Autonom Drone: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

I det här projektet kommer du att lära dig processen att bygga och konfigurera en drönare, innan du går vidare för att undersöka autonom flygning med hjälp av Mission Planner och MATLAB.

Observera att denna instruktion endast är avsedd som vägledning. Att använda drönare kan vara mycket farligt runt människor och kan få dig i allvarliga problem med lagen om det används på fel sätt eller på fel plats. Se till att du följer alla lagar och förordningar kring användning av drönare. Dessutom har koder som tillhandahålls på GitHub inte testats fullständigt, så se till att du har andra felsäkringar för att undvika att förlora eller skada din drönare.

Steg 1: Dellista

För detta projekt behöver du flera delar. Innan du fortsätter med resten av detta projekt, se till att köpa följande komponenter och ladda ner filerna till 3D -utskrift och laserskär de anpassade delarna.

Inköpta delar

Ram: 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 …

Propellrar 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-…

Flight Controller: Navio 2 (med GPS/GNSS-antenn och strömmodul)

Raspberry Pi 3B

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

Sändare: FRSKY TARANIS X9D+

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

Mottagare: FrSky XSR 2,4 Ghz ACCST

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

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

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

Batteriladdare: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balanserare/laddare

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

Strömförsörjning för laddare: RS 12V DC nätaggregat

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

Batteripåsar: Hobby King Lithium Polymer Charge Pack

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

Banankontakter

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…

Distanser/distanser: Nylon M2.5 -gänga

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

Bärbar dator

Buntband

Kardborreband

Värmekrympning

3D -tryckta delar

Raspberry Pi / Navio 2 -fodral (upptill och nedtill)

Batterifodral (låda och lock)

Laserskurna delar

Elektroniklager x2

Steg 2: Hårdvara

Hårdvara och byggnadsfas:

1. Montera F450 quadrotor -ramen och det tryckta batterihöljet i mitten (se till att lägga till M2,5*5 mm distanser)
2. Fäst motorerna på ramen.
3. Löd banankontakterna till ESC: erna och motorkablarna.
4. Löd ESC: erna och kraftmodulen till PDB. Obs! Se till att inte använda 5V -utgången från PDB (den ger inte tillräckligt med ström).
5. Lägg till det första laserskurna lagret på toppen av F450-ramen med hjälp av M2,5*10 mm hane-hona distanser; och fäst PDB och strömmodul till detta lager. Obs! Se till att placera komponenterna så att ledningarna är tillräckligt långa till alla motorer.
6. Anslut ESC: erna till motorerna och använd dragkedjor för att fästa trådarna på ramen.
7. Fäst Navio2 på Raspberry Pi och placera den i det tryckta höljet.
8. Lägg till det andra laserskurna lagret ovanpå det första lagret och fäst Raspberry-Navio-höljet med dubbelsidiga klibbiga kuddar.
9. GPS: en kan limmas ovanpå höljet, men här har den placerats på ett annat tredje lager som går ovanpå Raspberry-Navio-höljet som visas på bilderna, men det är helt upp till personen som bygger det. Anslut sedan GPS: en till Navio.
10. Fixera mottagaren ovanpå det andra lagret med hjälp av dubbelsidiga klibbiga kuddar. Anslut ESC och mottagarkablar till Navio -stiften. Mottagaren upptar den första kolumnen med stift och sedan upptar motorerna de nästa fyra kolumnerna. Obs: Drönarens framsida bestäms av vilken motor som är ansluten först. Oavsett vilken främre riktning du väljer, se till att motorerna är anslutna till bilden i början av detta steg.
11. Lägg till propellrar. Det rekommenderas att lämna propellrarna till slutet, det vill säga efter avslutad programvarusektion och alltid se till att du vidtar säkerhetsåtgärder när propellrarna är på bara om det skulle gå snett.

Steg 3: Programvara

Programvarufas: (Referens Navio2 -dokument)

1. Få den senaste Emlid Raspbian -bilden från Navio2 -dokument.
2. Ladda ner, extrahera och kör Etcher med administratörsrättigheter.
3. Välj arkivfilen med bild- och SD -kortets enhetsbokstav.
4. Klicka på "Flash!". Processen kan ta några minuter. (Exempel på video)
5. För att konfigurera WiFi -åtkomsten måste vi redigera filen wpa_supplicant.conf som finns på SD -kortet. Redigera den så att den ser ut som den första bilden högst upp i detta steg. Obs! Ssid är namnet på TP-Link som det visas på din dator. Det bästa sättet att hitta exakt ssid för din TP-Link är att ansluta din bärbara dator till TP-Link och sedan köra kommandot nedan på ett terminalfönster:

För Windows: netsh wlan visa profiler

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

psk är lösenordet som anges på kortet som följer med TP-Link.

1. Mata ut SD -kortet och lägg det i Raspberry Pi och slå på det.
2. För att kontrollera om Raspberry Pi är ansluten till TP-Link kan du använda alla tillgängliga appar som visar alla enheter som är anslutna till ditt nätverk.
3. Det är nödvändigt att ställa in fasta IP-adresser på enheter som är anslutna till din TP-Link så att du inte behöver ändra IP-adresserna på koderna du skriver varje gång. Du kan helt enkelt göra det genom att öppna tplinkwifi.net (medan du är ansluten till TP-Link såklart). Ange användarnamn: admin och lösenord: admin. Gå till "DHCP" i menyn till vänster på skärmen och välj sedan "Adressreservation" från rullgardinsmenyn. Lägg till MAC -adresserna för de enheter du vill tilldela IP -adresserna för. Här har markstationen (bärbar dator) tilldelats en IP -adress 192.168.0.110 och Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Nu måste vi ladda ner MAVProxy från följande länk.
5. Skapa nu en.bat -fil som ser ut som den andra bilden högst upp i det här steget och se till att du använder filsökvägen där din mavproxy.exe sparas på din bärbara dator. Du måste köra den här filen (genom att dubbelklicka på den) varje gång du vill ansluta till din drone.
6. För att få Raspberry Pi att kommunicera med MAVProxy måste en fil redigeras på Pi.

7. Skriv sudo nano/etc/default/arducopter i Linux -terminalen på Raspberry Pi som är värd för Navio2 -autopiloten.

8. Översta raden i filen som öppnas bör läsa TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550”. Detta måste ändras så att det pekar på datorns IP -adress.
9. Installera Mission Planner och gå till avsnittet First Time Setup.

Steg 4: Första gången installation

Följ denna procedur för att ansluta till din UAV:

1. Kör både din MAVProxy.bat -fil och Mission Planner.
2. Anslut batteriet till din UAV och vänta cirka 30-60 sekunder. Detta ger det tid att ansluta till det trådlösa nätverket.
3. Klicka på anslutningsknappen längst upp till höger i Mission Planner. Skriv 127.0.0.1 i den första dialogrutan som visas och klicka på OK. Skriv nästa portnummer 14551 i nästa ruta och klicka på OK. Efter några sekunder bör Mission Planner ansluta till din MAV och börja visa telemetradata i den vänstra panelen.

När du konfigurerar din UAV för första gången är det nödvändigt att konfigurera och kalibrera vissa hårdvarukomponenter. ArduCopter -dokumenten har en grundlig guide om hur du konfigurerar ramtyp, kompasskalibrering, radiokontrollkalibrering, accelerometerkalibrering, rc -sändarlägesinställning, ESC -kalibrering och konfiguration av motoromfång.

Beroende på hur du har monterat din Raspberry Pi på drönaren kan det vara nödvändigt att ändra kortets orientering i uppdragsplaneraren. Detta kan göras genom att justera parametern Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) i listan över avancerade parametrar under fliken Config/Tuning i Mission Planner.

Steg 5: Första flyget

När hårdvaran och programvaran är klar är det dags att förbereda sig för den första flygningen. Det rekommenderas att UAV flygs manuellt med sändaren innan du försöker autonom flygning för att få en känsla för hanteringen av flygplanet och för att åtgärda eventuella problem.

ArduCopter -dokumentationen har ett mycket detaljerat och informativt avsnitt om din första flygning. Den diskuterar de olika flyglägena som följer med ArduCopter och vad var och en av dessa lägen gör. För den första flygningen är stabiliseringsläge det mest lämpliga flygläget att använda.

ArduCopter har många inbyggda säkerhetsfunktioner. En av dessa funktioner är säkerhetskontrollerna före arm som hindrar flygplanet från att beväpna om några problem upptäcks. De flesta av dessa kontroller är viktiga för att minska risken för krasch eller förlust av flygplanet, men de kan inaktiveras vid behov.

Att aktivera motorerna är när autopiloten använder motorerna för att låta dem snurra. Innan motorerna tillkopplas är det viktigt att flygplanet befinner sig i ett öppet område, långt ifrån människor eller hinder eller i en säker flygande arena. Det är också mycket viktigt att ingenting är nära propellrarna, särskilt kroppsdelar och andra saker som kommer att skadas av dem. När allt är klart och piloten är övertygad om att det är säkert att starta kan motorerna kopplas in. Denna sida ger en detaljerad uppsättning instruktioner om hur man beväpnar flygplanet. De enda skillnaderna mellan den guiden och Navio2 ligger i steg 7 i tillkoppling och steg 2 i avkoppling. För att tillkoppla Navio2 måste båda stickorna hållas nere och i mitten i några sekunder (se bild). För att avväpna måste båda pinnarna hållas nere och åt sidan i några sekunder (se bild).

För att utföra din första flygning, följ den här guiden.

Efter den första flygningen kan det vara nödvändigt att göra några ändringar. Så länge hårdvaran fungerar fullt ut och har konfigurerats korrekt kommer dessa ändringar i första hand att ske i form av PID -inställning. Den här guiden har några användbara tips för att ställa in quadcoptern, men i vårt fall var det bara att minska P -förstärkningen något för att göra flygplanet stabilt. När flygplanet är flygbart är det möjligt att använda ArduCopter autotune -funktionen. Detta ställer in automatiskt PID: erna för att ge det snabbaste svaret medan de fortfarande är stabila. ArduCopter -dokumentationen ger en detaljerad guide till hur man utför autotuning.

Om du stöter på problem i något av dessa steg kan felsökningsguiden hjälpa dig.

Steg 6: Autonom flygresa

Mission Planner

Nu när din copter har ställts in och kan flyga bra under manuell kontroll kan autonom flygning undersökas.

Det enklaste sättet att komma in i autonom flygning är att använda Mission Planner eftersom den innehåller en mängd olika saker du kan göra med ditt flygplan. Autonom flygning i Mission Planner faller in i två huvudkategorier; förplanerade uppdrag (autoläge) och liveuppdrag (guidat läge). Flygplanerarens skärm i uppdragsplaneraren kan användas för att planera en flygning som består av waypoints att besöka och åtgärder att utföra, till exempel att ta foton. Waypoints kan antingen väljas manuellt eller så kan verktyget för automatisk waypoint användas för att generera uppdrag för att undersöka ett område. När ett uppdrag har planerats och skickats till drönaren kan Auto flight-läget användas så att flygplanet autonomt kommer att följa det förplanerade uppdraget. Här är en praktisk guide om planering av uppdrag.

Guidad läge är ett sätt att interaktivt beordra UAV att göra vissa saker. Detta görs genom att använda fliken åtgärder i Mission Planner eller genom att högerklicka på kartan. UAV kan kommenderas att göra många saker som start, återgå till start och flyga till en vald plats genom att högerklicka på kartan på önskad plats och välja Fly To Here.

Felsäkerhet är en viktig sak att tänka på under autonom flygning för att säkerställa att om det går fel så skadas inte flygplanet och människor skadas inte. Mission Planner har en inbyggd Geo-Fence-funktion som kan användas för att begränsa vart UAV kan flyga och hindra den från att gå för långt bort eller för högt. Det kan vara värt att överväga att binda UAV: n till marken för dina första flygningar som ytterligare en backup. Slutligen är det viktigt att du har din radiosändare på och ansluten till drönaren så att du vid behov kan växla ur det autonoma flygläget till ett manuellt flygläge, till exempel stabilisera eller alt-håll så att UAV kan piloteras att landa.

MATLAB

Autonom styrning med MATLAB är mycket mindre enkel och kräver viss programmeringskunskap.

Med MATLAB-skripten real_search_polygon och real_search kan du generera förplanerade uppdrag för att söka i en användardefinierad polygon. Skriptet real_search_polygon planerar en sökväg över den användardefinierade polygonen medan scriptet real_search planerar en sökväg över den minsta rektangeln som omfattar polygonen. Stegen för att göra detta är följande:

1. Öppna Mission Planner och gå till Flight Plan -fönstret.
2. Rita en polygon över önskat sökområde med hjälp av polygonverktyget.
3. Spara polygonen som ‘search_area.poly’ i samma mapp som MATLAB -skriptet.
4. Gå till MATLAB och kör antingen real_search_polygon eller real_search. Var noga med att välja önskad sökvägsbredd och ändra file_path på rad 7 till rätt katalog där du arbetar.
5. När skriptet har körts och du är nöjd med den genererade vägen går du tillbaka till Mission Planner.
6. Klicka på Ladda WP -fil till höger och välj waypoint -filen ‘search_waypoints.txt’ som du just har skapat.
7. Klicka på Skriv WPs till höger för att skicka waypoints till drönaren.
8. Beväpna drönaren och starta antingen manuellt eller genom att högerklicka på kartan och välja start.
9. När du är på en rimlig höjd ändrar du läget till auto och drönaren startar uppdraget.
10. När uppdraget är över klickar du på RTL på fliken åtgärder för att föra drönaren tillbaka till lanseringsplatsen.

Videon i början av detta steg är en simulering i Mission Planner av UAV som söker ett område.

Steg 7: Vision

Drönaruppdraget är att flyga över berg eller vildmark och upptäcka människor eller oregelbundna föremål och sedan bearbeta det för att se om den personen behöver hjälp. Detta skulle helst göras med en dyr infraröd kamera. Men på grund av de höga kostnaderna för infraröda kameror, liknar den infraröda detektionen istället genom att detektera alla icke-gröna objekt med en vanlig Pi-kamera.

1. ssh in i Raspberry Pi
2. Först och främst måste vi installera OpenCV på Raspberry Pi. Följande guide från pyimagesearch är en av de bästa som finns på internet.
3. Ladda ner koden till Raspberry Pi från GitHub via följande länk. För att ladda ner koden till Raspberry Pi kan du ladda ner filen till din dator och sedan överföra den till Raspberry Pi.
4. För att köra koden, gå till katalogen där koden är på i Raspberry Pi och kör sedan kommandot:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

KONTINUERLIG ANVÄNDNING Varje gång du startar om hallon pi måste du köra följande kommandon:

sudo ssh [email protected] -X

källa ~/.profile

workon cv

Fortsätt sedan med steg 4 ovan.

Viktig anmärkning: INTE alla terminaler kan visa videor. På Mac använder du XQuartz -terminalen.