Autonom Drone: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

I dette projekt lærer du processen med at bygge og konfigurere en drone, inden du går videre med at undersøge autonom flyvning ved hjælp af Mission Planner og MATLAB.

Bemærk, at denne instruktion kun er vejledende. Brug af droner kan være meget farligt omkring mennesker og kan få dig i alvorlige problemer med loven, hvis den bruges uhensigtsmæssigt eller på det forkerte sted. Sørg for, at du overholder alle love og regler omkring brug af droner. Endvidere er koderne på GitHub ikke blevet fuldstændigt testet, så sørg for at have andre fejlsikre på plads for at undgå at miste eller beskadige din drone.

Trin 1: Deleliste

Til dette projekt skal du bruge flere dele. Inden du fortsætter med resten af dette projekt, skal du sørge for at købe følgende komponenter og downloade filerne til 3D -print og laserskære de tilpassede dele.

Købte dele

Stel: 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-…

ESC'er x4: Little Bee 20A 2-4S

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

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

Hindbær Pi 3B

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

Sender: FRSKY TARANIS X9D+

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

Modtager: 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-…

Batterioplader: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer/oplader

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

Strømforsyning til oplader: 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…

Bananstik

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

WiFi-router: 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…

Afstande/afstandsstykker: Nylon M2.5 gevind

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

Bærbar

Kabelbindere

Velcrorem

Varme krympe

3D -trykte dele

Raspberry Pi / Navio 2 etui (top og bund)

Batterikasse (æske og låg)

Laserskårne dele

Elektroniklag x2

Trin 2: Hardware

Hardware og byggefase:

1. Saml F450 quadrotor -rammen og det trykte batterihus i midten (sørg for at tilføje M2,5*5 mm afstandsstykker)
2. Fastgør motorerne til rammen.
3. Lodde bananstikkene til ESC'erne og motortråde.
4. Lod ESC'erne og strømmodulet til PDB'en. Bemærk: Sørg for ikke at bruge 5V -udgangen på PDB'en (den giver ikke nok strøm).
5. Tilføj det første laserskårne lag til toppen af F450-rammen ved hjælp af afstandsstykker M2,5*10 mm han-hun; og vedhæft PDB og strømmodul til dette lag. Bemærk: Sørg for at placere komponenterne således, at ledningerne er lange nok til at nå alle motorerne.
6. Tilslut ESC'erne til motorerne, og brug lynlåse til at fastgøre ledningerne på rammen.
7. Sæt Navio2 på Raspberry Pi, og anbring den i det trykte kabinet.
8. Tilføj det andet laserskårne lag oven på det første lag, og fastgør Raspberry-Navio-kabinettet ved hjælp af dobbeltsidede klæbrige puder.
9. GPS'en kan limes oven på kabinettet, men her er den blevet placeret på et andet tredje lag, der går oven på Raspberry-Navio-kabinettet som vist på billederne, men det er helt op til den person, der bygger det. Tilslut derefter GPS'en til Navio.
10. Fastgør modtageren oven på det andet lag ved hjælp af dobbeltsidede klæbrige puder. Tilslut ESC'er og modtagerledninger til Navio -benene. Modtageren indtager den første søjle med stifter, og derefter indtager motorerne de næste fire kolonner. Bemærk: Dronens forside bestemmes af hvilken motor der først tilsluttes. Uanset hvilken retning du vælger, skal du sørge for, at motorerne er tilsluttet billedet i starten af dette trin.
11. Tilføj propeller. Det tilrådes at forlade propellerne til det sidste, dvs. efter afslutning af softwaresektionen og altid sørge for at tage sikkerhedsforanstaltninger, når propellerne er tændt, bare hvis der skulle gå noget galt.

Trin 3: Software

Softwarefase: (Reference Navio2 -dokumenter)

1. Få det nyeste Emlid Raspbian -billede fra Navio2 -dokumenter.
2. Download, udpak og kør Etcher med administratorrettigheder.
3. Vælg arkivfilen med billed- og SD -kortdrevbogstav.
4. Klik på "Flash!". Processen kan tage et par minutter. (Eksempel video)
5. For at konfigurere WiFi -adgangen skal vi redigere filen wpa_supplicant.conf, der er placeret på SD -kortet. Rediger det for at få det til at ligne det første billede øverst i dette trin. Bemærk: ssid er navnet på TP-Link, som det vises på din computer. Den bedste måde at finde den nøjagtige ssid til din TP-Link er at slutte din bærbare computer til TP-Link og derefter køre kommandoen herunder på et terminalvindue:

Til vinduer: netsh wlan viser profiler

For mac: læs som standard /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk er adgangskoden, der er angivet på kortet, der følger med TP-Link.

1. Skub SD -kortet ud, og sæt det i Raspberry Pi, og tænd for det.
2. For at kontrollere, om Raspberry Pi er forbundet til TP-Link, kan du bruge alle de tilgængelige apps, der viser alle enheder, der er forbundet til dit netværk.
3. Det er nødvendigt at indstille faste IP-adresser til enheder, der er tilsluttet din TP-Link, så du ikke behøver at ændre IP-adresserne på de koder, du skriver hver gang. Du kan simpelthen gøre det ved at åbne tplinkwifi.net (mens du selvfølgelig er forbundet til TP-Link). Indtast brugernavn: admin og adgangskode: admin. Gå til "DHCP" i menuen til venstre på skærmen, og vælg derefter "Adressereservation" i rullemenuen. Tilføj MAC -adresserne på de enheder, du vil tildele IP -adresserne til. Her har jordstationen (bærbar computer) fået tildelt en IP -adresse på 192.168.0.110 og Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Nu skal vi downloade MAVProxy fra følgende link.
5. Opret nu en.bat -fil, der ligner det andet billede øverst i dette trin, og sørg for, at du bruger filstien, hvor din mavproxy.exe er gemt på din bærbare computer. Du bliver nødt til at køre denne fil (ved at dobbeltklikke på den) hver gang du vil oprette forbindelse til din drone.
6. For at få Raspberry Pi til at kommunikere med MAVProxy, skal en fil redigeres på Pi.

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

8. Den øverste linje i filen, der åbnes, skal læse TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Dette skal ændres, så det peger på din pc's IP -adresse.
9. Installer Mission Planner, og gå til sektionen Første gangs opsætning.

Trin 4: Første gangs opsætning

Følg denne procedure for at oprette forbindelse til din UAV:

1. Kør både din MAVProxy.bat -fil og Mission Planner.
2. Tilslut batteriet til din UAV, og vent cirka 30-60 sekunder. Dette vil give det tid til at oprette forbindelse til det trådløse netværk.
3. Klik på forbindelsesknappen øverst til højre i Mission Planner. Skriv 127.0.0.1 i den første dialogboks, der vises, og klik på OK. Skriv portnummeret 14551 i den næste boks, og klik på OK. Efter et par sekunder skal Mission Planner oprette forbindelse til din MAV og begynde at vise telemetredata i det venstre panel.

Når du konfigurerer din UAV for første gang, er det nødvendigt at konfigurere og kalibrere visse hardwarekomponenter. ArduCopter -dokumenterne har en grundig vejledning i, hvordan man konfigurerer rammetypen, kompasskalibrering, radiostyringskalibrering, accelerometerkalibrering, rc -transmittertilstandsopsætning, ESC -kalibrering og konfiguration af motorområdet.

Afhængigt af hvordan du har monteret din Raspberry Pi på dronen, kan det være nødvendigt at ændre tavlens orientering i missionsplanlæggeren. Dette kan gøres ved at justere parameteren Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) i listen over avancerede parametre under fanen Config/Tuning i Mission Planner.

Trin 5: Første flyvning

Når hardware og software er klar, er det tid til at forberede den første flyvning. Det anbefales, at UAV før man forsøger autonom flyvning flyves manuelt ved hjælp af senderen for at få en fornemmelse af håndteringen af flyet og for at løse eventuelle problemer.

ArduCopter -dokumentationen har et meget detaljeret og informativt afsnit om din første flyvning. Det diskuterer de forskellige flyvemåder, der følger med ArduCopter, og hvad hver af disse tilstande gør. Til den første flyvning er stabiliseringstilstand den mest passende flyvetilstand.

ArduCopter har mange indbyggede sikkerhedsfunktioner. En af disse funktioner er sikkerhedskontrollerne før arm, som forhindrer flyet i at bevæbne, hvis der opdages problemer. De fleste af disse kontroller er vigtige for at reducere chancen for et styrt eller tab af flyet, men de kan blive deaktiveret, hvis det er nødvendigt.

Tilkobling af motorerne er, når autopiloten anvender strøm til motorerne, så de kan dreje. Inden tilkobling af motorerne er det vigtigt, at flyet er i et klart åbent område, langt væk fra mennesker eller forhindringer eller i en sikker flyvende arena. Det er også meget vigtigt, at intet er i nærheden af propellerne, især kropsdele og andre ting, der vil blive beskadiget af dem. Når alt er klart, og piloten er overbevist om, at det er sikkert at starte, kan motorerne være tilkoblet. Denne side giver et detaljeret sæt instruktioner om, hvordan man bevæbner flyet. De eneste forskelle mellem den guide og Navio2 ligger i trin 7 i tilkobling og trin 2 i frakobling. For at tilslutte Navio2 skal begge pinde holdes nede og i midten i et par sekunder (se billede). For at afvæbne skal begge pinde holdes nede og til siderne i et par sekunder (se billede).

Følg denne vejledning for at udføre din første flyvning.

Efter den første flyvning kan det være nødvendigt at foretage nogle ændringer. Så længe hardwaren fungerer fuldt ud og er konfigureret korrekt, vil disse ændringer primært være i form af PID -tuning. Denne vejledning har nogle nyttige tips til tuning af quadcopteren, men i vores tilfælde var det kun nok at reducere P -forstærkningen lidt for at gøre flyet stabilt. Når flyet er flyvebart, er det muligt at bruge ArduCopter autotune -funktionen. Dette indstiller automatisk PID'erne for at give det hurtigste svar, mens det stadig er stabilt. ArduCopter -dokumentationen giver en detaljeret vejledning i, hvordan man udfører autotuning.

Hvis du støder på problemer i et af disse trin, kan fejlfindingsguiden muligvis hjælpe.

Trin 6: Autonom flyvning

Mission Planner

Nu hvor din copter er blevet tunet og kan flyve godt under manuel kontrol, kan autonom flyvning undersøges.

Den nemmeste måde at komme ind på autonom fly er ved at bruge Mission Planner, da den indeholder en lang række ting, du kan gøre med dit fly. Autonom flyvning i Mission Planner falder i to hovedkategorier; forud planlagte missioner (autotilstand) og live-missioner (guidet tilstand). Flyveplanlæggerens skærm i missionsplanlægger kan bruges til at planlægge en flyvning bestående af waypoints at besøge og handlinger, der skal udføres, såsom at tage fotos. Waypoints kan enten vælges manuelt, eller det automatiske waypoint -værktøj kan bruges til at generere missioner til undersøgelse af et område. Når en mission er blevet planlagt og sendt til dronen, kan Auto flight mode bruges, så flyet autonomt vil følge den forud planlagte mission. Her er en praktisk guide til planlægning af missioner.

Guidet tilstand er en måde til interaktivt at kommandere UAV'en til at gøre visse ting. Dette gøres ved at bruge fanen Handlinger i Mission Planner eller ved at højreklikke på kortet. UAV'en kan kommanderes til at gøre mange ting såsom start, retur til lancering og flyve til et valgt sted ved at højreklikke på kortet på det ønskede sted og vælge Fly til her.

Fejlsikringer er en vigtig ting at overveje under autonom flyvning for at sikre, at hvis det går galt, bliver flyet ikke beskadiget, og folk kommer ikke til skade. Mission Planner har en indbygget Geo-Fence-funktion, som kan bruges til at begrænse, hvor UAV kan flyve og forhindre den i at gå for langt væk eller for højt. Det kan være værd at overveje at binde UAV'en til jorden til dine første flyvninger som endnu en backup. Endelig er det vigtigt, at du har din radiosender tændt og forbundet til dronen, så du om nødvendigt kan skifte ud af den autonome flytilstand til en manuel flyvetilstand, såsom stabilisering eller alt-hold, så UAV'en sikkert kan piloteres at lande.

MATLAB

Autonom styring ved hjælp af MATLAB er langt mindre enkel og kræver forudgående programmeringskendskab.

MATLAB-scripts real_search_polygon og real_search giver dig mulighed for at generere forud planlagte missioner for at søge i en brugerdefineret polygon. Scriptet real_search_polygon planlægger en sti over den brugerdefinerede polygon, mens scriptet real_search planlægger en sti over det minimale rektangel, der omfatter polygonen. Trinene til at gøre dette er som følger:

1. Åbn Mission Planner og gå til vinduet Flight Plan.
2. Tegn en polygon over det ønskede søgeområde ved hjælp af polygonværktøjet.
3. Gem polygonen som 'search_area.poly' i den samme mappe som MATLAB -scriptet.
4. Gå til MATLAB, og kør enten real_search_polygon eller real_search. Sørg for at vælge den ønskede stibredde og ændre file_path på linje 7 til det korrekte bibliotek, hvor du arbejder.
5. Når scriptet er kørt, og du er tilfreds med den genererede sti, skal du gå tilbage til Mission Planner.
6. Klik på Indlæs WP -fil i højre side, og vælg den waypointfil 'search_waypoints.txt', som du lige har oprettet.
7. Klik på Skriv WP'er i højre side for at sende waypoints til dronen.
8. Bevæbne dronen og start enten manuelt eller ved at højreklikke på kortet og vælge start.
9. Når du er i en rimelig højde, skal du ændre tilstanden til auto, og dronen starter missionen.
10. Når missionen er slut, skal du klikke på RTL i fanen Handlinger for at bringe dronen tilbage til lanceringsstedet.

Videoen i starten af dette trin er en simulering i Mission Planner af UAV, der søger efter et område.

Trin 7: Vision

Dronemissionen er at flyve over bjerge eller ørkenen og få øje på mennesker eller uregelmæssige objekter og derefter behandle det for at se, om vedkommende har brug for hjælp. Dette ville ideelt set blive gjort ved hjælp af et dyrt infrarødt kamera. På grund af de høje omkostninger ved infrarøde kameraer ligner den infrarøde detektion i stedet ved at detektere alle ikke-grønne objekter ved hjælp af et normalt Pi-kamera.

1. ssh ind i Raspberry Pi
2. Først og fremmest skal vi installere OpenCV på Raspberry Pi. Den følgende vejledning fra pyimagesearch er en af de bedste tilgængelige på internettet.
3. Download koden til Raspberry Pi fra GitHub via dette følgende link. For at downloade koden til Raspberry Pi kan du downloade filen til din computer og derefter overføre den til Raspberry Pi.
4. For at køre koden skal du gå til biblioteket, hvor koden er slået til i Raspberry Pi og derefter køre kommandoen:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

KONTINUERLIG BRUG Hver gang du genstarter hindbær pi skal du køre følgende kommandoer:

sudo ssh [email protected] -X

kilde ~/.profil

arbejdet cv

Fortsæt derefter med trin 4 ovenfor.

Vigtig note: IKKE alle terminaler er i stand til at vise videoer. På Mac skal du bruge XQuartz -terminalen.