Autonóm drón: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Ebben a projektben megismerheti a drón építésének és konfigurálásának folyamatát, mielőtt továbblépne az önálló repülés vizsgálatára a Mission Planner és a MATLAB segítségével.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy ez az útmutató csak tájékoztató jellegű. A drónok használata nagyon veszélyes lehet az emberek közelében, és komoly bajba sodorhatja a törvényeket, ha nem megfelelően vagy rossz helyen használják. Győződjön meg arról, hogy betartja a drónok használatát körülvevő törvényeket és előírásokat. Ezenkívül a GitHubon található kódokat nem tesztelték teljes mértékben, ezért győződjön meg arról, hogy van -e más hibamentes biztonság, hogy elkerülje a drón elvesztését vagy károsodását.

1. lépés: Alkatrészlista

Ehhez a projekthez több részre lesz szüksége. Mielőtt folytatná a projekt többi részét, győződjön meg róla, hogy megvásárolja a következő összetevőket, és töltse le a fájlokat 3D nyomtatásra, és lézerrel vágja le az egyedi alkatrészeket.

Vásárolt alkatrészek

Váz: DJI F450 Flame Wheel

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Motorok x4: Emax 2205s 2300kv

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

Propellerek 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-…

Repülésvezérlő: Navio 2 (GPS/GNSS antennával és tápegységgel)

Raspberry Pi 3B

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

Adó: FRSKY TARANIS X9D+

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

Vevő: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

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

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

Akkutöltő: Turnigy Accucell-6 50W 6A kiegyensúlyozó/töltő

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

Tápegység a töltőhöz: RS 12V DC tápegység

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

Akkutáskák: Hobby King lítium -polimer töltőcsomag

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

Banán csatlakozók

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

WiFi útválasztó: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD kártya: SanDisk 32 GB

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

Leállások/távtartók: Nylon M2.5 szál

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

Laptop

Kábelkötegelők

Tépőzáras pánt

Hőzsugorodás

3D nyomtatott alkatrészek

Raspberry Pi / Navio 2 tok (felül és lent)

Akkumulátor tok (doboz és fedél)

Lézervágott alkatrészek

Elektronikai rétegek x2

2. lépés: Hardver

Hardver és építési fázis:

1. Szerelje össze az F450 quadrotor keretet és a nyomtatott elemházat középen (ügyeljen arra, hogy az M2,5*5 mm -es távtartókat helyezze el)
2. Rögzítse a motorokat a kerethez.
3. Forrasztja a banáncsatlakozókat az ESC -khez és a motor vezetékeihez.
4. Forrasztja az ESC -ket és a tápegységet az EKT -ba. Megjegyzés: Ügyeljen arra, hogy ne használja a PDB 5 V -os kimenetét (ez nem biztosít elegendő energiát).
5. Helyezze az első lézerrel vágott réteget az F450 keret tetejére M2,5*10 mm-es férfi-női távtartókkal; és csatlakoztassa az PDB -t és a tápegységet ehhez a réteghez. Megjegyzés: ügyeljen arra, hogy az alkatrészeket úgy helyezze el, hogy a vezetékek elég hosszúak legyenek az összes motorhoz.
6. Csatlakoztassa az ESC -ket a motorokhoz, és cipzárral rögzítse a vezetékeket a kerethez.
7. Csatlakoztassa a Navio2 -t a Raspberry Pi -hez, és helyezze a nyomtatott burkolatba.
8. Tegye fel a második lézervágott réteget az első réteg tetejére, és rögzítse a Raspberry-Navio burkolatot kétoldalas ragadós betétek segítségével.
9. A GPS ragasztható a burkolat tetejére, azonban itt egy másik harmadik rétegre került, amely a Raspberry-Navio burkolat tetejére kerül, amint a képeken is látható, de ez teljesen az építő személyén múlik. Ezután egyszerűen csatlakoztassa a GPS -t a Navio készülékhez.
10. Rögzítse a vevőt a második réteg tetejére kétoldalas ragacsos párnákkal. Csatlakoztassa az ESC -ket és a vevő vezetékeket a Navio csapokhoz. A vevő a csapok első oszlopát foglalja el, majd a motorok a következő négy oszlopot. Megjegyzés: A drón elejét az határozza meg, hogy melyik motor csatlakozik először. Bármelyik elülső irányt is választja, győződjön meg arról, hogy a lépés elején a motorok csatlakoztatva vannak a képen.
11. Adjon hozzá propellereket. Javasoljuk, hogy hagyja a propellereket a legvégére, azaz a szoftver rész befejezése után, és mindig ügyeljen arra, hogy tegye meg a biztonsági óvintézkedéseket, amikor a propellerek be vannak kapcsolva, arra az esetre, ha baj történne.

3. lépés: Szoftver

Szoftver fázis: (Navio2 dokumentumok hivatkozása)

1. Szerezze be a legújabb Emlid Raspbian képet a Navio2 dokumentumokból.
2. Töltse le, bontsa ki és futtassa az Etchert rendszergazdai jogokkal.
3. Válassza ki az archív fájlt kép és sd kártya meghajtó betűjével.
4. Kattintson a „Flash!” Gombra. A folyamat eltarthat néhány percig. (Példa videó)
5. A WiFi hozzáférés konfigurálásához most szerkesztenünk kell az SD -kártyán található wpa_supplicant.conf fájlt. Szerkessze, hogy úgy nézzen ki, mint az első kép a lépés tetején. Megjegyzés: az ssid a TP-Link neve, ahogy a számítógépen megjelenik. A legjobb módja annak, hogy megtalálja a TP-Link pontos SSID-jét, ha csatlakoztatja laptopját a TP-Linkhez, majd futtatja az alábbi parancsot a terminál ablakában:

Windows esetén: netsh wlan show profile

Mac esetén: az alapértelmezett értékek: /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

A psk a TP-Linkhez mellékelt kártyán megadott jelszó.

1. Vegye ki az SD -kártyát, tegye a Raspberry Pi -be, és kapcsolja be.
2. Annak ellenőrzéséhez, hogy a Raspberry Pi csatlakozik-e a TP-Link-hez, használhatja bármelyik elérhető alkalmazást, amely megjeleníti a hálózathoz csatlakoztatott összes eszközt.
3. Rögzített IP-címeket kell beállítani a TP-Link-hez csatlakoztatott eszközökre, hogy ne kelljen minden alkalommal megváltoztatnia az IP-címeket a beírt kódokon. Ezt egyszerűen megteheti a tplinkwifi.net megnyitásával (természetesen, miközben csatlakozik a TP-Linkhez). Adja meg a felhasználónevet: admin és jelszót: admin. Lépjen a „DHCP” menübe a képernyő bal oldalán, majd válassza a „Címfoglalás” lehetőséget a legördülő menüből. Adja hozzá azoknak az eszközöknek a MAC -címét, amelyekhez hozzá szeretné rendelni az IP -címeket. Itt a földi állomás (laptop) 192.168.0.110 és a Raspberry Pi 192.168.0.111 IP címet kapott.
4. Most le kell töltenünk a MAVProxy -t az alábbi linkről.
5. Most hozzon létre egy.bat fájlt, amely úgy néz ki, mint a második kép a lépés tetején, és győződjön meg arról, hogy a fájl elérési útját használja, ahol a mavproxy.exe fájl mentve van a laptopon. Ezt a fájlt (dupla kattintással) futtatnia kell minden alkalommal, amikor csatlakozni szeretne a drónjához.
6. Ahhoz, hogy a Raspberry Pi kommunikálni tudjon a MAVProxy -val, egy fájlt szerkeszteni kell a Pi -n.

7. Írja be a sudo nano/etc/default/arducopter parancsot a Raspberry Pi Linux termináljába, amely a Navio2 autopilotot üzemelteti.

8. A megnyíló fájl felső sorában a következőt kell olvasni: TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Ezt módosítani kell, hogy a számítógép IP -címére mutasson.
9. Telepítse a Mission Planner programot, és lépjen az Első beállítási szakaszra.

4. lépés: Első beállítás

Az UAV -hoz való csatlakozáshoz kövesse az alábbi eljárást:

1. Futtassa a MAVProxy.bat fájlt és a Mission Planner programot.
2. Csatlakoztassa az akkumulátort az UAV-hoz, és várjon körülbelül 30-60 másodpercet. Ez időt ad arra, hogy csatlakozzon a vezeték nélküli hálózathoz.
3. Kattintson a Csatlakozás gombra a Mission Planner jobb felső sarkában. Az első megjelenő párbeszédpanelen írja be a 127.0.0.1 parancsot, majd kattintson az OK gombra. A következő mezőbe írja be az 14551 portszámot, majd kattintson az OK gombra. Néhány másodperc múlva a Mission Planner csatlakozik a MAV -hoz, és elkezdi megjeleníteni a telemetriai adatokat a bal oldali panelen.

Az UAV első beállításakor szükség van bizonyos hardverkomponensek konfigurálására és kalibrálására. Az ArduCopter dokumentumok részletes útmutatót tartalmaznak a keret típusának konfigurálásához, az iránytű kalibrálásához, a rádióvezérlés kalibrálásához, a gyorsulásmérő kalibrálásához, az rc távadó üzemmód beállításához, az ESC kalibráláshoz és a motor tartomány beállításához.

Attól függően, hogy hogyan szerelte fel a Raspberry Pi -t a drónra, szükség lehet a tábla tájolásának megváltoztatására a küldetéstervezőben. Ezt úgy teheti meg, hogy a Feladat -orientáció (AHRS_ORIENTATION) paramétert a Mission Planner Config/Tuning lapján található speciális paraméterek listájában állítja be.

5. lépés: Első repülés

Ha a hardver és a szoftver készen áll, ideje felkészülni az első repülésre. Javasoljuk, hogy az autonóm repülés kipróbálása előtt az UAV -t kézzel kell repülni az adó segítségével, hogy érzékelje a repülőgép kezelését és megoldja a felmerülő problémákat.

Az ArduCopter dokumentációja nagyon részletes és informatív részt tartalmaz az első járatról. Megvitatja az ArduCopterhez mellékelt különféle repülési módokat és az egyes módok tevékenységét. Az első repülésnél a stabilizációs mód a legmegfelelőbb repülési mód.

Az ArduCopter számos beépített biztonsági funkcióval rendelkezik. Az egyik ilyen funkció az élesítés előtti biztonsági ellenőrzés, amely megakadályozza a repülőgép élesítését, ha bármilyen problémát észlel. Ezen ellenőrzések többsége fontos a repülőgép lezuhanásának vagy elvesztésének valószínűségének csökkentésében, de szükség esetén le is tilthatók.

A motorok élesítése akkor történik, amikor az autopilóta áramot ad a motoroknak, hogy lehetővé tegyék azok forgását. A motorok élesítése előtt elengedhetetlen, hogy a repülőgép tiszta, nyílt területen legyen, távol az emberektől vagy akadályoktól, vagy biztonságos repülőterepen. Az is nagyon fontos, hogy semmi ne legyen a propellerek közelében, különösen a testrészek és egyéb dolgok, amelyek károsodhatnak. Miután minden világos és a pilóta elégedett azzal, hogy biztonságosan indítható, a motorok élesíthetők. Ez az oldal részletes utasításokat tartalmaz a repülőgép élesítésére. Az egyetlen különbség az útmutató és a Navio2 között az élesítés 7. és a hatástalanítás 2. lépésében van. A Navio2 élesítéséhez mindkét botot le kell nyomni és középen kell tartani néhány másodpercig (lásd a képet). A hatástalanításhoz mindkét botot néhány másodpercig lefelé és oldalra kell tartani (lásd a képet).

Az első járat végrehajtásához kövesse ezt az útmutatót.

Az első repülés után szükség lehet bizonyos változtatásokra. Amíg a hardver teljesen működik és helyesen van beállítva, ezek a változtatások elsősorban PID hangolás formájában történnek. Ez az útmutató néhány hasznos tippet tartalmaz a quadcopter hangolásához, esetünkben azonban a P erősítés enyhe csökkentése elegendő volt ahhoz, hogy a repülőgép stabil legyen. Ha a repülőgép repülhető, akkor használhatja az ArduCopter automatikus hangolási funkcióját. Ez automatikusan hangolja a PID -ket, hogy a leggyorsabb választ biztosítsa, miközben továbbra is stabil marad. Az ArduCopter dokumentációja részletes útmutatót nyújt az automatikus hangolás elvégzéséhez.

Ha ezen lépések bármelyikével problémákat tapasztal, a hibaelhárítási útmutató segíthet.

6. lépés: Autonóm repülés

Küldetéstervező

Most, hogy a helikopter behangolásra került, és jól tud repülni kézi vezérléssel, megvizsgálható az autonóm repülés.

Az önálló repüléshez a legegyszerűbb módja a Mission Planner használata, mivel a repülőgépével sokféle dolgot tartalmaz. A Mission Planner autonóm repülése két fő kategóriába sorolható; előre tervezett küldetések (automatikus mód) és élő küldetések (irányított mód). A repüléstervező képernyő a küldetéstervezőben használható a repülés megtervezésére, amely a meglátogatandó útpontokból és az elvégzendő műveletekből áll, például fényképek készítéséből. Az útpontok vagy manuálisan választhatók ki, vagy az automatikus úticél eszközzel küldetések generálhatók egy terület felmérésére. Miután a küldetést megtervezték és elküldték a drónhoz, az automatikus repülési mód használható, hogy a repülőgép önállóan kövesse az előre tervezett küldetést. Íme egy praktikus útmutató a küldetések tervezéséhez.

Az irányított mód az interaktív parancs arra, hogy az UAV -t bizonyos dolgokra tegye. Ezt a Mission Planner műveletek lapján vagy a térkép jobb gombbal történő kattintásával teheti meg. Az UAV-t számos dologra lehet utasítani, például felszállni, visszatérni az indításhoz és repülni egy kiválasztott helyre, ha a kívánt helyen jobb egérgombbal kattint a térképre, és kiválasztja a Repülni ide lehetőséget.

A hibamentes biztonság fontos szempont, amelyet figyelembe kell venni az autonóm repülés során annak biztosítása érdekében, hogy ha a dolgok rosszul mennek, a repülőgép ne sérüljön meg és az emberek ne sérüljenek meg. A Mission Planner beépített Geo-Fence funkcióval rendelkezik, amely korlátozhatja az UAV repülési helyét, és megakadályozhatja, hogy túl messzire vagy túl magasra menjen. Érdemes megfontolni az UAV földhöz kötését az első néhány repülés során, mint egy másik tartalékot. Végül fontos, hogy be legyen kapcsolva a rádióadója és csatlakozzon a drónhoz, hogy szükség esetén ki tudjon kapcsolni az autonóm repülési módból manuális repülési módba, például stabilizálásba vagy alt-hold tartásba, hogy az UAV biztonságosan vezérelhető legyen landolni.

MATLAB

Az autonóm vezérlés a MATLAB használatával sokkal kevésbé egyszerű, és előzetes programozási ismereteket igényel.

A real_search_polygon és a real_search MATLAB szkriptek lehetővé teszik előre tervezett küldetések létrehozását a felhasználó által meghatározott sokszög kereséséhez. A real_search_polygon szkript útvonalat tervez a felhasználó által meghatározott sokszög felett, míg a real_search szkript útvonalat tervez a sokszöget magában foglaló minimális téglalap felett. Ennek lépései a következők:

1. Nyissa meg a Küldetéstervezőt, és lépjen a Repülési terv ablakhoz.
2. Rajzoljon sokszöget a kívánt keresési területre a sokszög eszköz segítségével.
3. Mentse a sokszöget „search_area.poly” néven ugyanabban a mappában, mint a MATLAB szkript.
4. Lépjen a MATLAB -ba, és futtassa a real_search_polygon vagy a real_search parancsot. Ügyeljen arra, hogy válassza ki a kívánt útvonal szélességét, és módosítsa a file_path útvonalat a 7. sorban a megfelelő könyvtárba, ahol dolgozik.
5. Miután a szkript futtatásra került, és elégedett a létrehozott útvonallal, menjen vissza a Missziótervezőhöz.
6. Kattintson a WP fájl betöltése lehetőségre a jobb oldalon, és válassza ki az újonnan létrehozott „search_waypoints.txt” útvonalfájlt.
7. Kattintson a WP -k írása gombra a jobb oldalon, hogy elküldje az útpontokat a drónhoz.
8. Élesítse fel a drónt, és vegye fel manuálisan, vagy kattintson jobb gombbal a térképre, és válassza ki a felszállást.
9. Ha ésszerű magasságban van, változtassa meg az automatikus módot, és a drón elindítja a küldetést.
10. A küldetés befejezése után kattintson az RTL gombra a műveletek lapon, hogy visszahozza a drónt az indítóhelyre.

A lépés elején látható videó a területet kereső UAV Mission Planner szimulációja.

7. lépés: Látás

A drón küldetése az, hogy repüljön a hegyek vagy a vadon felett, és észleljen embereket vagy szabálytalan tárgyakat, majd dolgozza fel, hogy lássa, szükség van -e segítségre. Ideális esetben egy drága infravörös kamera használatával történne. Az infravörös kamerák magas költségei miatt azonban az infravörös érzékelés hasonlít az összes nem zöld tárgy észlelésére normál Pi kamerával.

1. ssh a Raspberry Pi -be
2. Először telepítenünk kell az OpenCV -t a Raspberry Pi -re. A pyimagesearch alábbi útmutatója az egyik legjobb az interneten.
3. Töltse le a kódot a Raspberry Pi -be a GitHub -ról ezen a linken keresztül. A kód letöltéséhez a Raspberry Pi -re letöltheti a fájlt a számítógépére, majd átviheti a Raspberry Pi -re.
4. A kód futtatásához lépjen a Raspberry Pi könyvtárába, ahol a kód be van kapcsolva, majd futtassa a parancsot:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

A Raspberry pi minden egyes újraindításakor a következő parancsokat kell futtatnia:

sudo ssh [email protected] -X

forrás ~/.profile

workon cv

Ezután folytassa a fenti 4. lépéssel.

Fontos megjegyzés: NEM minden terminál képes videók megjelenítésére. Mac rendszeren használja az XQuartz terminált.