Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PLC Fatek
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi

Hetzer 10 Kwi 2013 22:46 22638 5
  • Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi


    Autonomiczny, kartonowy QuadCopter sterowany za pomocą Raspberry Pi.
    To jest autonomiczny, kartonowy quadcopter, sterowany za pomocą Raspberry Pi. Oferuje on również możliwość łączności bezprzewodowej, którą można wykorzystać do takich celów, jak na przykład transmisja obrazu z kamery zamontowanej na urządzeniu w czasie rzeczywistym.
    Ten quadcopter został zbudowany przez 4 uczniów drugiej klasy, o kierunku inżynieryjnym na uniwersytecie Olin College w ramach projektu o nazwie ,,Zasady inżynierii".
    Więcej informacji znajduje się pod tym linkiem Link
    Wstępny test lotu, przy użyciu zdalnego sterowania:

    Link


    Krok 1: Materiały
    Karton - z recyklingu.
    Arkusz, jaki został użyty w tym projekcie był wymiarów 32’’x20’’ oraz był grubości około 4,1mm. Duże, jednolite pudło powinno wystarczyć.

    Silniki - ze sklepu Hobby King, 4x + mocowania do śmigieł.
    W projekcie użyto silników Turnigy D3530/14 1100KV Brushless Outrunner Motor. Koszt to $14,56 za sztukę. Silniki te zawierały już mocowania do śmigieł, co pozwoliło autorom projektu na bezproblemowy ich montaż.

    Elektroniczny kontroler prędkości (ESC) - zakupiony w sklepie Hobby King, 4 sztuki.
    W projekcie użyto modelu TURNIGY Plush 18 amp Speed Controller. Cena za sztukę to $11,90.

    Śmigła - ze sklepu GWS Props, 2x z kierunkiem obrotu zgodnie ze wskazówkami zegara oraz 2x z kierunkiem obrotu przeciwnie do wskazówek zegara.
    W projekcie użyto śmigieł3 bladed 8x4x3 GWS props. Cena to $2,00 za sztukę.





    Kontroler lotu - zakupiony w sklepie Hobby King, 1x
    W projekcie użyto kontrolera HobbyKing Multi-Rotor Control Board V2.1. Kosztuje on $12,99.

    Podkładki do zamocowania kontrolera lotu - zakupione w sklepie Hobby King.
    W projekcie użyto paczki podkładek Gyro / Flight Controller Mounting Pad , można jednak użyć również zwykłej taśmy dwustronnej.

    Odbiornik RC - zakupiony na amazon.com, 1x.
    W projekcie użyto modelu CSRC-RX3000 Spektrum DSM2 Compatible 2.4Ghz 6-Ch Receiver z wyprzedaży po $9,99. Każdy inny 5 lub więcej kanałowy odbiornik będzie się nadawał do tego celu.

    Płyta piankowa - pocięta w 4 kawałki o wymiarach 2’’x2’’.

    Użyty w celu delikatniejszego lądowania, a co za tym idzie większej trwałości konstrukcji.

    Klej na bazie cyjanoakrylanu.
    Jakikolwiek gęsty klej będzie się nadawał. Im gęstszy, tym łatwiej będzie go używać. W projekcie użyto czegoś podobnego do tego Link.

    Taśma.
    W projekcie użyto zbrojonej taśmy do zamontowania kawałków płyty piankowej oraz innych pojedynczych elementów.

    Śrubki i nakrętki, 16x zestaw 1 śrubka i jedna nakrętka.

    Mogą być również mocowane podkładki, kiedy trzeba przykręcać coś bezpośrednio do kartonu, jednak według autorów nie jest to wcale konieczne. W projekcie użyto nakrętek 4-40 x 5/8 inch oraz dopasowanych śrub.

    Kondensator 0,1mF, 1x.
    Użyty w filtrze dolnoprzepustowym, przed przerzutnikiem Schmitt’a.

    Rezystor 7,87kΩ, 1x.
    Użyty w dzielniku napięcia.

    Rezystor 8,2kΩ, 1x.

    Użyty w filtrze dolnoprzepustowym.

    Rezystor 453Ω, 1x.
    Użyty w dzielniku napięcia.

    Wzmacniacz operacyjny (LMC6484), 1x.

    Użyty w przerzutniku Schmitt’a

    Układ logiczny Quad 2-Input Mux (74HC157N) ze sklepu Digikey, 1x.
    Użyty do przełączania pomiędzy sygnałem z odbiornika RC, a sygnałem z Raspberry Pi.

    Płytka uniwersalna
    Użyta do zmontowania całego układu przełącznika w formie dającej się zamontować w urządzeniu.

    Akumulator - zakupiony w sklepie Hobby king, 1x.
    W projekcie użyto akumulatora Turnigy nano-tech 3300mah 3S 25~50C Lipo Pack , którego cena wynosi $26,72.

    Wskaźnik poziomu naładowania akumulatora.

    To urządzenie sygnalizuje za pomocą sygnału świetlnego i dźwiękowego niski stan akumulatora. To pozwala na zachowanie go w dobrej kondycji i wyklucza ewentualność jego uszkodzenia. W projekcie użyto wskaźnika 3 Cell Hobby King Battery Monitor, kosztuje on $3,99.

    Regulator BEC - zakupiony na stronie Hobby King, 1x.
    Jest to urządzenie używane do zasilania Raspberry Pi. W projekcie użyto HobbyKing Micro UBEC 3A / 5v, jego cena to $3,77.

    Konektory do serwomechanizmu, 4x.
    W projekcie użyto paczki konektorów pack of 5 female female zakupionych na stronie Hobby king za $1,65, a następnie porozcinano je na pół.

    Przewody zasilające - wysoknapięciowe przewody
    W projekcie użyto 10AWG czerwony i czarny, zakupiono je na stronie Hobby King, za $2,99 za metr.

    4mm wtyki bananowe, co najmniej 1 męski i 1 żeński.
    W projekcie użyto tych wtyków HXT 4mm Gold Connector w/ Protector w cenie $3,64.

    3,5mm wtyki bananowe, co najmniej 12x.
    Można kupić w paczkach po 10 sztuk na stronie Hobby King za $1,59.

    Raspberry Pi, 1x.
    W projekcie użyto jeden ze starszych modeli B z 256MB pamięci RAM, który kosztuje $35,00. Model A również będzie działał, prawdopodobne, że będzie działał nawet lepiej i kosztuje $35,00. Są one trudne do kupienia, zamówienia na nie można składać u sprzedawcy na tej stronie Link i czekać kilka miesięcy, lub też kupić na Amazon.

    Kamera internetowa - zakupiona na amazon.com, 1x.
    Tak naprawdę każda kamera internetowa, działając pod systemem Linux będzie odpowiednia. W projekcie użyto Microsoft-LifeCam-VX-5000 Microsoft-LifeCam-VX-5000 kosztującej $12,74.

    Karta WiFi - zakupiona na amazon.com, 1x.

    Każda karta działająca pod systemem Linux nada się do tego celu. W projekcie użyto tej karty Link, kosztuje ona $13,06.

    Karta SD, 1x.
    W projekcie użyto karty 16GB zakupionej na amazon.com za $11,52.

    Przewód microUSB, 1x.
    Nie musi być wcale długi, w projekcie użyto tego przewodu Link, jego cena to $13,06.

    Programator do układów AVR - zakupiony na Hobby King, 1x.
    Autorzy projektu najpierw zakupili USBasp AVR Programming Device dla układów ATMEL za $4,95. Urządzenie było jednak wadliwe, więc ostatecznie użyto tego Atmel AVRISP mkII In-System Programmer za $34.

    Nadajnik RC, 1x.
    W projekcie użyto bardzo dobrego nadajnika DX8 8CH Transmitter, który kosztuje aż $429,99. Tak naprawdę każdy nadajnik posiadający 5 lub więcej kanałów będzie się nadawał.

    3-ogniwowa ładowarka baterii Li-Po + zasilacz, 1x.
    Posłuży do ładowania baterii urządzenia.

    Krok 2: Wytnij i złóż ramę quadcopter´a
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Cała rama składa się z kartonowych elementów wycinanych przy pomocy lasera. Autorzy projektu musieli tak dopasować rozmieszczenie elementów na arkuszu kartonu, aby zmieścił się on w wycinarce laserowej. Kiedy projektowano ten arkusz, dużą uwagę przykładano do tego, aby odpowiednio wykorzystać wolną przestrzeń kartonu, po to by wszystkie elementy zmieściły się na nim. Jeśli chcesz wykonać swój własny wzór arkusza, możesz użyć modeli wykonanych przez autorów, dostępnych pod tym linkiem Link. Możesz również wykorzystać wzór udostępniony przez autorów projektu. Podczas realizowania projektu do wykonania wszystkich trwałych połączeń użyto gęstego kleju na bazie cyjanoakrylanu. Dzięki temu połączenia są wytrzymałe, a ich wykonywanie było łatwe i nie trwało zbyt długo. Bądź ostrożny, kiedy będziesz montował ramiona quadcopter´a. Zanim zaczniesz, zapoznaj się przedtem ze wskazówkami.
    Link

    Krok 3: Rama
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Rozpoczęcie montażu ramion.

    Krok 4:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Przykręć silniki do ich kartonowych mocowań.

    Krok 5:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Nałóż trochę kleju na śrubki, aby ustabilizować ich pozycję i uniemożliwić poruszanie się.

    Krok 6:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Złóż drugą stronę ramienia.

    Krok 7:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Zamontuj pozostałe elementy ramienia.

    Krok 8:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Zmontuj drugie ramie. Bądź bardzo ostrożny I weź pod uwagę orientację elementów.

    Krok 9:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Połącz obydwa ramiona w całość

    Krok 10:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Złożona konstrukcja. (Konstrukcja obrócona dołem do góry)

    Krok 11:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Widok na konstrukcję od boku. (Konstrukcja obrócona dołem do góry)

    Krok 12:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Zamontuj mocowanie baterii.

    Krok 13:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Kartonowe prostokąty są dodatkowo przyklejony do wsporników, dla zabezpieczenie konstrukcji.

    Krok 14: Zamontuj zabezpieczenia śmigieł
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Najpierw wygięto sztywny przewód w kształt litery U, a następnie zamontowano na ramie quadcopter'a. Zdecydowano się na użycie do tego celu kleju na gorąco, z powodu jego gęstości. Jeśli zdecydujesz się na wykonanie takiego samego zabezpieczenia, jak pokazano w projekcie, upewnij się, że nie będzie ono kolidowało z obracającym się śmigłem, ponieważ może to doprowadzić do jego uszkodzenia.

    Krok 15:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Użyj taśmy dwustronnej lub specjalnych podkładek w celu zamontowania płytki sterownika na wierzchu ramy.

    Krok 16: Wykonaj zasilanie
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Zaznacz na grubym, wysokoprądowym przewodzie 5 sekcji, a następnie za pomocą ostrego noża delikatnie zdejmuj z nich izolacje, na długości około 2 cm, pozostawiając między nimi około 2,5 cm izolacji na przewodzie.
    Odizoluj końcówkę każdego przewodu na długości około 1 cm, a następnie pocynuj je.

    Wykonaj szablon, wiercąc kawałku drewna otwory o tym samym rozmiarze, co złączki baterii, tak aby pasowały one dość ciasno i nie obracały się. Posłuży on do łatwiejszego zarabiania tych końcówek na przewodach. Ten film pokazuje cały proces bardzo dokładnie.

    Link


    Pocynuj końcówki konektorów nakładając do ich wnętrza roztopioną cynę tak długo, aż nie napełnią się.

    Schłodź konektory akumulatora przez chwilę, po tym czasie powinny być już gotowe.
    Ponownie roztop znajdującą się wewnątrz konektorów cynę, a następnie do roztopionej cyny włóż końcówki przewodów baterii.

    Odłóż lutownicę, a następnie potrzymaj lutowane złącze w bezruchu, przez około minutę, zanim lutowane połączenie nie stanie się całkowicie utwardzone.

    Załóż koszulki termokurczliwe na tych połączeniach, dzięki temu wyeliminujesz możliwość wystąpienia zwarcia.

    Ostrożnie pocynuj wszystkie pozostałe końcówki przewodów przy użyciu lutownicy ustawionej na wysoką temperaturę.

    Krok 17:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Pocynuj końcówki przewodów sterownika prędkości silnika i przewody sterownika BEC, które podłączał będziesz do głównego przewodu zasilającego.

    Przy użyciu kombinerek owiń końcówki przewodów sterownika prędkości silnika dookoła odizolowanego i pocynowanego fragmentu wysokoprądowego przewodu zasilającego.

    Polutuj obydwa te przewody, upewniając się przedtem, że połączenie jest pewne.

    Nałóż koszulkę termokurczliwą na wykonane połączenia i podgrzej ją, aby upewnić się, że połączenie jest dobrze zaizolowane i chronione.

    Przylutuj kolejny sterownik prędkości silnika do przewodów zasilających i zabezpiecz połączenia koszulką termokurczliwą. Powtórz ten proces, dla wszystkich kolejnych sterowników prędkości silników i sterownika BEC, podłączając je do obydwu przewodów, zasilania oraz uziemienia oraz zaizolowując je koszulką termokurczliwą.

    Nałóż koszulki termokurczliwe również tam, gdzie obydwa przewody nie wymagają zastosowania konektorów, dzięki temu unikniesz wystąpienia zwarć.

    Krok 18: Montowanie elektroniki
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Przeciągnij przewody kontrolerów prędkości przez otwory.

    Krok 19:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Przytwierdź główny przewód zasilający na wierzchu urządzenia. Można to zrobić w bardzo prosty sposób, za pomocą kawałka taśmy.

    Krok 20:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Przeciągnij przewody wyjściowe sterowników prędkości silników przez odpowiednie otwory, a następnie podłącz je do silników.

    Krok 21:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Oznacz śmigła, odpowiednio do kierunku ich obrotów.

    Krok 22: System elektryczny
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Przylutuj wszystkie elementy na płytce uniwersalnej zgodnie z następującym schematem przerzutnika Schmitt’a.

    Krok 23: Przetestuj przełącznik
    Autorzy w celu przetestowania przełącznika użyli oscyloskopu. Wysłali sygnał wyjściowy z Raspberry Pi, a następnie użyli sterownika RC. Powinieneś natychmiast zobaczyć zmianę sygnału na ekranie oscyloskopu.

    Krok 24:
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Użyj przewodów od serwomechanizmu ze złączami żeńsko-żeńskimi, w celu podłączenia przełącznika, odbiornika RC oraz kontrolera lotu.

    Krok 25: Konfiguracja Raspberry Pi
    Autorzy zdecydowali się na użycie Raspbian, dystrybucji, która jest całkiem łatwa w konfiguracji oraz jest przeznaczona do Raspberry Pi. Zadecydowano również o nieinstalowaniu X, dla większej wydajności. Zainstalowano jednak podstawowy pakiet programów do obsługi C++, połączeń bezprzewodowych używających Wicd oraz ssh. Następnie doinstalowano wiele bibliotek, włącznie z OpenCV oraz servoblaster. Z powodu szybkości Raspberry Pi, proces ten przebiega powoli oraz zajmuje wiele godzin.

    Krok 26: Porady dla piszących własny kod odpowiadający za autonomiczność urządzenia
    Zawsze pisz kod na komputerze. Z powodu ilości używanych bibliotek oraz szybkości Raspberry Pi, czas kompilowania jest bardzo długi. W zasadzie, cały kod może być napisane na komputerze, przetestowany na komputerze, a dopiero potem przesłany do Raspberry Pi. Inną, bardziej ekstremalną możliwością zminimalizowania ilości ponownych kompilacji jest umieszczenie wszystkich wartości konfiguracyjnych w zewnętrznym pliku, który może być zmieniany w czasie działania programu.
    Tak jak w przypadku programowania czegokolwiek, warto przeprowadzać małe testy. Z doświadczenia autorów wynika, że kod bardzo szybko staje się zawiły, skomplikowany, a wykonywanie małych testów bardzo pomaga.

    Testuj swój kod! Podczas pisania kodu odpowiedzialnego za autonomiczność, dobrym pomysłem jest uruchomienie automatycznych testów kodu. Testy te uruchamiają kod w wirtualnym środowisku, na symulowanym, wirtualnym quadcopterze, który działa identycznie, jak ten, który wykonujemy. W tym projekcie nie wykonujemy bardzo skomplikowanego autonomicznego urządzenia, dlatego autorzy zadecydowali, że nie będą tworzyć środowiska symulującego. Jeśli planujesz dodać więcej opcji, bardzo dobrym rozwiązaniem będzie stworzenie właśnie takiego środowiska, jak to.

    Jeśli potrzebujesz jakiegoś „punktu zaczepienia”, spójrz na kod napisany przez autorów projektu, można go znaleźć pod tym linkiem Link.

    Krok 27: Programowanie kontrolera lotu
    Pierwszą rzeczą, jaką należy zrobić, kiedy zaczniemy używać naszego kontrolera lotu jest przeprogramowanie go tak, aby używał oprogramowania kapteinkuk xcopter kk. Do wykonania tego, autorzy projektu użyli programu kkMulticopter Flashtool. Wykorzystano konfigurację xwing, dlatego, że planowano wykorzystać kamerę internetową. Kamera ta rejestruje obraz z przodu oraz jest tak umiejscowiona, że w zasięgu jej widzenia nie ma śmigieł.
    Aby zakończyć konfigurację kontrolera lotu, postępuj zgodnie z poradnikiem kk Quad x setup, dostępnym pod adresem RCExplorer. Poradnik ten przeprowadzi cię przez fazę testowania oraz konfiguracji kontrolerów prędkości silników oraz kontrolera lotu.

    Krok 28: Montowanie górnej warstwy elektroniki oraz kamery
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Do zamocowania elektroniki użyto specjalnych podstawek tłumiących wibracje, jednak nawet zwykła taśma również nada się do tego celu. Ostatecznie należy również przymocować kamerę z przodu quadcopter'a.

    Krok 29: Sparuj nadajnik RC z odbiornikiem RC
    Ponieważ jest bardzo wiele różnych rodzajów nadajników i odbiorników, poleca się przeczytanie załączonych instrukcji w celu wykonania tego kroku.

    Krok 30: Dostrajanie i stabilizacja Quadcopter'a
    Autonomiczny, kartonowy Quadcopter sterowany przez Raspberry Pi
    Strojenie quadcoptera okazało się dla autorów projektu całkiem trudnym zadaniem. Na początku autorzy ustawili potencjometry w pozycji neutralnej. Następnie nastawili pierwszy i trzeci potencjometr w pozycję 50% oraz drugi potencjometr w pozycję 0%. W oprogramowaniu, którego używamy drugi potencjometr nie jest wykorzystywany. Na początku, autorzy przywiązali quadcopter do ziemi, aby nie odleciał w trakcie strojenia. Później przy pomocy danych kontrolera RC próbowano ustawić tą wartość. Krok ten zajmuje bardzo dużo czasu, który spędzimy na ustawianiu kontrolera.
    Raz quadcopter jest niżej, raz wyżej. Użyj pierwszego potencjometru w celu ustawienia obrotu, a następnie dostrajaj urządzenie potencjometrem trzecim tak długo, dopóki quadcopter nie zacznie lecieć prosto.
    Kiedy już dostroiłeś swój quadcopter, będziesz musiał ustawić wyjście odbiornika RC tak, aby umożliwić autonomiczne sterowanie za pomocą napisanego kodu.

    Podczas wykonywania tego kroku, poleca się przywiązać quadcopter, aby zabezpieczyć go przed wymknięciem się spod kontroli. Nigdy nie wyłączaj kontrolera, podczas, gdy bateria jest podłączona, w trybie domyślnym wszystkie silniki zaczną pracować z pełną mocą.

    Źródło:Link


    Fajne!
  • Semicon
  • #2 11 Kwi 2013 11:11
    szczodros
    Poziom 18  

    jak już laserem to mogli napowietrzane pcv czy jak to się tam nazywa
    i znowu zagranica = płytki uniwersalne

  • Semicon
  • #3 11 Kwi 2013 11:18
    vinetu_
    Poziom 12  

    Najpierw autonomiczne autko które nie miało nic wspólnego z autonomicznością.
    Później autonomiczna łódź która miała przepłynąć ocean, ale ogniwa wystarczyły na jakąś godzinę działania.
    Robot z własną osobowością - prosty druciak z AtMega8 z kilkoma czujnikami.
    Teraz autonomiczny, kartonowy quadcopter - który nie ma żadnej autonomiczności.
    Oraz wiele, wiele innych...
    Doceniam że Ci się chce tłumaczyć artykuły i robisz to staranie, ale poziom tych artykułów nadaje sie na portal typu majsterkowo (czy ak inaczej teraz to sie nazywa) gdzie wszystko składa sie z gotowców i trzeba użytkownika za rękę prowadzić.
    Owszem, tłumacz artykuły, bo miło jest przeczytać coś ciekawego, ale słowa które widać że są zdecydowanie na wyrost pomijaj.

    Co do projektu, ciekawe ile lądowań i gwałtownych manewrów wytrzyma ta konstrukcja, zwłaszcza że w założeniu ma być autonomiczna, więc nie wszystkie kontakty z przeszkodami i ziemią będą delikatne.

  • #4 11 Kwi 2013 13:30
    Snikers
    Poziom 24  

    szczodros napisał:
    jak już laserem to mogli napowietrzane pcv czy jak to się tam nazywa
    i znowu zagranica = płytki uniwersalne

    PCV lub cokolwiek zawierającego w swojej strukturze chlor nie będą chcieli ci pociąć. Gazy powstałe podczas cięcia są bardzo agresywne dla optyki maszyny i świadomy operator odmówi takiej usługi. Osobiście też nie wykonuje cięcia PCV

  • #5 11 Kwi 2013 13:56
    OldSkull
    Poziom 27  

    @vinetu_: ale jest wiele rodzajów autonomii. Może tutaj chodziło o autonomiczne zasilanie? ;)

  • #6 11 Kwi 2013 14:08
    vinetu_
    Poziom 12  

    OldSkull napisał:
    @vinetu_: ale jest wiele rodzajów autonomii. Może tutaj chodziło o autonomiczne zasilanie? ;)


    Spójrz na punkt zatytułowany "Krok 26:", to tak jak nazwać górkę z piasku "najwyższą górą na świecie", oczywiście może się nią stać jak się do niej dosypie jeszcze sporo piachu, ale obecnie nią nie jest.