एरोनेट एपिसोड 2 में प्रवेश: होमिंग ड्रोन

पिछले लेख में, हमने एक स्वायत्त आभासी ड्रोन को हवा में लॉन्च करने की प्रक्रिया की जांच की। शिक्षक के मार्गदर्शन में, स्कूली बच्चे भी इस निर्देश के अनुसार ड्रोन लॉन्च करने का प्रबंधन करते हैं। सवाल उठता है: आगे क्या? अच्छा, ड्रोन, अच्छी तरह से बढ़ गया। इसके अलावा, आभासी - खिलौने और सिमुलेटर में और अधिक खूबसूरती से चित्रित।

अगले चरण के रूप में, हम आपके लक्ष्य को देखने और इसे सफलतापूर्वक प्राप्त करने में सक्षम होमिंग ड्रोन बनाने का प्रस्ताव करते हैं। लक्ष्य के रूप में रंगीन गुब्बारे का उपयोग करना सबसे आसान है।

इस तरह के एक कार्य (एक स्वायत्त ड्रोन के साथ एक गेंद को फोड़ने के लिए) हाल ही में टीमों द्वारा ऑल-रूसी रोबोक्रॉस -2019 के एरोनेट अनुभाग में किया गया था। हम एक अमेरिकी समूह की पहली एल्बम के गीत "सीक एंड नष्ट" से प्रेरित थे जो मेरे अशांत युवाओं के दौरान बहुत लोकप्रिय था।
लेखों की अगली श्रृंखला में, हम देखेंगे कि कैसे एक स्वायत्त ड्रोन सिखाने के लिए उपर्युक्त गीत के परहेज से सरल निर्देशों का पालन करें।

तो, हमें निम्नलिखित की आवश्यकता है:

1. एक उड़ने वाला ड्रोन जिसे हम प्रोग्राम से नियंत्रित कर सकते हैं
2. लक्ष्य पहचान और मार्गदर्शन प्रणाली
3. पिछले दो बिंदुओं को एक साथ मिलाएं - और, वॉइला, आप प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं, जिसका ड्रोन तेजी से और अधिक गेंदों को उड़ाएगा।

अगला, पहली चीजें पहले।

jMAVSim कीबोर्ड-नियंत्रित

एक ड्रोन की कल्पना करें जैसे कि ऊपर की तस्वीर में, एक गेंद। ड्रोन का कैमरा सीधा आगे दिख रहा है।

गेंद पर उड़ान भरने के लिए, हमारे ड्रोन को सक्षम होना चाहिए: आगे / पीछे की ओर बढ़ना, बाएं और दाएं मुड़ना, उच्च और निम्न उड़ान भरना। गेंद न केवल हवा के झोंके से, बल्कि रोल और पिच में ड्रोन के झुकाव से भी कैमरे के लेंस में चली जाएगी, लेकिन हम अब तक इन झुकावों की उपेक्षा करते हैं।

हम ड्रोन की गति को नियंत्रित करेंगे, मैवर्स के माध्यम से मैसेज /mavros/setpoint_velocity/cmd_vel_unstamped विषय /mavros/setpoint_velocity/cmd_vel_unstamped cmd_vel_unstamped को संदेश /mavros/setpoint_velocity/cmd_vel_unstamped ।

कीबोर्ड से ड्रोन में हेरफेर करने के लिए, हम शाप मॉड्यूल ( रूसी में , अंग्रेजी में वर्णन ) का उपयोग करते हैं।

एल्गोरिथ्म सरल है: वांछित गति के वर्तमान मूल्यों को टाइप ज्यामिति_ msgs.msg.Twist के सेटवेल चर में संग्रहीत किया जाता है । कीबोर्ड पर एक बटन दबाकर, हम वांछित गति घटक को बढ़ाते / घटाते हैं। टाइमर द्वारा प्रति सेकंड 20 बार हम निर्दिष्ट विषय में गति प्रकाशित करते हैं।

फॉरवर्ड स्पीड (ड्रोन के सापेक्ष) के लिए, स्पष्टीकरण की आवश्यकता है। तथ्य यह है कि उड़ान की गति को "दुनिया" के स्थानीय समन्वय प्रणाली में सेट किया जाना चाहिए जिसमें हमारा ड्रोन उड़ता है। इसलिए, आपको इस समन्वय प्रणाली में ड्रोन की वर्तमान स्थिति (मुद्रा) को ट्रैक करने की आवश्यकता है। ड्रोन का एक्स अक्ष एक निश्चित कोण yaw द्वारा "दुनिया" के एक्स अक्ष के सापेक्ष घुमाया जाता है। Mavros विषय /mavros/local_position/pose में "दुनिया" के निर्देशांक में ड्रोन की वर्तमान स्थिति को प्रकाशित करता /mavros/local_position/pose । विश्व निर्देशांक में वांछित ड्रोन गति को प्राप्त करने और प्रकाशित करने के लिए स्थिति से कोण yaw प्राप्त करने के बाद, हम क्रमशः एक्स अक्ष के लिए cos (yaw) द्वारा वांछित आगे की गति setvel_forward गुणा करते हैं, और क्रमशः दुनिया के Y अक्ष के लिए sin (yaw)।

 #!/usr/bin/env python # coding=UTF-8 import rospy import mavros import mavros.command as mc from mavros_msgs.msg import State from geometry_msgs.msg import PoseStamped, Twist, Quaternion from mavros_msgs.srv import CommandBool from mavros_msgs.srv import SetMode import tf.transformations as t import math current_state=State() current_pose = PoseStamped() current_vel = Twist() def localpose_callback(data): global current_pose current_pose = data def publish_setvel(event): global current_pose, setvel_pub, setvel, setvel_forward q=current_pose.pose.orientation.x, current_pose.pose.orientation.y,current_pose.pose.orientation.z,current_pose.pose.orientation.w roll, pitch, yaw = t.euler_from_quaternion(q) setvel.linear.x = setvel_forward * math.cos(yaw) setvel.linear.y = setvel_forward * math.sin(yaw) setvel_pub.publish(setvel) def main(): global current_pose, setvel, setvel_pub, setvel_forward rospy.init_node("offbrd",anonymous=True) rate=rospy.Rate(10) pose_sub=rospy.Subscriber("/mavros/local_position/pose",PoseStamped,localpose_callback) setvel_pub=rospy.Publisher("/mavros/setpoint_velocity/cmd_vel_unstamped",Twist,queue_size=1) arming_s=rospy.ServiceProxy("/mavros/cmd/arming",CommandBool) set_mode=rospy.ServiceProxy("/mavros/set_mode",SetMode) setvel=Twist() setvel_forward = 0 arming_s(True) set_mode(0,"AUTO.TAKEOFF") print 'Taking off.....\r' rospy.sleep(5) # keyboard manipulation import curses stdscr = curses.initscr() curses.noecho() stdscr.nodelay(1) stdscr.keypad(1) for i in range (0,10): setvel_pub.publish(setvel) rate.sleep() set_mode(0,"OFFBOARD") setvel_timer = rospy.Timer(rospy.Duration(0.05), publish_setvel) while (rospy.is_shutdown()==False): rate.sleep() # keyboard hcommands handling c = stdscr.getch() if c == ord('q'): break # Exit the while() elif c == ord('u'): setvel.linear.z += 0.25 elif c == ord('d'): setvel.linear.z -= 0.25 elif c == curses.KEY_LEFT: setvel.angular.z += 0.25 elif c == curses.KEY_RIGHT: setvel.angular.z -= 0.25 elif c == curses.KEY_UP: setvel_forward += 0.25 elif c == curses.KEY_DOWN: setvel_forward -= 0.25 elif c == ord('s'): setvel_forward=setvel.linear.z=setvel.angular.z=0 if c!=curses.ERR: print setvel,'\r' curses.endwin() set_mode(0,"AUTO.LAND") print 'Landing.......\r' if __name__=="__main__": main() 

निष्पादन के लिए कार्यक्रम चलाने के लिए, हमें jMAVSim को चलाने की आवश्यकता है, और रोजवॉच मावरोस कमांड का उपयोग करके मावर्स को इससे कनेक्ट करें (यदि यह स्वचालित रूप से शुरू नहीं हुआ था तो रस्ककोर चलाने के बाद):

 roslaunch mavros mavros_sitl.launch fcu_url:="udp://@192.168.7.14:14580" 

सुनिश्चित करें कि हम रोस्टोपिक इको / मावरोस / स्टेट का उपयोग करके जुड़े हुए हैं। कनेक्टेड फ़ील्ड = सही होना चाहिए।

उसके बाद, प्रोग्राम कोड को एक फ़ाइल में सहेजें और इसे python fly_mavsim.py रन करें। वर्चुअल क्वाड्रोकॉप्टर लगभग 2 मीटर की ऊँचाई तक बढ़ जाना चाहिए (टेकऑफ़ ऊंचाई QGroundControl में MIS_TAKEOFF_ALT पैरामीटर में सेट है) और फ्रीज। कीबोर्ड पर बटनों का उपयोग करते हुए, इसे नियंत्रित किया जा सकता है: दाएं-बाएं तीर - बारी, ऊपर-नीचे तीर - आगे / पीछे की ओर आंदोलन, यू - फ्लाई अप (यूपी), डी - फ्लाई डाउन (नीचे), एस - जगह में लटका (एसटीपी, सभी गति = 0), q - प्रोग्राम से बाहर निकलें (QUIT) और क्वाड्रोकोप्टर को लैंड करें।

आप आभासी दुनिया के चारों ओर उड़ सकते हैं, यह जांच सकते हैं कि एक आदर्श आभासी ड्रोन उड़ान में कैसे व्यवहार करता है।

कीस्ट्रोक्स से गति में परिवर्तन को अभिव्यक्त किया जाता है, आप एक लक्ष्य बिंदु का अनुकरण करते हुए, एक निश्चित बिंदु के आसपास, सर्पिल में ड्रोन को एक सर्कल में उड़ा सकते हैं।

फिर मज़ा शुरू होता है: एक वैक्यूम में एक गोलाकार ड्रोन से, हम वास्तविक दुनिया में चले जाते हैं।

कीबोर्ड ने वास्तविक ड्रोन को नियंत्रित किया

पीएक्स 4 स्टैक पर कॉपर्स को असेंबल करने और कॉन्फ़िगर करने के लिए नेटवर्क पर कई निर्देश हैं। डेवलपर्स प्रलेखन में प्रक्रिया कुछ विस्तार से वर्णित है।

चूंकि मैंने रेडी-मेड ड्रोन का उपयोग किया था, इसने मुझे सिस्टम के असेंबली और प्रारंभिक कॉन्फ़िगरेशन के दौरान कई स्क्वैट्स से बचाया।

ऑन-बोर्ड कंप्यूटर के रूप में, हम रास्पबेरी पीआई 3 मॉडल बी + का उपयोग करते हैं, रास्पियन + आरओएस काइनेटिक के साथ। रास्पबेरी स्कीम के अनुसार, उकार के माध्यम से Pixracer उड़ान नियंत्रक से जुड़ा हुआ है:

जीपीएस मॉड्यूल उड़ान नियंत्रक के जीपीएस पोर्ट से जुड़ा है। मैं Radiolink से TS100 मॉड्यूल का उपयोग करता हूं, गुणवत्ता अच्छी है, लागत अधिक नहीं है।

ROS काइनेटिक को निर्देशों का उपयोग करके अपने दम पर स्थापित किया जा सकता है। रास्पबेरी पर, आपको वाईफ़ाई और एसएचएस के माध्यम से पहुंच को कॉन्फ़िगर करना चाहिए ( यहां एक निर्देश है, उदाहरण के लिए )।

आप कंपनी "कोप्टर एक्सप्रेस" से रास्पबेरी के लिए तैयार छवि का भी उपयोग कर सकते हैं। इस मामले में, आपको डिफ़ॉल्ट चालाक पैकेज को अक्षम करना चाहिए, जिसकी हमें आवश्यकता नहीं है:

 sudo systemctl stop clever sudo systemctl disable clever 

ROS और OpenCV के साथ एक और रास्पबेरी छवि यहां वर्णित है , मैंने इसे अपने काम में नहीं आजमाया है, लेकिन उपयोग किए गए उपकरण समान हैं।

ड्रोन को चालू करने और ssh के माध्यम से रास्पबेरी से कनेक्ट करने के बाद, हम मावर्स लॉन्च करते हैं और उड़ान नियंत्रक के साथ कनेक्शन की जांच करते हैं:

 roslaunch mavros px4.launch fcu_url:='/dev/ttyAMA0:921600' gcs_url:='tcp-l://0.0.0.0:5760' rostopic echo /mavros/state 

यदि सब कुछ सही ढंग से काम करता है, तो एक बार एक सेकंड में हम कनेक्टेड = ट्रू के साथ फ़ील्ड कंट्रोलर की स्थिति के बारे में संदेश प्राप्त करते हैं।

gcs_url कॉल में gcs_url पैरामीटर की जरूरत है ताकि हम QGroundControl को ड्रोन के फ्लाइट कंट्रोलर से वाईफाई से टीसीपी-ब्रिज के जरिए कनेक्ट कर सकें। कनेक्शन पैरामीटर QGroundControl में सेट किए गए हैं:

स्वायत्त उड़ान के लिए ड्रोन तैयार करने के लिए, मैं कुछ सरल चरणों का पालन करता हूं:

1. सुनिश्चित करें कि ड्रोन मैन्युअल मोड में अच्छी तरह से उड़ता है। ऐसा करने के लिए, सही पैरामीटर सेटिंग्स का चयन किया जाना चाहिए और सभी सेंसर कैलिब्रेटेड हैं। एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ड्रोन का उपयोग करके मुझे इस बिंदु पर परेशानी से बचाया। मैंने GPS सक्षम और एक बैरोमीटर के साथ LPE आकलनकर्ता का उपयोग किया:

2. यदि सिस्टम किसी नए स्थान पर या पहली बार शुरू होता है, तो आपको जीपीएस मॉड्यूल के "वार्म अप" की प्रतीक्षा करनी चाहिए। सड़क पर नियमित काम के साथ, जीपीएस आमतौर पर 16 से 22 उपग्रहों को पकड़ता है।

3. एक नई जगह पर जाने से पहले, और अगर ड्रोन एक बिंदु नहीं रखता है, तो आपको कम्पास को फिर से जांचना चाहिए:

आपको एक बाहरी कम्पास का उपयोग करना चाहिए, और सुनिश्चित करें कि सेटिंग्स में सही ओरिएंटेशन सेट है:

यदि सभी सेटिंग्स सही तरीके से बनाई गई हैं, तो ड्रोन को आत्मविश्वास से बिंदु को होल्ड मोड में रखना चाहिए और स्थिति मोड में स्थिर रूप से उड़ना चाहिए।

मैन्युअल मोड में सफल परीक्षण उड़ानों के बाद, हम यह जांच सकते हैं कि हमारा fly_jmavsim.py प्रोग्राम वास्तविक ड्रोन: वीडियो पर कैसे काम करता है।

एक असली ड्रोन एक आभासी के रूप में सही उड़ान नहीं भरता है - लेकिन इसे कीबोर्ड से आदेशों का पालन करने की भी आवश्यकता है - सही दिशा में उड़ना और कमांड पर रोकना।

यदि ऐसा होता है, तो कीबोर्ड नियंत्रण के बजाय, हम कंप्यूटर विजन का उपयोग कर सकते हैं, जिसे हम अगले लेख में स्थापित करने के बारे में चर्चा करेंगे। पहले बॉल-हंटिंग टेस्ट कुछ इस तरह दिखे।

हमारे फ्लाइट कंट्रोलर + प्रोग्राम कोड की सेटिंग गिथब पर पोस्ट की जाती है ।