Autonom Drone: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

I dette prosjektet lærer du prosessen med å bygge og konfigurere en drone, før du fortsetter med å undersøke autonom flyging ved hjelp av Mission Planner og MATLAB.

Vær oppmerksom på at denne instruksjonen kun er ment som veiledning. Å bruke droner kan være svært farlig rundt mennesker og kan få deg i alvorlige problemer med loven hvis den brukes feil eller på feil sted. Sørg for at du overholder alle lover og forskrifter rundt bruk av droner. Videre er kodene som er gitt på GitHub ikke fullstendig testet, så sørg for at du har andre feilsikringer på plass for å unngå å miste eller skade dronen din.

Trinn 1: Deleliste

For dette prosjektet trenger du flere deler. Før du fortsetter med resten av dette prosjektet, må du kjøpe følgende komponenter og laste ned filene til 3D -utskrift og laserskjære de tilpassede delene.

Kjøpte deler

Ramme: DJI F450 Flame Wheel

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Motorer x4: Emax 2205s 2300kv

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

Propeller 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-…

Flight Controller: Navio 2 (med GPS/GNSS antenne og strømmodul)

Raspberry Pi 3B

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

Sender: FRSKY TARANIS X9D+

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

Mottaker: FrSky XSR 2,4 Ghz ACCST

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

Batterier: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo batteripakke

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

Batterilader: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balanser/lader

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

Strømforsyning for lader: RS 12V DC strømforsyning

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

Batteriposer: Hobby King Lithium Polymer Charge Pack

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

Banankontakter

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

WiFi-ruter: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD -kort: SanDisk 32 GB

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

Avstand/distanser: Nylon M2.5 gjenge

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

Laptop

Kabelbindere

Borrelåsrem

Varmekrymping

3D -trykte deler

Raspberry Pi / Navio 2 -deksel (topp og bunn)

Batteriveske (eske og lokk)

Laserskårne deler

Elektronikklag x2

Trinn 2: Maskinvare

Maskinvare og byggefase:

1. Monter F450 quadrotor -rammen og det trykte batterihuset i midten (sørg for å legge til M2,5*5 mm avstandsstykker)
2. Fest motorene til rammen.
3. Lodd banankontaktene til ESC og motorledninger.
4. Lodd ESC -ene og strømmodulen til PDB. Merk: Sørg for ikke å bruke 5V -utgangen til PDB (den gir ikke nok strøm).
5. Legg det første laserskjærelaget til toppen av F450-rammen ved hjelp av avstandsstykker M2,5*10 mm mann-hunn; og fest PDB og strømmodul til dette laget. Merk: Sørg for å plassere komponentene slik at ledningene har lang nok rekkevidde til alle motorene.
6. Koble ESC -ene til motorene og bruk glidelåser for å feste ledningene til rammen.
7. Fest Navio2 til Raspberry Pi og legg den i det trykte huset.
8. Legg det andre laserskårne laget på toppen av det første laget og fest Raspberry-Navio-foringsrøret ved hjelp av dobbeltsidige klebrig pads.
9. GPS-en kan limes på toppen av foringsrøret, men her har den blitt plassert på et annet tredje lag som går på toppen av Raspberry-Navio-foringsrøret som vist på bildene, men det er helt opp til personen som bygger det. Deretter er det bare å koble GPS -en til Navio.
10. Fest mottakeren på toppen av det andre laget med tosidige klebrig pads. Koble ESC -er og mottakerledninger til Navio -pinnene. Mottakeren opptar den første kolonnen med pinner, og deretter okkuperer motorene de neste fire kolonnene. Merk: Fronten på dronen bestemmes av hvilken motor som er festet først. Uansett hvilken retning du velger, sørg for at motorene er koblet til bildet i begynnelsen av dette trinnet.
11. Legg til propeller. Det anbefales å la propellene være helt til slutt, dvs. etter at du har fullført programvaredelen, og alltid sørge for at du tar sikkerhetstiltak når propellene er på, bare hvis det skulle gå galt.

Trinn 3: Programvare

Programvarefase: (Referanse Navio2 -dokumenter)

1. Få det siste Emlid Raspbian -bildet fra Navio2 -dokumenter.
2. Last ned, hent ut og kjør Etcher med administratorrettigheter.
3. Velg arkivfilen med bilde- og SD -kortstasjonsbokstav.
4. Klikk "Flash!". Prosessen kan ta noen minutter. (Eksempel video)
5. For å konfigurere WiFi -tilgangen må vi redigere wpa_supplicant.conf -filen på SD -kortet. Rediger det slik at det ser ut som det første bildet øverst i dette trinnet. Merk: ssid er navnet på TP-Link slik det vises på datamaskinen. Den beste måten å finne den eksakte ssid for TP-Link er å koble den bærbare datamaskinen til TP-Link og deretter kjøre kommandoen nedenfor på et terminalvindu:

For vinduer: netsh wlan viser profiler

For mac: standardinnstillinger les /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk er passordet som er gitt på kortet som følger med TP-Link.

1. Løs ut SD -kortet og legg det i Raspberry Pi og slå det på.
2. For å sjekke om Raspberry Pi er koblet til TP-Link kan du bruke hvilken som helst av de tilgjengelige appene som viser alle enheter som er koblet til nettverket ditt.
3. Det er nødvendig å angi faste IP-adresser til enheter som er koblet til TP-Link, slik at du ikke trenger å endre IP-adressene på kodene du skriver hver gang. Du kan ganske enkelt gjøre det ved å åpne tplinkwifi.net (mens du selvsagt er koblet til TP-Link). Skriv inn brukernavn: admin og passord: admin. Gå til "DHCP" i menyen til venstre på skjermen, og velg deretter "Adressebestilling" fra rullegardinmenyen. Legg til MAC -adressene til enhetene du vil tilordne IP -adressene til. Her har bakkestasjonen (bærbar datamaskin) blitt tildelt en IP -adresse på 192.168.0.110 og Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Nå må vi laste ned MAVProxy fra følgende lenke.
5. Lag nå en.bat -fil som ser ut som det andre bildet øverst i dette trinnet, og sørg for at du bruker filbanen der mavproxy.exe er lagret på den bærbare datamaskinen. Du må kjøre denne filen (ved å dobbeltklikke på den) hver gang du vil koble til dronen din.
6. For å få Raspberry Pi til å kommunisere med MAVProxy må en fil redigeres på Pi.

7. Skriv sudo nano/etc/default/arducopter i Linux -terminalen på Raspberry Pi som er vert for Navio2 -autopiloten.

8. Den øverste linjen i filen som åpnes skal lese TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Dette må endres slik at det peker til IP -adressen til din PC.
9. Installer Mission Planner og gå til delen Første gangs oppsett.

Trinn 4: Første gangs oppsett

Følg denne fremgangsmåten for å koble til UAV:

1. Kjør både MAVProxy.bat -filen og Mission Planner.
2. Koble batteriet til UAV og vent omtrent 30-60 sekunder. Dette vil gi det tid til å koble seg til det trådløse nettverket.
3. Klikk på tilkoblingsknappen øverst til høyre i Mission Planner. Skriv 127.0.0.1 i den første dialogboksen som vises, og klikk OK. I den neste boksen skriver du inn portnummeret 14551 og klikker OK. Etter noen sekunder bør Mission Planner koble til MAV -en og begynne å vise telemetredata i panelet til venstre.

Når du konfigurerer UAV for første gang, er det nødvendig å konfigurere og kalibrere visse maskinvarekomponenter. ArduCopter -dokumentene har en grundig veiledning om hvordan du konfigurerer rammetypen, kompasskalibrering, radiokontrollkalibrering, akselerometerkalibrering, rc -sendermodusoppsett, ESC -kalibrering og konfigurasjon av motorområdet.

Avhengig av hvordan du har montert din Raspberry Pi på dronen, kan det være nødvendig å endre brettets orientering i oppdragsplanleggeren. Dette kan gjøres ved å justere parameteren Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) i listen avanserte parametere under kategorien Config/Tuning i Mission Planner.

Trinn 5: Første flytur

Når maskinvaren og programvaren er klar, er det på tide å forberede den første flyreisen. Det anbefales at før du prøver autonom flyging, skal UAV flys manuelt ved hjelp av senderen for å få en følelse av håndteringen av flyet og for å fikse eventuelle problemer.

ArduCopter -dokumentasjonen har en veldig detaljert og informativ del om din første flytur. Den diskuterer de forskjellige flymodusene som følger med ArduCopter og hva hver av disse modusene gjør. For den første flyvningen er stabiliseringsmodus den mest passende flymodusen å bruke.

ArduCopter har mange innebygde sikkerhetsfunksjoner. En av disse funksjonene er sikkerhetskontrollene før arm som forhindrer flyet i å bevæpne hvis det oppdages problemer. De fleste av disse kontrollene er viktige for å redusere sjansen for et krasj eller tap av flyet, men de kan bli deaktivert om nødvendig.

Tilkobling av motorene er når autopiloten bruker strøm til motorene for å la dem spinne. Før du aktiverer motorene er det avgjørende at flyet er i et åpent område, godt borte fra mennesker eller hindringer eller i en sikker flygende arena. Det er også veldig viktig at ingenting er i nærheten av propellene, spesielt kroppsdeler og andre ting som vil bli skadet av dem. Når alt er klart og piloten er fornøyd med at det er trygt å starte, kan motorene være tilkoblet. Denne siden gir et detaljert sett med instruksjoner om hvordan du skal bevæpne flyet. De eneste forskjellene mellom den guiden og Navio2 ligger i trinn 7 i tilkobling og trinn 2 i frakobling. For å aktivere Navio2 må begge pinnene holdes nede og i midten i noen sekunder (se bildet). For å frakoble, må begge pinnene holdes nede og til sidene i noen sekunder (se bildet).

For å gjennomføre din første flytur, følg denne guiden.

Etter den første flyturen kan det være nødvendig å gjøre noen endringer. Så lenge maskinvaren fungerer fullt ut og er konfigurert riktig, vil disse endringene primært være i form av PID -tuning. Denne guiden har noen nyttige tips for å justere quadcopter, men i vårt tilfelle var det bare å redusere P -forsterkningen litt for å gjøre flyet stabilt. Når flyet er flybart er det mulig å bruke ArduCopter autotune -funksjonen. Dette stiller automatisk inn PID -ene for å gi den raskeste responsen mens den fortsatt er stabil. ArduCopter -dokumentasjonen gir en detaljert veiledning for hvordan du utfører autotuning.

Hvis du støter på problemer i noen av disse trinnene, kan det hende at feilsøkingsguiden kan hjelpe.

Trinn 6: Autonom flytur

Misjonsplanlegger

Nå som copteren din er innstilt og kan fly godt under manuell kontroll, kan autonom flytur undersøkes.

Den enkleste måten å komme inn på autonom fly er å bruke Mission Planner, ettersom den inneholder en rekke ting du kan gjøre med flyet ditt. Autonom flytur i Mission Planner faller inn i to hovedkategorier; forhåndsplanlagte oppdrag (automatisk modus) og liveoppdrag (guidet modus). Flyplanlegger -skjermen i misjonsplanleggeren kan brukes til å planlegge en flytur som består av veipunkter å besøke og handlinger som skal utføres, for eksempel å ta bilder. Veipunkter kan enten velges manuelt, eller det automatiske veipunktverktøyet kan brukes til å generere oppdrag for å kartlegge et område. Når et oppdrag er planlagt og sendt til dronen, kan Auto-flymodus brukes slik at flyet autonomt vil følge det forhåndsplanlagte oppdraget. Her er en praktisk guide om planlegging av oppdrag.

Guidet modus er en måte å interaktivt beordre UAV på å gjøre visse ting. Dette gjøres ved å bruke fanen Handlinger i Mission Planner eller ved å høyreklikke på kartet. UAV kan få kommandoen til å gjøre mange ting som start, retur til lansering og fly til et valgt sted ved å høyreklikke på kartet på ønsket sted og velge Fly til her.

Sikkerhetssikkerhet er en viktig ting å vurdere under autonom flytur for å sikre at hvis ting går galt, blir flyet ikke skadet og folk ikke blir skadet. Mission Planner har en innebygd Geo-Fence-funksjon som kan brukes til å begrense hvor UAV kan fly og stoppe den fra å gå for langt unna eller for høyt. Det kan være verdt å vurdere å koble UAV -en til bakken for de første flyvningene som en annen backup. Til slutt er det viktig at du har radiosenderen på og koblet til dronen, slik at du om nødvendig kan bytte ut fra den autonome flymodusen til en manuell flymodus, for eksempel stabilisering eller alt-hold, slik at UAV kan piloteres trygt å lande.

MATLAB

Autonom kontroll ved bruk av MATLAB er langt mindre enkel og krever litt forhåndskunnskap om programmering.

MATLAB-skriptene real_search_polygon og real_search lar deg generere forhåndsplanlagte oppdrag for å søke i en brukerdefinert polygon. Skriptet real_search_polygon planlegger en bane over den brukerdefinerte polygonen, mens scriptet real_search planlegger en bane over det minste rektangelet som omfatter polygonen. Trinnene for å gjøre dette er som følger:

1. Åpne misjonsplanleggeren og gå til vinduet Flyplan.
2. Tegn en polygon over ønsket søkeområde ved hjelp av polygonverktøyet.
3. Lagre polygonen som ‘search_area.poly’ i samme mappe som MATLAB -skriptet.
4. Gå til MATLAB og kjør enten real_search_polygon eller real_search. Sørg for å velge ønsket banen bredde og endre file_path på linje 7 til riktig katalog der du jobber.
5. Når skriptet har kjørt og du er fornøyd med banen som er generert, går du tilbake til Mission Planner.
6. Klikk på Last WP -fil på høyre side og velg veipunktfilen ‘search_waypoints.txt’ du nettopp har opprettet.
7. Klikk på Skriv WPs på høyre side for å sende veipunktene til dronen.
8. Arm dronen og ta av manuelt eller ved å høyreklikke på kartet og velge start.
9. Når du er i en rimelig høyde, bytt modus til auto, og dronen starter oppdraget.
10. Etter at oppdraget er over, klikker du på RTL i handlingsfanen for å bringe dronen tilbake til lanseringsstedet.

Videoen i begynnelsen av dette trinnet er en simulering i Mission Planner av UAV som søker etter et område.

Trinn 7: Visjon

Droneoppdraget er å fly over fjell eller villmark og oppdage mennesker eller uregelmessige gjenstander og deretter behandle det for å se om personen trenger hjelp. Dette ville ideelt sett bli gjort med et dyrt infrarødt kamera. På grunn av de høye kostnadene for infrarøde kameraer, ligner den infrarøde deteksjonen i stedet ved å oppdage alle ikke-grønne objekter ved hjelp av et normalt Pi-kamera.

1. ssh inn i Raspberry Pi
2. Først av alt må vi installere OpenCV på Raspberry Pi. Følgende guide fra pyimagesearch er en av de beste som er tilgjengelige på internett.
3. Last ned koden til Raspberry Pi fra GitHub via denne lenken. For å laste ned koden til Raspberry Pi, kan du laste ned filen til datamaskinen din og deretter overføre den til Raspberry Pi.
4. For å kjøre koden, gå til katalogen der koden er på i Raspberry Pi og kjør deretter kommandoen:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

KONTINUERT BRUK Hver gang du starter bringebær pi på nytt må du kjøre følgende kommandoer:

sudo ssh [email protected] -X

kilde ~/.profil

workon cv

Fortsett deretter med trinn 4 ovenfor.

Viktig merknad: IKKE alle terminaler er i stand til å vise videoer. På Mac bruker du XQuartz -terminalen.