жабдық

Аппараттық және құрылыс кезеңі:

1. F450 квадроторлы жақтауын және басылған батарея корпусын ортасына жинаңыз (M2.5*5мм аралықтарды қосқаныңызға көз жеткізіңіз)
2. Қозғалтқышты жақтауға бекітіңіз.
3. Банан коннекторларын ЭСК және мотор сымдарына дәнекерлеңіз.
4. ЭСК және қуат модулін PDB -ге дәнекерлеңіз. Ескертпе: PDB 5В шығысын пайдаланбаңыз (ол жеткілікті қуат бермейді).
5. Бірінші лазерлік кесу қабатын F250 жақтауының жоғарғы жағына M2.5*10 мм ерлер мен әйелдердің аралықтарын қолданып қосыңыз; және PDB мен қуат модулін осы қабатқа бекітіңіз. Ескертпе: компоненттерді сымдар барлық қозғалтқыштарға жеткілікті ұзындықта болатындай етіп орналастырыңыз.
6. Электрқозғалтқыштарды қозғалтқыштарға қосыңыз және сымдарды жақтауға бекіту үшін қысқыштарды пайдаланыңыз.
7. Navio2 -ді Raspberry Pi -ге бекітіп, оны басылған қаптамаға салыңыз.
8. Бірінші қабаттың үстіне лазермен кесілген екінші қабатты қосып, екі жақты жабысқақ жастықшалар көмегімен Raspberry-Navio корпусын бекітіңіз.
9. GPS-ті корпустың үстіне жабыстыруға болады, бірақ мұнда ол суретте көрсетілгендей Raspberry-Navio корпусының үстіне шығатын басқа үшінші қабатқа орналастырылған, бірақ оны құрастыратын адамға байланысты. Содан кейін GPS -ті Навиоға қосыңыз.
10. Ресиверді екі қабатты жабысқақ жастықшалармен екінші қабаттың үстіне бекітіңіз. ESC пен қабылдағыш сымдарын Navio түйреуіштеріне қосыңыз. Қабылдағыш түйреуіштердің бірінші бағанын алады, содан кейін қозғалтқыштар келесі төрт бағанды алады. Ескерту: Дронның алдыңғы жағы қай қозғалтқыштың бірінші бекітілгенімен анықталады. Қай бағытты таңдасаңыз да, осы қадамның басында қозғалтқыштардың суретте қосылғанына көз жеткізіңіз.
11. Винттерді қосыңыз. Пропеллерді соңына дейін қалдыруға кеңес беріледі, яғни бағдарламалық қамтамасыз ету бөлімі аяқталғаннан кейін және егер бірдеңе дұрыс болмай қалса, винттерді қосқанда қауіпсіздік шараларын сақтаңыз.

3 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету

Бағдарламалық қамтамасыз ету кезеңі: (Navio2 құжаттарына сілтеме)

1. Navio2 құжаттарынан соңғы Emlid Raspbian кескінін алыңыз.
2. Әкімші құқықтары бар Etcher бағдарламасын жүктеңіз, шығарыңыз және іске қосыңыз.
3. Суреті мен sd картасының дискі әріптері бар архив файлын таңдаңыз.
4. «Жарқыл!» Түймесін басыңыз. Процесс бірнеше минутқа созылуы мүмкін. (Бейне үлгісі)
5. Енді WiFi қатынасын конфигурациялау үшін SD картасында орналасқан wpa_supplicant.conf файлын өңдеу керек. Бұл қадамның жоғарғы жағындағы бірінші суретке ұқсас болу үшін оны өңдеңіз. Ескертпе: ssid-бұл компьютерде пайда болатын TP-Link атауы. TP-Link үшін нақты ssid табудың ең жақсы жолы-ноутбукты TP-Link-ке қосу, содан кейін терминал терезесінде төмендегі пәрменді іске қосу:

Терезелер үшін: netsh wlan шоу профильдері

Mac үшін: әдепкі бойынша /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString оқылады

psk-бұл TP-Link бірге келетін картада берілген құпия сөз.

1. SD картасын шығарып, оны Raspberry Pi -ге салыңыз және оны қосыңыз.
2. Raspberry Pi TP-Link-ке қосылғанын тексеру үшін желіге қосылған барлық құрылғыларды көрсететін кез келген бағдарламаны қолдануға болады.
3. Әрқашан жазатын кодтардағы IP мекенжайларын өзгертудің қажеті болмайтындай, TP-Link қосылған құрылғыларға бекітілген IP мекенжайларын орнату қажет. Сіз мұны tplinkwifi.net ашу арқылы жасай аласыз (әрине TP-Link-ке қосылған кезде). Пайдаланушы атын: әкімшіні және құпия сөзді: әкімшіні енгізіңіз. Экранның сол жағындағы мәзірдегі «DHCP» тармағына өтіңіз, содан кейін ашылмалы мәзірден «Мекенжайды резервтеу» таңдаңыз. IP мекенжайын тағайындағыңыз келетін құрылғылардың MAC мекенжайларын қосыңыз. Мұнда жердегі станцияға (ноутбук) IP мекенжайы 192.168.0.110 және Raspberry Pi 192.168.0.111 тағайындалды.
4. Енді келесі сілтемеден MAVProxy жүктеуіміз керек.
5. Енді осы қадамның жоғарғы жағындағы екінші суретке ұқсайтын.bat файлын жасаңыз және сіздің ноутбукте mavproxy.exe сақталатын файл жолын пайдаланғаныңызға көз жеткізіңіз. Сіз бұл файлды дронға қосқыңыз келген сайын іске қосуыңыз керек (оны екі рет басу арқылы).
6. Raspberry Pi -ді MAVProxy -мен байланыстыру үшін файлды Pi -де өңдеу қажет.
7. Navio2 автопилотын орналастыратын Raspberry Pi Linux терминалына sudo nano/etc/default/arducopter теріңіз.
8. Ашылатын файлдың жоғарғы жолында TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550” болуы керек. Бұл сіздің компьютеріңіздің IP мекенжайын көрсететін етіп өзгертілуі керек.
9. Mission Planner бағдарламасын орнатыңыз және бірінші рет орнату бөліміне өтіңіз.

4 -қадам: Бірінші рет орнату

ҰШҚ -ға қосылу үшін мына процедураны орындаңыз:

1. MAVProxy.bat файлын және Mission Planner бағдарламасын іске қосыңыз.
2. Батареяны ұшқышсыз ұшқышқа қосыңыз және шамамен 30-60 секунд күтіңіз. Бұл сымсыз желіге қосылуға уақыт береді.
3. Mission Planner бағдарламасының жоғарғы оң жақ бұрышындағы қосылу түймесін басыңыз. Пайда болған бірінші диалогтық терезеде 127.0.0.1 деп теріп, ОК түймесін басыңыз. Келесі жолаққа 14551 порт нөмірін теріп, ОК түймесін басыңыз. Бірнеше секундтан кейін Mission Planner сіздің MAV -ға қосылып, телеметриялық деректерді сол жақ панельде көрсете бастайды.

ҰҚА -ны бірінші рет орнатқанда, аппараттық құралдардың кейбір компоненттерін конфигурациялау және калибрлеу қажет. ArduCopter құжаттарында кадрдың түрін, компасты калибрлеуді, радиобақылауды калибрлеуді, акселерометрді калибрлеуді, rc таратқыш режимін баптауды, ESC калибрлеуін және қозғалтқыш диапазонын конфигурациялауға толық нұсқаулық бар.

Сіздің Raspberry Pi -ді дронға қалай орнатқаныңызға байланысты, миссия жоспарлаушыдағы тақтаның бағытын өзгерту қажет болуы мүмкін. Мұны Mission Planner бағдарламасындағы Config/Tuning қойындысы астындағы кеңейтілген параметрлер тізіміндегі Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) параметрін реттеу арқылы жасауға болады.

5 -қадам: Бірінші рейс

Аппараттық құралдар мен бағдарламалық қамтамасыз ету дайын болған кезде, бірінші ұшуға дайындық уақыты келді. Автономды ұшуды бастамас бұрын, әуе кемесінің басқарылуын сезіну және туындауы мүмкін мәселелерді шешу үшін ПҚА таратқыштың көмегімен қолмен ұшу ұсынылады.

ArduCopter құжаттамасында сіздің бірінші рейсіңіз туралы өте егжей -тегжейлі және ақпараттық бөлім бар. Ол ArduCopter -мен бірге келетін әр түрлі ұшу режимдерін және олардың әрқайсысының не істейтінін талқылайды. Бірінші ұшу үшін тұрақтандыру режимі - бұл ең қолайлы ұшу режимі.

ArduCopter көптеген қауіпсіздік мүмкіндіктеріне ие. Бұл ерекшеліктердің бірі-кез келген ақаулар анықталған жағдайда әуе кемесінің қарулануына жол бермейтін алдын ала қару қауіпсіздігі тексерулері. Бұл тексерулердің көпшілігі ұшақтың апатқа ұшырау немесе жоғалу ықтималдығын азайтуда маңызды, бірақ қажет болған жағдайда олар өшірілуі мүмкін.

Қозғалтқыштарды қаруландыру - бұл автопилоттың айналуына мүмкіндік беретін қозғалтқыштарға қуат қолдануы. Қозғалтқышты қаруландырмас бұрын, ұшақтың адамдардан немесе кедергілерден алыс немесе ашық ұшатын алаңда болуы керек. Бұрандалардың жанында ештеңе болмауы маңызды, әсіресе дене мүшелері мен олар зақымдайтын басқа заттар. Барлығы түсінікті болғаннан кейін және ұшқыш қауіпсіз іске қосылатынына қанағаттанған соң, қозғалтқыштарды қаруландыруға болады. Бұл бетте әуе кемесін қалай қаруландыру керектігі туралы толық нұсқаулар берілген. Бұл нұсқаулық пен Navio2 арасындағы жалғыз айырмашылық қаруланудың 7 -қадамында және қарусызданудың 2 -қадамында жатыр. Navio2 -ді қаруландыру үшін екі таяқшаны да төмен және ортасында бірнеше секунд ұстап тұру керек (суретті қараңыз). Қарусыздандыру үшін екі таяқшаны да бірнеше секундқа төменге және бүйірге ұстап тұру керек (суретті қараңыз).

Бірінші рейсті орындау үшін мына нұсқаулықты орындаңыз.

Бірінші ұшудан кейін кейбір өзгерістер енгізу қажет болуы мүмкін. Аппараттық құрал толық жұмыс істеп, дұрыс орнатылған жағдайда, бұл өзгерістер ең алдымен PID -тюнинг түрінде болады. Бұл нұсқаулықта квадрокоптерді баптауға арналған бірнеше пайдалы кеңестер бар, бірақ біздің жағдайда, ұшақтың тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін Р кірісті аздап төмендету жеткілікті болды. Ұшақ ұшуға жарамды болғаннан кейін ArduCopter автоматты реттеу функциясын қолдануға болады. Бұл PID -ті автоматты түрде күйге келтіріп, ең жылдам жауап беру үшін реттейді. ArduCopter құжаттамасы автоматты баптауды орындау туралы толық нұсқаулықты ұсынады.

Егер сіз осы қадамдардың кез келгенінде қиындықтарға тап болсаңыз, ақаулықтарды жою бойынша нұсқаулық көмектесе алады.

6 -қадам: Автономды ұшу

Миссияны жоспарлаушы

Енді сіздің коптер реттелген және қолмен басқарылатын жағдайда жақсы ұшатын болса, автономды ұшуды зерттеуге болады.

Автономды рейске шығудың ең оңай жолы - Mission Planner -ді пайдалану, өйткені онда сіздің ұшағыңызбен жасауға болатын көптеген заттар бар. Mission Planner -дегі автономды ұшу екі негізгі категорияға бөлінеді; алдын ала жоспарланған миссиялар (автоматты режим) және тірі миссиялар (басқарылатын режим). Ұшуды жоспарлаушы экраны ұшуды жоспарлауда баруға болатын нүктелерден және суретке түсіру сияқты әрекеттерден тұратын ұшуды жоспарлау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бағыт нүктелерін қолмен таңдауға болады немесе автокөлік нүктесінің құралы аймақты зерттеу үшін миссияларды құру үшін пайдаланылуы мүмкін. Миссия жоспарланып, ұшқышсыз басқарылатын ұшаққа жіберілгеннен кейін, ұшу автоматты түрде алдын ала жоспарланған миссияны орындайтындай етіп автоматты ұшу режимін қолдануға болады. Міне миссияларды жоспарлау туралы пайдалы нұсқаулық.

Бағытталған режим - бұл белгілі бір әрекеттерді орындауға БЛА -ны интерактивті түрде басқару әдісі. Бұл Mission Planner ішіндегі әрекеттер қойындысын пайдалану арқылы немесе картаны тінтуірдің оң жақ түймесімен басу арқылы жүзеге асады. Ұшқышсыз басқару картасына қалаған жерде картаны тінтуірдің оң жақ түймесімен басу және осы жерге ұшу опциясын таңдау арқылы ұшу, ұшыруға оралу және таңдалған жерге ұшу сияқты көптеген әрекеттерді орындауға бұйрық беруге болады.

Сәтсіз ұшулар автономды ұшу кезінде маңызды нәрсе болып табылады, егер бірдеңе дұрыс болмаса, әуе кемесі зақымдалмайды және адамдар жараланбайды. Mission Planner-де Geo-Fence кіріктірілген функциясы бар, ол ұшқышсыз ұшу аппараттарының қайда ұшуға болатынын шектеуге және оның тым алысқа немесе тым жоғарыға кетуіне жол бермеуге мүмкіндік береді. Ұшқышсыз ұшу аппараттарын басқа резерв ретінде алғашқы бірнеше рейске қосуды қарастырған жөн болар. Ақырында, сіздің радиотрансляторды қосу және дронға қосу маңызды, сондықтан қажет болған жағдайда автономды ұшу режимінен тұрақтандыруға немесе ұстап тұруға сияқты қолмен ұшу режиміне ауысуға болады, осылайша ұшқышсыз басқаруға болады. қону.

MATLAB

MATLAB көмегімен автономды басқару әлдеқайда қарапайым және бағдарламалау бойынша алдын ала білімді қажет етеді.

MATLAB сценарийлері real_search_polygon және real_search пайдаланушы анықтайтын көпбұрышты іздеу үшін алдын ала жоспарланған тапсырмаларды құруға мүмкіндік береді. Real_search_polygon сценарийі пайдаланушы анықтайтын көпбұрыш бойынша жолды жоспарлайды, ал real_search сценарийі көпбұрышты қамтитын ең аз төртбұрыш бойынша жолды жоспарлайды. Мұны істеу үшін келесі қадамдар қажет:

1. Mission Planner бағдарламасын ашып, ұшу жоспары терезесіне өтіңіз.
2. Көпбұрыш құралының көмегімен іздеудің қажетті аймағына полигон салыңыз.
3. Көпбұрышты MATLAB сценарийі бар қалтада «search_area.poly» ретінде сақтаңыз.
4. MATLAB өтіңіз және real_search_polygon немесе real_search іске қосыңыз. Қажетті жолдың енін таңдағаныңызға және 7 -жолдағы file_path жұмыс істейтін каталогқа өзгертіңіз.
5. Сценарий іске қосылғаннан кейін және сіз жасаған жолға риза болсаңыз, Mission Planner -ге оралыңыз.
6. Оң жақтағы WP файлын жүктеу түймесін басыңыз және сіз жасаған «search_waypoints.txt» жол нүктесі файлын таңдаңыз.
7. Дронға бағыттау нүктелерін жіберу үшін оң жақтағы WPs жазуды басыңыз.
8. Дронды қаруландырыңыз және қолмен немесе картаны тінтуірдің оң жақ түймесімен басып, ұшуды таңдаңыз.
9. Рұқсат етілген биіктікте режимді автоматты режимге ауыстырыңыз, сонда дрон миссияны бастайды.
10. Миссия аяқталғаннан кейін, дронды ұшыру орнына қайтару үшін әрекеттер қойындысындағы RTL түймесін басыңыз.

Бұл қадамның басындағы бейне - бұл ұшу аппараттарының миссиясын жоспарлаудағы модельдеу.

7 -қадам: көзқарас

Ұшқышсыз ұшудың миссиясы - таулардың немесе шөлдердің үстінен ұшып өтіп, адамдарды немесе біркелкі емес заттарды байқау, содан кейін бұл адамға көмек қажет екенін білу үшін өңдеу. Бұл өте қымбат инфрақызыл камераның көмегімен жасалуы мүмкін. Алайда, инфрақызыл камералардың қымбат болуына байланысты, оның орнына инфрақызыл анықтау әдеттегі Pi камерасының көмегімен барлық жасыл емес заттарды анықтау арқылы ұқсастыққа ие болады.

1. ssh Raspberry Pi ішіне енгізіңіз
2. Ең алдымен, Raspberry Pi -ге OpenCV орнату керек. Pyimagesearch ұсынған келесі нұсқаулық Интернетте қол жетімді ең жақсы нұсқаулықтардың бірі болып табылады.
3. Келесі сілтеме арқылы GitHub -тан Raspberry Pi -ге кодты жүктеңіз. Кодты Raspberry Pi -ге жүктеу үшін сіз файлды компьютерге жүктей аласыз, содан кейін оны Raspberry Pi -ге жібере аласыз.
4. Кодты іске қосу үшін Raspberry Pi -де код жазылатын каталогқа өтіңіз, содан кейін пәрменді іске қосыңыз:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

ЖАЛПЫ ПАЙДАЛАНУ Таңқурай пи қайта қосылған сайын келесі пәрмендерді орындау қажет:

sudo ssh [email protected] -X

көзі ~/.профиль

workon cv

Содан кейін жоғарыдағы 4 -қадамды жалғастырыңыз.

Маңызды ескерту: барлық терминалдар бейнелерді көрсете алмайды. Mac жүйесінде XQuartz терминалын қолданыңыз.