מזל"ט אוטונומי: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

בפרויקט זה תלמד את תהליך הבנייה והתצורה של מזל ט, לפני שתמשיך לחקור טיסה אוטונומית באמצעות Mission Planner ו- MATLAB.

אנא שימו לב כי הוראה זו מיועדת כהנחיה בלבד. שימוש במזל"טים יכול להיות מסוכן מאוד סביב אנשים ויכול לגרום לך לצרות חמורות עם החוק אם נעשה בו שימוש לא הולם או במקום הלא נכון. וודא שאתה מקפיד על כל החוקים והתקנות הנוגעים לשימוש במל"טים. יתר על כן, הקודים המסופקים ב- GitHub לא נבדקו במלואם, לכן ודא שיש לך אמצעי כישלון אחרים בכדי למנוע אובדן או נזק למזל"ט שלך.

שלב 1: רשימת חלקים

לפרויקט זה תזדקקו למספר חלקים. לפני שתמשיך עם שאר הפרויקט הזה, הקפד לרכוש את הרכיבים הבאים ולהוריד את הקבצים להדפסה תלת מימדית ולחתוך בלייזר את החלקים המותאמים אישית.

חלקים שנרכשו

מסגרת: גלגל להבה DJI F450

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

מנועים x4: Emax 2205s 2300kv

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

מדחפים x4: Gemfan פחמן/ניילון 5030

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

ESCs x4: דבורה קטנה 20A 2-4S

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

בקר טיסה: Navio 2 (עם אנטנת GPS/GNSS ומודול כוח)

פטל פי 3B

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

משדר: FRSKY TARANIS X9D+

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

מקלט: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

סוללות: מארז סוללות ליפו TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P

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

מטען סוללות: Turnigy Accucell-6 50W 6A איזון/מטען

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

ספק כוח למטען: ספק כוח RS 12V DC

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

שקיות סוללה: חבילת טעינה של פולימר ליתיום Hobby King

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

מחברי בננות

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

נתב WiFi: TP-LINK TL-WR802N

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

כרטיס Micro SD: SanDisk 32GB

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

סטנדים/מרווחים: חוט ניילון M2.5

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

מחשב נייד

קשרי כבל

רצועת סקוטש

כיווץ חום

חלקים מודפסים בתלת מימד

מארז Raspberry Pi / Navio 2 (עליון ותחתון)

מארז סוללה (קופסה ומכסה)

חלקי חיתוך בלייזר

שכבות אלקטרוניקה x2

שלב 2: חומרה

שלב החומרה והבנייה:

1. הרכיב את מסגרת הארבע F450 ואת מעטפת הסוללה המודפסת באמצע (הקפד להוסיף את המרווחים M2.5*5 מ"מ)
2. חבר את המנועים למסגרת.
3. הלחם את מחברי הבננה ל- ESCs ולחוטי המנועים.
4. הלחם את ה- ESCs ואת מודול הכוח ל- PDB. הערה: הקפד לא להשתמש בפלט 5V של ה- PDB (הוא לא יספק מספיק כוח).
5. הוסף את שכבת הלייזר הראשונה לחלק העליון של מסגרת F450 באמצעות מרווחי זכר-נקבה בגודל M2.5*10 מ"מ; וציר את PDB ומודול הכוח לשכבה זו. הערה: הקפד למקם את הרכיבים כך שהחוטים יגיעו מספיק זמן לכל המנועים.
6. חבר את ה- ESC למנועים והשתמש בקשרי רוכסן כדי להדק את החוטים למסגרת.
7. חבר את Navio2 ל- Raspberry Pi והנח אותו במעטפת המודפסת.
8. הוסיפו את השכבה השנייה לחיתוך הלייזר על גבי השכבה הראשונה והצמידו את מעטפת Raspberry-Navio באמצעות כריות דביקות דו צדדיות.
9. ניתן להדביק את ה- GPS על גבי המעטפת, אולם כאן הוא הונח על שכבה שלישית נוספת העולה על מעטפת Raspberry-Navio כפי שמוצג בתמונות, אך זה תלוי אך ורק באדם שבונה אותו. לאחר מכן פשוט חבר את ה- GPS ל- Navio.
10. תקן את המקלט על גבי השכבה השנייה באמצעות כריות דביקות דו צדדיות. חבר את ה- ESCs ואת חוטי המקלט לסיכות Navio. המקלט תופס את עמוד הסיכות הראשון ולאחר מכן המנועים תופסים את ארבעת העמודות הבאות. הערה: חזית המזל"ט נקבעת על פי איזה מנוע מחובר תחילה. בכל כיוון קדמי שתבחר וודא כי המנועים מחוברים בתמונה בתחילת שלב זה.
11. הוסף מדחפים. מומלץ להשאיר את המדחפים עד הסוף כלומר כלומר לאחר סיום קטע התוכנה ותמיד וודא שאתה נוקט באמצעי בטיחות כאשר המדחפים דולקים למקרה שדברים משתבשים.

שלב 3: תוכנה

שלב התוכנה: (הפניה למסמכי Navio2)

1. קבל את התמונה האחרונה של Emlid Raspbian ממסמכי Navio2.
2. הורד, חלץ והפעל את עטר עם זכויות מנהל.
3. בחר את קובץ הארכיון עם אות כונן התמונה וכרטיס SD.
4. לחץ על "פלאש!". התהליך עשוי להימשך מספר דקות. (סרטון לדוגמא)
5. כעת כדי להגדיר את גישת ה- WiFi עלינו לערוך את הקובץ wpa_supplicant.conf הממוקם בכרטיס ה- SD. ערוך אותו כך שייראה כמו התמונה הראשונה בראש שלב זה. הערה: ה- ssid הוא שמו של TP-Link כפי שהוא מופיע במחשב שלך. הדרך הטובה ביותר למצוא את ה- SSID המדויק עבור ה- TP-Link שלך היא לחבר את המחשב הנייד שלך ל- TP-Link ולאחר מכן להפעיל את הפקודה שלהלן בחלון מסוף:

לחלונות: פרופילים netsh wlan show

עבור mac: ברירות מחדל קרא /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk היא הסיסמה המופיעה בכרטיס המצורף ל- TP-Link.

1. הוצא את כרטיס ה- SD והכניס אותו ל- Raspberry Pi והפעל אותו.
2. כדי לבדוק אם ה- Raspberry Pi מחובר ל- TP-Link אתה יכול להשתמש בכל האפליקציות הזמינות המציגות את כל המכשירים המחוברים לרשת שלך.
3. יש להגדיר כתובות IP קבועות למכשירים המחוברים ל- TP-Link שלך כך שלא תצטרך לשנות את כתובות ה- IP בקודים שאתה כותב בכל פעם. אתה יכול פשוט לעשות זאת על ידי פתיחת tplinkwifi.net (בזמן שאתה מחובר ל- TP-Link כמובן). הזן את שם המשתמש: מנהל וסיסמה: מנהל. עבור אל "DHCP" בתפריט משמאל למסך ובחר "שמירת כתובות" מהתפריט הנפתח. הוסף את כתובות ה- MAC של ההתקנים שאליהם ברצונך להקצות את כתובות ה- IP. כאן נקבעה לתחנת הקרקע (מחשב נייד) כתובת IP של 192.168.0.110 ו- Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. כעת עלינו להוריד את MAVProxy מהקישור הבא.
5. כעת צור קובץ.bat שנראה כמו התמונה השנייה בראש שלב זה וודא שאתה משתמש בנתיב הקובץ בו נשמר mavproxy.exe במחשב הנייד שלך. יהיה עליך להריץ קובץ זה (על ידי לחיצה כפולה עליו) בכל פעם שתרצה להתחבר למזל"ט שלך.
6. על מנת לגרום ל- Raspberry Pi לתקשר עם MAVProxy יש לערוך קובץ ב- Pi.

7. הקלד sudo nano/etc/default/arducopter במסוף הלינוקס של ה- Raspberry Pi המארח את הטייס האוטומטי Navio2.

8. השורה העליונה של הקובץ שנפתח צריכה לקרוא TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. יש לשנות זאת כך שיצביע על כתובת ה- IP של המחשב האישי שלך.
9. התקן את מתכנן המשימה ועבור לקטע הגדרת הפעם הראשונה.

שלב 4: הגדרה ראשונה

כדי להתחבר למל ט שלך בצע את ההליך הבא:

1. הפעל את קובץ ה- MAVProxy.bat ואת מתכנן המשימה שלך.
2. חבר את הסוללה למל"ט שלך והמתן כ- 30-60 שניות. זה ייתן לו זמן להתחבר לרשת האלחוטית.
3. לחץ על כפתור החיבור בפינה השמאלית העליונה של מתכנן המשימה. בתיבת הדו -שיח הראשונה שמופיעה הקלד 127.0.0.1 ולחץ על אישור. בתיבה הבאה הקלד את מספר היציאה 14551 ולחץ על אישור. לאחר מספר שניות, מתכנן Mission Planner צריך להתחבר ל- MAV שלך ולהתחיל להציג נתוני טלמטריה בלוח השמאלי.

כאשר אתה מגדיר את ה- UAV שלך בפעם הראשונה, עליך להגדיר ולכייל רכיבי חומרה מסוימים. למסמכי ArduCopter מדריך יסודי כיצד להגדיר את סוג המסגרת, כיול מצפן, כיול בקרת רדיו, כיול מד תאוצה, הגדרת מצב משדר rc, כיול ESC ותצורת טווח מנועים.

תלוי כיצד הרכבת את ה- Raspberry Pi שלך במזל ט ייתכן שיהיה צורך לשנות את כיוון הלוח במתכנן המשימה. ניתן לעשות זאת על ידי התאמת פרמטר כיוון הלוח (AHRS_ORIENTATION) ברשימת הפרמטרים המתקדמים בכרטיסייה Config/Tuning ב- Mission Planner.

שלב 5: טיסה ראשונה

לאחר שהחומרה והתוכנה מוכנים, הגיע הזמן להתכונן לטיסה הראשונה. מומלץ שלפני ניסיון טיסה אוטונומית יש להטיס את המל ט באופן ידני באמצעות המשדר כדי לקבל תחושה של הטיפול במטוס ולתקן בעיות שעלולות להתקיים.

בתיעוד ArduCopter יש קטע מפורט מאוד ואינפורמטיבי בטיסה הראשונה שלך. הוא דן במצבי הטיסה השונים שמגיעים עם ArduCopter ומה עושה כל אחד ממצבים אלה. לטיסה הראשונה, מצב ייצוב הוא מצב הטיסה המתאים ביותר לשימוש.

ל- ArduCopter תכונות בטיחות מובנות רבות. אחת התכונות הללו היא בדיקות הבטיחות לפני הזרוע אשר מונעות מהמטוס להתחמש אם מתגלות בעיות. רוב הבדיקות הללו חשובות בסיוע בהפחתת הסיכוי לתאונה או אובדן של המטוס, אך הן עלולות להיות מושבתות במידת הצורך.

חימוש המנועים הוא כאשר הטייס האוטומטי מפעיל כוח על המנועים כדי לאפשר להם להסתובב. לפני חימוש המנועים חיוני שהמטוס יהיה בשטח פתוח ורחוק, הרחק מאנשים או מכשולים או בזירה מעופפת בטוחה. כמו כן, חשוב מאוד ששום דבר לא יהיה ליד המדחפים, במיוחד חלקי גוף ודברים אחרים שייפגעו מהם. ברגע שהכל ברור והטייס מרוצה כי בטוח להתחיל, המנועים יכולים להיות חמושים. דף זה נותן הוראות מפורטות כיצד לחמש את המטוס. ההבדלים היחידים בין מדריך זה לבין Navio2 טמונים בשלב 7 של החימוש ובשלב 2 של פירוק הנשק. כדי לחמש את Navio2, יש להחזיק את שני המקלות כלפי מטה ובמרכז למשך מספר שניות (ראו תמונה). כדי לפרק את הנשק, יש להחזיק את שני המקלות כלפי מטה ולצדדים למשך מספר שניות (ראו תמונה).

לביצוע הטיסה הראשונה שלך, עקוב אחר מדריך זה.

לאחר הטיסה הראשונה ייתכן שיהיה צורך לבצע כמה שינויים. כל עוד החומרה פועלת באופן מלא והותקנה כראוי, שינויים אלה יהיו בעיקר בצורה של כוונון PID. במדריך זה יש כמה עצות מועילות לכוונון הארבע, אולם במקרה שלנו, הפחתה קלה של רווח ה- P הייתה מספיק כדי להפוך את המטוס ליציב. ברגע שניתן להטיס את המטוס אפשר להשתמש בפונקציית הכוונון האוטומטי של ArduCopter. זה מכוון אוטומטית את PIDs כדי לספק את המענה המהיר ביותר ועדיין נשאר יציב. תיעוד ArduCopter מספק מדריך מפורט כיצד לבצע כוונון אוטומטי.

אם אתה נתקל בבעיות בכל אחד מהשלבים הללו, ייתכן שמדריך פתרון הבעיות יוכל לעזור.

שלב 6: טיסה אוטונומית

מתכנן משימות

כעת, לאחר שהשוטר שלך מכוון ויכול לטוס היטב תחת שליטה ידנית, ניתן לחקור טיסה אוטונומית.

הדרך הקלה ביותר להיכנס לטיסה אוטונומית היא להשתמש ב- Mission Planner מכיוון שהוא מכיל מגוון גדול של דברים שתוכל לעשות עם המטוס שלך. טיסה אוטונומית ב- Mission Planner מתחלקת לשתי קטגוריות עיקריות; משימות מתוכננות מראש (מצב אוטומטי) ומשימות חיות (מצב מודרך). ניתן להשתמש במסך מתכנן הטיסה במתכנן המשימה לתכנון טיסה המורכבת מנקודות ציון לביקור ופעולות לביצוע כגון צילום תמונות. ניתן לבחור נקודות ציון באופן ידני, או להשתמש בכלי נקודת הציון האוטומטי כדי ליצור משימות לסקר אזור. לאחר שתכנן משימה ונשלח למזל ט, ניתן להשתמש במצב טיסה אוטומטי כך שהמטוס יעקוב באופן אוטונומי אחר המשימה שתוכננה מראש. לפניכם מדריך שימושי בנושא תכנון משימות.

מצב מודרך הוא דרך לפקוד באופן אינטראקטיבי על המל"ט לעשות דברים מסוימים. זה נעשה על ידי שימוש בכרטיסיית הפעולות במתכנן המשימה או בלחיצה ימנית על המפה. ניתן לצוות על מל"ט לעשות דברים רבים כגון המראה, חזרה לשיגור וטיסה למיקום שנבחר על ידי לחיצה ימנית על המפה במיקום הרצוי ובחירה ב"עוף לכאן ".

כישלונות הם דבר חשוב שיש לקחת בחשבון במהלך טיסה אוטונומית בכדי להבטיח שאם דברים משתבשים, המטוס לא ניזוק ואנשים לא נפגעים. ל- Mission Planner יש פונקציה Geo-Fence מובנית שניתן להשתמש בה כדי להגביל לאן המל"ט יכול לעוף ולמנוע ממנו להתרחק או גבוה מדי. אולי כדאי לשקול לקשור את המל"ט לקרקע לטיסות הראשונות שלך כגיבוי נוסף. לבסוף, חשוב שתפעיל את משדר הרדיו שלך ומחובר למזל"ט, כך שבמידת הצורך תוכל לעבור ממצב הטיסה האוטונומי למצב טיסה ידני כגון התייצבות או החזקת alt כך שניתן יהיה להטיס את המל"ט בבטחה. לנחות.

MATLAB

שליטה אוטונומית באמצעות MATLAB היא הרבה פחות פשוטה ודורשת קצת ידע קודם בתכנות.

סקריפטים של MATLAB real_search_polygon ו- real_search מאפשרים לך ליצור משימות מתוכננות מראש לחיפוש מצולע שהוגדר על ידי משתמש. הסקריפט real_search_polygon מתכנן נתיב מעל המצולע שהוגדר על ידי המשתמש ואילו script_realearch מתכנן נתיב מעל המלבן המינימלי המקיף את המצולע. השלבים לעשות זאת הם כדלקמן:

1. פתח את מתכנן המשימה ועבור לחלון תוכנית הטיסה.
2. צייר מצולע על אזור החיפוש הרצוי בעזרת כלי המצולע.
3. שמור את המצולע בשם 'search_area.poly' באותה תיקייה שבה נמצא סקריפט MATLAB.
4. עבור אל MATLAB והפעל את האפשרות real_search_polygon או real_search. הקפד לבחור את רוחב הנתיב הרצוי ושנה את קובץ_קובץ בשורה 7 לספרייה הנכונה שבה אתה עובד.
5. לאחר שהסקריפט פועל ואתה מרוצה מהנתיב שנוצר תחזור למתכנן המשימה.
6. לחץ על טען קובץ WP בצד ימין ובחר את קובץ ה- waypoint 'search_waypoints.txt' שיצרת זה עתה.
7. לחץ על כתוב WPs בצד ימין כדי לשלוח את נקודות הציון למזל"ט.
8. חמש את המזל"ט והמריא ידנית או באמצעות לחיצה ימנית על המפה ובחירת המראה.
9. ברגע שבגובה סביר שנה את המצב לאוטומטי והמזל"ט יתחיל במשימה.
10. לאחר שהמשימה הסתיימה, לחץ על RTL בכרטיסיית הפעולות כדי להחזיר את המזל"ט לאתר ההשקה.

הסרטון בתחילת שלב זה הוא הדמיה במתכנן המשימה של מל ט המחפש אזור.

שלב 7: חזון

משימת המזל ט היא לטוס מעל הרים או במדבר ולזהות בני אדם או אובייקטים לא סדירים ואז לעבד את זה כדי לראות אם אותו אדם זקוק לעזרה. זה באופן אידיאלי ייעשה באמצעות מצלמת אינפרא אדום יקרה. עם זאת, בשל העלויות הגבוהות של מצלמות אינפרא אדום, במקום זאת זיהוי האינפרא אדום מזוהה על ידי זיהוי כל האובייקטים הלא ירוקים באמצעות מצלמת פי רגילה.

1. ssh לתוך ה- Raspberry Pi
2. קודם כל עלינו להתקין את OpenCV ב- Raspberry Pi. המדריך הבא המסופק על ידי pyimagesearch הוא אחד הטובים ביותר הקיימים באינטרנט.
3. הורד את הקוד ל- Raspberry Pi מ- GitHub דרך הקישור הבא. כדי להוריד את הקוד ל- Raspberry Pi, אתה יכול להוריד את הקובץ למחשב שלך ולאחר מכן להעביר אותו ל- Raspberry Pi.
4. כדי להריץ את הקוד, עבור לספרייה שבה קוד נמצא ב- Raspberry Pi ולאחר מכן הפעל את הפקודה:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

שימוש רציף בכל פעם שאתה מפעיל מחדש את פטל הפטל אתה צריך להריץ את הפקודות הבאות:

sudo ssh [email protected] -X

מקור ~/.profile

workon cv

לאחר מכן המשך עם שלב 4 למעלה.

הערה חשובה: לא כל המסופים מסוגלים להציג סרטונים. ב- mac השתמש במסוף XQuartz.