A all Raspberry Pi Drone Kit Hedfan yn Ymreolaethol?
Ydy, gall citiau drôn Raspberry Pi hedfan yn annibynnol, ond nid yw'r Pi ei hun yn rheoli hedfan yn uniongyrchol. Yn lle hynny, mae'n gweithredu fel cyfrifiadur cydymaith sy'n anfon gorchmynion at reolwr hedfan ar wahân fel Pixhawk neu'n rhedeg firmware ArduPilot ar fyrddau arbenigol fel Navio2. Mae lefel yr ymreolaeth yn amrywio o lywio cyfeirbwynt syml i deithiau golwg cyfrifiadurol uwch, yn dibynnu ar eich ffurfweddiad a'ch rhaglennu.
Esboniad o Bensaernïaeth Gyfrifiadurol y Cydymaith
Mae'r rhan fwyaf o ddechreuwyr yn camddeall rôl y Raspberry Pi mewn dronau ymreolaethol. Nid yw'r Pi yn disodli eich rheolydd hedfan-mae'n ychwanegu ato.
Mae rheolydd hedfan pwrpasol yn delio â thasgau amser real hanfodol sef sefydlogi, rheoli echddygol ac ymasiad synhwyrydd. Mae'r Raspberry Pi yn rhedeg-meddalwedd lefel uwch sy'n dweud wrth y rheolydd hedfan ble i fynd a beth i'w wneud. Meddyliwch amdano fel hyn: dwylo ac atgyrchau'r peilot yw'r rheolydd hedfan, a'r Pi yw'r llywiwr gyda'r map.
Mae'r dull safonol yn defnyddio rheolwyr hedfan cydnaws ArduPilot fel Pixhawk neu APM, sy'n cysylltu â'r Raspberry Pi trwy gyfathrebiad cyfresol. Mae'r gosodiad hwn yn caniatáu i unrhyw reolwr hedfan ArduPilot weithio gydag unrhyw amrywiad Raspberry Pi trwy gyfluniad cywir.
Mae'r bensaernïaeth amgen yn defnyddio byrddau fel Navio2 neu Navigator sy'n pentyrru'n uniongyrchol ar y Raspberry Pi. Mae'r systemau hyn yn rhedeg firmware ArduPilot yn uniongyrchol ar Linux yn hytrach nag ar ficroreolydd ar wahân. Fodd bynnag, mae ymarferwyr yn adrodd y gall dronau sy'n seiliedig ar Navio2 fod yn bygi, yn enwedig ar gyfer teithiau ymreolaethol, ac yn costio tua dwywaith cymaint â dewisiadau amgen Pixhawk.
Yr hyn y mae "Ymreolaethol" yn ei olygu mewn gwirionedd
Mae'r term "ymreolaethol" yn cwmpasu sbectrwm o alluoedd, nid un nodwedd.
Ymreolaeth Sylfaenol: Cenadaethau Cyn-Rhaglenedig
Ar y lefel sylfaenol, mae hedfan ymreolaethol yn golygu gweithredu teithiau cyfeirbwynt lle mae'r drôn yn dilyn cyfesurynnau a bennwyd ymlaen llaw, yn sganio ardaloedd, ac yn dychwelyd adref. Mae offer meddalwedd fel Mission Planner a QGroundControl yn gadael ichi gynllunio'r cenadaethau hyn yn graffigol, tra bod DroneKit Python yn galluogi rheolaeth raglennol trwy sgriptiau.
Gallai cenhadaeth ymreolaethol syml edrych fel hyn: esgyn i 15 metr, hedfan i gyfesuryn GPS A, hofran am 30 eiliad, symud ymlaen i gydgysylltu B, yna glanio. Mae'r Raspberry Pi yn cychwyn y gorchmynion hyn, ac mae'r rheolwr hedfan yn eu gweithredu wrth gynnal sefydlogrwydd.
Ymreolaeth Ganolradd:-Penderfyniadau Seiliedig ar Synhwyrydd
Mae'r lefel nesaf yn golygu ychwanegu synwyryddion fel LiDAR ar gyfer canfod rhwystrau, lle mae'r drôn yn gwneud{0}}penderfyniadau amser real yn seiliedig ar ddata amgylcheddol-megis glanio wrth ganfod rhwystr. Mae glanio manwl gan ddefnyddio gweledigaeth gyfrifiadurol yn perthyn i'r categori hwn, lle mae sgriptiau OpenCV yn olrhain marcwyr gweledol ac yn arwain y drôn i lanio o fewn centimetrau i darged.
Ymreolaeth Uwch: AI-Navigation yrrir
Mae'r gweithrediadau mwyaf soffistigedig yn defnyddio camera Pi a chanfod gwrthrychau yn seiliedig ar TensorFlow i reoli symudiad dronau, gan alluogi cymwysiadau fel olrhain pobl a ganfyddir neu ddilyn gwrthrychau penodol. Mae prosiectau wedi defnyddio gweledigaeth gyfrifiadurol yn llwyddiannus i ganfod bodau dynol mewn ardaloedd gwyliadwriaeth ac adrodd eu cyfesurynnau GPS yn ôl i orsafoedd sylfaen.
Cydrannau Gofynnol Y Tu Hwnt i'r Pecyn
Mae deall yr hyn sydd ei angen arnoch chi yn atal pethau annisgwyl drud.
Stack Caledwedd Craidd
Mae gosodiad awtonomaidd swyddogaethol fel arfer yn cynnwys: ffrâm a moduron, rheolydd hedfan (Pixhawk neu APM), rheolwyr cyflymder electronig, batri LiPo, modiwl GPS gyda chwmpawd, trosglwyddydd RC i'w ddiystyru â llaw, a'r Raspberry Pi gyda chamera. Mae pecynnau sydd wedi'u ffurfweddu ymlaen llaw yn bwndelu'r 40-plus o gydrannau hyn gyda'i gilydd, gyda phrisiau fel arfer tua $1,000 ar gyfer pecynnau cyflawn gan gynnwys y Raspberry Pi, tra bod adeiladu o rannau unigol yn arbed tua $50.
Mae pwysau yn dod yn hollbwysig. Rhaid i chi wirio trwy dablau gwthio modur y gall eich cyfuniad modur a llafn gwthio godi'r cyfanswm pwysau ar throtl 50%-fel arall ni fydd y drôn yn cyrraedd hedfan sefydlog.
Ecosystem Meddalwedd
Mae'r sylfaen feddalwedd yn cynnwys cod rheoli hedfan ArduPilot sy'n rhedeg ar y rheolydd hedfan, meddalwedd gorsaf ddaear fel Mission Planner neu QGroundControl ar gyfer cyfluniad, a DroneKit Python ar gyfer ysgrifennu sgriptiau cenhadaeth ymreolaethol ar y Raspberry Pi. Mae ArduPilot wedi esblygu o god Arduino syml i fod yn sylfaen cod C++ soffistigedig gyda dros 1 miliwn o linellau o god, gan gefnogi integreiddio â chyfrifiaduron cydymaith ar gyfer llywio uwch.
Python yw eich prif offeryn, gyda llyfrgelloedd fel DroneKit yn darparu APIs ar gyfer swyddogaethau fel esgyn, glanio, rheoli safle, a gweithredu cyfeirbwynt. Mae'r gromlin ddysgu yn rhychwantu sawl maes: cydosod a graddnodi drôn sylfaenol, cyfluniad rheolydd hedfan trwy feddalwedd gorsaf ddaear, rhaglennu Python, a gweinyddiaeth system Linux ar gyfer y Raspberry Pi.
Ystyriaethau Cadarnwedd a Phrotocol
Nid yw pob rheolwr hedfan yn cefnogi rheolaeth ymreolaethol lawn yn gyfartal.
Mae Betaflight, sy'n boblogaidd mewn dronau rasio FPV, yn cefnogi MAVLink ar gyfer trosglwyddo telemetreg yn unig, sy'n golygu y gall anfon data statws ond na all weithredu gorchmynion hedfan sy'n dod i mewn-yn wahanol i ArduPilot ac INav sy'n cefnogi cyfathrebu dwy-gyfeiriadol MAVLink. Mae fersiynau diweddar o Betaflight wedi cyflwyno modd MSP Override fel ateb, ond mae gweithredu hedfan ymreolaethol ar Betaflight yn parhau i fod gryn dipyn yn fwy cymhleth na defnyddio systemau ArduPilot-.
Mae protocol MAVLink yn asgwrn cefn cyfathrebu, gan ganiatáu i'r Raspberry Pi anfon gorchmynion hedfan a derbyn data telemetreg gan gynnwys cyflymder, uchder, statws batri, a gwybodaeth modd. Mae'r safoni protocol hwn yn esbonio pam mae opsiynau meddalwedd gorsaf ddaear lluosog yn gweithio'n gyfnewidiol â systemau ArduPilot.
-Galluoedd a Chyfyngiadau Byd Go Iawn
Mae dronau Raspberry Pi Ymreolaethol yn rhagori ar dasgau penodol wrth wynebu cyfyngiadau cynhenid.
Cymwysiadau profedig
Mae gweithrediadau llwyddiannus yn cynnwys rheolaeth ystod hir trwy fodemau 4G yn ymestyn yr ystod i filoedd o filltiroedd y tu hwnt i derfynau RC traddodiadol, systemau dosbarthu dronau gyda glaniad manwl gywir ar farcwyr dynodedig, a chymwysiadau amaethyddol sy'n gofyn am arolygon cyfeirbwynt awtomataidd. Synwyryddion trosoledd cymwysiadau proffesiynol fel IR-Cloi ar gyfer glanio manwl gywir, gan gyflawni cywirdeb cyson o fewn 15 centimetr i dargedau.
Cyfyngiadau Technegol
Mae pensaernïaeth Raspberry Pi yn cyflwyno heriau penodol. Nid yw Linux yn-system weithredu amser real, a all greu problemau amseru ar gyfer rheolaeth echddygol fanwl-er nad yw hyn wedi gorbwyso manteision pŵer prosesu ac amgylcheddau datblygu safonol. Yn ogystal, mae'r system yn gofyn am aros i Linux gychwyn ar ôl cysylltiad batri a chau'n iawn cyn datgysylltu pŵer i osgoi llygredd system ffeiliau.
Mae lleoli sy'n seiliedig ar GPS yn dioddef o ddrifft cynhenid, gan achosi ansefydlogrwydd hofran sylweddol yn enwedig mewn amodau gwyntog gan fod y system yn dibynnu'n bennaf ar ddata cyflymromedr ar gyfer rheoli lleoliad. Mae angen systemau lleoli amgen ar hediadau dan do fel synwyryddion llif optegol neu lywio ar sail camera i wneud iawn am nad yw GPS ar gael.
Fframwaith Diogelwch a Chyfreithiol
Mae hedfan ymreolaethol yn cyflwyno cyfrifoldebau y tu hwnt i beilota â llaw.
Mae trafodaethau technegol yn pwysleisio'n gyson yr angen i gynnal gallu diystyru â llaw-ni ddylech fyth ddibynnu ar y Raspberry Pi yn unig fel yr unig ddull rheoli. Rhaid i'r trosglwyddydd RC aros yn weithredol i adennill rheolaeth os bydd systemau ymreolaethol yn methu. Mae arbenigwyr fforwm yn cynghori ystyried deddfau hedfan cymwys yn eich awdurdodaeth cyn defnyddio systemau ymreolaethol.
Mae protocolau signal yn bwysig er diogelwch. Yn syml, nid yw toglo pinnau GPIO yn golygu signalau rheoli cywir-mae rheolwyr hedfan yn disgwyl protocolau PWM penodol y mae'n rhaid i'r Raspberry Pi eu cynhyrchu'n gywir. Mae gweithredu signal amhriodol yn arwain at rybuddion "No Signal" ac yn atal actifadu moduron, y mae adeiladwyr yn dod ar eu traws yn aml wrth geisio rheoli GPIO yn uniongyrchol.
Llwybr Datblygu a Buddsoddiad Amser
Mae adeiladu gallu ymreolaethol yn dilyn dilyniant y mae llinellau amser realistig yn helpu i'w gynllunio.
Cam Un: Hedfan â Llaw (2-4 wythnos)
Dechreuwch gyda chydosod mecanyddol, graddnodi rheolydd hedfan trwy feddalwedd gorsaf ddaear, a chyflawni hedfan sefydlog â llaw trwy drosglwyddydd RC. Fel y mae cyn-filwyr y fforwm yn nodi, heb gyflymromedr ac integreiddio gyro sy'n gweithio'n iawn, dim ond troi a chwalu y bydd y drôn yn ei wneud-rhaid i'r hanfodion hyn weithio cyn rhoi cynnig ar unrhyw nodweddion ymreolaethol.
Cam Dau: Ymreolaeth Sylfaenol (2-3 wythnos)
Cysylltwch y Raspberry Pi â'r rheolydd hedfan trwy gyfathrebu cyfresol, gosodwch lyfrgelloedd Python gofynnol gan gynnwys DroneKit, MAVProxy, a pymavlink, a dechreuwch weithredu sgriptiau syml ar gyfer esgyn, hofran a glanio. Mae sefydlu efelychwyr meddalwedd yn hanfodol ar gyfer datblygiad diogel, gan ganiatáu profi cod heb beryglu damweiniau caledwedd.
Cam Tri: Nodweddion Uwch (parhaus)
Mae ychwanegu gweledigaeth gyfrifiadurol, rhesymeg cenhadaeth gymhleth, neu synwyryddion arfer yn gofyn am arbenigedd dyfnach. Disgwyliwch fuddsoddi amser yn dysgu OpenCV ar gyfer prosesu delweddau, deall protocolau cyfathrebu ar gyfer integreiddio synhwyrydd ychwanegol, a datblygu trin gwallau cadarn ar gyfer gweithrediadau ymreolaethol.
Dulliau Eraill Gwerth eu Hystyried
Mae sawl llwybr yn arwain at hedfan ymreolaethol gyda gwahanol -fasnachu i ffwrdd.
Mae pecynnau addysgol pwrpasol fel DuckieDrone DD24 yn darparu llwyfannau agored o'r drydedd genhedlaeth sydd wedi'u cynllunio'n benodol i ddysgu cysyniadau hedfan ymreolaethol, ynghyd â chwricwla lefel israddedig a chymorth cymunedol. Mae amrywiadau micro drôn sy'n defnyddio Raspberry Pi Zero yn lleihau costau i tua $ 600 wrth gynnal cydnawsedd ArduPilot ac amseroedd hedfan 20 munud er gwaethaf pwyso dim ond 450 gram.
I'r rhai sy'n barod i fynd i'r afael â datblygiad uwch, mae prosiectau fel Raspilot yn gweithredu rheolaeth hedfan yn gyfan gwbl ar Raspberry Pi heb ficroreolyddion ar wahân, gan gysylltu pinnau GPIO yn uniongyrchol i ESCs a synwyryddion-er bod hyn yn gofyn am sgiliau rhaglennu C cryf a dealltwriaeth o theori rheolaeth.
Mae fframweithiau fel Clover yn lleihau rhwystrau mynediad trwy ddarparu delweddau Raspberry Pi sydd wedi'u ffurfweddu ymlaen llaw gydag integreiddiad ROS, gan ganiatáu rheolaeth trwy APIs Python syml ar ôl cydosod sylfaenol-mae efelychwyr yn gadael i chi brofi cod mewn amgylcheddau rhithwir cyn peryglu caledwedd go iawn.
Dadansoddiad Cost Y Tu Hwnt i Galedwedd
Cyllideb ar gyfer mwy na phrisiau cydrannau wrth gynllunio prosiectau dronau ymreolaethol.
Costau Uniongyrchol
Mae adeiladu o gydrannau unigol fel arfer yn gofyn am $400-500 ar gyfer offer angenrheidiol, tra bod citiau cynhwysfawr gyda llawlyfrau fideo yn costio tua $1,000. Mae amrywiadau micro yn dechrau tua $600, tra bod citiau datblygiad proffesiynol gyda dogfennaeth helaeth yn cyrraedd pwyntiau pris tebyg i fersiynau maint llawn.
Buddsoddiadau Cudd
Amser yw eich cost fwyaf. Mae ymarferwyr yn adrodd y gall dewisiadau caledwedd problemus, yn enwedig gyda byrddau fel Navio2, wastraffu oriau ar ddadfygio-problemau lefel caledwedd nad ydynt yn digwydd gyda systemau seiliedig ar Pixhawk-. Mae cromliniau dysgu meddalwedd yn amrywio'n sylweddol-mae cenadaethau cyfeirbwynt sylfaenol yn gofyn am sgiliau Python cymedrol, tra bod cymwysiadau gweledigaeth gyfrifiadurol yn gofyn am arbenigedd mewn OpenCV, rhwydweithiau niwral, a-phresio delweddau amser real.
Mae profiadau datrys problemau yn dogfennu diwrnodau treulio yn darganfod materion fel problemau dosbarthu pŵer lle na fydd Pixhawk yn cychwyn oni bai bod pinnau siwmper penodol yn cysylltu'n iawn. Mae'r profiadau dysgu hyn, er eu bod yn werthfawr, yn cymryd llawer o amser na fydd dogfennaeth yn eich paratoi'n llawn ar eu cyfer.
Gwneud y Penderfyniad
Mae citiau drôn Raspberry Pi yn darparu galluoedd ymreolaethol gwirioneddol, ond mae llwyddiant yn gofyn am baru disgwyliadau â realiti. Nid ydych yn prynu system ymreolaethol blwch allan-rydych yn caffael llwyfan datblygu a all ddod yn ymreolaethol trwy ffurfweddu a rhaglennu priodol.
Mae'r bensaernïaeth yn gweithio: mae rheolydd hedfan yn trin sefydlogi, mae Raspberry Pi yn trin cudd-wybodaeth, ac mae fframweithiau meddalwedd yn darparu sylfeini profedig. Mae prosiectau wedi dangos popeth yn llwyddiannus o lywio cyfeirbwynt syml i gymwysiadau golwg cyfrifiadurol soffistigedig.
Mae eich ffit yn dibynnu ar dri ffactor: cysur technegol gyda Linux, Python, a dadfygio; argaeledd amser ar gyfer cromlin ddysgu aml-wythnos; a disgwyliadau realistig ynghylch lefelau ymreolaeth y gellir eu cyflawni gyda chyllidebau hobïwyr. Mae cwmnïau dosbarthu dronau masnachol wedi profi bod y dechnoleg yn gweithio ar raddfa gan ddefnyddio'r un sylfeini ArduPilot hyn, ond maent yn cyflogi timau o beirianwyr-bydd eich prosiect unigol yn fwy cymedrol ei gwmpas.
Nid y cwestiwn yw a all dronau Raspberry Pi hedfan yn annibynnol. Maent yn amlwg yn gallu. Y cwestiwn go iawn yw a ydych chi'n barod i adeiladu a rhaglennu'r ymreolaeth honno eich hun.
Cwestiynau Cyffredin
A allaf hepgor y rheolydd hedfan ar wahân a defnyddio Raspberry Pi yn unig?
Yn dechnegol bosibl ond yn annoeth i'r rhan fwyaf o-brosiectau adeiladwyr, mae prosiectau fel Raspberry Pi yn dangos rheolaeth hedfan pur Raspberry Pi, ond mae angen sgiliau rhaglennu C cryf arnynt, dealltwriaeth ddofn o ddamcaniaeth rheolaeth, a sylw gofalus i gyfyngiadau amser real Linux. Mae'r dull cydymaith Pixhawk safonol yn llawer mwy dibynadwy a hygyrch.
Faint o raglennu Python sydd angen i mi ei wybod?
Mae digonolrwydd Python sylfaenol yn cynnwys deall swyddogaethau, newidynnau, a mewngludo llyfrgelloedd-Mae API DroneKit yn darparu gorchmynion lefel uchel fel vehicle.simple_takeoff(altitude) sy'n haniaethu manylion cymhleth. Mae cenadaethau uwch sy'n gofyn am weledigaeth gyfrifiadurol neu algorithmau personol yn gofyn am sgiliau Python canolraddol i-uwch.
A fydd hyn yn gweithio dan do heb GPS?
-hedfan ymreolaethol sy'n seiliedig ar GPS yn methu dan do oherwydd colli signal lloeren-bydd angen systemau lleoli amgen arnoch fel synwyryddion llif optegol, camerâu dyfnder, neu odometreg weledol. Mae rhai fframweithiau fel Clover yn cefnogi hedfan dan do ar gamera yn benodol trwy integreiddio â synwyryddion lleoli.
Pa amser hedfan y gallaf ei ddisgwyl gyda Raspberry Pi ar fwrdd y llong?
Mae amser hedfan yn dibynnu'n fawr ar gyfanswm pwysau a chynhwysedd batri-Mae batris LiPo 3S nodweddiadol o 3000-6000mAh yn darparu hyd amrywiol, ond nid yw capasiti batri'n graddio'n llinol gydag amser hedfan oherwydd y pwysau ychwanegol. Mae micro-adeiladau wedi'u optimeiddio'n dda yn cyflawni tua 20 munud ar daliadau sengl.