Автономен дрон: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В този проект ще научите процеса на изграждане и конфигуриране на дрон, преди да преминете към изследване на автономен полет с помощта на Mission Planner и MATLAB.

Моля, обърнете внимание, че тази инструкция е предназначена само като ориентир. Използването на дронове може да бъде много опасно сред хората и може да ви създаде сериозни проблеми със закона, ако се използва неправилно или на грешното място. Уверете се, че спазвате всички закони и разпоредби около използването на дронове. Освен това кодовете, предоставени в GitHub, не са напълно тествани, така че се уверете, че имате други защитни механизми, за да избегнете загуба или повреда на вашия дрон.

Стъпка 1: Списък на частите

За този проект ще ви трябват няколко части. Преди да продължите с останалата част от този проект, не забравяйте да закупите следните компоненти и да изтеглите файловете за 3D печат и лазерно изрязване на персонализираните части.

Закупени части

Рамка: DJI F450 Flame Wheel

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Двигатели x4: Emax 2205s 2300kv

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

Витла x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

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

ESC x4: Little Bee 20A 2-4S

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

Контролер на полета: Navio 2 (с GPS/GNSS антена и захранващ модул)

Малина Pi 3B

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

Предавател: FRSKY TARANIS X9D+

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

Приемник: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

Батерии: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo батерия

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

Зарядно устройство за батерии: Turnigy Accucell-6 50W 6A Балансиращ/Зарядно устройство

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

Захранване за зарядно устройство: RS 12V DC захранване

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

Чанти за батерии: Хоби Кинг литиево -полимерен пакет за зареждане

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

Съединители за банани

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

WiFi рутер: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD карта: SanDisk 32GB

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

Стойки/дистанционни елементи: Найлонова нишка M2.5

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

Лаптоп

Кабелни връзки

Каишка с велкро

Термосвиване

3D отпечатани части

Калъф Raspberry Pi / Navio 2 (отгоре и отдолу)

Калъф за батерията (кутия и капак)

Лазерно изрязани части

Електронни слоеве x2

Стъпка 2: Хардуер

Фаза на хардуера и изграждането:

1. Сглобете рамката на квадротора F450 и отпечатания корпус на батерията в средата (уверете се, че сте добавили разделителите M2.5*5 мм)
2. Прикрепете двигателите към рамката.
3. Запоявайте конекторите за банани към ESC и кабелите на двигателя.
4. Запоявайте ESC и захранващия модул към PDB. Забележка: Уверете се, че не използвате 5V изхода на PDB (няма да осигури достатъчно мощност).
5. Добавете първия слой за лазерно рязане към горната част на рамката F450, като използвате дистанционни елементи M2.5*10 mm за мъже и жени; и прикрепете PDB и захранващия модул към този слой. Забележка: поставете компонентите така, че проводниците да са достатъчно дълги до всички двигатели.
6. Свържете ESC към двигателите и използвайте ципове, за да фиксирате проводниците към рамката.
7. Прикрепете Navio2 към Raspberry Pi и го поставете в отпечатаната обвивка.
8. Добавете втория лазерно изрязан слой върху първия слой и прикрепете корпуса на Raspberry-Navio с помощта на двустранни лепкави подложки.
9. GPS може да бъде залепен отгоре на корпуса, но тук той е поставен върху друг трети слой, който върви върху корпуса на Raspberry-Navio, както е показано на снимките, но това зависи изцяло от човека, който го изгражда. След това просто свържете GPS към Navio.
10. Фиксирайте приемника отгоре на втория слой, като използвате двустранни лепкави подложки. Свържете ESC и кабелите на приемника към щифтовете Navio. Приемникът заема първата колона от щифтове и след това двигателите заемат следващите четири колони. Забележка: Предната част на дрона се определя от това кой двигател е прикрепен първи. Която и посока отпред да изберете, уверете се, че двигателите са свързани на снимката в началото на тази стъпка.
11. Добавете витла. Препоръчително е да оставите витлата до самия край, т.е. след като приключите със софтуерната секция, и винаги внимавайте да вземете предпазни мерки, когато перките са включени, в случай че нещата се объркат.

Стъпка 3: Софтуер

Фаза на софтуера: (Справочни документи за Navio2)

1. Вземете най -новото изображение на Emlid Raspbian от Navio2 docs.
2. Изтеглете, извлечете и стартирайте Etcher с администраторски права.
3. Изберете архивния файл с буквата на изображението и SD картата.
4. Щракнете върху „Flash!“. Процесът може да отнеме няколко минути. (Примерен видеоклип)
5. Сега, за да конфигурираме WiFi достъпа, трябва да редактираме файла wpa_supplicant.conf, разположен на SD картата. Редактирайте го, за да изглежда като първата снимка в горната част на тази стъпка. Забележка: ssid е името на TP-Link, както се показва на вашия компютър. Най-добрият начин да намерите точния ssid за вашия TP-Link е да свържете вашия лаптоп към TP-Link и след това да изпълните командата по-долу в терминален прозорец:

За прозорци: netsh wlan show профили

За mac: по подразбиране прочетете /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk е паролата, дадена на картата, която се доставя с TP-Link.

1. Извадете SD картата и я поставете в Raspberry Pi и я включете.
2. За да проверите дали Raspberry Pi е свързан към TP-Link, можете да използвате някое от наличните приложения, които показват всички устройства, свързани към вашата мрежа.
3. Необходимо е да настроите фиксирани IP адреси към устройства, свързани към вашия TP-Link, така че да не се налага да променяте IP адресите на кодовете, които пишете всеки път. Можете просто да направите това, като отворите tplinkwifi.net (докато сте свързани с TP-Link разбира се). Въведете потребителско име: admin и парола: admin. Отидете на „DHCP“в менюто вляво на екрана, след което изберете „Резервация на адрес“от падащото меню. Добавете MAC адресите на устройствата, за които искате да присвоите IP адресите. Тук наземната станция (лаптоп) е получила IP адрес 192.168.0.110 и Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Сега трябва да изтеглим MAVProxy от следната връзка.
5. Сега създайте.bat файл, който изглежда като втората картина в горната част на тази стъпка, и се уверете, че използвате пътя на файла, където вашият mavproxy.exe е записан на вашия лаптоп. Ще трябва да стартирате този файл (като щракнете двукратно върху него) всеки път, когато искате да се свържете с вашия дрон.
6. За да накара Raspberry Pi да комуникира с MAVProxy, файлът трябва да бъде редактиран на Pi.
7. Въведете sudo nano/etc/default/arducopter в терминала на Linux на Raspberry Pi, хостващ автопилота Navio2.
8. Горният ред на файла, който се отваря, трябва да чете TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Това трябва да се промени, така че да сочи IP адреса на вашия компютър.
9. Инсталирайте Mission Planner и преминете към раздела Първа настройка.

Стъпка 4: Първа настройка

За да се свържете с вашия БЛА, следвайте тази процедура:

1. Стартирайте както вашия MAVProxy.bat файл, така и Mission Planner.
2. Свържете батерията към вашия БЛА и изчакайте приблизително 30-60 секунди. Това ще му даде време да се свърже с безжичната мрежа.
3. Щракнете върху бутона за свързване в горния десен ъгъл на Mission Planner. В първия диалогов прозорец, който се показва, въведете 127.0.0.1 и щракнете върху OK. В следващото поле въведете номера на порта 14551 и щракнете върху OK. След няколко секунди Planner Planner трябва да се свърже с вашия MAV и да започне да показва телеметрични данни в левия панел.

Когато настройвате вашия БЛА за първи път, е необходимо да конфигурирате и калибрирате определени хардуерни компоненти. Документите на ArduCopter имат подробно ръководство за това как да конфигурирате типа рамка, калибрирането на компаса, калибрирането на радиоуправлението, калибрирането на акселерометъра, настройката на режима на дистанционно управление, ESC калибрирането и конфигурацията на обхвата на двигателя.

В зависимост от това как сте монтирали Raspberry Pi на дрона, може да се наложи да промените ориентацията на борда в планиращия мисии. Това може да стане чрез регулиране на параметъра Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) в списъка с разширени параметри в раздела Config/Tuning в Mission Planner.

Стъпка 5: Първи полет

След като хардуерът и софтуерът са готови, е време да се подготвите за първия полет. Препоръчително е, преди да опитате автономен полет, безпилотният летателен апарат да бъде управляван ръчно с помощта на предавателя, за да се усети как се управлява самолетът и да се отстранят евентуалните проблеми.

Документацията на ArduCopter има много подробен и информативен раздел за първия ви полет. Той обсъжда различните режими на полет, които се предлагат с ArduCopter и какво прави всеки от тези режими. За първия полет режимът на стабилизиране е най -подходящият за използване режим на полет.

ArduCopter има много вградени функции за безопасност. Една от тези функции са проверките за безопасност на предварителен оръжие, които предотвратяват въоръжаването на самолета, ако бъдат открити някакви проблеми. Повечето от тези проверки са важни, за да се намали вероятността от катастрофа или загуба на самолета, но те могат да бъдат деактивирани, ако е необходимо.

Включването на двигателите е, когато автопилотът прилага мощност към двигателите, за да им позволи да се въртят. Преди да активирате двигателите е важно въздухоплавателното средство да е на ясно открито място, далеч от хора или препятствия или на безопасна летяща арена. Също така е много важно да няма близо до витлата, особено части от тялото и други неща, които ще бъдат повредени от тях. След като всичко е ясно и пилотът е удовлетворен, че е безопасно да стартира, двигателите могат да бъдат включени. Тази страница дава подробен набор от инструкции за това как да въоръжите самолета. Единствените разлики между това ръководство и Navio2 се крият в стъпка 7 на активиране и стъпка 2 на дезактивиране. За да активирате Navio2, и двете пръчки трябва да бъдат държани надолу и в центъра за няколко секунди (вижте снимката). За да се дезактивира, и двете пръчки трябва да се държат надолу и отстрани за няколко секунди (вижте снимката).

За да извършите първия си полет, следвайте това ръководство.

След първия полет може да се наложи да направите някои промени. Докато хардуерът функционира напълно и е настроен правилно, тези промени ще бъдат предимно под формата на PID настройка. Това ръководство има някои полезни съвети за настройка на квадрокоптера, но в нашия случай просто леко намаляване на усилването на Р беше достатъчно, за да направи самолета стабилен. След като самолетът може да се управлява, е възможно да се използва функцията за автоматично настройване на ArduCopter. Това автоматично настройва PID, за да осигури най -бързия отговор, като същевременно остава стабилен. Документацията на ArduCopter предоставя подробно ръководство за това как да извършите автоматична настройка.

Ако срещнете проблеми в някоя от тези стъпки, ръководството за отстраняване на неизправности може да ви помогне.

Стъпка 6: Автономен полет

Планиране на мисии

Сега, когато вашият хеликоптер е настроен и може да лети добре под ръчно управление, може да се изследва автономен полет.

Най -лесният начин да влезете в автономен полет е да използвате Mission Planner, тъй като той съдържа голям набор от неща, които можете да правите с вашия самолет. Автономният полет в Mission Planner се разделя на две основни категории; предварително планирани мисии (автоматичен режим) и мисии на живо (ръководен режим). Екранът за планиране на полети в планиращия мисии може да се използва за планиране на полет, състоящ се от точки за посещение и действия за изпълнение, като например правене на снимки. Пътните точки могат да бъдат избрани ръчно, или инструментът за автоматична пътна точка може да се използва за генериране на мисии за изследване на област. След като мисията е планирана и изпратена до дрона, може да се използва режимът на автоматичен полет, така че самолетът самостоятелно да следва предварително планираната мисия. Ето едно удобно ръководство за планиране на мисии.

Режимът с водач е начин за интерактивно командване на БЛА да извърши определени неща. Това става с помощта на раздела „Действия“в Mission Planner или с десен бутон върху картата. Безпилотният летателен апарат може да бъде командван да прави много неща, като излитане, връщане към изстрелване и полет до избрано място, като щракнете с десния бутон върху картата на желаното място и изберете Fly To Here.

Аварийните предпазни мерки са важно нещо, което трябва да се вземе предвид по време на автономен полет, за да се гарантира, че ако нещата се объркат, самолетът не е повреден и хората не са ранени. Mission Planner има вградена функция Geo-Fence, която може да се използва, за да се ограничи мястото, където безпилотният летателен апарат може да лети, и да го спре да отива твърде далеч или твърде високо. Може да си струва да обмислите свързването на БЛА към земята за първите няколко полета като друг резервен вариант. И накрая, важно е вашият радиопредавател да е включен и свързан с дрона, така че при необходимост да можете да изключите от автономния режим на полет в ръчен режим на полет, като например стабилизиране или задържане, за да може БПЛА да бъде безопасно управляван да кацне.

MATLAB

Автономното управление с помощта на MATLAB е далеч по -лесно и изисква известни познания по програмиране.

Скриптовете MATLAB real_search_polygon и real_search ви позволяват да генерирате предварително планирани мисии за търсене на дефиниран от потребителя полигон. Скриптът real_search_polygon планира път през дефинирания от потребителя полигон, докато скриптът real_search планира път през минималния правоъгълник, обхващащ полигона. Стъпките за това са както следва:

1. Отворете Mission Planner и отидете в прозореца Flight Plan.
2. Начертайте многоъгълник над желаната област за търсене с помощта на инструмента за многоъгълник.
3. Запазете многоъгълника като „search_area.poly“в същата папка като скрипта MATLAB.
4. Отидете в MATLAB и стартирайте real_search_polygon или real_search. Уверете се, че сте избрали желаната ширина на пътя и променете file_path на ред 7 в правилната директория, в която работите.
5. След като скриптът е изпълнен и сте доволни от генерирания път, върнете се към Mission Planner.
6. Щракнете върху Зареждане на WP файл от дясната страна и изберете файла на пътната точка „search_waypoints.txt“, който току -що сте създали.
7. Щракнете върху Write WPs от дясната страна, за да изпратите точките към дрона.
8. Включете дрона и излетете ръчно или като щракнете с десния бутон върху картата и изберете излитане.
9. След като на разумна височина промените режима на автоматичен и дронът ще започне мисията.
10. След като мисията приключи, щракнете върху RTL в раздела действия, за да върнете дрона на мястото за изстрелване.

Видеото в началото на тази стъпка е симулация в Mission Planner на БЛА, търсещ област.

Стъпка 7: Визия

Мисията на дрона е да прелети над планини или пустиня и да забележи хора или неправилни предмети и след това да ги обработи, за да види дали този човек се нуждае от помощ. В идеалния случай това би било направено с помощта на скъпа инфрачервена камера. Въпреки това, поради високите разходи за инфрачервени камери, вместо това инфрачервеното откриване се прилича чрез откриване на всички обекти, които не са зелени, с помощта на нормална Pi камера.

1. ssh в Raspberry Pi
2. На първо място трябва да инсталираме OpenCV на Raspberry Pi. Следното ръководство, предоставено от pyimagesearch, е едно от най -добрите налични в интернет.
3. Изтеглете кода в Raspberry Pi от GitHub чрез следната връзка. За да изтеглите кода на Raspberry Pi, можете да изтеглите файла на компютъра си и след това да го прехвърлите на Raspberry Pi.
4. За да стартирате кода, отидете в директорията, където е кодът в Raspberry Pi и след това изпълнете командата:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

Непрекъсната употреба Всеки път, когато рестартирате малиновото пи, трябва да изпълните следните команди:

sudo ssh [email protected] -X

източник ~/.профил

Workon cv

След това продължете със стъпка 4 по -горе.

Важна забележка: НЕ всички терминали могат да показват видеоклипове. На mac използвайте терминала XQuartz.