Budowa łodzi samojezdnej (ArduPilot Rover): 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Projekty Fusion 360 »

Wiesz, co jest fajne? Bezzałogowe pojazdy samojezdne. Są tak fajni, że my (moi koledzy z uczelni i ja) zaczęliśmy sami je budować w 2018 roku. Dlatego też w tym roku postanowiłem go w końcu zakończyć w wolnym czasie.

W tym Instructable chcę podzielić się z tobą tym projektem i zachęcić cię do zbudowania własnego pojazdu autonomicznego. Zrobiłem też mały filmik na YouTube, który rysuje powierzchnię projektu i daje szybki przegląd wszystkich wpadek po drodze. Ten Instructable jest powiązanym przewodnikiem, który wyjaśnia, jak to działa.

Dla kogo jest ta instrukcja i jak ją czytać?

Ta instrukcja ma dwa cele. Przede wszystkim chcę podzielić się tym, co zbudowałem i czego się nauczyłem, i zainteresować Was budowaniem samojezdnych pojazdów. Drugim celem jest udokumentowanie projektu i większości jego szczegółów, tak aby następna grupa studentów na moim starym uniwersytecie, która podejmuje projekt, wiedziała, o co chodzi.

Jeśli jesteś tu tylko dla zabawy, możesz zignorować szczegóły, takie jak listy parametrów i dokładne schematy połączeń. Postaram się, aby na początku kroki były bardzo ogólne, aby można je było zastosować do dowolnej łodzi ArduPilot RC, a szczegóły umieścić na końcu.

Projekt został ukończony w dwóch częściach, a Instructable ma tę samą strukturę. Będę odnosił się do pierwszej części jako do "mięśni", ponieważ zawiera całą energoelektronikę i kadłub łodzi. Następnie przejdę do „Mózgu”, który jest małym pudełkiem na szczycie łodzi, zawierającym główny kontroler i wszystkie elementy nadajnika odbiornika.

Początki Kenterprise

W porządku, oto historia tego projektu, jeśli jeszcze nie słyszeliście tego w filmie. Ten projekt rozpoczął się w 2018 roku, kiedy byłem jeszcze na uniwersytecie. Byliśmy pod koniec czwartego semestru, zbliżając się do piątego. Na naszej uczelni możesz zrobić projekt zespołowy przez około 6 miesięcy. Możesz wybrać z listy przygotowanych projektów (duża szansa na dobrą ocenę) lub rozpocząć własny projekt (według mojej wiedzy nikt tego wcześniej nie robił). Otrzymujesz również 12 punktów kredytowych za ten projekt, co sprawia, że jest on wart tyle, co praca licencjacka. W ten sposób niepowodzenie może naprawdę wpłynąć na ogólną ocenę.

Oczywiście postanowiłem rozpocząć projekt od zera i znalazłem 4 biedne dusze, które podążą za mną w tej podróży w śmietnikowym pożarze projektu zespołowego. Zaczęliśmy od minimalnej wymaganej wielkości zespołu 5 osób, ale 2 z nas później odeszło. Otrzymaliśmy również 1500 €, ALE nie wolno nam było ich wydawać na żaden z tych uroczych chińskich sklepów internetowych, które zawsze mają najnowszą i najlepszą elektronikę. Zamiast tego byliśmy związani ze starymi dobrymi niemieckimi dostawcami elektroniki. Spoiler: Nie da się w ten sposób uzyskać samobieżnych elementów łodzi.

Oryginalny pomysł

Kiedy wpadliśmy na pomysł na projekt, pomyśleliśmy o zrobieniu czegoś związanego z dronami, ponieważ drony to po prostu najfajniejsza rzecz na świecie. Jednak normalne latające drony to już rzecz i chcieliśmy zbudować coś bardziej nowatorskiego. Postanowiliśmy więc zbudować łódź dronową. Wpadliśmy na ten pomysł z powodu pobliskiego jeziora.

Jezioro zajmuje powierzchnię 12 km^2 i ma w większości zaledwie 1,5 m głębokości. Oznacza to, że w miesiącach letnich nagrzewa się, a jednocześnie jest w nim mniej wody. Wiesz, jaka forma życia uwielbia ciepłe wody: sinice, w Niemczech określane również mianem sinic. W odpowiednich warunkach organizmy te mogą szybko się rozmnażać i pokrywać duże obszary, wytwarzając toksyny, które mogą szkodzić zarówno ludziom, jak i zwierzętom. Celem łodzi było regularne zamiatanie powierzchni jeziora i mierzenie stężenia glonów. Następnie zebrane dane można wydrukować na mapie termicznej, aby zrozumieć, w jakich okolicznościach narastają glony, a także wydać ostrzeżenia w czasie rzeczywistym dla mieszkańców i turystów.

Kolejny spoiler: Nigdy nie byliśmy w stanie zbudować zestawu pomiarowego dla alg niebieskich i zamontować go na łodzi, ponieważ takie zestawy są bardzo kosztowne i zwykle są umieszczane w stojaku o wymiarach 1mx1mx2m na statku, co jest niepraktycznym rozmiarem dla 1m długości Łódź. Nowy cel polega na automatycznym i tanim tworzeniu map głębokości od jeziora, aby umożliwić lokalnemu biologowi zobaczenie, jak zmienia się dno jeziora w czasie. Obecnie skanowanie jest bardzo kosztowne ze względu na niezbędną pracę ręczną.

Spirala w dół

Wróćmy do historii. W pierwszych dwóch miesiącach zbierania wiedzy i planowania zastanawialiśmy się, czego taka łódź będzie potrzebować: kadłuba, elektryczny układ napędowy, możliwości samodzielnego prowadzenia, możliwość sterowania przez Internet, …. Wtedy zdecydowałem, że prawie wszystko powinniśmy zbudować sami, skupiając się na autonomicznej jeździe. To był zły pomysł, pomysł, który był prawie skazany na porażkę i zgadnijcie, co się stało? Dokładnie 6 miesięcy później wylaliśmy swój czas i pot na ogromną łódź RC, Kenterprise (Infografika na obrazku 4). Po drodze zmagaliśmy się z ograniczonymi pieniędzmi, brakiem dostępnej elektroniki i złym zarządzaniem zespołem, za co biorę większość odpowiedzialności.

Tak więc był Kenterprise, autonomiczny pojazd pomiarowy, który nie był ani autonomiczny, ani niczego nie mierzył. Niewielki sukces, jak widać. Zostaliśmy upieczeni podczas naszej ostatniej prezentacji. Na szczęście nasz profesor docenił naszą słyszaną pracę i nadal dał nam dobrą ocenę, gorszą niż jakakolwiek inna grupa projektowa w ciągu ostatnich kilku lat, ale OK.

Aktualizacja 2020

Rozważałbym nazwanie tego studenckiego projektu absolutnym pożarem śmietnika, ale jak mówi stare powiedzenie: „blizny po pożarze śmietnika czynią cię silniejszym”. To doświadczenie naprawdę pomogło mi odpowiednio skalować moje cele i skupić się na wszystkich moich kolejnych projektach. Wciąż podoba mi się też pomysł bezzałogowego pojazdu, który może pomóc biologom w badaniu jezior, oraz ogólny urok budowy łodzi z własnym napędem. Dlatego teraz, rok później, chciałem go dokończyć, korzystając z nowo zdobytej wiedzy o dronach FPV, pięknego projektu Open Source ArduPilot i mocy tanich stron z elektroniką.

Celem nie było przekształcenie go w pełnoprawną łódź pomiarową, ale uruchomienie wszystkich systemów i zainstalowanie autopilota. To nie musi być idealne. Chciałem tylko zobaczyć, jak ta łódź sama jeździ, jako dowód koncepcji.

Następnie przekażę uniwersytetowi autonomiczną łódź WORKING do przyszłych projektów, takich jak mapowanie dna morskiego. Nawiasem mówiąc, nie byłem sam. W testowaniu łodzi pomógł mi mój przyjaciel Ammar, który również był w grupie projektowej w 2018 roku.

Bez zbędnych ceregieli przejdźmy do tego

Krok 1: Mięśnie: kadłub

Kadłub jest największą częścią łodzi. Nie tylko z powodu ogromnych rozmiarów (100cm*80cm), ale także dlatego, że zbudowanie tej niestandardowej konstrukcji zajęło dużo czasu. Gdybym miał to zrobić ponownie, zdecydowanie wybrałbym części z półki. Gotowa łódź RC niestety nie była dla nas w kartach, ponieważ te łodzie mają bardzo ograniczoną ładowność. Coś takiego jak bodyboard lub deska surfingowa lub tylko kilka rur PVC ze sklepu z narzędziami byłoby znacznie prostszym rozwiązaniem, które mogę tylko polecić.

W każdym razie nasz kadłub zaczął się od modelu 3D w Fusion 360. Zrobiłem bardzo szczegółowy model i przeszedłem wiele iteracji, zanim faktycznie zaczęliśmy go budować. Zadbałem o to, aby każdemu elementowi w modelu nadać odpowiednią wagę, a nawet wymodelowałem wnętrze. To pozwoliło mi poznać przybliżoną wagę łodzi przed jej zbudowaniem. Zrobiłem też kilka kalibracji pływalności, wstawiając „linię wodną”, przecinając nią pojazd i obliczając objętość, która była pod wodą. Łódź jest katamaranem, gdyż tego typu pojazd obiecuje większą stabilność niż łódź jednokadłubowa.

Po wielu godzinach modelowania zaczęliśmy ożywiać łódź, wycinając z płyt polistyrenowych podstawowy kształt dwóch kadłubów. Następnie przycięto je do kształtu, wypełniono otwory i dużo szlifowaliśmy. Most łączący oba kadłuby to tylko duże drewniane pudło.

Całość pokryliśmy 3 warstwami włókna szklanego. Ten krok trwał około 3 tygodni i obejmował kilka dni ręcznego szlifowania, aby uzyskać przyzwoicie gładką powierzchnię (0/10 nie jest zalecane). Następnie pomalowaliśmy go na ładny żółty kolor i dodaliśmy nazwę „Kenterprise”. Nazwa jest kombinacją niemieckiego słowa „kentern”, co oznacza zatonięcie i statek kosmiczny Star Trek „USS Enterprise”. Wszyscy myśleliśmy, że ta nazwa jest absolutnie odpowiednia dla potworności, którą stworzyliśmy.

Krok 2: Mięśnie: układ napędowy

Łódź bez silników i żagli ma właściwości jezdne kawałka drewna dryfującego. Dlatego musieliśmy dodać system napędowy do pustego kadłuba.

Chciałbym dodać kolejny spoiler: wybrane przez nas silniki są zbyt mocne. Opiszę obecne rozwiązanie i jego wady, a także zaproponuję alternatywny układ napędowy.

Obecne rozwiązanie

Tak naprawdę nie wiedzieliśmy, ile ciągu potrzebuje łódź, więc kupiliśmy sobie dwa silniki do łodzi wyścigowych. Każdy z nich jest przeznaczony do zasilania łodzi wyścigowej RC o długości 1 m, a odpowiedni elektroniczny regulator prędkości (ESC) może dostarczać 90 A w sposób ciągły (takie zużycie rozładowałoby duży akumulator samochodowy w ciągu godziny).

Wymagają również chłodzenia wodą. Zwykle wystarczy podłączyć ESC i silnik za pomocą rurek, umieścić wlot z przodu łodzi i umieścić wylot przed śrubą napędową. W ten sposób śmigło wciąga wodę z jeziora przez układ chłodzenia. Jednak jezioro o którym mowa nie zawsze jest czyste i takie rozwiązanie może zatkać układ chłodzenia i spowodować awarię silnika podczas przebywania na jeziorze. Dlatego zdecydowaliśmy się na wewnętrzną pętlę chłodzącą, która pompuje wodę przez wymiennik ciepła na górze kadłuba (zdjęcie 3).

Na razie łódź ma dwie butle z wodą jako zbiorniki i nie ma wymiennika ciepła. Zbiorniki po prostu zwiększają masę termiczną, dzięki czemu silniki nagrzewają się znacznie dłużej.

Wał silnika jest połączony ze śmigłem za pomocą dwóch przegubów uniwersalnych, osi i tzw. Na drugim obrazie widać widok z boku tego zespołu. Silnik jest montowany pod kątem z wydrukowanym mocowaniem 3D i drukowane są również rekwizyty (bo stare zepsułem). Byłem bardzo zaskoczony, gdy dowiedziałem się, że te rekwizyty mogą wytrzymać siły silników. Aby wesprzeć ich wytrzymałość wykonałem ostrza o grubości 2mm i wydrukowałem je z wypełnieniem 100%. Projektowanie i drukowanie rekwizytów jest w rzeczywistości całkiem fajną okazją do wypróbowania różnych rodzajów rekwizytów i znalezienia najbardziej wydajnego. Dołączyłem modele 3D moich rekwizytów.

Możliwa alternatywa

Testy wykazały, że łódź potrzebuje tylko 10-20% zakresu przepustnicy, aby powoli się poruszać (z prędkością 1 m/s). Przejście od razu do 100% przepustnicy powoduje ogromny skok prądu, który całkowicie unieszkodliwia całą łódź. Również wymagania dotyczące systemu chłodzenia są dość irytujące.

Lepszym rozwiązaniem mogą być tak zwane stery strumieniowe. Ster strumieniowy ma silnik bezpośrednio połączony ze śmigłem. Cały zespół jest następnie zanurzany, a tym samym chłodzony. Oto link do małego pędnika z odpowiednim ESC. Może to zapewnić maksymalny prąd 30 A, co wydaje się bardziej odpowiednim rozmiarem. Spowoduje to prawdopodobnie znacznie mniejsze skoki prądu, a przepustnica nie musi być tak bardzo ograniczana.

Krok 3: Mięśnie: Kierowanie

Napęd jest fajny, ale łódź też musi się skręcać. Można to osiągnąć na wiele sposobów. Dwa najpopularniejsze rozwiązania to stery i dyferencjał.

Stery wydawały się oczywistym rozwiązaniem, więc zdecydowaliśmy się na to. Wymodelowałem zespół steru w Fusion i wydrukowałem w 3D stery, zawiasy i mocowanie serwomechanizmu. Do serwomechanizmów wybraliśmy dwa duże 25kg serwa, aby mieć pewność, że stosunkowo duże stery wytrzymają opór wody. Następnie serwo zostało umieszczone wewnątrz kadłuba i połączone ze sterem na zewnątrz przez otwór za pomocą cienkich drutów. Załączyłem filmik przedstawiający stery w akcji. Miło jest obserwować ruch tego mechanicznego zespołu.

Chociaż stery wyglądały świetnie, pierwsze jazdy testowe wykazały, że promień skrętu z nimi wynosi około 10 m, co jest po prostu okropne. Ponadto stery mają tendencję do odłączania się od serwomechanizmów, przez co łódź nie jest w stanie sterować. Ostatnim słabym punktem jest otwór na te przewody. Dziura ta znajdowała się tak blisko wody, że cofanie spowodowało jej zanurzenie, a tym samym zalanie wnętrza kadłuba.

Zamiast próbować naprawić te problemy, usunąłem wszystkie stery, zamknąłem otwory i wybrałem rozwiązanie z różnicowym ciągiem. Przy różnicy ciągu oba silniki obracają się w przeciwnym kierunku, aby pojazd skręcał. Ponieważ łódka jest prawie tak szeroka jak krótka, a silniki umieszczone daleko od środka pozwala to na skręcanie w miejscu. Wymaga jedynie niewielkiej pracy konfiguracyjnej (programowanie ESC i sterownika głównego). Należy pamiętać, że łódź wykorzystująca ciąg różnicowy będzie krążyć w kółko, jeśli jeden z silników ulegnie awarii. Mogłem tego doświadczyć raz lub dwa razy z powodu obecnego problemu z kolcami, opisanego w poprzednim kroku.

Krok 4: Mięśnie: bateria

Wydaje mi się, że komponenty RC, takie jak te używane w tej łodzi, mogą być zasilane praktycznie wszystkim, począwszy od baterii zegarka aż po elektrownię jądrową. To oczywiście trochę przesada, ale mają dość szeroki zakres napięć. Ten zakres nie jest wpisany do arkuszy danych, przynajmniej nie w woltach. Jest ukryty w ocenie S. Ta ocena opisuje, ile ogniw baterii w serii może obsłużyć. W większości przypadków dotyczy to ogniw litowo-polimerowych (LiPo). Te mają napięcie 4,2 V po pełnym naładowaniu i napięcie około 3 V, gdy są puste.

Silniki łodzi twierdzą, że są w stanie wytrzymać od 2 do 6 s, co przekłada się na zakres napięcia od 6 V do 25,2 V. Chociaż nie zawsze ufałem górnej granicy, ponieważ niektórzy producenci są znani z umieszczania na swoich płytach komponentów, które mogą wytrzymać tylko niższe napięcia.

Oznacza to, że istnieje szeroka gama użytecznych akumulatorów, o ile są w stanie dostarczyć wymagany prąd. I faktycznie przeszedłem przez kilka różnych baterii, zanim zbudowałem właściwą. Oto krótki przegląd trzech iteracji baterii, przez które przeszła łódź (do tej pory).

1. Akumulator LiPo

Planując łódź, nie mieliśmy pojęcia, ile energii będzie zużywać. W przypadku pierwszej baterii decydujemy się zbudować pakiet z dobrze znanych ogniw litowo-jonowych 18650. Przylutowaliśmy je do paczki 4S 10P za pomocą pasków niklu. Ten pakiet ma zakres napięcia od 12V do 16,8V. Każde ogniwo ma 2200 mAh i jest oceniane przy maksymalnym współczynniku rozładowania 2C (dość słabe), czyli 2*2200mA. Ponieważ pracuje równolegle 10 ogniw, może dostarczać prądy szczytowe zaledwie 44A i ma pojemność 22Ah. Pakiet wyposażyliśmy również w płytkę zarządzania baterią (więcej o BMS w dalszej części), która dba o równoważenie ładowania i ogranicza prąd do 20A.

Po przetestowaniu łodzi okazało się, że 20A maksymalnego prądu to baaaaaa mniej niż zużywają silniki, a BMS ciągle odcinał moc, gdy nie zwracaliśmy uwagi na drążek przepustnicy. Dlatego zdecydowałem się zmostkować BMS i podłączyć akumulator bezpośrednio do silników, aby uzyskać pełne 44 ampery. Kiepski pomysł!!! O ile baterie zdołały dostarczyć nieco więcej mocy, o tyle paski niklowe łączące ogniwa sobie z tym nie poradziły. Jedno z połączeń stopiło się i spowodowało dymienie drewnianego wnętrza łodzi.

Tak, więc ta bateria nie była odpowiednia.

2. Akumulator samochodowy

W przypadku mojej weryfikacji koncepcji w 2020 roku zdecydowałem się użyć większej baterii. Nie chciałem jednak wydawać żadnych dodatkowych pieniędzy, więc użyłem starego akumulatora samochodowego. Akumulatory samochodowe nie są przeznaczone do całkowitego rozładowania i naładowania, powinny być zawsze w pełni naładowane i używane tylko do krótkich impulsów prądowych w celu uruchomienia silnika. Dlatego nazywane są akumulatorami rozruchowymi. Używanie ich jako akumulatora do pojazdu RC znacznie skraca ich żywotność. Istnieje inny rodzaj akumulatora ołowiowego, który często ma ten sam kształt i jest specjalnie zaprojektowany do wielokrotnego rozładowywania i ładowania, zwany akumulatorem Deep Cycle.

Doskonale zdawałem sobie sprawę z wad mojego akumulatora, ale chciałem szybko przetestować łódź, a akumulator i tak był stary. Cóż, przetrwał 3 cykle. Teraz napięcie spada od 12V do 5V za każdym razem, gdy uderzam w przepustnicę.

3. Akumulator LiFePo4

„Trzeci raz to urok” tak mówią. Ponieważ nadal nie chciałem wydawać własnych pieniędzy, poprosiłem o pomoc moją uczelnię. Rzeczywiście, przez cały czas mieli moją wymarzoną baterię. Nasz Uni bierze udział w zawodach „Formuła Student Electic” i dlatego posiada elektryczny samochód wyścigowy. Zespół wyścigowy wcześniej przestawił się z ogniw LiFePo4 na ogniwa LiPo 18650, ponieważ są one lżejsze. Mają więc zapas wielu używanych ogniw LiFePo4, których już nie potrzebują.

Ogniwa te różnią się od ogniw LiPo czy LiIon zakresem napięć. Mają napięcie nominalne 3,2V i wahają się od 2,5V do 3,65V. Złożyłem 3 z tych 60Ah ogniw w pakiet 3S. Ten pakiet może dostarczać prądy szczytowe 3C aka. 180A i ma maksymalne napięcie tylko 11V. Zdecydowałem się na niższe napięcie systemowe, aby zmniejszyć prąd silnika. Ten pakiet w końcu pozwolił mi na prowadzenie łodzi przez ponad 5 minut i przetestowanie możliwości samodzielnej jazdy.

Słowo o ładowaniu baterii i bezpieczeństwie

Baterie koncentrują energię. Energia może zamienić się w ciepło, a jeśli to ciepło przybierze kształt ognia baterii, masz problem z twoją ręką. Dlatego należy traktować baterie z szacunkiem, na jaki zasługują i wyposażać je w odpowiednią elektronikę.

Ogniwa baterii mają 3 sposoby umierania.

1. Rozładowanie ich poniżej minimalnego napięcia znamionowego (zimna śmierć)
2. ładowanie ich powyżej maksymalnego napięcia znamionowego (może powodować pęcznienie, pożar i wybuchy)
3. pobiera za dużo prądu lub je zwiera (więc naprawdę muszę wyjaśnić, dlaczego to może być złe)

System zarządzania baterią zapobiega tym wszystkim, dlatego warto z nich korzystać.

Krok 5: Mięśnie: okablowanie

Okablowanie dla części mięśniowej pokazano na pierwszym obrazku. Na dole mamy akumulator, który powinien być zabezpieczony odpowiednim bezpiecznikiem (w tej chwili nie ma go). Dodałem dwa zewnętrzne styki do podłączenia ładowarki. Dobrym pomysłem byłoby zastąpienie ich odpowiednim złączem XT60.

Dalej mamy duży wyłącznik baterii, który łączy resztę systemu z baterią. Ten przełącznik ma prawdziwy klucz i powiem ci, że przekręcenie go i zobaczenie, jak łódź ożywa, jest tak satysfakcjonujące.

Mózg jest połączony z masą akumulatorów, podczas gdy ESC i Serwa są oddzielone rezystorem bocznikowym. Pozwala to na pomiar prądu przez małe pomarańczowe połączenie, ponieważ powoduje to niewielki spadek napięcia na rezystorze bocznikowym. Reszta okablowania jest po prostu od czerwonego do czerwonego i od czarnego do czarnego. Ponieważ serwa nie są już tak naprawdę używane, można je po prostu zignorować. Pompy chłodzące to jedyny element łodzi, który wymaga dokładnie 12 V i nie wydają się działać dobrze, jeśli napięcie jest wyższe lub niższe. Dlatego potrzebują regulatora, jeśli napięcie akumulatora jest powyżej 12V lub konwertera podwyższającego, jeśli jest poniżej tego.

Przy sterowaniu sterem oba przewody sygnałowe ESC trafiałyby do tego samego kanału w mózgu. Jednak teraz łódź używa ciągu różnicowego, czyli inaczej. sterowanie poślizgowe, więc każdy ESC musi mieć swój osobny kanał, a serwa nie są w ogóle potrzebne.

Krok 6: Mózg: komponenty

Mózg to wielkie pudło pełne ciekawej elektroniki. Wiele z nich można znaleźć w dronach wyścigowych FPV, a niektóre z nich zostały faktycznie wyjęte z mojego własnego drona. Pierwsze zdjęcie przedstawia wszystkie moduły elektroniczne. Są one starannie ułożone jeden na drugim za pomocą mosiężnych wsporników PCB. Jest to możliwe, ponieważ komponenty FPV występują w specjalnych współczynnikach kształtu, określanych jako miejsce stosu. Od dołu do góry nasz stos zawiera następujące elementy:

Płytka rozdzielcza zasilania (PDB)

Ta rzecz robi dokładnie to, co sugeruje nazwa, i rozdziela moc. Wchodzą dwa przewody z akumulatora i oferuje wiele pól lutowniczych do podłączenia różnych modułów do akumulatora. Ten PDB oferuje również regulator 12V i 5V.

Kontroler lotu (FC)

Kontroler lotu obsługuje oprogramowanie sprzętowe ArduPilot Rover. Robi różne rzeczy. Steruje sterownikami silnika za pomocą kilku wyjść PWM, monitoruje napięcie i prąd akumulatora, łączy się z różnymi czujnikami oraz urządzeniami wejściowymi i wyjściowymi, a także posiada żyroskop. Można powiedzieć, że ten mały moduł to prawdziwy mózg.

Odbiornik RC

Odbiornik jest podłączony do pilota. W moim przypadku jest to pilot FlySky do samolotów RC, który ma dziesięć kanałów, a nawet ustanawia dwukierunkową komunikację, dzięki czemu pilot może również odbierać sygnały z odbiornika. Jego sygnały wyjściowe trafiają bezpośrednio do FC za pomocą jednego przewodu przy użyciu tak zwanego protokołu I-bus.

Nadajnik wideo (VTX)

Pudełko na mózg zawiera małą kamerę analogową. Sygnał wideo z kamery jest przesyłany do FC, który dodaje do strumienia wideo menu ekranowe (OSD) zawierające informacje, takie jak napięcie akumulatora. Następnie jest przekazywany do VTX, który przesyła go do specjalnego odbiornika 5,8 GHz na drugim końcu. Ta część nie jest konieczna, ale fajnie jest móc zobaczyć, co widzi łódź.

Na górze pudełka znajduje się kilka anten. Jeden pochodzi z VTX, dwa z odbiornika RC. Pozostałe dwie anteny to następujące elementy.

Moduł telemetryczny

Antena 433MHz należy do modułu telemetrycznego. Ten mały nadajnik to urządzenie wejścia/wyjścia, które łączy kontroler lotu ze stacją naziemną (laptop z kluczem USB 433 MHz). To połączenie pozwala operatorowi na zdalną zmianę parametrów i pozyskiwanie danych z czujników wewnętrznych i zewnętrznych. To łącze może być również wykorzystane do zdalnego sterowania łodzią.

GPS i kompas

Ta duża okrągła rzecz na szczycie łodzi w rzeczywistości nie jest anteną. No tak, ale to też cały moduł GPS i moduł kompasu. To właśnie umożliwia łodzi poznanie swojej pozycji, prędkości i orientacji.

Dzięki rozwojowi rynku dronów istnieje szeroki wybór komponentów do każdego modułu. Najbardziej prawdopodobne, że możesz chcieć zmienić, to FC. Jeśli chcesz podłączyć więcej czujników i potrzebujesz więcej wejść, istnieje wiele bardziej wydajnych opcji sprzętowych. Oto lista wszystkich FC obsługiwanych przez ArduPilot, jest tam nawet Raspberry Pi.

A oto mała lista dokładnych komponentów, których użyłem:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• Odbiornik RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• Zestaw nadajnika telemetrycznego: 433MHz 500mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS i kompas: M8N Aliexpress
• Obudowa: 200x200x100 mm IP67 Aliexpress
• Pilot zdalnego sterowania: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• Odbiornik wideo: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

Krok 7: Mózg: okablowanie

Mózg pobiera napięcie robocze prosto z baterii. Pobiera również napięcie analogowe z bocznika prądowego i wysyła sygnały sterujące dla obu silników. Są to zewnętrzne połączenia, które są dostępne z zewnątrz pudełka mózgowego.

Wnętrze wygląda na znacznie bardziej zawiłe. Dlatego zrobiłem mały schemat elektryczny na pierwszym zdjęciu. To pokazuje połączenia między wszystkimi różnymi komponentami, które opisałem w poprzednim kroku. Zrobiłem też kilka przedłużaczy do kanałów wyjściowych PWM i portu USB i poprowadziłem je z tyłu obudowy (patrz zdjęcie 3).

Do zamontowania stosu do pudełka użyłem płyty podstawy wydrukowanej w 3D. Ponieważ komponenty (zwłaszcza VTX) wytwarzają ciepło, dołączyłem również wentylator 40 mm z jeszcze jednym adapterem wydrukowanym w 3D. Do krawędzi dodałem 4 czarne plastikowe kawałki, aby przykręcić pudełko do łodzi bez konieczności otwierania pokrywy. Dołączone są pliki STL dla wszystkich części drukowanych w 3D. Do przyklejenia wszystkiego użyłem żywicy epoksydowej i trochę gorącego kleju.

Krok 8: Mózg: konfiguracja ArduPilot

Ardupilot Wiki opisuje szczegółowo, jak skonfigurować łazik. Oto dokumentacja Rovera. Zamierzam tu tylko zarysować powierzchnię. Istnieją zasadniczo następujące kroki, aby uruchomić ArduPilot Rover po poprawnym podłączeniu wszystkich elementów:

1. Flash ArduPilot Firmware do FC (Wskazówka: w tym celu możesz użyć Betaflight, popularnego oprogramowania do dronów FPV)
2. Zainstaluj oprogramowanie stacji naziemnej, takie jak Mission Planner, i podłącz tablicę (patrz interfejs planowania misji na obrazku 1)

3. Wykonaj podstawową konfigurację sprzętu

   • skalibruj żyroskop i kompas
   • skalibruj pilota
   • Konfiguracja kanałów wyjściowych

4. Wykonaj bardziej zaawansowaną konfigurację, przeglądając listę parametrów (zdjęcie 2)

   • czujnik napięcia i prądu
   • mapowanie kanałów
   • diody LED
5. Wykonaj jazdę próbną i dostosuj parametry przepustnicy i układu kierowniczego (zdjęcie 3)

I bum, masz samojezdny łazik. Oczywiście wszystkie te kroki i ustawienia zajmują trochę czasu, a takie rzeczy jak kalibracja kompasu mogą być dość nużące, ale z pomocą dokumentów, forów ArduPilot i samouczków YouTube możesz w końcu się tam dostać.

ArduPilot zapewnia zaawansowany zestaw setek parametrów, które możesz wykorzystać do zbudowania praktycznie każdego autonomicznego pojazdu, o jakim tylko pomyślisz. A jeśli czegoś brakuje, możesz skontaktować się ze społecznością, aby to zbudować, ponieważ ten wspaniały projekt jest open source. Zachęcam tylko do spróbowania, bo to chyba najłatwiejszy sposób na wejście w świat pojazdów autonomicznych. Ale oto mała wskazówka dla profesjonalistów: wypróbuj go z prostym pojazdem, zanim zbudujesz gigantyczną łódź RC.

Oto mała lista ustawień zaawansowanych, które zrobiłem dla mojej konkretnej konfiguracji sprzętowej:

• Zmieniono mapowanie kanałów w RC MAP

  • Skok 2 -> 3
  • Przepustnica 3>2
• Aktywowane diody LED RGB I2C
• Typ ramy = łódź

• Skonfiguruj sterowanie poślizgowe

  • Kanał 1 = Przepustnica w lewo
  • Kanał 2 = przepustnica w prawo
• Kanał 8 = tryb lotu
• Kanał 5 = Uzbrojenie/Rozbrojenie

• Konfiguracja monitora prądu i baterii

  • BATT_MONITOR=4
  • Następnie uruchom ponownie. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11,0

Krok 9: Mózg: niestandardowy kontroler LED

I nagroda w konkursie Make it Move 2020