Autonomous Drone: 7 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Sa proyektong ito malalaman mo ang proseso ng pagbuo at pag-configure ng isang drone, bago magpatuloy upang siyasatin ang autonomous flight gamit ang Mission Planner at MATLAB.

Mangyaring tandaan na ang itinuturo na ito ay inilaan bilang gabay lamang. Ang paggamit ng mga drone ay maaaring mapanganib sa paligid ng mga tao at maaari kang magkaroon ng malubhang problema sa batas kung hindi naaangkop o sa maling lugar. Tiyaking sumunod ka sa lahat ng mga batas at regulasyon na pumapalibot sa paggamit ng mga drone. Bukod dito, ang mga code na ibinigay sa GitHub ay hindi pa ganap na nasubukan upang matiyak na mayroon kang iba pang mga failafes sa lugar upang maiwasan na mawala o mapinsala ang iyong drone.

Hakbang 1: Listahan ng Mga Bahagi

Para sa proyektong ito kakailanganin mo ng maraming bahagi. Bago magpatuloy sa natitirang proyekto na ito, tiyaking bumili ng mga sumusunod na sangkap at i-download ang mga file sa 3D print at laser cut ang mga pasadyang bahagi.

Mga Nabiling Bahagi

Frame: DJI F450 Flame Wheel

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Mga Motors x4: Emax 2205s 2300kv

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

Mga 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 (na may antena ng GPS / GNSS at module ng kuryente)

Raspberry Pi 3B

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

Transmitter: FRSKY TARANIS X9D +

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

Tagatanggap: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

Mga Baterya: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo Battery Pack

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

Charger ng Baterya: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer / Charger

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

Power Supply para sa Charger: RS 12V DC Power Supply

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

Mga Bag ng Baterya: Hobby King Lithium Polymer Charge Pack

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

Mga Konektor ng Saging

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

Router ng WiFi: TP-LINK TL-WR802N

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

Micro SD Card: SanDisk 32GB

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

Mga Standoff / Spacer: Nylon M2.5 Thread

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

Laptop

Mga Tali ng Cable

Velcro Strap

Heat Shrink

Mga Naka-print na Bahaging 3D

Kaso ng Raspberry Pi / Navio 2 (Itaas at Ibaba)

Kaso ng Baterya (Kahon at Lid)

Mga Bahagi ng Laser Cut

Mga Layer ng Elektronikong x2

Hakbang 2: Hardware

Hardware at Phase ng Pagbuo:

1. Ipunin ang F450 quadrotor frame at ang naka-print na casing ng baterya sa gitna (tiyaking idagdag ang M2.5 * 5mm spacers)
2. Ikabit ang mga motor sa frame.
3. Paghinang ang mga konektor ng saging sa mga ESC at wires ng motor.
4. Paghinang ng mga ESC at ang module ng kuryente sa PDB. Tandaan: Tiyaking hindi gagamitin ang 5V output ng PDB (hindi ito magbibigay ng sapat na lakas).
5. Idagdag ang unang laser cut layer sa tuktok ng F450 frame gamit ang M2.5 * 10mm male-female spacers; at ilakip ang PDB at module ng kuryente sa layer na ito. Tandaan: tiyaking ilagay ang mga bahagi tulad ng ang mga wire ay may sapat na haba na maabot sa lahat ng mga motor.
6. Ikonekta ang mga ESC sa mga motor at gumamit ng mga kurbatang zip upang ma-secure ang mga wire sa frame.
7. Ikabit ang Navio2 sa Raspberry Pi at ilagay ito sa naka-print na pambalot.
8. Idagdag ang pangalawang layer ng laser cut sa tuktok ng unang layer at ilakip ang casing na Raspberry-Navio gamit ang dobleng panig na mga malagkit na pad.
9. Ang GPS ay maaaring nakadikit sa tuktok ng pambalot, subalit dito inilagay sa isa pang pangatlong layer na napupunta sa tuktok ng Raspberry-Navio casing tulad ng ipinakita sa mga larawan, ngunit ganap na nakasalalay sa taong nagtatayo nito. Pagkatapos ay ikonekta lamang ang GPS sa Navio.
10. Ayusin ang tatanggap sa tuktok ng pangalawang layer gamit ang dobleng panig na mga malagkit na pad. Ikonekta ang mga ESC at wires ng tatanggap sa mga pin ng Navio. Sinasakop ng tatanggap ang unang haligi ng mga pin at pagkatapos ang mga motor ay sumakop sa susunod na apat na haligi. Tandaan: Ang harap ng drone ay natutukoy kung aling motor ang unang nakakabit. Alinmang direksyon sa harap ang pipiliin mong tiyakin na ang mga motor ay konektado sa larawan sa simula ng hakbang na ito.
11. Magdagdag ng mga propeller. Pinapayuhan na iwanan ang mga propeller sa pinakadulo ibig sabihin pagkatapos matapos ang seksyon ng software at laging siguraduhin na gumawa ka ng mga pag-iingat sa kaligtasan kapag ang mga tagabunsod ay sakaling magkaroon ng mga maling bagay.

Hakbang 3: Software

Software Phase: (Sanggunian Navio2 docs)

1. Kunin ang pinakabagong Emlid Raspbian Image mula sa Navio2 docs.
2. Mag-download, kumuha at magpatakbo ng Etcher na may mga karapatan sa administrator.
3. Piliin ang file ng archive na may imahe at sd card drive letter.
4. I-click ang "Flash!". Ang proseso ay maaaring tumagal ng ilang minuto. (Halimbawa ng video)
5. Ngayon upang mai-configure ang pag-access sa WiFi kailangan namin upang i-edit ang wpa_supplicant.conf file na matatagpuan sa SD card. I-edit ito upang gawin itong hitsura ng unang larawan sa tuktok ng hakbang na ito. Tandaan: ang ssid ay ang pangalan ng TP-Link na lumilitaw sa iyong computer. Ang pinakamahusay na paraan ng paghahanap ng eksaktong ssid para sa iyong TP-Link ay upang ikonekta ang iyong laptop sa TP-Link at pagkatapos ay patakbuhin ang utos sa ibaba sa isang terminal window:

Para sa windows: netsh wlan show profiles

Para sa mac: mga default na basahin /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSidstring

Ang psk ay ang password na ibinigay sa card na kasama ng TP-Link.

1. Eject ang SD card at ilagay ito sa Raspberry Pi at i-power ito.
2. Upang suriin kung ang Raspberry Pi ay konektado sa TP-Link maaari mong gamitin ang alinman sa mga magagamit na app na nagpapakita ng lahat ng mga aparato na konektado sa iyong network.
3. Kinakailangan na magtakda ng mga nakapirming IP address sa mga aparato na konektado sa iyong TP-Link upang hindi mo kailangang baguhin ang mga IP address sa mga code na iyong sinusulat tuwing. Maaari mo lamang gawin ito sa pamamagitan ng pagbubukas ng tplinkwifi.net (habang nakakonekta ka sa TP-Link syempre). Ipasok ang Username: admin at Password: admin. Pumunta sa "DHCP" sa menu sa kaliwa ng screen pagkatapos ay piliin ang "Address Reservation" mula sa dropdown menu. Idagdag ang mga MAC Address ng mga aparato kung saan mo nais italaga ang mga IP address. Narito ang ground station (Laptop) ay naitalaga ng isang IP address na 192.168.0.110 at ang Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Ngayon kailangan naming mag-download ng MAVProxy mula sa sumusunod na link.
5. Lumikha ngayon ng isang.bat file na mukhang ang pangalawang larawan sa tuktok ng hakbang na ito, at tiyaking ginagamit mo ang file path kung saan nai-save ang iyong mavproxy.exe sa iyong laptop. Kakailanganin mong patakbuhin ang file na ito (sa pamamagitan ng pag-double click dito) sa tuwing nais mong kumonekta sa iyong drone.
6. Upang makuha ang Raspberry Pi upang makipag-usap sa MAVProxy ang isang file ay kailangang mai-edit sa Pi.
7. I-type ang sudo nano / etc / default / arducopter sa terminal ng Linux ng Raspberry Pi na nagho-host sa Navio2 autopilot.
8. Ang tuktok na linya ng file na magbubukas ay dapat basahin ang TELEM1 =”- A udp: 127.0.0.1: 14550”. Kailangang mabago ito upang magturo ito sa IP address ng iyong PC.
9. I-install ang Mission Planner at lumipat sa seksyong First Time Setup.

Hakbang 4: First Time Setup

Upang kumonekta sa iyong UAV sundin ang pamamaraang ito:

1. Patakbuhin ang parehong iyong MAVProxy.bat file, at Mission Planner.
2. Ikonekta ang baterya sa iyong UAV at maghintay ng humigit-kumulang 30-60 segundo. Bibigyan nito ng oras upang kumonekta sa wireless network.
3. I-click ang pindutan ng kumonekta sa kanang tuktok ng Mission Planner. Sa unang kahon ng dayalogo na lilitaw uri 127.0.0.1 at i-click ang OK. Sa susunod na kahon i-type ang numero ng port na 14551 at i-click ang OK. Pagkatapos ng ilang segundo ay dapat kumonekta ang Mission Planner sa iyong MAV at simulang ipakita ang data ng telemetry sa kaliwang panel.

Kapag na-set up mo ang iyong UAV sa kauna-unahang pagkakataon, kinakailangang i-configure at i-calibrate ang ilang mga bahagi ng hardware. Ang ArduCopter docs ay may masusing gabay sa kung paano i-configure ang uri ng frame, pagkakalibrate ng kompas, pagkakalibrate ng kontrol sa radyo, pagkakalibrate ng accelerometer, pag-set up ng rc transmitter mode, pagkakalibrate ng ESC, at pagsasaayos ng saklaw ng motor.

Depende sa kung paano mo nai-mount ang iyong Raspberry Pi sa drone maaaring kinakailangan na baguhin ang orientation ng board sa planner ng misyon. Magagawa ito sa pamamagitan ng pag-aayos ng parameter ng Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) sa advanced na listahan ng mga parameter sa ilalim ng tab na Config / Tuning sa Mission Planner.

Hakbang 5: Unang Paglipad

Kapag handa na ang hardware at software, oras na upang maghanda para sa unang flight. Inirerekumenda na bago subukan ang autonomous flight ang UAV ay dapat ipalipad nang manu-mano gamit ang transmitter upang makaramdam ng paghawak ng sasakyang panghimpapawid at upang ayusin ang anumang mga isyu na maaaring mayroon.

Ang dokumentasyon ng ArduCopter ay may isang napaka-detalyado at nagbibigay-kaalaman na seksyon sa iyong unang flight. Tinatalakay nito ang iba't ibang mga mode ng paglipad na kasama ng ArduCopter at kung ano ang ginagawa ng bawat isa sa mga mode na ito. Para sa unang flight, ang stabilize mode ay ang pinakaangkop na flight mode na gagamitin.

Ang ArduCopter ay maraming built in na mga tampok sa kaligtasan. Ang isa sa mga tampok na ito ay ang mga pagsusuri sa Kaligtasan ng Pre-Arm na pumipigil sa sasakyang panghimpapawid ng eroplano kung may napansin na mga isyu. Karamihan sa mga tseke na ito ay mahalaga sa pagtulong na mabawasan ang pagkakataon ng isang pagbagsak o pagkawala ng sasakyang panghimpapawid ngunit maaari silang hindi paganahin kung kinakailangan.

Ang pag-armas ng mga motor ay kapag ang autopilot ay naglalapat ng lakas sa mga motor upang payagan silang paikutin. Bago armasan ang mga motor mahalaga na ang sasakyang panghimpapawid ay nasa isang malinaw na bukas na lugar, malayo sa anumang mga tao o hadlang o sa isang ligtas na lumilipad na arena. Napakahalaga rin na walang malapit sa mga propeller, partikular ang mga bahagi ng katawan at iba pang mga bagay na masisira sa kanila. Kapag ang lahat ay malinaw at nasiyahan ang piloto na ligtas itong magsimula, ang mga motor ay maaaring armado. Nagbibigay ang pahinang ito ng isang detalyadong hanay ng mga tagubilin sa kung paano braso ang sasakyang panghimpapawid. Ang mga pagkakaiba lamang sa pagitan ng patnubay na iyon at ang Navio2 ay nakasalalay sa hakbang 7 ng pag-armas at hakbang 2 ng pag-disarmahan. Upang armasan ang Navio2, ang parehong mga stick ay dapat na pinipigilan at sa gitna ng ilang segundo (tingnan ang larawan). Upang mag-alis ng sandata, ang parehong mga stick ay dapat na i-hold down at sa mga gilid para sa isang ilang segundo (tingnan ang larawan).

Upang maisakatuparan ang iyong unang flight, sundin ang gabay na ito.

Matapos ang unang flight maaaring kinakailangan na gumawa ng ilang mga pagbabago. Hangga't ang hardware ay ganap na gumagana at na-set up nang tama, ang mga pagbabagong ito ay pangunahin sa anyo ng pag-tune ng PID. Ang gabay na ito ay may ilang mga kapaki-pakinabang na tip para sa pag-tune ng quadcopter subalit sa aming kaso, ang bahagyang pagbawas lamang ng nakuha ng P ay sapat na upang maging matatag ang sasakyang panghimpapawid. Sa sandaling ang sasakyang panghimpapawid ay lumilipad posible na gamitin ang pagpapaandar ng Autotune ng ArduCopter. Awtomatiko nitong binabago ang mga PID upang makapagbigay ng pinakamabilis na tugon habang nananatiling matatag pa rin. Ang dokumentasyon ng ArduCopter ay nagbibigay ng isang detalyadong gabay kung paano magsagawa ng autotuning.

Kung nakatagpo ka ng mga problema sa alinman sa mga hakbang na ito, maaaring makatulong ang gabay sa pag-troubleshoot.

Hakbang 6: Autonomous Flight

Tagaplano ng Misyon

Ngayon na naayos na ang iyong copter at maaaring lumipad nang maayos sa ilalim ng manu-manong kontrol, maaaring maiimbestigahan ang autonomous flight.

Ang pinakamadaling paraan upang makapunta sa autonomous flight ay ang paggamit ng Mission Planner dahil naglalaman ito ng maraming hanay ng mga bagay na maaari mong gawin sa iyong sasakyang panghimpapawid. Ang nagsasariling paglipad sa Mission Planner ay nabibilang sa dalawang pangunahing mga kategorya; mga pre-plan na misyon (auto mode), at live na misyon (guidance mode). Ang screen ng tagaplano ng flight sa tagaplano ng misyon ay maaaring magamit upang magplano ng isang flight na binubuo ng mga waypoint upang bisitahin at mga aksyon upang gumanap tulad ng pagkuha ng mga larawan. Ang mga pointpoint ay maaaring mapili nang manu-mano, o ang tool ng auto waypoint ay maaaring magamit upang makabuo ng mga misyon upang surbeyin ang isang lugar. Kapag ang isang misyon ay nakaplano at naipadala sa drone, ang Auto flight mode ay maaaring magamit upang ang sasakyang panghimpapawid ay awtomatikong susundin ang pre-plan na misyon. Narito ang isang madaling gamiting gabay tungkol sa pagpaplano ng mga misyon.

Ang gabay na mode ay isang paraan ng interactive na pag-uutos sa UAV na gawin ang ilang mga bagay. Ginagawa ito sa pamamagitan ng paggamit ng tab na mga pagkilos sa Mission Planner o sa pamamagitan ng pag-right click sa mapa. Ang UAV ay maaaring utusan na gumawa ng maraming mga bagay tulad ng paglabas, bumalik upang ilunsad, at lumipad sa isang napiling lokasyon sa pamamagitan ng pag-right click sa mapa sa nais na lokasyon at pagpili ng Fly To Here.

Ang mga pagkagambala ay isang mahalagang bagay na isasaalang-alang sa panahon ng pagsasarili ng paglipad upang matiyak na kung magkamali ang mga bagay, ang sasakyang panghimpapawid ay hindi nasira at ang mga tao ay hindi nasugatan. Ang Mission Planner ay may built in na function na Geo-Fence na maaaring magamit upang limitahan kung saan maaaring lumipad ang UAV at pigilan ito mula sa napakalayo o masyadong mataas. Maaaring sulit na isaalang-alang ang pag-tether ng UAV sa lupa para sa iyong unang ilang mga flight bilang isa pang backup. Panghuli, mahalaga na mayroon ka ng iyong radio transmitter at nakakonekta sa drone upang kung kinakailangan maaari kang lumipat mula sa autonomous flight mode sa isang manu-manong mode ng paglipad tulad ng pag-stabilize o pag-alt-hold upang ang UAV ay maaaring ligtas na mai-pilot mapunta.

MATLAB

Ang autonomous na kontrol gamit ang MATLAB ay mas gaanong simple at nangangailangan ng ilang naunang kaalaman sa programa.

Ang mga script ng MATLAB na real_search_polygon at real_search ay nagbibigay-daan sa iyo upang makabuo ng mga paunang planong misyon upang maghanap ng isang polygon na tinukoy ng gumagamit. Ang script na real_search_polygon ay nagpaplano ng isang landas sa tinukoy ng gumagamit na polygon samantalang ang script na real_search ay nagpaplano ng isang landas sa minimum na rektanggulo na sumasaklaw sa polygon. Ang mga hakbang upang magawa ito ay ang mga sumusunod:

1. Buksan ang Mission Planner at pumunta sa window ng Flight Plan.
2. Gumuhit ng isang polygon sa ibabaw ng nais na lugar ng paghahanap gamit ang polygon tool.
3. I-save ang polygon bilang 'search_area.poly' sa parehong folder bilang MATLAB script.
4. Pumunta sa MATLAB at patakbuhin ang alinman sa real_search_polygon o real_search. Tiyaking piliin ang iyong nais na lapad ng landas at baguhin ang file_path sa linya 7 sa tamang direktoryo kung saan ka nagtatrabaho.
5. Kapag ang script ay tumakbo at ikaw ay masaya sa path na nabuo bumalik sa Mission Planner.
6. I-click ang Load WP File sa kanang bahagi at piliin ang waypoint file na 'search_waypoints.txt' na iyong nilikha.
7. I-click ang Isulat ang mga WP sa kanang bahagi upang ipadala ang mga waypoint sa drone.
8. Braso ang drone at mag-alis alinman sa manu-mano o sa pamamagitan ng pag-right click sa mapa at pagpili ng paglabas.
9. Kapag sa isang makatwirang taas baguhin ang mode sa auto at ang drone ay magsisimulang misyon.
10. Matapos ang misyon ay tapos na, i-click ang RTL sa tab na mga aksyon upang ibalik ang drone sa site ng paglulunsad.

Ang video sa simula ng hakbang na ito ay isang simulation sa Mission Planner ng UAV na naghahanap ng isang lugar.

Hakbang 7: Paningin

Ang drone misyon ay upang lumipad sa mga bundok o ilang at makita ang mga tao o iregular na mga bagay at pagkatapos ay iproseso iyon upang makita kung ang taong iyon ay nangangailangan ng tulong. Mainam na magagawa ito gamit ang isang mamahaling infrared camera. Gayunpaman, dahil sa mataas na gastos ng mga infrared camera, sa halip ang infrared detection ay nahahalintulad ng pagtuklas ng lahat ng mga hindi berdeng bagay gamit ang isang normal na Pi camera.

1. ssh sa Raspberry Pi
2. Una sa lahat kailangan naming i-install ang OpenCV sa Raspberry Pi. Ang sumusunod na gabay na ibinigay ng pyimagesearch ay isa sa pinakamahusay na magagamit sa internet.
3. I-download ang code sa Raspberry Pi mula sa GitHub sa pamamagitan ng sumusunod na link. Upang mai-download ang code sa Raspberry Pi, maaari mong i-download ang file sa iyong computer at pagkatapos ay ilipat ito sa Raspberry Pi.
4. Upang patakbuhin ang code, pumunta sa direktoryo kung saan ang code ay nasa sa Raspberry Pi at pagkatapos ay patakbuhin ang utos:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

PATULOY NA PAGGAMIT Sa tuwing i-restart mo ang raspberry pi kailangan mo upang patakbuhin ang mga sumusunod na utos:

sudo ssh [email protected] -X

mapagkukunan ~ /.profile

workon cv

Pagkatapos ay magpatuloy sa hakbang 4 sa itaas.

Mahalagang tala: HINDI lahat ng mga terminal ay may kakayahang magpakita ng mga video. Sa mac gamitin ang XQuartz terminal.