طائرة بدون طيار ذاتية: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

ستتعلم في هذا المشروع عملية بناء وتكوين طائرة بدون طيار ، قبل الانتقال للتحقيق في رحلة ذاتية باستخدام مخطط المهام و MATLAB.

يرجى ملاحظة أن هذا الدليل مخصص للإرشاد فقط. يمكن أن يكون استخدام الطائرات بدون طيار خطيرًا جدًا حول الأشخاص ويمكن أن يوقعك في مشاكل خطيرة مع القانون إذا تم استخدامها بشكل غير لائق أو في المكان الخطأ. تأكد من الالتزام بجميع القوانين واللوائح التي تحيط باستخدام الطائرات بدون طيار. علاوة على ذلك ، لم يتم اختبار الرموز المتوفرة على GitHub بالكامل ، لذا تأكد من وجود وسائل أمان أخرى في مكانها لتجنب فقد أو إتلاف الطائرة بدون طيار الخاصة بك.

الخطوة 1: قائمة الأجزاء

لهذا المشروع سوف تحتاج إلى عدة أجزاء. قبل المتابعة مع بقية هذا المشروع ، تأكد من شراء المكونات التالية وتنزيل الملفات على الطباعة ثلاثية الأبعاد وقطع الليزر للأجزاء المخصصة.

القطع المشتراة

الإطار: عجلة اللهب DJI F450

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

PDB: ماتيك PDB-XT60

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

المحركات x4: Emax 2205s 2300kv

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

مراوح 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-…

وحدة التحكم في الرحلة: Navio 2 (مع هوائي GPS / GNSS ووحدة طاقة)

Raspberry Pi 3B

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

المرسل: FRSKY TARANIS X9D +

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

المتلقي: FrSky XSR 2.4 جيجا هرتز ACCST

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

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

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

شاحن البطارية: Turnigy Accucell-6 50W 6A Balancer / Charger

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

مزود الطاقة للشاحن: مصدر طاقة RS 12V DC

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

أكياس البطارية: حزمة شحن بطارية ليثيوم بوليمر من هوبي كينج

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

موصلات الموز

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

راوتر واي فاي: تي بي لينك TL-WR802N

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

بطاقة Micro SD: سانديسك 32 جيجا بايت

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

المواجهات / الفواصل: خيط النايلون M2.5

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

حاسوب محمول

شريط رباط الاسلاك

حزام الفيلكرو

الانكماش الحراري

أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد

حافظة Raspberry Pi / Navio 2 (علوي وسفلي)

علبة البطارية (الصندوق والغطاء)

قطع الليزر

طبقات الإلكترونيات x2

الخطوة 2: الأجهزة

مرحلة الأجهزة والبناء:

1. قم بتجميع إطار F450 quadrotor وغطاء البطارية المطبوع في المنتصف (تأكد من إضافة الفواصل M2.5 * 5mm)
2. اربط المحركات بالهيكل.
3. لحام موصلات الموز بأسلاك ESCs والمحركات.
4. جندى ESCs ووحدة الطاقة إلى PDB. ملاحظة: تأكد من عدم استخدام خرج 5 فولت من PDB (لن يوفر طاقة كافية).
5. أضف أول طبقة مقطوعة بالليزر إلى أعلى إطار F450 باستخدام فواصل M2.5 * 10mm بين الذكور والإناث ؛ وأرفق PDB ووحدة الطاقة بهذه الطبقة. ملاحظة: تأكد من وضع المكونات بحيث تكون الأسلاك طويلة بما يكفي للوصول إلى جميع المحركات.
6. قم بتوصيل ESCs بالمحركات واستخدم روابط مضغوطة لتأمين الأسلاك على الإطار.
7. قم بتوصيل Navio2 بـ Raspberry Pi ووضعه في الغلاف المطبوع.
8. أضف الطبقة الثانية المقطوعة بالليزر أعلى الطبقة الأولى وقم بإرفاق غلاف Raspberry-Navio باستخدام وسادات لاصقة مزدوجة الجوانب.
9. يمكن لصق نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أعلى الغلاف ، ولكن تم وضعه هنا على طبقة ثالثة أخرى أعلى غلاف Raspberry-Navio كما هو موضح في الصور ، ولكن الأمر متروك تمامًا للشخص الذي يقوم ببنائه. ثم قم ببساطة بتوصيل GPS بـ Navio.
10. ثبت جهاز الاستقبال أعلى الطبقة الثانية باستخدام وسادات لاصقة مزدوجة الجوانب. قم بتوصيل أسلاك ESCs وجهاز الاستقبال بمسامير Navio. يحتل جهاز الاستقبال العمود الأول من المسامير ثم تحتل المحركات الأعمدة الأربعة التالية. ملاحظة: يتم تحديد الجزء الأمامي من الطائرة بدون طيار من خلال المحرك الذي يتم توصيله أولاً. أيًا كان الاتجاه الأمامي الذي تختاره ، تأكد من توصيل المحركات في الصورة في بداية هذه الخطوة.
11. أضف مراوح. يُنصح بترك المراوح حتى النهاية ، أي بعد الانتهاء من قسم البرامج وتأكد دائمًا من اتخاذ احتياطات السلامة عندما تكون المراوح في حالة تشغيل في حالة حدوث خطأ.

الخطوة 3: البرمجيات

مرحلة البرنامج: (مستندات Navio2 المرجعية)

1. احصل على أحدث صورة Emlid Raspbian من مستندات Navio2.
2. قم بتنزيل واستخراج وتشغيل Etcher مع حقوق المسؤول.
3. حدد ملف الأرشيف الذي يحتوي على صورة وحرف محرك أقراص بطاقة sd.
4. انقر فوق "فلاش!". قد تستغرق العملية بضع دقائق. (مثال على الفيديو)
5. الآن لتكوين وصول WiFi ، نحتاج إلى تحرير ملف wpa_supplicant.conf الموجود على بطاقة SD. قم بتحريرها لجعلها تبدو مثل الصورة الأولى في الجزء العلوي من هذه الخطوة. ملاحظة: ssid هو اسم TP-Link كما يظهر في جهاز الكمبيوتر الخاص بك. أفضل طريقة للعثور على ssid الدقيق لـ TP-Link الخاص بك هي توصيل الكمبيوتر المحمول بـ TP-Link ثم تشغيل الأمر أدناه في نافذة طرفية:

للنوافذ: netsh wlan show profile

بالنسبة لنظام التشغيل Mac: اقرأ الإعدادات الافتراضية /Library/Preferences/SystemConfiguration/com.apple.airport.preferences | grep SSIDString

psk هي كلمة المرور الواردة على البطاقة التي تأتي مع TP-Link.

1. أخرج بطاقة SD وضعها في Raspberry Pi وقم بتشغيلها.
2. للتحقق مما إذا كان Raspberry Pi متصلًا بـ TP-Link ، يمكنك استخدام أي من التطبيقات المتاحة التي تعرض جميع الأجهزة المتصلة بشبكتك.
3. من الضروري تعيين عناوين IP ثابتة للأجهزة المتصلة بـ TP-Link الخاص بك حتى لا تحتاج إلى تغيير عناوين IP على الرموز التي تكتبها في كل مرة. يمكنك القيام بذلك ببساطة عن طريق فتح tplinkwifi.net (أثناء اتصالك بـ TP-Link بالطبع). أدخل اسم المستخدم: admin و Password: admin. انتقل إلى "DHCP" في القائمة الموجودة على يسار الشاشة ثم حدد "حجز العنوان" من القائمة المنسدلة. أضف عناوين MAC للأجهزة التي تريد تعيين عناوين IP لها. هنا تم تخصيص عنوان IP للمحطة الأرضية (كمبيوتر محمول) وهو 192.168.0.110 و Raspberry Pi 192.168.0.111.
4. نحتاج الآن إلى تنزيل MAVProxy من الرابط التالي.
5. الآن قم بإنشاء ملف.bat يشبه الصورة الثانية في الجزء العلوي من هذه الخطوة ، وتأكد من استخدام مسار الملف حيث يتم حفظ mavproxy.exe على الكمبيوتر المحمول الخاص بك. ستحتاج إلى تشغيل هذا الملف (عن طريق النقر المزدوج عليه) في كل مرة تريد الاتصال بالطائرة بدون طيار.
6. من أجل جعل Raspberry Pi يتواصل مع MAVProxy ، يجب تحرير ملف على Pi.

7. اكتب sudo nano / etc / default / arducopter في محطة Linux الخاصة بـ Raspberry Pi التي تستضيف الطيار الآلي Navio2.

8. يجب قراءة السطر العلوي من الملف الذي يتم فتحه TELEM1 =”- A udp: 127.0.0.1: 14550”. يجب تغيير هذا بحيث يشير إلى عنوان IP لجهاز الكمبيوتر الخاص بك.
9. قم بتثبيت مخطط المهمة وانتقل إلى قسم الإعداد لأول مرة.

الخطوة 4: الإعداد لأول مرة

للاتصال بالطائرة بدون طيار ، اتبع هذا الإجراء:

1. قم بتشغيل كل من ملف MAVProxy.bat ومخطط المهمة.
2. قم بتوصيل البطارية بالطائرة بدون طيار وانتظر حوالي 30-60 ثانية. سيعطي هذا الوقت للاتصال بالشبكة اللاسلكية.
3. انقر فوق زر الاتصال في الجزء العلوي الأيمن من مخطط المهمة. في مربع الحوار الأول الذي يظهر ، اكتب 127.0.0.1 وانقر فوق "موافق". في المربع التالي ، اكتب رقم المنفذ 14551 وانقر فوق موافق. بعد بضع ثوانٍ ، يجب أن يتصل مخطط المهمة بـ مركبة الصعود من المريخ ويبدأ في عرض بيانات القياس عن بُعد في اللوحة اليسرى.

عندما تقوم بإعداد UAV الخاص بك لأول مرة ، من الضروري تكوين ومعايرة مكونات أجهزة معينة. تحتوي مستندات ArduCopter على دليل شامل حول كيفية تكوين نوع الإطار ، ومعايرة البوصلة ، ومعايرة التحكم اللاسلكي ، ومعايرة مقياس التسارع ، وإعداد وضع مرسل RC ، ومعايرة ESC ، وتكوين نطاق المحرك.

اعتمادًا على كيفية قيامك بتثبيت Raspberry Pi على الطائرة بدون طيار ، قد يكون من الضروري تغيير اتجاه اللوحة في مخطط المهمة. يمكن القيام بذلك عن طريق ضبط معلمة اتجاه اللوحة (AHRS_ORIENTATION) في قائمة المعلمات المتقدمة ضمن علامة التبويب Config / Tuning في Mission Planner.

الخطوة 5: الرحلة الأولى

بمجرد أن تصبح الأجهزة والبرامج جاهزة ، يحين وقت الاستعداد للرحلة الأولى. يوصى قبل محاولة الطيران المستقل بالطائرة بدون طيار يدويًا باستخدام جهاز الإرسال للتعرف على التعامل مع الطائرة وإصلاح أي مشكلات قد تكون موجودة.

تحتوي وثائق ArduCopter على قسم مفصل ومفيد للغاية في رحلتك الأولى. يناقش أوضاع الطيران المختلفة التي تأتي مع ArduCopter وما يفعله كل من هذه الأوضاع. بالنسبة للرحلة الأولى ، يعد وضع الاستقرار هو وضع الطيران الأنسب للاستخدام.

يحتوي ArduCopter على العديد من ميزات السلامة المضمنة. إحدى هذه الميزات هي فحوصات أمان ما قبل الذراع والتي تمنع الطائرة من التسليح في حالة اكتشاف أي مشكلات. معظم هذه الفحوصات مهمة للمساعدة في تقليل فرصة تحطم الطائرة أو فقدانها ولكن قد يتم تعطيلها إذا لزم الأمر.

يتم تسليح المحركات عندما يطبق الطيار الآلي الطاقة على المحركات للسماح لها بالدوران. قبل تسليح المحركات ، من الضروري أن تكون الطائرة في منطقة مفتوحة واضحة ، بعيدًا عن أي أشخاص أو عوائق أو في ساحة طيران آمنة. من المهم أيضًا ألا يكون هناك شيء بالقرب من المراوح ، خاصة أجزاء الجسم والأشياء الأخرى التي ستتلف بسببها. بمجرد أن يصبح كل شيء واضحًا ويقتنع الطيار بأنه آمن للبدء ، يمكن تسليح المحركات. تقدم هذه الصفحة مجموعة مفصلة من التعليمات حول كيفية تسليح الطائرة. الاختلافات الوحيدة بين هذا الدليل و Navio2 تكمن في الخطوة 7 من التسليح والخطوة 2 لنزع السلاح. لتسليح Navio2 ، يجب الضغط على العصا في الوسط لبضع ثوان (انظر الصورة). لنزع السلاح ، يجب الإمساك بكلتا العصا على الجانبين لبضع ثوان (انظر الصورة).

لتنفيذ رحلتك الأولى ، اتبع هذا الدليل.

بعد الرحلة الأولى ، قد يكون من الضروري إجراء بعض التغييرات. طالما أن الجهاز يعمل بشكل كامل وقد تم إعداده بشكل صحيح ، فستكون هذه التغييرات بشكل أساسي في شكل ضبط PID. يحتوي هذا الدليل على بعض النصائح المفيدة لضبط المروحية الرباعية ولكن في حالتنا ، كان التقليل الطفيف من كسب P كافياً لجعل الطائرة مستقرة. بمجرد أن تصبح الطائرة قابلة للطيران ، يمكن استخدام وظيفة ArduCopter autotune. يقوم هذا تلقائيًا بضبط PIDs لتوفير أسرع استجابة مع الحفاظ على الاستقرار. توفر وثائق ArduCopter دليلاً مفصلاً حول كيفية إجراء الضبط التلقائي.

إذا واجهت مشاكل في أي من هذه الخطوات ، فقد يساعدك دليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

الخطوة 6: رحلة مستقلة

مخطط المهمة

الآن بعد أن تم ضبط المروحية الخاصة بك ويمكنها الطيران جيدًا تحت التحكم اليدوي ، يمكن التحقق من الرحلة المستقلة.

أسهل طريقة للوصول إلى رحلة مستقلة هي استخدام مخطط المهام لأنه يحتوي على مجموعة كبيرة من الأشياء التي يمكنك القيام بها مع طائرتك. تنقسم الرحلة المستقلة في Mission Planner إلى فئتين رئيسيتين ؛ المهام المخطط لها مسبقًا (الوضع التلقائي) والبعثات الحية (الوضع الإرشادي). يمكن استخدام شاشة مخطط الرحلة في مخطط المهمة لتخطيط رحلة تتكون من نقاط الطريق للزيارة والإجراءات التي يجب القيام بها مثل التقاط الصور. يمكن اختيار الإحداثيات يدويًا ، أو يمكن استخدام أداة الإحداثية التلقائية لإنشاء مهام لمسح منطقة ما. بمجرد التخطيط للمهمة وإرسالها إلى الطائرة بدون طيار ، يمكن استخدام وضع الطيران التلقائي بحيث تتبع الطائرة بشكل مستقل المهمة المخطط لها مسبقًا. هنا دليل مفيد حول التخطيط للبعثات.

الوضع الموجه هو طريقة لإصدار أوامر تفاعلية للطائرة بدون طيار للقيام بأشياء معينة. يتم ذلك باستخدام علامة تبويب الإجراءات في مخطط المهمة أو عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على الخريطة. يمكن أن يُطلب من الطائرة بدون طيار القيام بالعديد من الأشياء مثل الإقلاع والعودة إلى الإطلاق والانتقال إلى الموقع المختار عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على الخريطة في الموقع المطلوب وتحديد الانتقال إلى هنا.

تعتبر وسائل الأمان من الفشل أمرًا مهمًا يجب مراعاته أثناء الرحلة المستقلة للتأكد من أنه إذا ساءت الأمور ، فإن الطائرة لن تتضرر ولا يصاب الأشخاص. يحتوي مخطط المهمة على وظيفة Geo-Fence المضمنة والتي يمكن استخدامها للحد من حيث يمكن للطائرة بدون طيار أن تطير ومنعها من الابتعاد كثيرًا أو مرتفعًا جدًا. قد يكون من المفيد التفكير في ربط الطائرة بدون طيار بالأرض لرحلاتك القليلة الأولى كنسخة احتياطية أخرى. أخيرًا ، من المهم أن يكون لديك جهاز إرسال لاسلكي متصل بالطائرة بدون طيار بحيث يمكنك إذا لزم الأمر التبديل من وضع الطيران المستقل إلى وضع الطيران اليدوي مثل الاستقرار أو الضغط البديل بحيث يمكن توجيه الطائرة بدون طيار بأمان الى الارض.

ماتلاب

التحكم الذاتي باستخدام MATLAB أقل بساطة بكثير ويتطلب بعض المعرفة البرمجية المسبقة.

تسمح لك سكربتات MATLAB real_search_polygon و real_search بإنشاء مهام مخططة مسبقًا للبحث في مضلع يحدده المستخدم. يخطط البرنامج النصي real_search_polygon مسارًا فوق المضلع الذي يحدده المستخدم بينما يخطط البرنامج النصي real_search مسارًا عبر الحد الأدنى للمستطيل الذي يشمل المضلع. خطوات القيام بذلك هي كما يلي:

1. افتح مخطط المهمة وانتقل إلى نافذة خطة الطيران.
2. ارسم مضلعًا فوق منطقة البحث المطلوبة باستخدام أداة المضلع.
3. احفظ المضلع باسم "search_area.poly" في نفس المجلد مثل برنامج MATLAB النصي.
4. انتقل إلى MATLAB وقم بتشغيل إما real_search_polygon أو real_search. تأكد من اختيار عرض المسار المطلوب وتغيير file_path في السطر 7 إلى الدليل الصحيح حيث تعمل.
5. بمجرد تشغيل البرنامج النصي وأنت سعيد بالمسار الذي تم إنشاؤه ، ارجع إلى Mission Planner.
6. انقر فوق تحميل ملف WP على الجانب الأيمن واختر ملف إحداثية "search_waypoints.txt" الذي قمت بإنشائه للتو.
7. انقر فوق كتابة WPs على الجانب الأيمن لإرسال نقاط المسار إلى الطائرة بدون طيار.
8. قم بتسليح الطائرة بدون طيار وانطلق إما يدويًا أو بالنقر بزر الماوس الأيمن على الخريطة واختيار الإقلاع.
9. بمجرد الوصول إلى ارتفاع معقول ، قم بتغيير الوضع إلى تلقائي وستبدأ الطائرة بدون طيار المهمة.
10. بعد انتهاء المهمة ، انقر فوق RTL في علامة تبويب الإجراءات لإعادة الطائرة بدون طيار إلى موقع الإطلاق.

الفيديو في بداية هذه الخطوة عبارة عن محاكاة في مخطط المهمة للطائرة بدون طيار وهي تبحث في منطقة ما.

الخطوة 7: الرؤية

تتمثل مهمة الطائرة بدون طيار في التحليق فوق الجبال أو البرية وتحديد البشر أو الأشياء غير النظامية ثم معالجة ذلك لمعرفة ما إذا كان هذا الشخص يحتاج إلى المساعدة. يمكن القيام بذلك بشكل مثالي باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء باهظة الثمن. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع تكاليف كاميرات الأشعة تحت الحمراء ، فإن اكتشاف الأشعة تحت الحمراء يشبه اكتشاف جميع الكائنات غير الخضراء باستخدام كاميرا Pi عادية.

1. ssh في Raspberry Pi
2. بادئ ذي بدء ، نحتاج إلى تثبيت OpenCV على Raspberry Pi. الدليل التالي المقدم من pyimagesearch هو أحد أفضل الأدلة المتاحة على الإنترنت.
3. قم بتنزيل الكود في Raspberry Pi من GitHub من خلال هذا الرابط التالي. لتنزيل الكود على Raspberry Pi ، يمكنك تنزيل الملف على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ثم نقله إلى Raspberry Pi.
4. لتشغيل الكود ، انتقل إلى الدليل حيث يتم تشغيل الكود في Raspberry Pi ثم قم بتشغيل الأمر:

python colour_target_detection.py --conf conf.json

الاستخدام المتواصل في كل مرة تقوم فيها بإعادة تشغيل raspberry pi تحتاج إلى تشغيل الأوامر التالية:

sudo ssh [email protected] -X

المصدر ~ /. Profile

workon السيرة الذاتية

ثم تابع مع الخطوة 4 أعلاه.

ملاحظة مهمة: ليست كل المحطات قادرة على عرض مقاطع الفيديو. على نظام التشغيل Mac ، استخدم محطة XQuartz.