Drone Otonom: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Dalam proyek ini Anda akan mempelajari proses membangun dan mengonfigurasi drone, sebelum melanjutkan untuk menyelidiki penerbangan otonom menggunakan Mission Planner dan MATLAB.

Harap dicatat bahwa instruksi ini dimaksudkan sebagai panduan saja. Menggunakan drone bisa sangat berbahaya di sekitar orang dan dapat membuat Anda bermasalah dengan hukum jika digunakan secara tidak tepat atau di tempat yang salah. Pastikan Anda mematuhi semua hukum dan peraturan seputar penggunaan drone. Selain itu, kode yang disediakan di GitHub belum sepenuhnya diuji, jadi pastikan Anda memiliki failsafe lain untuk menghindari kehilangan atau kerusakan drone Anda.

Langkah 1: Daftar Bagian

Untuk proyek ini Anda akan membutuhkan beberapa bagian. Sebelum melanjutkan dengan sisa proyek ini, pastikan untuk membeli komponen berikut dan mengunduh file untuk pencetakan 3D dan potong laser bagian kustom.

Suku Cadang yang Dibeli

Bingkai: Roda Api DJI F450

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Motor x4: Emax 2205s 2300kv

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

Baling-baling x4: Gemfan Carbon/Nylon 5030

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

ESCs x4: Lebah Kecil 20A 2-4S

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

Pengendali Penerbangan: Navio 2 (dengan antena GPS/GNSS dan modul daya)

Raspberry Pi 3B

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

Pemancar: FRSKY TARANIS X9D+

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

Penerima: FrSky XSR 2.4 Ghz ACCST

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

Baterai: TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P Paket Baterai Lipo

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

Pengisi Daya Baterai: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer/Charger

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

Catu Daya untuk Pengisi Daya: Catu Daya RS 12V DC

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

Tas Baterai: Paket Pengisian Hobby King Lithium Polymer

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

Konektor Pisang

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

Router WiFi: TP-LINK TL-WR802N

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

Kartu Micro SD: SanDisk 32GB

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

Kebuntuan/Spacer: Benang Nylon M2.5

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

Laptop

Pengikat kabel

Tali Velcro

Menyusut panas

Bagian Cetak 3D

Casing Raspberry Pi / Navio 2 (Atas dan Bawah)

Casing Baterai (Kotak dan Tutup)

Bagian Potong Laser

Lapisan Elektronik x2

Langkah 2: Perangkat Keras

Fase Perangkat Keras dan Pembangunan:

1. Pasang bingkai quadrotor F450 dan casing baterai yang dicetak di tengah (pastikan untuk menambahkan spacer M2.5*5mm)
2. Pasang motor ke rangka.
3. Solder konektor banana ke ESC dan kabel motor.
4. Solder ESC dan modul daya ke PDB. Catatan: Pastikan untuk tidak menggunakan output 5V dari PDB (tidak akan memberikan daya yang cukup).
5. Tambahkan lapisan potongan laser pertama ke bagian atas bingkai F450 menggunakan spacer pria-wanita M2.5*10mm; dan pasang PDB dan modul daya ke lapisan ini. Catatan: pastikan untuk menempatkan komponen sedemikian rupa sehingga kabel cukup panjang untuk menjangkau semua motor.
6. Hubungkan ESC ke motor dan gunakan ikatan zip untuk mengamankan kabel ke rangka.
7. Pasang Navio2 ke Raspberry Pi dan letakkan di casing yang dicetak.
8. Tambahkan lapisan potongan laser kedua di atas lapisan pertama dan pasang casing Raspberry-Navio menggunakan bantalan tempel dua sisi.
9. GPS dapat direkatkan di atas casing, namun di sini telah ditempatkan pada lapisan ketiga lainnya yang berada di atas casing Raspberry-Navio seperti yang ditunjukkan pada gambar, tetapi sepenuhnya terserah orang yang membangunnya. Kemudian cukup hubungkan GPS ke Navio.
10. Perbaiki penerima di atas lapisan kedua menggunakan bantalan tempel dua sisi. Hubungkan ESC dan kabel penerima ke pin Navio. Penerima menempati kolom pin pertama dan kemudian motor menempati empat kolom berikutnya. Catatan: Bagian depan drone ditentukan oleh motor mana yang dipasang terlebih dahulu. Arah depan mana pun yang Anda pilih, pastikan bahwa motor terhubung pada gambar di awal langkah ini.
11. Tambahkan baling-baling. Disarankan untuk meninggalkan baling-baling sampai akhir yaitu setelah menyelesaikan bagian perangkat lunak dan selalu pastikan Anda mengambil tindakan pencegahan keselamatan saat baling-baling menyala untuk berjaga-jaga jika terjadi kesalahan.

Langkah 3: Perangkat Lunak

Fase Perangkat Lunak: (Referensi Navio2 docs)

1. Dapatkan Emlid Raspbian Image terbaru dari Navio2 docs.
2. Unduh, ekstrak, dan jalankan Etcher dengan hak administrator.
3. Pilih file arsip dengan gambar dan huruf drive kartu sd.
4. Klik "Blitz!". Prosesnya mungkin memakan waktu beberapa menit. (Contoh video)
5. Sekarang untuk mengkonfigurasi akses WiFi kita perlu mengedit file wpa_supplicant.conf yang terletak di kartu SD. Edit agar terlihat seperti gambar pertama di bagian atas langkah ini. Catatan: ssid adalah nama TP-Link seperti yang muncul di komputer Anda. Cara terbaik untuk menemukan ssid yang tepat untuk TP-Link Anda adalah dengan menghubungkan laptop Anda ke TP-Link dan kemudian jalankan perintah di bawah ini pada jendela terminal:

Untuk windows: netsh wlan tampilkan profil

Untuk mac: default baca /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences |grep SSIDString

psk adalah kata sandi yang diberikan pada kartu yang disertakan dengan TP-Link.

1. Keluarkan kartu SD dan masukkan ke dalam Raspberry Pi dan nyalakan.
2. Untuk memeriksa apakah Raspberry Pi terhubung ke TP-Link, Anda dapat menggunakan salah satu aplikasi yang tersedia yang menampilkan semua perangkat yang terhubung ke jaringan Anda.
3. Anda perlu mengatur alamat IP tetap ke perangkat yang terhubung ke TP-Link Anda sehingga Anda tidak perlu mengubah alamat IP pada kode yang Anda tulis setiap saat. Anda cukup melakukannya dengan membuka tplinkwifi.net (saat Anda terhubung ke TP-Link tentunya). Masukkan Nama Pengguna: admin dan Kata Sandi: admin. Buka "DHCP" di menu di sebelah kiri layar lalu pilih "Reservasi Alamat" dari menu tarik-turun. Tambahkan Alamat MAC perangkat yang ingin Anda tetapkan alamat IP-nya. Di sini stasiun bumi (Laptop) telah diberi alamat IP 192.168.0.110 dan Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Sekarang kita perlu mengunduh MAVProxy dari tautan berikut.
5. Sekarang buat file.bat yang terlihat seperti gambar kedua di bagian atas langkah ini, dan pastikan Anda menggunakan jalur file tempat menyimpan mavproxy.exe di laptop Anda. Anda perlu menjalankan file ini (dengan mengklik dua kali) setiap kali Anda ingin terhubung ke drone Anda.
6. Agar Raspberry Pi dapat berkomunikasi dengan MAVProxy, file harus diedit di Pi.
7. Ketik sudo nano /etc/default/arducopter ke terminal Linux dari Raspberry Pi yang menghosting autopilot Navio2.
8. Baris atas file yang terbuka harus membaca TELEM1="-A udp:127.0.0.1:14550". Ini perlu diubah agar menunjuk ke alamat IP PC Anda.
9. Instal Mission Planner dan pindah ke bagian First Time Setup.

Langkah 4: Pengaturan Pertama Kali

Untuk terhubung ke UAV Anda, ikuti prosedur ini:

1. Jalankan file.bat MAVProxy Anda, dan Mission Planner.
2. Hubungkan baterai ke UAV Anda dan tunggu sekitar 30-60 detik. Ini akan memberinya waktu untuk terhubung ke jaringan nirkabel.
3. Klik tombol sambungkan di kanan atas Mission Planner. Pada kotak dialog pertama yang muncul ketik 127.0.0.1 dan klik OK. Di kotak berikutnya ketik nomor port 14551 dan klik OK. Setelah beberapa detik, Mission Planner akan terhubung ke MAV Anda dan mulai menampilkan data telemetri di panel kiri.

Saat Anda mengatur UAV Anda untuk pertama kalinya, Anda perlu mengonfigurasi dan mengkalibrasi komponen perangkat keras tertentu. Dokumen ArduCopter memiliki panduan menyeluruh tentang cara mengkonfigurasi jenis bingkai, kalibrasi kompas, kalibrasi kontrol radio, kalibrasi akselerometer, pengaturan mode pemancar rc, kalibrasi ESC, dan konfigurasi jangkauan motor.

Bergantung pada bagaimana Anda memasang Raspberry Pi Anda di drone, mungkin perlu mengubah orientasi papan di perencana misi. Ini dapat dilakukan dengan menyesuaikan parameter Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) dalam daftar parameter lanjutan di bawah tab Config/Tuning di Mission Planner.

Langkah 5: Penerbangan Pertama

Setelah perangkat keras dan perangkat lunak siap, saatnya bersiap untuk penerbangan pertama. Direkomendasikan bahwa sebelum mencoba penerbangan otonom, UAV harus diterbangkan secara manual menggunakan pemancar untuk merasakan penanganan pesawat dan untuk memperbaiki masalah yang mungkin ada.

Dokumentasi ArduCopter memiliki bagian yang sangat detail dan informatif tentang penerbangan pertama Anda. Ini membahas berbagai mode penerbangan yang disertakan dengan ArduCopter dan apa yang dilakukan masing-masing mode ini. Untuk penerbangan pertama, mode stabil adalah mode penerbangan yang paling tepat untuk digunakan.

ArduCopter memiliki banyak fitur keamanan bawaan. Salah satu fitur ini adalah pemeriksaan Keselamatan Pra-Arm yang mencegah pesawat mempersenjatai jika ada masalah yang terdeteksi. Sebagian besar pemeriksaan ini penting dalam membantu mengurangi kemungkinan kecelakaan atau kehilangan pesawat, tetapi pemeriksaan ini dapat dinonaktifkan jika diperlukan.

Mempersenjatai motor adalah ketika autopilot menerapkan daya ke motor untuk memungkinkan mereka berputar. Sebelum mempersenjatai motor, pesawat harus berada di area terbuka yang bersih, jauh dari orang atau rintangan atau di arena terbang yang aman. Hal ini juga sangat penting bahwa tidak ada yang dekat baling-baling, terutama bagian tubuh dan hal-hal lain yang akan rusak oleh mereka. Setelah semuanya jelas dan pilot yakin bahwa itu aman untuk memulai, motor dapat dipersenjatai. Halaman ini memberikan serangkaian instruksi terperinci tentang cara mempersenjatai pesawat. Satu-satunya perbedaan antara panduan itu dan Navio2 terletak pada langkah 7 dari mempersenjatai dan langkah 2 melucuti senjata. Untuk mempersenjatai Navio2, kedua tongkat harus ditekan dan di tengah selama beberapa detik (lihat gambar). Untuk melucuti senjata, kedua tongkat harus ditekan ke bawah dan ke samping selama beberapa detik (lihat gambar).

Untuk melakukan penerbangan pertama Anda, ikuti panduan ini.

Setelah penerbangan pertama mungkin perlu membuat beberapa perubahan. Selama perangkat keras berfungsi penuh dan telah diatur dengan benar, perubahan ini terutama akan dalam bentuk penyetelan PID. Panduan ini memiliki beberapa tips berguna untuk menyetel quadcopter namun dalam kasus kami, hanya sedikit mengurangi gain P sudah cukup untuk membuat pesawat stabil. Setelah pesawat dapat diterbangkan, dimungkinkan untuk menggunakan fungsi autotune ArduCopter. Ini secara otomatis menyetel PID untuk memberikan respons tercepat sambil tetap stabil. Dokumentasi ArduCopter memberikan panduan terperinci tentang cara melakukan penyetelan otomatis.

Jika Anda mengalami masalah dalam salah satu langkah ini, panduan pemecahan masalah mungkin dapat membantu.

Langkah 6: Penerbangan Otonom

Perencana Misi

Sekarang helikopter Anda telah disetel dan dapat terbang dengan baik di bawah kendali manual, penerbangan otonom dapat diselidiki.

Cara termudah untuk masuk ke penerbangan otonom adalah dengan menggunakan Mission Planner karena berisi banyak hal yang dapat Anda lakukan dengan pesawat Anda. Penerbangan otonom di Mission Planner terbagi dalam dua kategori utama; misi yang telah direncanakan sebelumnya (mode otomatis), dan misi langsung (mode terpandu). Layar perencana penerbangan di perencana misi dapat digunakan untuk merencanakan penerbangan yang terdiri dari titik arah untuk dikunjungi dan tindakan yang harus dilakukan seperti mengambil foto. Titik jalan dapat dipilih secara manual, atau alat titik arah otomatis dapat digunakan untuk menghasilkan misi untuk mensurvei suatu area. Setelah misi direncanakan dan dikirim ke drone, mode penerbangan otomatis dapat digunakan sehingga pesawat akan secara mandiri mengikuti misi yang telah direncanakan sebelumnya. Berikut adalah panduan praktis tentang misi perencanaan.

Mode terpandu adalah cara memerintahkan UAV secara interaktif untuk melakukan hal-hal tertentu. Ini dilakukan dengan menggunakan tab tindakan di Mission Planner atau dengan mengklik kanan pada peta. UAV dapat diperintahkan untuk melakukan banyak hal seperti lepas landas, kembali ke peluncuran, dan terbang ke lokasi yang dipilih dengan mengklik kanan peta di lokasi yang diinginkan dan memilih Terbang Ke Sini.

Failsafes adalah hal penting untuk dipertimbangkan selama penerbangan otonom untuk memastikan bahwa jika terjadi kesalahan, pesawat tidak rusak dan orang tidak terluka. Mission Planner memiliki fungsi Geo-Fence bawaan yang dapat digunakan untuk membatasi di mana UAV dapat terbang dan menghentikannya agar tidak terlalu jauh atau terlalu tinggi. Mungkin ada baiknya mempertimbangkan untuk menambatkan UAV ke tanah untuk beberapa penerbangan pertama Anda sebagai cadangan lain. Terakhir, penting bagi Anda untuk memiliki pemancar radio dan terhubung ke drone sehingga jika perlu Anda dapat beralih dari mode penerbangan otonom ke mode penerbangan manual seperti stabilisasi atau alt-hold sehingga UAV dapat dikemudikan dengan aman. mendarat.

MATLAB

Kontrol otonom menggunakan MATLAB jauh lebih sederhana dan membutuhkan beberapa pengetahuan pemrograman sebelumnya.

Skrip MATLAB real_search_polygon dan real_search memungkinkan Anda membuat misi yang telah direncanakan sebelumnya untuk mencari poligon yang ditentukan pengguna. Skrip real_search_polygon merencanakan jalur di atas poligon yang ditentukan pengguna sedangkan skrip real_search merencanakan jalur di atas persegi panjang minimum yang mencakup poligon. Langkah-langkah untuk melakukannya adalah sebagai berikut:

1. Buka Mission Planner dan buka jendela Flight Plan.
2. Gambar poligon di atas area pencarian yang diinginkan menggunakan alat poligon.
3. Simpan poligon sebagai 'search_area.poly' di folder yang sama dengan skrip MATLAB.
4. Buka MATLAB dan jalankan real_search_polygon atau real_search. Pastikan untuk memilih lebar jalur yang Anda inginkan dan ubah file_path pada baris 7 ke direktori yang benar tempat Anda bekerja.
5. Setelah skrip berjalan dan Anda puas dengan jalur yang dihasilkan, kembali ke Mission Planner.
6. Klik Load WP File di sisi kanan dan pilih file waypoint 'search_waypoints.txt' yang baru saja Anda buat.
7. Klik Tulis WP di sisi kanan untuk mengirim titik arah ke drone.
8. Persenjatai drone dan lepas landas baik secara manual atau dengan mengklik kanan peta dan memilih lepas landas.
9. Setelah pada ketinggian yang wajar, ubah mode menjadi otomatis dan drone akan memulai misi.
10. Setelah misi selesai, klik RTL di tab tindakan untuk membawa drone kembali ke situs peluncuran.

Video di awal langkah ini adalah simulasi dalam Mission Planner UAV mencari suatu area.

Langkah 7: Visi

Misi drone adalah terbang di atas gunung atau hutan belantara dan melihat manusia atau objek tidak beraturan dan kemudian memprosesnya untuk melihat apakah orang itu membutuhkan bantuan. Ini idealnya dilakukan dengan menggunakan kamera inframerah yang mahal. Namun, karena mahalnya biaya kamera infra merah, deteksi infra merah disamakan dengan mendeteksi semua objek non-hijau menggunakan kamera Pi biasa.

1. ssh ke dalam Raspberry Pi
2. Pertama-tama kita perlu menginstal OpenCV pada Raspberry Pi. Panduan berikut yang disediakan oleh pyimagesearch adalah salah satu yang terbaik yang tersedia di internet.
3. Unduh kode ke dalam Raspberry Pi dari GitHub melalui tautan berikut ini. Untuk mengunduh kode ke Raspberry Pi, Anda dapat mengunduh file ke komputer Anda dan kemudian mentransfernya ke Raspberry Pi.
4. Untuk menjalankan kode, buka direktori tempat kode berada di Raspberry Pi dan kemudian jalankan perintah:

python color_target_detection.py --conf conf.json

PENGGUNAAN LANJUT Setiap kali Anda me-restart raspberry pi, Anda perlu menjalankan perintah berikut:

sudo ssh [email protected] -X

sumber ~/.profile

kerja cv

Kemudian lanjutkan dengan langkah 4 di atas.

Catatan penting: TIDAK semua terminal mampu menampilkan video. Di mac gunakan terminal XQuartz.