Otonom Drone: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu projede, Mission Planner ve MATLAB kullanarak otonom uçuşu araştırmaya geçmeden önce bir drone inşa etme ve yapılandırma sürecini öğreneceksiniz.

Lütfen bu talimatın yalnızca rehberlik amaçlı olduğunu unutmayın. Drone'ları kullanmak, insanların etrafında çok tehlikeli olabilir ve uygunsuz veya yanlış yerde kullanılırsa, yasalarla başınızı ciddi şekilde belaya sokabilir. Drone kullanımıyla ilgili tüm yasa ve düzenlemelere uyduğunuzdan emin olun. Ayrıca, GitHub'da sağlanan kodlar tam olarak test edilmemiştir, bu nedenle dronunuzu kaybetmemek veya zarar vermemek için başka arıza emniyetlerine sahip olduğunuzdan emin olun.

Adım 1: Parça Listesi

Bu proje için birkaç parçaya ihtiyacınız olacak. Bu projenin geri kalanına devam etmeden önce, aşağıdaki bileşenleri satın aldığınızdan ve dosyaları 3D baskıya indirdiğinizden ve özel parçaları lazerle kestiğinizden emin olun.

Satın alınan parçalar

Çerçeve: DJI F450 Alev Çarkı

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Motorlar x4: Emax 2205s 2300kv

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

Pervaneler x4: Gemfan Karbon/Naylon 5030

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

ESC'ler x4: Küçük Arı 20A 2-4S

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

Uçuş Kontrolörü: Navio 2 (GPS/GNSS anteni ve güç modülü ile)

Ahududu Pi 3B

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

Verici: FRSKY TARANIS X9D+

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

Alıcı: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

Piller: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo Pil Paketi

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

Pil Şarj Cihazı: Turnigy Accucell-6 50W 6A Dengeleyici/Şarj Cihazı

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

Şarj Cihazı için Güç Kaynağı: RS 12V DC Güç Kaynağı

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

Pil Çantaları: Hobby King Lityum Polimer Şarj Paketi

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

Muz Konnektörler

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

WiFi Yönlendirici: TP-LINK TL-WR802N

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

Mikro SD Kart: SanDisk 32GB

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

Zıtlıklar/Ara Parçalar: Naylon M2.5 İplik

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

dizüstü bilgisayar

Kablo bağları

Velcro Kayış

Isıyla Daralan

3D Baskılı Parçalar

Raspberry Pi / Navio 2 Kasa (Üst ve Alt)

Pil Kutusu (Kutu ve Kapak)

Lazer Kesim Parçaları

Elektronik Katmanları x2

2. Adım: Donanım

Donanım ve İnşaat Aşaması:

1. F450 quadrotor çerçevesini ve basılı pil muhafazasını ortaya monte edin (M2,5*5mm ara parçaları eklediğinizden emin olun)
2. Motorları çerçeveye takın.
3. Muz konektörlerini ESC'lere ve motor kablolarına lehimleyin.
4. ESC'leri ve güç modülünü PDB'ye lehimleyin. Not: PDB'nin 5V çıkışını kullanmadığınızdan emin olun (yeterli güç sağlamayacaktır).
5. M2.5*10mm erkek-dişi aralayıcıları kullanarak ilk lazer kesim katmanını F450 çerçevesinin üstüne ekleyin; ve PDB ve güç modülünü bu katmana ekleyin. Not: Bileşenleri, teller tüm motorlara yeterince ulaşacak şekilde yerleştirdiğinizden emin olun.
6. ESC'leri motorlara bağlayın ve kabloları çerçeveye sabitlemek için fermuar kullanın.
7. Navio2'yi Raspberry Pi'ye takın ve basılı muhafazaya yerleştirin.
8. İkinci lazer kesim katmanını birinci katmanın üzerine ekleyin ve Raspberry-Navio kasasını çift taraflı yapışkan pedler kullanarak yapıştırın.
9. GPS kasanın üstüne yapıştırılabilir, ancak burada resimlerde gösterildiği gibi Raspberry-Navio kasasının üstüne giden başka bir üçüncü katmana yerleştirildi, ancak tamamen onu yapan kişiye kalmış. Ardından GPS'i Navio'ya bağlamanız yeterlidir.
10. Alıcıyı, çift taraflı yapışkan pedler kullanarak ikinci katmanın üzerine sabitleyin. ESC'leri ve alıcı kablolarını Navio pinlerine bağlayın. Alıcı, pimlerin ilk sütununu kaplar ve ardından motorlar sonraki dört sütunu işgal eder. Not: Uçağın ön tarafı, hangi motorun önce takıldığına göre belirlenir. Hangi ön yönü seçerseniz seçin, bu adımın başlangıcındaki resimdeki motorların bağlı olduğundan emin olun.
11. Pervaneler ekleyin. Pervaneleri en sona, yani yazılım bölümünü bitirdikten sonra bırakmanız ve pervaneler açıkken her zaman bir şeylerin ters gitmesi ihtimaline karşı güvenlik önlemlerini aldığınızdan emin olmanız önerilir.

3. Adım: Yazılım

Yazılım Aşaması: (Referans Navio2 belgeleri)

1. Navio2 dokümanlarından en son Emlid Raspbian Görüntüsünü alın.
2. Etcher'ı yönetici haklarıyla indirin, çıkarın ve çalıştırın.
3. Görüntü ve sd kart sürücü harfi ile arşiv dosyasını seçin.
4. “Flaş!”ı tıklayın. İşlem birkaç dakika sürebilir. (Örnek video)
5. Şimdi WiFi erişimini yapılandırmak için SD kartta bulunan wpa_supplicant.conf dosyasını düzenlememiz gerekiyor. Bu adımın başındaki ilk resim gibi görünmesi için düzenleyin. Not: ssid, bilgisayarınızda göründüğü şekliyle TP-Link'in adıdır. TP-Link'iniz için tam ssid'yi bulmanın en iyi yolu, dizüstü bilgisayarınızı TP-Link'e bağlamak ve ardından aşağıdaki komutu bir terminal penceresinde çalıştırmaktır:

Windows için: netsh wlan profilleri göster

Mac için: varsayılanlar /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences |grep SSIDString'i okur

psk, TP-Link ile birlikte gelen kartta verilen şifredir.

1. SD kartı çıkarın ve Raspberry Pi'ye takın ve çalıştırın.
2. Raspberry Pi'nin TP-Link'e bağlı olup olmadığını kontrol etmek için ağınıza bağlı tüm cihazları gösteren mevcut uygulamalardan herhangi birini kullanabilirsiniz.
3. Her seferinde yazdığınız kodların üzerindeki IP adreslerini değiştirmenize gerek kalmaması için TP-Link'inize bağlı cihazlara sabit IP adresleri ayarlamanız gerekmektedir. Bunu basitçe tplinkwifi.net'i açarak yapabilirsiniz (tabii ki TP-Link'e bağlıyken). Kullanıcı adı: admin ve Şifre: admin girin. Ekranın solundaki menüden “DHCP”ye gidin ve açılır menüden “Adres Rezervasyonu”nu seçin. IP adreslerini atamak istediğiniz cihazların MAC Adreslerini ekleyin. Burada yer istasyonuna (Dizüstü Bilgisayar) 192.168.0.110 IP adresi ve Raspberry Pi 192.168.0.111 atanmıştır.
4. Şimdi aşağıdaki bağlantıdan MAVProxy'yi indirmemiz gerekiyor.
5. Şimdi, bu adımın başındaki ikinci resme benzeyen bir.bat dosyası oluşturun ve mavproxy.exe'nizin dizüstü bilgisayarınızda kaydedildiği dosya yolunu kullandığınızdan emin olun. Drone'nuza her bağlanmak istediğinizde bu dosyayı (çift tıklayarak) çalıştırmanız gerekecektir.
6. Raspberry Pi'nin MAVProxy ile iletişim kurmasını sağlamak için Pi'de bir dosyanın düzenlenmesi gerekir.

7. Navio2 otopilotunu barındıran Raspberry Pi'nin Linux terminaline sudo nano /etc/default/arducopter yazın.

8. Açılan dosyanın en üst satırı TELEM1=”-A udp:127.0.0.1:14550” şeklinde olmalıdır. Bu, PC'nizin IP adresini gösterecek şekilde değiştirilmelidir.
9. Mission Planner'ı kurun ve İlk Kez Kurulum bölümüne geçin.

Adım 4: İlk Kurulum

UAV'nize bağlanmak için şu prosedürü izleyin:

1. Hem MAVProxy.bat dosyanızı hem de Mission Planner'ı çalıştırın.
2. Pili İHA'nıza bağlayın ve yaklaşık 30-60 saniye bekleyin. Bu, kablosuz ağa bağlanmak için zaman verecektir.
3. Görev Planlayıcı'nın sağ üst köşesindeki bağlan düğmesine tıklayın. Görüntülenen ilk iletişim kutusuna 127.0.0.1 yazın ve Tamam'a tıklayın. Sonraki kutuya 14551 bağlantı noktası numarasını yazın ve Tamam'a tıklayın. Birkaç saniye sonra Görev Planlayıcı MAV'nize bağlanmalı ve sol panelde telemetri verilerini görüntülemeye başlamalıdır.

İHA'nızı ilk kez kurduğunuzda, belirli donanım bileşenlerini yapılandırmanız ve kalibre etmeniz gerekir. ArduCopter belgelerinde çerçeve tipinin, pusula kalibrasyonunun, radyo kontrol kalibrasyonunun, ivmeölçer kalibrasyonunun, rc verici modu kurulumunun, ESC kalibrasyonunun ve motor menzil konfigürasyonunun nasıl yapılandırılacağı konusunda kapsamlı bir kılavuz bulunur.

Raspberry Pi'nizi drone'a nasıl monte ettiğinize bağlı olarak, görev planlayıcıda tahta yönünü değiştirmeniz gerekebilir. Bu, Mission Planner'daki Config/Tuning sekmesi altındaki gelişmiş parametreler listesindeki Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) parametresini ayarlayarak yapılabilir.

Adım 5: İlk Uçuş

Donanım ve yazılım hazır olduğunda, ilk uçuşa hazırlanma zamanı. Otonom uçuşu denemeden önce, uçağın kullanımı hakkında bir fikir edinmek ve mevcut olabilecek sorunları düzeltmek için UAV'nin verici kullanılarak manuel olarak uçurulması önerilir.

ArduCopter dokümantasyonu, ilk uçuşunuz hakkında çok detaylı ve bilgilendirici bir bölüme sahiptir. ArduCopter ile gelen çeşitli uçuş modlarını ve bu modların her birinin ne yaptığını tartışır. İlk uçuş için stabilize modu, kullanılacak en uygun uçuş modudur.

ArduCopter birçok yerleşik güvenlik özelliğine sahiptir. Bu özelliklerden biri, herhangi bir sorun tespit edildiğinde uçağın devreye girmesini önleyen Silahlanma Öncesi Güvenlik kontrolleridir. Bu kontrollerin çoğu, bir çarpışma veya uçağın kaybolma olasılığının azaltılmasına yardımcı olmak açısından önemlidir, ancak gerektiğinde devre dışı bırakılabilirler.

Motorların devreye alınması, otopilotun motorlara dönmelerine izin vermek için güç uyguladığı zamandır. Motorları devreye almadan önce, uçağın açık bir alanda, herhangi bir insandan veya engelden oldukça uzakta veya güvenli bir uçuş alanında olması önemlidir. Pervanelerin yakınında, özellikle gövde parçaları ve bunlardan zarar görecek diğer şeylerin yakınında hiçbir şey olmaması da çok önemlidir. Her şey netleştiğinde ve pilot çalıştırmanın güvenli olduğundan emin olduğunda, motorlar devreye alınabilir. Bu sayfa, uçağın nasıl kurulacağına dair ayrıntılı bir talimat seti verir. Bu kılavuz ile Navio2 arasındaki tek fark, devreye almanın 7. adımında ve devre dışı bırakmanın 2. adımında yatmaktadır. Navio2'yi devreye almak için, her iki çubuk da birkaç saniye boyunca aşağıda ve ortada tutulmalıdır (resme bakın). Devre dışı bırakmak için, her iki çubuk da birkaç saniye boyunca aşağı ve yanlara doğru tutulmalıdır (resme bakın).

İlk uçuşunuzu gerçekleştirmek için bu kılavuzu izleyin.

İlk uçuştan sonra bazı değişiklikler yapmak gerekebilir. Donanım tam olarak çalıştığı ve doğru bir şekilde kurulduğu sürece bu değişiklikler öncelikle PID tuning şeklinde olacaktır. Bu kılavuz, quadcopter'ı ayarlamak için bazı yararlı ipuçları içerir, ancak bizim durumumuzda, P kazancını hafifçe azaltmak, uçağı kararlı hale getirmek için yeterliydi. Uçak uçabilir hale geldiğinde ArduCopter otomatik ayar işlevini kullanmak mümkündür. Bu, hala sabit kalırken en hızlı yanıtı sağlamak için PID'leri otomatik olarak ayarlar. ArduCopter belgeleri, otomatik ayarlamanın nasıl gerçekleştirileceğine dair ayrıntılı bir kılavuz sağlar.

Bu adımlardan herhangi birinde sorunlarla karşılaşırsanız sorun giderme kılavuzu yardımcı olabilir.

Adım 6: Otonom Uçuş

Görev Planlayıcı

Artık helikopteriniz ayarlandığına ve manuel kontrol altında iyi bir şekilde uçabildiğine göre, otonom uçuş araştırılabilir.

Otonom uçuşa geçmenin en kolay yolu, uçağınızla yapabileceğiniz çok sayıda şeyi içerdiğinden Mission Planner'ı kullanmaktır. Mission Planner'da otonom uçuş iki ana kategoriye ayrılır; önceden planlanmış görevler (otomatik mod) ve canlı görevler (rehberli mod). Görev planlayıcıdaki uçuş planlayıcı ekranı, ziyaret edilecek ara noktalar ve fotoğraf çekme gibi gerçekleştirilecek eylemlerden oluşan bir uçuşu planlamak için kullanılabilir. Yol noktaları manuel olarak seçilebilir veya bir alanı araştırmak için görevler oluşturmak için otomatik yol noktası aracı kullanılabilir. Bir görev planlanıp drone'a gönderildikten sonra, Otomatik uçuş modu, uçağın önceden planlanmış görevi otonom olarak takip etmesi için kullanılabilir. İşte planlama misyonları hakkında kullanışlı bir kılavuz.

Güdümlü mod, UAV'ye belirli şeyleri yapması için etkileşimli olarak komut vermenin bir yoludur. Bu, Görev Planlayıcı'daki eylemler sekmesini kullanarak veya haritaya sağ tıklayarak yapılır. İHA'ya, istenilen konumdaki haritaya sağ tıklanarak ve Buraya Uç seçilerek, kalkış, kalkışa geri dönme ve seçilen bir konuma uçma gibi birçok işlemi yapması için komut verilebilir.

Arıza güvenlikleri, otonom uçuş sırasında, işler ters giderse uçağın hasar görmemesini ve insanların yaralanmamasını sağlamak için dikkate alınması gereken önemli bir şeydir. Görev Planlayıcı, UAV'nin nereye uçabileceğini sınırlamak ve çok uzağa veya çok yükseğe gitmesini engellemek için kullanılabilen yerleşik bir Geo-Fence işlevine sahiptir. Başka bir yedek olarak ilk birkaç uçuşunuz için UAV'yi yere bağlamayı düşünmeye değer olabilir. Son olarak, radyo vericinizin açık ve drone'a bağlı olması önemlidir, böylece gerekirse otonom uçuş modundan stabilize veya alt-hold gibi manuel bir uçuş moduna geçebilirsiniz, böylece UAV'nin güvenli bir şekilde pilotu olabilir. karaya.

MATLAB

MATLAB kullanarak otonom kontrol çok daha az basittir ve önceden biraz programlama bilgisi gerektirir.

MATLAB komut dosyaları real_search_polygon ve real_search, kullanıcı tanımlı bir çokgen aramak için önceden planlanmış görevler oluşturmanıza olanak tanır. real_search_polygon komut dosyası, kullanıcı tanımlı çokgen üzerinde bir yol planlarken, real_search komut dosyası çokgeni kapsayan minimum dikdörtgen üzerinde bir yol planlar. Bunu yapmak için adımlar aşağıdaki gibidir:

1. Görev Planlayıcı'yı açın ve Uçuş Planı penceresine gidin.
2. Çokgen aracını kullanarak istenen arama alanı üzerine bir çokgen çizin.
3. Çokgeni MATLAB betiğiyle aynı klasöre 'search_area.poly' olarak kaydedin.
4. MATLAB'a gidin ve real_search_polygon veya real_search'ü çalıştırın. İstediğiniz yol genişliğini seçtiğinizden emin olun ve 7. satırdaki file_path dosyasını çalıştığınız doğru dizine değiştirin.
5. Komut dosyası çalıştırıldığında ve oluşturulan yoldan memnun kaldığınızda, Mission Planner'a geri dönün.
6. Sağ taraftaki WP Dosyasını Yükle'ye tıklayın ve az önce oluşturduğunuz yol noktası dosyasını 'search_waypoints.txt' seçin.
7. Yol noktalarını drone'a göndermek için sağ taraftaki WP'leri Yaz'a tıklayın.
8. Drone'yu silahlandırın ve manuel olarak veya haritaya sağ tıklayıp kalkışı seçerek havalanın.
9. Makul bir yüksekliğe ulaştığınızda modu otomatik olarak değiştirin ve drone göreve başlayacaktır.
10. Görev bittikten sonra, drone'yu fırlatma alanına geri getirmek için eylemler sekmesinde RTL'ye tıklayın.

Bu adımın başlangıcındaki video, bir alanı arayan İHA'nın Mission Planner'daki bir simülasyonudur.

Adım 7: Vizyon

Drone görevi, dağların veya vahşi doğanın üzerinden uçmak ve insanları veya düzensiz nesneleri tespit etmek ve ardından o kişinin yardıma ihtiyacı olup olmadığını görmek için bunları işlemek. Bu ideal olarak pahalı bir kızılötesi kamera kullanılarak yapılır. Bununla birlikte, kızılötesi kameraların yüksek maliyetleri nedeniyle, bunun yerine, normal bir Pi kamera kullanılarak yeşil olmayan tüm nesnelerin algılanmasıyla kızılötesi algılamaya benzer.

1. Raspberry Pi'ye ssh
2. Öncelikle Raspberry Pi'ye OpenCV yüklememiz gerekiyor. pyimagesearch tarafından sağlanan aşağıdaki kılavuz, internette mevcut olan en iyi kılavuzlardan biridir.
3. Kodu aşağıdaki bağlantı aracılığıyla GitHub'dan Raspberry Pi'ye indirin. Kodu Raspberry Pi'ye indirmek için dosyayı bilgisayarınıza indirebilir ve ardından Raspberry Pi'ye aktarabilirsiniz.
4. Kodu çalıştırmak için Raspberry Pi'de kodun bulunduğu dizine gidin ve ardından şu komutu çalıştırın:

python color_target_detection.py --conf conf.json

SÜREKLİ KULLANIM Raspberry pi'yi her yeniden başlattığınızda aşağıdaki komutları çalıştırmanız gerekir:

sudo ssh [email protected] -X

kaynak ~/.profile

çalışma özgeçmişi

Ardından yukarıdaki 4. adımla devam edin.

Önemli not: Tüm terminaller video gösteremez. Mac'te XQuartz terminalini kullanın.