🚢 🕵🏾 🔉 ऐरोनेट में प्रवेश: एक आभासी वातावरण में एक स्वायत्त क्वाड्रोकोप्टर लॉन्च करना 👐🏼 🕵🏿 🤽🏾

यदि वांछित है, तो शायद, हर कोई अब एक क्वाडॉप्टर उड़ सकता है। लेकिन स्वायत्त नियंत्रण की समस्या को हल करने के लिए, ताकि आपको रिमोट कंट्रोल की छड़ें स्थानांतरित करने की आवश्यकता न हो और ड्रोन की लगातार निगरानी करें - इस सेटिंग में, समाधान के लिए बहुत सारे संसाधनों की आवश्यकता हो सकती है: खरीदना, इकट्ठा करना, मिलाप करना, कॉन्फ़िगर करना, उतारना, गिराना और गिरने के बाद - चक्र की शुरुआत में वापस आना।

हमारे प्रोजेक्ट पर एरोनेट के न्यायाधीशों / शिक्षकों को पढ़ाने के साथ, हमें रोबोटिक्स / कंप्यूटर विज्ञान के शिक्षकों के लिए मानवरहित वाहनों की प्रोग्रामिंग "सरलीकृत" प्रविष्टि की आवश्यकता का सामना करना पड़ रहा है, जिनके पास पहले से ही बुनियादी ज्ञान का एक सेट है।

प्रोग्रामिंग ड्रोन उड़ानों की मूल बातें सीखने का एक आसान तरीका है - एक आभासी सिमुलेशन वातावरण, उपयोग का एक कदम-दर-चरण उदाहरण जिसके बारे में हम अपने लेख में विचार करेंगे।

बुनियादी ड्रोन प्रोग्रामिंग कौशल को पंप करने के लिए आपको कुछ भी खरीदने की ज़रूरत नहीं है - बस PX4 परियोजना के jMAVSim ड्रोन सिम्युलेटर का उपयोग करें। पीएक्स 4 एक शक्तिशाली ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर सूट है, जो विभिन्न प्रकार के मानवरहित वाहनों पर उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है, दोनों उड़ान और जमीन पर यात्रा करते हैं। प्रोजेक्ट सॉफ़्टवेयर का स्रोत कोड Github पर है ।

प्रारंभ में, PX4 लेखक लिनक्स उबंटू LTS को एक विकास परिवेश के रूप में सुझाते हैं। मैक सपोर्ट भी है। इस साल, विंडोज के लिए सिमुलेशन और विकास का माहौल साइगविन में दिखाई दिया, जो कंप्यूटर विज्ञान की कक्षाओं में विंडोज का उपयोग करने वाले रूसी शैक्षिक संस्थानों के जीवन को आसान बना सकता है।

अगला, हम लिनक्स के तहत और विंडोज के तहत सिम्युलेटर को स्थापित करने, निर्माण और चलाने की प्रक्रिया को देखेंगे।

लिनक्स उबंटू पर jMAVSim को स्थापित करना और चलाना

पीएक्स 4 डेवलपर्स लिनक्स उबंटू 16.04 एलटीएस को उनके मानक सिस्टम के रूप में सुझाते हैं। लिनक्स आपको सभी समर्थित प्रणालियों (NuttX, क्वालकॉम स्नैपड्रैगन उड़ान, लिनक्स, सिमुलेशन वातावरण, आरओएस पर आधारित हार्डवेयर प्लेटफॉर्म) के लिए पीएक्स 4 पैकेज बनाने की अनुमति देता है।

सबसे पहले, उपयोगकर्ता को डायलआउट समूह में जोड़ें:

sudo usermod -a -G dialout $USER

परिवर्तन को प्रभावी करने के लिए सिस्टम में लॉग इन करें।

Pixavk / NuttX के लिए jmavsim सहित डेवलपमेंट टूलचैन, ubuntu_sim_nuttx.sh स्क्रिप्ट का उपयोग करके स्वचालित रूप से इंस्टॉल किया गया है। आपको स्क्रिप्ट को उपयोगकर्ता निर्देशिका में डाउनलोड करने और कमांड का उपयोग करके इसे चलाने की आवश्यकता है

 source ubuntu_sim_nuttx.sh

स्क्रिप्ट द्वारा पूछे गए सभी सवालों का सकारात्मक जवाब दिया गया है।

स्क्रिप्ट के अंत में, कंप्यूटर को पुनरारंभ करें।

यह हमारे लिए नियंत्रक का स्रोत कोड डाउनलोड करने के लिए बना रहता है जो उड़ान को नियंत्रित करता है और इसका निर्माण करता है।

हम github के साथ PX4 फ्लाइट कंट्रोलर सॉफ्टवेयर रिपॉजिटरी को क्लोन करते हैं:

 git clone https://github.com/PX4/Firmware.git

फर्मवेयर फ़ोल्डर में अब हमारे पास पूर्ण स्रोत कोड है जिसे उड़ान नियंत्रक (और सिम्युलेटर में) में निष्पादित किया जाता है। भविष्य में, यह अध्ययन के उद्देश्य और उसमें परिवर्तन करने के लिए दोनों उपयोगी हो सकता है। रिपॉजिटरी के कॉपी किए गए फर्मवेयर फ़ोल्डर में जाएं:

 cd src/Firmware

हम सिम्युलेटर को संकलित और चलाते हैं:

 make px4_sitl jmavsim

पहले संकलन की प्रक्रिया में कुछ समय लगता है। सफल समापन के बाद, PX4 कंसोल स्क्रीन पर दिखाई देगा:

पीएक्स 4 कंसोल

कंसोल में कमांड दर्ज करके ड्रोन को उड़ान के लिए भेजा जा सकता है:

 pxh> commander takeoff

इन-फ्लाइट ड्रोन

एक ड्रोन लैंडिंग - कमांड commander land , सिमुलेशन रोकें - CTRL + C या कमांड shutdown ।

विंडोज पर jMAVSim इंस्टॉल और चलाएं

PX4 साइगविन टूलबॉक्स 2018 में दिखाई दिया। यह विंडोज के लिए पीएक्स 4 को संकलित / विकसित करने का सबसे शक्तिशाली तरीका है। गिथब या अमेज़ॅन से इंस्टॉलेशन फ़ाइल डाउनलोड और चलाने के लिए।

डिफ़ॉल्ट रूप से, टूलकिन C: \ PX4 फ़ोल्डर में स्थापित होता है।

इंस्टॉलर के अंतिम चरण पर, आप बॉक्स को "पीएक्स 4 रिपॉजिटरी को क्लोन कर सकते हैं, जेएमएवीसिम के साथ सिमुलेशन बना सकते हैं और चला सकते हैं" (पीएक्स 4 रिपॉजिटरी को क्लोन कर सकते हैं, जेएमएवीसिम सिम्युलेटर चला सकते हैं)।

इंस्टॉलेशन डायरेक्टरी में रन-कंसोल.बीएटी फाइल (डिफ़ॉल्ट रूप से, सी: \ पीएक्स 4) का उपयोग करके सिगविन में विकास के वातावरण को लॉन्च किया गया है।

यदि आप स्थापना प्रक्रिया के दौरान jMAVSim लॉन्च बॉक्स को टिक करना भूल गए - सिग्विन में आप रिपॉजिटरी को क्लोन कर सकते हैं और कमांड का उपयोग करके सिम्युलेटर चला सकते हैं:

 git clone --recursive -j8 https://github.com/PX4/Firmware.git cd Firmware make px4_sitl jmavsim

संकलन के बाद, पीएक्स 4 कंसोल और सिम्युलेटर विंडो स्क्रीन पर दिखाई देगी:

विंडोज के लिए JMAVSim सिम्युलेटर विंडो

मैंने अभी तक विंडोज पर आकाश और पेड़ों को प्रदर्शित नहीं किया है, उनके बजाय एक काली पृष्ठभूमि, जैसा कि सिम्युलेटर के डेवलपर्स को बताया गया है ।

ड्रोन को नियंत्रित करने के लिए कंसोल कमांड समान हैं: टेकऑफ़ - commander takeoff , लैंडिंग - commander land , स्टॉप सिमुलेशन - CTRL + C या shutdown ।

QGroundControl ग्राउंड स्टेशन कार्यक्रम के साथ उड़ानें

QGroundControl कार्यक्रम आपको PX4 या ArduPilot प्लेटफार्मों पर ड्रोन को पूरी तरह से कॉन्फ़िगर करने की अनुमति देता है, साथ ही जीपीएस के माध्यम से स्वायत्त बाहरी उड़ानों की योजना और प्रदर्शन भी करता है।

प्रोग्राम कोड पूरी तरह से खुला है, और यह प्लेटफार्मों विंडोज, ओएस एक्स, लिनक्स, आईओएस और एंड्रॉइड पर काम करता है। वांछित प्लेटफ़ॉर्म के लिए इंस्टॉलेशन फ़ाइल प्रोग्राम वेबसाइट के डाउनलोड अनुभाग में डाउनलोड की जा सकती है।

विंडोज के लिए, इस फाइल को डाउनलोड करें और चलाएं।
स्थापना और लॉन्च के बाद, अगर jMAVSim पहले से ही हमारे कंप्यूटर पर चल रहा है, तो प्रोग्राम इसे अपने आप कनेक्ट करेगा।

आप फ्लाई-टेकऑफ़ बटन और भूमि - भूमि का उपयोग करके उड़ान में एक ड्रोन लॉन्च कर सकते हैं। आप GPS पॉइंट पर वर्चुअल फ़्लाइट भी कर सकते हैं:

मावर्स के साथ स्वायत्त उड़ान प्रोग्रामिंग

JMAVSim वर्चुअल ड्रोन को मावलिंक प्रोटोकॉल का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है, जो कई लेखों में वर्णित है (उदाहरण के लिए, 1 , 2 )। मावलिंक संचार को लागू करने के लिए, हम आरओएस (रोबोट ऑपरेटिंग सिस्टम) सिस्टम के मावरो पैकेज का उपयोग करेंगे।

PX4 डेवलपर्स ROS काइनेटिक का उपयोग करने की सलाह देते हैं।

मावरोस पैकेज आरओएस (उदाहरण के लिए, लिनक्स या रास्पबेरी पीआई के साथ एक आभासी मशीन) और एक उड़ान नियंत्रक (असली या एक सिम्युलेटर वातावरण में) चलाने वाले कंप्यूटर के बीच एमएवीलिंक प्रोटोकॉल के माध्यम से संचार प्रदान करता है।

आरओएस काइनेटिक की पूर्ण स्थापना के दौरान मावरोस पैकेज को अन्य पैकेजों के साथ स्थापित किया गया है।

मावरोस पैकेज को रसलॉन्च कमांड द्वारा सिम्युलेटर के कनेक्शन के साथ लॉन्च किया गया है, जिसमें कंप्यूटर पर आईपी पते और पोर्ट का संकेत दिया गया है:

 roslaunch mavros px4.launch fcu_url:="udp://@192.168.0.22:14557"

यदि सिम्युलेटर उस होस्ट पर नहीं चल रहा है जहां jMAVSim चल रही है, तो mavros से कनेक्ट होने से पहले, आपको javAVSim कंसोल में param set MAV_BROADCAST 1 का उपयोग करके नेटवर्क पर भेजे जाने वाले mavlink संदेशों को सक्षम करने की आवश्यकता है। जब कमांड निष्पादित होती है, तो मावलिंक प्रोटोकॉल के लिए उपयोग किया जाने वाला होस्ट आईपी एड्रेस प्रदर्शित होता है। पोर्ट सिम्युलेटर कंसोल में mavlink status कमांड का उपयोग करके पाया जा सकता है:

मावलिंक की स्थिति

उड़ान नियंत्रक से जुड़ने की सफलता को कमांड का उपयोग करके जांचना चाहिए:

 rostopic echo /mavros/state

यदि कनेक्शन सफल होता है, तो तथाकथित संदेश कंसोल में दिखाई देंगे। मावलिंक दिल की धड़कन, लगभग एक बार प्रति सेकंड:

मावलिंक दिल की धड़कन

यदि संदेश दिखाई नहीं देते / अद्यतन नहीं किए जाते हैं / फ़ील्ड कनेक्टेड = गलत - उड़ान नियंत्रक के साथ संचार स्थापित नहीं है, और आपको यह समझना चाहिए कि क्यों।

इस लेखन के समय, विंडोज के तहत, परम ने MAV_BROADCAST 1 कमांड सेट करने के बाद, jMAVSim कंसोल में संदेशों को लूप में प्रदर्शित करना शुरू किया:

 WARN [mavlink] getting required buffer size failed.

सिम्युलेटर में विंडोज के तहत सही ढंग से काम करने के लिए, आपको src / मॉड्यूल / mavlink / mavlink_main.cpp फ़ाइल में लाइन 1029 जोड़ना चाहिए:

 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__) || defined(__CYGWIN__)

और कमांड make px4_sitl jmavsim साथ सिम्युलेटर को फिर से शुरू / पुनः आरंभ करें।

यह समस्या डेवलपर्स को बताई गई है , इसे भविष्य के रिलीज में तय किया जा सकता है।

एक सफल कनेक्शन के बाद, आप आरओएस सिस्टम कंसोल के निम्न आदेशों का उपयोग करके ड्रोन को स्वायत्त उड़ान में लॉन्च कर सकते हैं:

हम OFFBOARD मोड में ड्रोन की उड़ान के लिए प्रति सेकंड 5 बार लक्ष्य बिंदु प्रकाशित करते हैं। ड्रोन के लिए ऑफबोर्ड ऑटोनॉमस फ्लाइट मोड के "बाहर नहीं" होने के लिए, लक्ष्य बिंदु को हर समय, कई बार प्रति सेकंड प्रकाशित करना आवश्यक है:
```
 rostopic pub -r 5 /mavros/setpoint_position/local geometry_msgs/PoseStamped "header: seq: 0 stamp: secs: 0 nsecs: 0 frame_id: '' pose: position: x: 0.0 y: 0.0 z: 5.0 orientation: x: 0.0 y: 0.0 z: 0.0 w: 0.0" 
```

हम ड्रोन को OFFBOARD मोड में सेट करते हैं (एक नए अलग टर्मिनल सत्र में):
```
 rosservice call /mavros/set_mode "base_mode: 0 custom_mode: 'OFFBOARD'" 
```
हम ड्रोन को उड़ान मोड में डालने के लिए एक कमांड भेजते हैं (जैसे, "फीड"):
```
 rosservice call /mavros/cmd/arming "value: true" 
```

अंतिम कमांड निष्पादित करने के बाद, वर्चुअल ड्रोन को 5 मीटर की ऊंचाई पर उतारना चाहिए और होवर करना चाहिए:

फ्लाइंग जम्मवीम

आप एक साधारण पायथन कोड का उपयोग करके एक ड्रोन भी लॉन्च कर सकते हैं:

 import rospy from geometry_msgs.msg import PoseStamped from mavros_msgs.srv import CommandBool, SetMode rospy.init_node("offbrd",anonymous=True) rate=rospy.Rate(5) setpoint_pub=rospy.Publisher("/mavros/setpoint_position/local",PoseStamped,queue_size=10) arming_s=rospy.ServiceProxy("/mavros/cmd/arming",CommandBool) set_mode=rospy.ServiceProxy("/mavros/set_mode",SetMode) setpt=PoseStamped() setpt.pose.position.z=5 for i in range (0,10): setpoint_pub.publish(setpt) rate.sleep() set_mode(0,"OFFBOARD") arming_s(True) while (rospy.is_shutdown()==False): setpoint_pub.publish(setpt) rate.sleep()

उपरोक्त कोड कमांड लाइन कॉल उदाहरण के रूप में उसी ROS सेवाओं के लिए कॉल का उपयोग करता है।

आपको कोड को एक टेक्स्ट फ़ाइल में कॉपी करना होगा, उदाहरण के लिए, fly_jmavsim.py, और इसे कमांड लाइन से python fly_jmavsim.py से रन करें।

इस उदाहरण को डीबग करने की प्रक्रिया में, मुझे jMAVSim सिम्युलेटर की एक विशेषता का सामना करना पड़ा - इसमें सामान्य ऑपरेशन के लिए एक शक्तिशाली प्रोसेसर की आवश्यकता होती है। लिनक्स वर्चुअल मशीन पर, वह केवल 10 एफपीएस की गणना करने में कामयाब रहा, और टेक-ऑफ के तुरंत बाद दुर्घटनाग्रस्त हो गया। लैपटॉप पर, जब मैं लेख लिख रहा था, उसने समय-समय पर नियंत्रण खो दिया / दुर्घटनाग्रस्त हो गया। लैपटॉप की शक्ति ने मदद की - क्योंकि जब एक बैटरी द्वारा संचालित किया जाता है, तो पावर सेविंग मोड सक्रिय होता है, जो प्रोसेसर के प्रदर्शन को कम करता है, जो सीधे सिम्युलेटर को प्रभावित करता है।

दिए गए उदाहरणों के आधार पर, जो लोग खुद को स्वायत्त उड़ान कार्यक्रम विकसित कर सकते हैं (एक वर्ग में, एक सर्कल में, एक मनमाना प्रक्षेपवक्र, आदि में)। इस तरह के अभ्यासों को निष्पादित करना एक वास्तविक क्वाड्रोकॉप्टर पर स्वायत्त मिशन प्रोग्रामिंग के लिए तैयार करने में उपयोगी हो सकता है।

हम आपको सभी सफल उड़ानों की कामना करते हैं!

संदर्भ:

रोबोट ऑपरेटिंग सिस्टम (ROS)
ऑटोपायलट पीएक्स 4

ऐरोनेट में प्रवेश: एक आभासी वातावरण में एक स्वायत्त क्वाड्रोकोप्टर लॉन्च करना

लिनक्स उबंटू पर jMAVSim को स्थापित करना और चलाना

विंडोज पर jMAVSim इंस्टॉल और चलाएं

QGroundControl ग्राउंड स्टेशन कार्यक्रम के साथ उड़ानें

मावर्स के साथ स्वायत्त उड़ान प्रोग्रामिंग

संदर्भ:

More articles: