Drone autonome : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Dans ce projet, vous apprendrez le processus de construction et de configuration d'un drone, avant de passer à l'étude du vol autonome à l'aide de Mission Planner et de MATLAB.

Veuillez noter que cette instructable est destinée à titre indicatif uniquement. L'utilisation de drones peut être très dangereuse à proximité des personnes et peut vous causer de graves problèmes avec la loi s'il est utilisé de manière inappropriée ou au mauvais endroit. Assurez-vous de respecter toutes les lois et réglementations concernant l'utilisation de drones. De plus, les codes fournis sur GitHub n'ont pas été entièrement testés, alors assurez-vous d'avoir d'autres sécurités en place pour éviter de perdre ou d'endommager votre drone.

Étape 1: Liste des pièces

Pour ce projet, vous aurez besoin de plusieurs parties. Avant de continuer avec le reste de ce projet, assurez-vous d'acheter les composants suivants et de télécharger les fichiers pour imprimer en 3D et découper au laser les pièces personnalisées.

Les pièces achetées

Cadre: DJI F450 Flame Wheel

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

PDB: Matek PDB-XT60

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

Moteurs x4: Emax 2205s 2300kv

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

Hélices x4: Gemfan Carbone/Nylon 5030

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

ESC x4: Little Bee 20A 2-4S

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

Contrôleur de vol: Navio 2 (avec antenne GPS/GNSS et module d'alimentation)

Framboise Pi 3B

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

Émetteur: FRSKY TARANIS X9D+

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

Récepteur: FrSky XSR 2,4 Ghz ACCST

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

Batteries: Batterie Lipo TATTU 1800mAh 14.8V 45C 4S1P

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

Chargeur de batterie: Balancer/Chargeur Turnigy Accucell-6 50W 6A

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

Alimentation pour chargeur: Alimentation RS 12V DC

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

Sacs de batterie: Pack de charge Hobby King Lithium Polymer

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

Connecteurs banane

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

Routeur Wi-Fi: TP-LINK TL-WR802N

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

Carte Micro SD: SanDisk 32 Go

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

Entretoises/entretoises: filetage en nylon M2.5

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

Portable

Attaches de câble

Bande velcro

Thermorétractable

Pièces imprimées en 3D

Boîtier Raspberry Pi / Navio 2 (haut et bas)

Boîtier de batterie (boîte et couvercle)

Pièces découpées au laser

Couches électroniques x2

Étape 2: Matériel

Quincaillerie et phase de construction:

1. Assemblez le cadre du quadrotor F450 et le boîtier de batterie imprimé au milieu (assurez-vous d'ajouter les entretoises M2.5*5mm)
2. Fixez les moteurs au châssis.
3. Soudez les connecteurs bananes aux fils des variateurs et des moteurs.
4. Soudez les ESC et le module d'alimentation au PDB. Remarque: assurez-vous de ne pas utiliser la sortie 5V du PDB (elle ne fournira pas assez de puissance).
5. Ajoutez la première couche découpée au laser sur le dessus du cadre F450 à l'aide d'entretoises mâle-femelle M2,5 * 10 mm; et attachez le PDB et le module d'alimentation à cette couche. Remarque: assurez-vous de placer les composants de telle sorte que les fils soient suffisamment longs pour atteindre tous les moteurs.
6. Connectez les ESC aux moteurs et utilisez des attaches pour fixer les fils sur le cadre.
7. Attachez le Navio2 au Raspberry Pi et placez-le dans le boîtier imprimé.
8. Ajoutez la deuxième couche découpée au laser sur la première couche et fixez le boîtier Raspberry-Navio à l'aide de tampons adhésifs double face.
9. Le GPS peut être collé sur le dessus du boîtier, mais ici il a été placé sur une autre troisième couche qui va sur le dessus du boîtier Raspberry-Navio comme indiqué sur les photos, mais c'est entièrement à la personne qui le construit. Ensuite, connectez simplement le GPS au Navio.
10. Fixez le récepteur au-dessus de la deuxième couche à l'aide de tampons adhésifs double face. Connectez les ESC et les fils du récepteur aux broches Navio. Le récepteur occupe la première colonne de broches, puis les moteurs occupent les quatre colonnes suivantes. Remarque: l'avant du drone est déterminé par le moteur qui est fixé en premier. Quelle que soit la direction avant que vous choisissez, assurez-vous que les moteurs sont connectés dans l'image au début de cette étape.
11. Ajouter des hélices. Il est conseillé de laisser les hélices jusqu'à la toute fin, c'est-à-dire après avoir terminé la section du logiciel et de toujours veiller à prendre des précautions de sécurité lorsque les hélices sont allumées, juste au cas où les choses tourneraient mal.

Étape 3: Logiciel

Phase logicielle: (Référence docs Navio2)

1. Obtenez la dernière image Emlid Raspbian à partir de la documentation Navio2.
2. Téléchargez, extrayez et exécutez Etcher avec les droits d'administrateur.
3. Sélectionnez le fichier d'archive avec l'image et la lettre du lecteur de carte SD.
4. Cliquez sur « Flash ! » Le processus peut prendre quelques minutes. (Exemple vidéo)
5. Maintenant, pour configurer l'accès WiFi, nous devons éditer le fichier wpa_supplicant.conf situé sur la carte SD. Modifiez-le pour qu'il ressemble à la première image en haut de cette étape. Remarque: le ssid est le nom de TP-Link tel qu'il apparaît sur votre ordinateur. Le meilleur moyen de trouver le ssid exact de votre TP-Link est de connecter votre ordinateur portable au TP-Link, puis d'exécuter la commande ci-dessous dans une fenêtre de terminal:

Pour Windows: netsh wlan afficher les profils

Pour mac: par défaut lire /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences |grep SSIDString

psk est le mot de passe indiqué sur la carte fournie avec le TP-Link.

1. Éjectez la carte SD et placez-la dans le Raspberry Pi et alimentez-la.
2. Pour vérifier si le Raspberry Pi est connecté au TP-Link, vous pouvez utiliser l'une des applications disponibles qui affichent tous les appareils connectés à votre réseau.
3. Il est nécessaire de définir des adresses IP fixes pour les appareils connectés à votre TP-Link afin que vous n'ayez pas besoin de changer les adresses IP sur les codes que vous écrivez à chaque fois. Vous pouvez simplement le faire en ouvrant tplinkwifi.net (pendant que vous êtes connecté au TP-Link bien sûr). Entrez le nom d'utilisateur: admin et le mot de passe: admin. Allez sur « DHCP » dans le menu à gauche de l'écran puis sélectionnez « Réservation d'adresse » dans le menu déroulant. Ajoutez les adresses MAC des appareils auxquels vous souhaitez attribuer les adresses IP. Ici, la station au sol (Laptop) a reçu une adresse IP de 192.168.0.110 et le Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. Nous devons maintenant télécharger MAVProxy à partir du lien suivant.
5. Créez maintenant un fichier.bat qui ressemble à la deuxième image en haut de cette étape et assurez-vous d'utiliser le chemin d'accès au fichier où votre mavproxy.exe est enregistré sur votre ordinateur portable. Vous devrez exécuter ce fichier (en double-cliquant dessus) à chaque fois que vous souhaitez vous connecter à votre drone.
6. Pour que le Raspberry Pi communique avec MAVProxy, un fichier doit être édité sur le Pi.
7. Tapez sudo nano /etc/default/arducopter dans le terminal Linux du Raspberry Pi hébergeant le pilote automatique Navio2.
8. La ligne supérieure du fichier qui s'ouvre doit indiquer TELEM1="-A udp:127.0.0.1:14550". Cela doit être modifié pour qu'il pointe vers l'adresse IP de votre PC.
9. Installez Mission Planner et passez à la section Première configuration.

Étape 4: Première configuration

Pour vous connecter à votre drone, suivez cette procédure:

1. Exécutez à la fois votre fichier MAVProxy.bat et Mission Planner.
2. Connectez la batterie à votre drone et attendez environ 30 à 60 secondes. Cela lui donnera le temps de se connecter au réseau sans fil.
3. Cliquez sur le bouton de connexion en haut à droite de Mission Planner. Dans la première boîte de dialogue qui apparaît, tapez 127.0.0.1 et cliquez sur OK. Dans la zone suivante, saisissez le numéro de port 14551 et cliquez sur OK. Après quelques secondes, Mission Planner devrait se connecter à votre MAV et commencer à afficher les données de télémétrie dans le panneau de gauche.

Lorsque vous configurez votre drone pour la première fois, il est nécessaire de configurer et de calibrer certains composants matériels. La documentation ArduCopter contient un guide complet sur la configuration du type de cadre, l'étalonnage de la boussole, l'étalonnage de la radiocommande, l'étalonnage de l'accéléromètre, la configuration du mode émetteur rc, l'étalonnage de l'ESC et la configuration de la plage du moteur.

Selon la façon dont vous avez monté votre Raspberry Pi sur le drone, il peut être nécessaire de changer l'orientation de la carte dans le planificateur de mission. Cela peut être fait en ajustant le paramètre Board Orientation (AHRS_ORIENTATION) dans la liste des paramètres avancés sous l'onglet Config/Tuning dans Mission Planner.

Étape 5: premier vol

Une fois que le matériel et les logiciels sont prêts, il est temps de se préparer pour le premier vol. Il est recommandé qu'avant d'essayer un vol autonome, l'UAV soit piloté manuellement à l'aide de l'émetteur pour avoir une idée de la manipulation de l'avion et pour résoudre les problèmes qui peuvent exister.

La documentation ArduCopter contient une section très détaillée et informative sur votre premier vol. Il traite des différents modes de vol fournis avec ArduCopter et de ce que chacun de ces modes fait. Pour le premier vol, le mode stabilisation est le mode de vol le plus approprié à utiliser.

ArduCopter possède de nombreuses fonctionnalités de sécurité intégrées. L'une de ces caractéristiques est les contrôles de sécurité avant l'armement qui empêchent l'avion de s'armer si des problèmes sont détectés. La plupart de ces contrôles sont importants pour aider à réduire les risques d'accident ou de perte de l'avion, mais ils peuvent être désactivés si nécessaire.

L'armement des moteurs se produit lorsque le pilote automatique alimente les moteurs pour leur permettre de tourner. Avant d'armer les moteurs, il est essentiel que l'avion se trouve dans une zone dégagée et dégagée, loin de toute personne ou obstacle ou dans une arène de vol sûre. Il est également très important que rien ne se trouve à proximité des hélices, en particulier des parties du corps et d'autres choses qui pourraient être endommagées par celles-ci. Une fois que tout est clair et que le pilote est convaincu que le démarrage est sûr, les moteurs peuvent être armés. Cette page donne un ensemble détaillé d'instructions sur la façon d'armer l'avion. Les seules différences entre ce guide et le Navio2 résident dans l'étape 7 d'armement et l'étape 2 de désarmement. Pour armer le Navio2, les deux sticks doivent être maintenus enfoncés et au centre pendant quelques secondes (voir photo). Pour désarmer, les deux manches doivent être maintenus enfoncés et sur les côtés pendant quelques secondes (voir photo).

Pour effectuer votre baptême de l'air, suivez ce guide.

Après le premier vol, il peut être nécessaire d'apporter quelques modifications. Tant que le matériel fonctionne pleinement et a été configuré correctement, ces changements prendront principalement la forme d'un réglage PID. Ce guide contient quelques conseils utiles pour régler le quadricoptère, mais dans notre cas, il suffisait de réduire légèrement le gain P pour rendre l'avion stable. Une fois que l'avion est pilotable, il est possible d'utiliser la fonction de réglage automatique de l'ArduCopter. Cela règle automatiquement les PID pour fournir la réponse la plus rapide tout en restant stable. La documentation ArduCopter fournit un guide détaillé sur la façon d'effectuer l'autoréglage.

Si vous rencontrez des problèmes lors de l'une de ces étapes, le guide de dépannage peut vous aider.

Étape 6: Vol autonome

Planificateur de missions

Maintenant que votre hélicoptère a été réglé et peut bien voler sous contrôle manuel, le vol autonome peut être étudié.

Le moyen le plus simple de se lancer dans un vol autonome est d'utiliser Mission Planner car il contient un large éventail de choses que vous pouvez faire avec votre avion. Le vol autonome dans Mission Planner se divise en deux catégories principales; missions pré-planifiées (mode automatique) et missions en direct (mode guidé). L'écran du planificateur de vol dans le planificateur de mission peut être utilisé pour planifier un vol composé de points de cheminement à visiter et d'actions à effectuer, comme prendre des photos. Les points de cheminement peuvent être choisis manuellement ou l'outil de point de cheminement automatique peut être utilisé pour générer des missions pour étudier une zone. Une fois qu'une mission a été planifiée et envoyée au drone, le mode de vol Auto peut être utilisé pour que l'avion suive de manière autonome la mission pré-planifiée. Voici un guide pratique sur la planification des missions.

Le mode guidé est un moyen de commander de manière interactive au drone de faire certaines choses. Cela se fait en utilisant l'onglet actions dans Mission Planner ou en faisant un clic droit sur la carte. L'UAV peut être commandé pour faire de nombreuses choses telles que le décollage, le retour au lancement et le vol vers un emplacement choisi en cliquant avec le bouton droit sur la carte à l'emplacement souhaité et en sélectionnant Fly To Here.

Les sécurités intégrées sont un élément important à prendre en compte lors d'un vol autonome pour s'assurer qu'en cas de problème, l'avion ne soit pas endommagé et que les personnes ne soient pas blessées. Mission Planner a une fonction Geo-Fence intégrée qui peut être utilisée pour limiter où l'UAV peut voler et l'empêcher d'aller trop loin ou trop haut. Il peut être intéressant d'envisager d'attacher l'UAV au sol pour vos premiers vols en tant qu'autre sauvegarde. Enfin, il est important que vous ayez votre émetteur radio allumé et connecté au drone afin que, si nécessaire, vous puissiez passer du mode de vol autonome à un mode de vol manuel tel que stabilisation ou alt-hold afin que le drone puisse être piloté en toute sécurité. atterrir.

MATLAB

Le contrôle autonome à l'aide de MATLAB est beaucoup moins simple et nécessite des connaissances préalables en programmation.

Les scripts MATLAB real_search_polygon et real_search vous permettent de générer des missions pré-planifiées pour rechercher un polygone défini par l'utilisateur. Le script real_search_polygon planifie un chemin sur le polygone défini par l'utilisateur tandis que le script real_search planifie un chemin sur le rectangle minimum englobant le polygone. Les étapes pour ce faire sont les suivantes:

1. Ouvrez le planificateur de mission et accédez à la fenêtre Plan de vol.
2. Dessinez un polygone sur la zone de recherche souhaitée à l'aide de l'outil polygone.
3. Enregistrez le polygone sous le nom "search_area.poly" dans le même dossier que le script MATLAB.
4. Accédez à MATLAB et exécutez real_search_polygon ou real_search. Assurez-vous de choisir la largeur de chemin souhaitée et modifiez le chemin_fichier à la ligne 7 dans le bon répertoire où vous travaillez.
5. Une fois que le script s'est exécuté et que vous êtes satisfait du chemin généré, retournez à Mission Planner.
6. Cliquez sur Charger le fichier WP sur le côté droit et choisissez le fichier de point de cheminement « search_waypoints.txt » que vous venez de créer.
7. Cliquez sur Write WPs sur le côté droit pour envoyer les waypoints au drone.
8. Armez le drone et décollez manuellement ou en faisant un clic droit sur la carte et en sélectionnant décollage.
9. Une fois à une hauteur raisonnable, changez le mode en auto et le drone commencera la mission.
10. Une fois la mission terminée, cliquez sur RTL dans l'onglet actions pour ramener le drone sur le site de lancement.

La vidéo au début de cette étape est une simulation dans Mission Planner du drone recherchant une zone.

Étape 7: Vision

La mission du drone est de survoler des montagnes ou des étendues sauvages et de repérer des humains ou des objets irréguliers, puis de les traiter pour voir si cette personne a besoin d'aide. Cela se ferait idéalement à l'aide d'une caméra infrarouge coûteuse. Cependant, en raison des coûts élevés des caméras infrarouges, la détection infrarouge ressemble plutôt à la détection de tous les objets non verts à l'aide d'une caméra Pi normale.

1. ssh dans le Raspberry Pi
2. Tout d'abord, nous devons installer OpenCV sur le Raspberry Pi. Le guide suivant fourni par pyimagesearch est l'un des meilleurs disponibles sur Internet.
3. Téléchargez le code dans le Raspberry Pi depuis GitHub via ce lien suivant. Pour télécharger le code sur le Raspberry Pi, vous pouvez télécharger le fichier sur votre ordinateur, puis le transférer sur le Raspberry Pi.
4. Pour exécuter le code, accédez au répertoire où coder se trouve dans le Raspberry Pi, puis exécutez la commande:

python color_target_detection.py --conf conf.json

UTILISATION CONTINUEChaque fois que vous redémarrez le raspberry pi, vous devez exécuter les commandes suivantes:

sudo ssh [email protected] -X

source ~/.profil

travailler sur cv

Passez ensuite à l'étape 4 ci-dessus.

Remarque importante: tous les terminaux ne sont pas capables d'afficher des vidéos. Sur mac, utilisez le terminal XQuartz.