پهپاد خودکار: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

در این پروژه شما مراحل ساخت و پیکربندی یک هواپیمای بدون سرنشین را یاد خواهید گرفت ، قبل از اینکه به بررسی پروازهای خودکار با استفاده از Mission Planner و MATLAB بپردازید.

لطفاً توجه داشته باشید که این دستورالعمل فقط به عنوان راهنمایی در نظر گرفته شده است. استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین می تواند برای افراد بسیار خطرناک باشد و در صورت استفاده نامناسب یا در مکان اشتباه شما را با مشکل جدی قانون مواجه کند. اطمینان حاصل کنید که به تمام قوانین و مقررات پیرامون استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین پایبند هستید. علاوه بر این ، کدهای ارائه شده در GitHub به طور کامل آزمایش نشده اند ، بنابراین مطمئن شوید که سایر خطاهای جانبی را دارید تا از گم شدن یا آسیب دیدن هواپیمای بدون سرنشین خود جلوگیری کنید.

مرحله 1: لیست قطعات

برای این پروژه به چندین قسمت نیاز دارید. قبل از ادامه این پروژه ، مطمئن شوید که اجزای زیر را خریداری کرده اید و فایل ها را برای چاپ سه بعدی و برش لیزری قطعات سفارشی بارگیری کنید.

قطعات خریداری شده

قاب: چرخ شعله DJI F450

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

موتورهای x4: Emax 2205s 2300kv

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

پروانه x4: جمفن کربن/نایلون 5030

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

ESCs x4: زنبور کوچک 20A 2-4S

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

کنترل پرواز: Navio 2 (با آنتن GPS/GNSS و ماژول قدرت)

رزبری پای 3 بی

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

فرستنده: FRSKY TARANIS X9D+

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

گیرنده: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

hobbyking.com/fa_us/xsr-eu-lbt.html؟_st…

باتری: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Lipo Battery Battery

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

شارژر باتری: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer/Charger

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

منبع تغذیه شارژر: منبع تغذیه RS 12V DC

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

کیسه های باتری: بسته شارژ لیتیوم پلیمری Hobby King

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

اتصالات موز

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

روتر WiFi: TP-LINK TL-WR802N

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

کارت حافظه Micro SD: SanDisk 32 گیگابایت

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

موضع گیری/فاصله: نایلون M2.5 موضوع

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

لپ تاپ

کابل کراوات

بند Velcro

انقباض حرارتی

قطعات چاپ سه بعدی

کیف Raspberry Pi / Navio 2 (بالا و پایین)

قاب باتری (جعبه و درب)

قطعات برش لیزری

لایه های الکترونیکی x2

مرحله 2: سخت افزار

سخت افزار و مرحله ساخت:

1. قاب چهارگانه F450 و قاب باتری چاپ شده را در وسط مونتاژ کنید (مطمئن شوید که جدا کننده M2.5*5 میلی متر را اضافه کنید)
2. موتورها را به قاب وصل کنید.
3. اتصالات موز را به ESC ها و سیم موتورها بچسبانید.
4. ESC ها و ماژول قدرت را به PDB لحیم کنید. توجه: مطمئن شوید که از خروجی 5 ولت PDB استفاده نمی کنید (قدرت کافی را تأمین نمی کند).
5. اولین لایه برش لیزری را با استفاده از جداکننده های زن و مرد M2.5*10 میلی متر به بالای قاب F450 اضافه کنید. و ماژول PDB و power را به این لایه وصل کنید. توجه: قطعات را طوری قرار دهید که سیمها به اندازه کافی به همه موتورها برسد.
6. ESC ها را به موتورها وصل کرده و از زیپ برای اتصال سیم ها به قاب استفاده کنید.
7. Navio2 را به رزبری پای وصل کنید و آن را در پوسته چاپ شده قرار دهید.
8. دومین لایه برش لیزری را در بالای لایه اول اضافه کرده و با استفاده از پدهای چسبنده دو طرفه روکش Raspberry-Navio را وصل کنید.
9. GPS را می توان در بالای بدنه چسباند ، با این حال در اینجا روی لایه سوم دیگری قرار گرفته است که بر روی قاب Raspberry-Navio قرار دارد ، همانطور که در تصاویر نشان داده شده است ، اما کاملاً به شخص سازنده آن بستگی دارد. سپس GPS را به Navio وصل کنید.
10. گیرنده را در بالای لایه دوم با استفاده از پدهای چسبنده دو طرفه ثابت کنید. ESC ها و سیم های گیرنده را به پین های Navio وصل کنید. گیرنده اولین ستون پین را اشغال می کند و سپس موتورها چهار ستون بعدی را اشغال می کنند. توجه: قسمت جلوی پهپاد مشخص می شود که کدام موتور ابتدا متصل شده است. هر جهت جلو را که انتخاب می کنید ، مطمئن شوید که موتورها در ابتدای این مرحله به هم متصل شده اند.
11. ملخ ها را اضافه کنید توصیه می شود که ملخ ها را به انتها بسپارید ، یعنی پس از اتمام بخش نرم افزار و همیشه اطمینان حاصل کنید که در صورت خرابی پروانه ها اقدامات ایمنی را انجام دهید.

مرحله 3: نرم افزار

فاز نرم افزار: (مرجع اسناد Navio2)

1. جدیدترین تصویر Emlid Raspbian را از اسناد Navio2 دریافت کنید.
2. Etcher را با حقوق سرپرست بارگیری ، استخراج و اجرا کنید.
3. فایل بایگانی با تصویر درایو و حرف درایو کارت را انتخاب کنید.
4. روی "Flash" کلیک کنید. روند ممکن است چند دقیقه طول بکشد. (نمونه فیلم)
5. اکنون برای پیکربندی دسترسی WiFi باید فایل wpa_supplicant.conf واقع در کارت SD را ویرایش کنیم. آن را ویرایش کنید تا شبیه تصویر اول در بالای این مرحله باشد. توجه: ssid نام TP-Link است که در رایانه شما ظاهر می شود. بهترین راه برای یافتن ssid دقیق TP-Link این است که لپ تاپ خود را به TP-Link متصل کرده و سپس دستور زیر را در پنجره ترمینال اجرا کنید:

برای ویندوز: netsh wlan نمایه نمایش می دهد

برای مک: به طور پیش فرض /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString را بخوانید

psk رمز عبور داده شده بر روی کارت است که به همراه TP-Link ارائه می شود.

1. کارت SD را خارج کرده و در رزبری پای قرار دهید و آن را تغذیه کنید.
2. برای بررسی اینکه آیا رزبری پای به TP-Link متصل است یا خیر ، می توانید از هر یک از برنامه های موجود که همه دستگاه های متصل به شبکه شما را نشان می دهد استفاده کنید.
3. لازم است آدرسهای IP ثابت را برای دستگاههای متصل به TP-Link خود تنظیم کنید تا نیازی به تغییر آدرس IP در کدهایی که هربار می نویسید ، نباشد. شما می توانید به سادگی با باز کردن tplinkwifi.net این کار را انجام دهید (البته وقتی به TP-Link متصل هستید). نام کاربری: admin و رمز عبور: admin را وارد کنید. در منوی سمت چپ صفحه به "DHCP" بروید و سپس از منوی کشویی "رزرو آدرس" را انتخاب کنید. آدرس MAC دستگاههایی را که می خواهید آدرس IP را برای آنها اختصاص دهید ، اضافه کنید. در اینجا ایستگاه زمینی (لپ تاپ) دارای آدرس IP 192.168.0.110 و رزبری پای 192.168.0.111 است.
4. اکنون ما باید MAVProxy را از لینک زیر بارگیری کنیم.
5. اکنون یک فایل.bat ایجاد کنید که شبیه تصویر دوم در بالای این مرحله است ، و مطمئن شوید که از مسیر پرونده ای که mavproxy.exe شما در لپ تاپ شما ذخیره شده است ، استفاده می کنید. هر بار که می خواهید به پهپاد خود متصل شوید ، باید این فایل را (با دوبار کلیک روی آن) اجرا کنید.
6. به منظور برقراری ارتباط Raspberry Pi با MAVProxy ، یک فایل باید روی Pi ویرایش شود.

7. sudo nano/etc/default/arducopter را در ترمینال لینوکس رزبری پای که میزبان خلبان خودکار Navio2 است تایپ کنید.

8. خط بالای فایل باز شده باید TELEM1 =”-A udp: 127.0.0.1: 14550” را بخواند. این باید طوری تغییر کند که به آدرس IP رایانه شما اشاره کند.
9. Mission Planner را نصب کرده و به قسمت First Time Setup بروید.

مرحله 4: راه اندازی اولین بار

برای اتصال به پهپاد خود این روش را دنبال کنید:

1. هر دو فایل MAVProxy.bat و Mission Planner را اجرا کنید.
2. باتری را به پهپاد خود وصل کنید و تقریباً 30-60 ثانیه صبر کنید. این به آن زمان می دهد تا به شبکه بی سیم متصل شود.
3. روی دکمه اتصال در بالا سمت چپ Mission Planner کلیک کنید. در اولین کادر محاوره ای که ظاهر می شود ، 127.0.0.1 را تایپ کرده و روی OK کلیک کنید. در کادر بعدی شماره پورت 14551 را تایپ کرده و روی OK کلیک کنید. پس از چند ثانیه Mission Planner باید به MAV شما متصل شود و نمایش داده های تله متری را در پنل سمت چپ شروع کند.

هنگامی که UAV خود را برای اولین بار راه اندازی می کنید ، لازم است برخی از اجزای سخت افزاری را پیکربندی و کالیبراسیون کنید. اسناد ArduCopter دارای راهنمای کامل نحوه پیکربندی نوع فریم ، کالیبراسیون قطب نما ، کالیبراسیون کنترل رادیویی ، کالیبراسیون شتاب سنج ، تنظیم حالت فرستنده rc ، کالیبراسیون ESC و پیکربندی محدوده موتور است.

بسته به نحوه نصب رزبری پای خود بر روی هواپیمای بدون سرنشین ، ممکن است لازم باشد جهت برنامه ریزی ماموریت را تغییر دهید. این را می توان با تنظیم پارامتر Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) در لیست پارامترهای پیشرفته در زبانه Config/Tuning در Mission Planner انجام داد.

مرحله 5: اولین پرواز

هنگامی که سخت افزار و نرم افزار آماده شد ، زمان آماده شدن برای اولین پرواز است. توصیه می شود که قبل از تلاش برای پرواز خودکار ، پهپاد به صورت دستی با استفاده از فرستنده به پرواز درآید تا از نحوه جابجایی هواپیما مطلع شده و هر گونه مشکل را برطرف کند.

مستندات ArduCopter دارای یک بخش بسیار مفصل و آموزنده در اولین پرواز شما است. در مورد حالت های مختلف پرواز که با ArduCopter ارائه می شود و هر کدام از این حالت ها چه کاری انجام می دهد ، بحث می شود. برای اولین پرواز ، حالت تثبیت مناسب ترین حالت پرواز برای استفاده است.

ArduCopter دارای بسیاری از ویژگی های ایمنی است. یکی از این ویژگی ها ، بررسی ایمنی قبل از بازو است که در صورت تشخیص هرگونه مشکل از مسلح شدن هواپیما جلوگیری می کند. اکثر این بررسی ها در کاهش احتمال سقوط یا از دست دادن هواپیما مهم هستند ، اما در صورت لزوم ممکن است غیرفعال شوند.

مسلح کردن موتورها زمانی است که خلبان خودکار به موتورها قدرت می دهد تا بتوانند بچرخند. قبل از مسلح کردن موتورها ، ضروری است که هواپیما در یک منطقه باز و روشن ، به دور از هرگونه افراد یا موانع یا در یک منطقه پرواز ایمن قرار گیرد. همچنین بسیار مهم است که هیچ چیزی در نزدیکی ملخ ها نباشد ، به ویژه قسمت های بدن و سایر چیزهایی که توسط آنها آسیب می بیند. هنگامی که همه چیز روشن شد و خلبان مطمئن شد که راه اندازی آن بی خطر است ، موتورها می توانند مسلح شوند. این صفحه دستورالعمل های دقیق نحوه تسلیح هواپیما را ارائه می دهد. تنها تفاوت آن راهنما با Navio2 در مرحله 7 مسلح شدن و مرحله 2 خلع سلاح است. برای مسلح کردن Navio2 ، هر دو چوب باید چند ثانیه پایین و در مرکز نگه داشته شوند (تصویر را ببینید). برای خلع سلاح ، هر دو چوب باید برای چند ثانیه به طرف پایین و کناری نگه داشته شوند (تصویر را ببینید).

برای انجام اولین پرواز خود ، این راهنما را دنبال کنید.

پس از اولین پرواز ممکن است لازم باشد برخی تغییرات را انجام دهید. تا زمانی که سخت افزار کاملاً کار می کند و به درستی تنظیم شده است ، این تغییرات در درجه اول به صورت تنظیم PID خواهد بود. این راهنما نکات مفیدی برای تنظیم کوادکوپتر دارد ، اما در مورد ما ، کاهش ناچیز P به اندازه کافی برای ثابت نگه داشتن هواپیما کافی بود. هنگامی که هواپیما قابل پرواز است ، می توانید از عملکرد خودکار ArduCopter استفاده کنید. این به طور خودکار PID ها را تنظیم می کند تا سریع ترین پاسخ را در حالی که هنوز پایدار است ، ارائه دهد. مستندات ArduCopter راهنمای دقیق نحوه انجام تنظیمات خودکار را ارائه می دهد.

اگر در هر یک از این مراحل با مشکل روبرو شدید ، ممکن است راهنمای عیب یابی بتواند به شما کمک کند.

مرحله 6: پرواز خودکار

مامور برنامه ریز

اکنون که هلی کوپتر شما تنظیم شده است و می تواند تحت کنترل دستی به خوبی پرواز کند ، پرواز خودکار را می توان مورد بررسی قرار داد.

ساده ترین راه برای ورود به پروازهای مستقل ، استفاده از Mission Planner است زیرا شامل مجموعه وسیعی از کارهایی است که می توانید با هواپیمای خود انجام دهید. پرواز خودکار در Mission Planner به دو دسته اصلی تقسیم می شود. ماموریت های از پیش برنامه ریزی شده (حالت خودکار) و ماموریت های زنده (حالت هدایت شده). از صفحه برنامه ریز پرواز در برنامه ریز ماموریت می توان برای برنامه ریزی یک پرواز متشکل از نقاط بازدید و اقدامات برای انجام عکسبرداری استفاده کرد. نقاط راه را می توان به صورت دستی انتخاب کرد ، یا از ابزار نقطه خودکار می توان برای ایجاد ماموریت برای بررسی منطقه استفاده کرد. پس از برنامه ریزی و ارسال ماموریت به هواپیمای بدون سرنشین ، می توان از حالت پرواز خودکار استفاده کرد تا هواپیما به طور خودکار ماموریت از پیش برنامه ریزی شده را دنبال کند. در اینجا یک راهنمای مفید در مورد برنامه ریزی ماموریت ها وجود دارد.

حالت هدایت شده راهی برای تعامل متقابل به پهپاد برای انجام برخی کارها است. این کار با استفاده از برگه اقدامات در Mission Planner یا با کلیک راست روی نقشه انجام می شود. با کلیک راست بر روی نقشه در محل مورد نظر و انتخاب Fly To Here ، می توان به پهپاد دستور داد که کارهای زیادی مانند برخاستن ، بازگشت به پرتاب و پرواز به مکان انتخابی را انجام دهد.

خرابی های ناگهانی یک نکته مهم است که باید در طول پرواز خودکار در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که در صورت خرابی ، هواپیما آسیب نبیند و افراد آسیب نبینند. Mission Planner دارای عملکرد Geo-Fence است که می توان از آن برای محدود کردن محل پرواز پهپاد و جلوگیری از رفتن آن به دور یا زیاد استفاده کرد. شاید ارزش داشته باشد که پهپاد را برای اولین پروازهای خود به زمین وصل کنید ، به عنوان پشتیبان دیگر. سرانجام ، مهم است که فرستنده رادیویی خود را روشن و به پهپاد متصل کرده باشید تا در صورت لزوم بتوانید از حالت پرواز خودکار به حالت پرواز دستی مانند تثبیت کننده یا نگهدارنده متناوب خارج شوید تا بتوان پهپاد را با خیال راحت هدایت کرد. فرود آمدن

متلب

کنترل خودکار با استفاده از MATLAB بسیار ساده تر است و نیاز به دانش برنامه نویسی قبلی دارد.

اسکریپت های MATLAB real_search_polygon و real_search به شما امکان می دهد ماموریت های از پیش برنامه ریزی شده برای جستجوی چند ضلعی تعریف شده توسط کاربر ایجاد کنید. اسکریپت real_search_polygon مسیری را بر روی چند ضلعی تعریف شده توسط کاربر برنامه ریزی می کند در حالی که script real_search مسیری را بر روی حداقل مستطیل شامل چند ضلعی برنامه ریزی می کند. مراحل انجام این کار به شرح زیر است:

1. Mission Planner را باز کرده و به پنجره Flight Plan بروید.
2. با استفاده از ابزار چند ضلعی ، چند ضلعی را روی قسمت جستجوی مورد نظر بکشید.
3. چند ضلعی را به عنوان 'search_area.poly' در همان پوشه اسکریپت MATLAB ذخیره کنید.
4. به MATLAB بروید و یا real_search_polygon یا real_search را اجرا کنید. مطمئن شوید که عرض مسیر مورد نظر خود را انتخاب کرده و مسیر file_path در خط 7 را به فهرست صحیح محل کار خود تغییر دهید.
5. هنگامی که فیلمنامه اجرا شد و از مسیر ایجاد شده راضی بودید به Mission Planner بازگردید.
6. روی Load WP File در سمت راست کلیک کنید و فایل waypoint ‘search_waypoints.txt’ را که تازه ایجاد کرده اید انتخاب کنید.
7. روی Write WPs در سمت راست کلیک کنید تا نقاط مسیر را به هواپیمای بدون سرنشین ارسال کنید.
8. پهپاد را مسلح کرده و به صورت دستی یا با کلیک راست روی نقشه و انتخاب برخاست ، پرواز کنید.
9. هنگامی که در ارتفاع مناسب حالت را به حالت خودکار تغییر دهید ، پهپاد ماموریت را آغاز می کند.
10. پس از پایان مأموریت ، روی RTL در برگه اقدامات کلیک کنید تا پهپاد به محل پرتاب بازگردد.

ویدئو در ابتدای این مرحله شبیه سازی در Mission Planner پهپاد است که در حال جستجو در یک منطقه است.

مرحله 7: بینایی

مأموریت هواپیماهای بدون سرنشین این است که بر فراز کوهها یا بیابانها پرواز کرده و انسانها یا اجسام نامنظم را شناسایی کرده و سپس آن را پردازش کنند تا ببینند آیا آن شخص به کمک احتیاج دارد یا خیر. این امر در حالت ایده آل با استفاده از یک دوربین گران قیمت مادون قرمز انجام می شود. با این حال ، به دلیل هزینه های بالای دوربین های مادون قرمز ، در عوض تشخیص مادون قرمز با تشخیص همه اجسام غیر سبز با استفاده از یک دوربین معمولی Pi شباهت دارد.

1. ssh را به Raspberry Pi وارد کنید
2. اول از همه باید OpenCV را روی Raspberry Pi نصب کنیم. راهنمای زیر ارائه شده توسط pyimagesearch یکی از بهترین راهنماهای موجود در اینترنت است.
3. از طریق این لینک زیر کد را در Raspberry Pi از GitHub بارگیری کنید. برای بارگیری کد روی Raspberry Pi ، می توانید فایل را روی رایانه خود بارگیری کرده و سپس آن را به Raspberry Pi منتقل کنید.
4. برای اجرای کد ، به دایرکتوری محل کدگذاری در Raspberry Pi بروید و سپس دستور را اجرا کنید:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

هر بار که رزبری pi را راه اندازی مجدد می کنید ، باید دستورات زیر را اجرا کنید:

sudo ssh [email protected] -X

منبع ~/. پروفایل

workon cv

سپس با مرحله 4 بالا ادامه دهید.

نکته مهم: همه پایانه ها قادر به نمایش فیلم نیستند. در مک از پایانه XQuartz استفاده کنید.