בניית רחפן מבוסס ArduCopter

[dror]

בשירשור זה אני מתכוון לתעד בניית רחפן מבוסס ArduCopter, שנמצאת כרגע בתחילתה.

קצת רקע

את ההיכרות שלי עם תחום הרחפנים התחלתי לפני כשנה וחצי. בפרוייקט שלי ושל הבן שלי איתי (דף הבית כאן) פיתחתי את התוכנה והחומרה (במקור התחלתי מ-AeroQuad, אבל אין שורת קוד אחת שנשארה מהמקור). הרווח הגדול הוא בהיכרות עמוקה עם הנושא וצבירת נסיון רב דרך הרגליים. החיסרון הוא ביכולת השקעת המשאבים. זה תחביב, והזמן שיש להשקיע בו הוא מוגבל. בנוסף, כמעט כל bug בתוכנה מוביל לריסוק כלשהו.

לפני כחודשיים סבלנו ריסוק כתוצאה מ-bug בחלק חדש בתוכנה (שמירת גובה בעזרת ברומטר). היות ועמדתי לפני נסיעה לארה"ב החלטתי לנצל זאת לרכישת חומרה לבניית ArduCopter, פרוייקט שעקבתי אחריו מזה זמן ונראה מבטיח מאד. החלטתי בהזדמנות חגיגית זו לבנות רחפן חדש. את הישן אולי עוד אתקן.


קצת על ArduCopter

ArduCopter הוא פרוייקט פתוח (תוכנה + חומרה). הפרוייקט נמצא תחת חסות אתר DIY Drones ומבוסס על פרוייקט טייס אוטומטי קודם (ArduPilot) ופרוייקט AeroQuad

ArduCopter שואף לגדולות: רחפן עצמאי עם יכולת נווט או שמירת מקום וגובה על פי GPS, ברומטר ומגנטומטר, חיישני גובה ומרחק מבוססי אולטרסאונד וכו'.

כמו כל פרוייקט קוד פתוח שמכבד את עצמו קמו מפתחים נוספים ובנו גירסאות משלהם בתיאום (או לא) עם צוות הפיתוח המקורי. כך נולד ArduPirates, פרוייקט שמטרתו המוצהרת היא לייצר קוד כמה שיותר שימושי וכמה שיותר מהר על בסיס ArduCopter. מבולבלים? גם אני.

המשך יבוא...

[dror]

רשימת קניות

את האלקטרוניקה ניתן לקנות ב-DIYDrones, SparkFun וחלק אפילו בארץ (ד.א.ש. אלקטרוניקה)

כרטיס ArduPilot כולל לוח חיישנים, GPS ומגנטומטר:

• כרטיס מעבד: ArduPilot Mega
• זוג קונקטורים זוית ישרה 3x8 וקונקטור זוית ישרה 3x16
• כרטיס חיישנים כולל כל מיני קונקטורים נילווים: ArduPilotMega IMU Shield/OilPan,
• כרטיס GPS כולל כבל מתאם: MediaTek MT3329 GPS 10Hz + Adapter Basic
• כבל מתאם נוסף ארוך לכרטיס GPS
• כרטיס מגנטומטר: SEN-09371 Triple Axis Magnetometer Breakout - HMC5843
• מתאם מתח I2C, דרוש למגנטומטר שמוכרים ב-SparkFun, לא דרוש למגנטומטר שמוכרים ב-DIYDrones
  BOB-08745 Logic Level Converter

כך נראה כרטיס ArduPilot Mega


כך נראה כרטיס חיישנים


תקשורת XBee, לא תהיה בשימוש בהתחלה:

• משדר-מקלט 900MHz עם אנטנת חוט (עבור כלי הטייס)
• משדר-מקלט 900MHz עם חיבור SMA (לתחנת הקרקע)
• אנטנה 900MHz עם חיבור SMA (לתחנת הקרקע)
• שני לוחות XtreamBee Board (אחד לכלי טייס, אחד לתחנת הקרקע)
• כבל מתאם FTDI Cable 3.3V

כך זה אמור להיראות כשהכל מחובר


המשך יבוא...

[MDreamer]

למה ללכת על הקונפיגורציה הזאת ולא על ה Mega2560 עם shield? אין במה שהצעת ברומטר.. ובכלל יש לי קצת סלט עם כל ה AeroQuad - ArduCopter אני לא מבין איפה אחד נתחיל ואיפה השני נגמר.

[dror]

למה ללכת על הקונפיגורציה הזאת ולא על ה Mega2560 עם shield? אין במה שהצעת ברומטר.. ובכלל יש לי קצת סלט עם כל ה AeroQuad - ArduCopter אני לא מבין איפה אחד נתחיל ואיפה השני נגמר.

הסיבה הפשוטה היא שרציתי לבנות את ArduCopter כמו שהוא, כלומר להתחיל ממשהו עובד ואח"כ לשחק עם זה. הרפתקאות כבר היו לי. לכן הלכתי על הקונפיגורציה המתועדת.

בקונפיגורציה שתארתי יש:

• 3 ג'יירואים
• 3 מדי תאוצה
• ברומטר
• מגנטומטר
• GPS

AeroQuad זה פרוייקט אחר, ותיק הרבה יותר, גם הוא מבוסס Arduino. בזמנו התחלתי ממנו ואז גיליתי שהקוד לא כתוב מי-יודע-מה, וכך התגלגלתי לכתוב קוד משלי. אני חושב ש-AeroQuad הוא במצב הרבה יותר טוב היום, גם החומרה וגם התוכנה שונו.

דרור

[MDreamer]

רץ עליהם קוד שונה?

[dror]

רץ עליהם קוד שונה?

מי זה "עליהם"? AeroQuad מריץ קוד אחר מ-ArduCopter. זה לא אומר שאי אפשר להתאים את הקוד של אחד לשני, כי הם מספיק דומים, אבל הייתי שם. לא שווה את המאמץ.

[ינשוף]

האם ל POWER DISTRIBUTION BOARD יש תפקיד מעבר לזיווד הכבלים של ה ESC בצורה נוחה?
נראה כאילו הוא מוסיף משקל ללא תרומה אמיתית.

[dror]

האם ל POWER DISTRIBUTION BOARD יש תפקיד מעבר לזיווד הכבלים של ה ESC בצורה נוחה?
נראה כאילו הוא מוסיף משקל ללא תרומה אמיתית.

אכן כן. לא יודע אם הוא מוסיף משקל משמעותי, סה"כ מעגל מודפס לא גדול. אני לא קניתי כזה.

[MDreamer]

הבנתי.. אז מה ההיתרונות-חסרונות של Ardu מול Aero?

[ינשוף]

שאלה נוספת - ראיתי ב DIYdrones שיש גם פיתוח המבוסס על ה ARDUPILOT MEGA שלא במסגרת ה ARDUCOPTER:
http://diydrones.com/profiles/blogs/...opter-part-iii
בבלוג של החבר'ה הנ"ל נראה שהגיעו לביצועים מרשימים (מבחינת חומרה מדובר בקונפיגורציה דומה לשל ה ARDUCOPTER בתופסת חיישני IR ו ULTRASOUND לטובת המנעות ממכשולים ונחיתה אוטו').

מה הקשר בין התכניות הנ"ל אם בכלל?

[dror]

שאלה נוספת - ראיתי ב DIYdrones שיש גם פיתוח המבוסס על ה ARDUPILOT MEGA שלא במסגרת ה ARDUCOPTER:
http://diydrones.com/profiles/blogs/...opter-part-iii
בבלוג של החבר'ה הנ"ל נראה שהגיעו לביצועים מרשימים (מבחינת חומרה מדובר בקונפיגורציה דומה לשל ה ARDUCOPTER בתופסת חיישני IR ו ULTRASOUND לטובת המנעות ממכשולים ונחיתה אוטו').

מה הקשר בין התכניות הנ"ל אם בכלל?

עד כמה שאני מבין, ArduCopter מבוסס על זה. לפחות זה מה שמוסבר בדף הבית של הפרוייקט.

[dror]

הבנתי.. אז מה ההיתרונות-חסרונות של Ardu מול Aero?

האמת היא שאני לא יודע להשוות, בשביל זה צריך להכיר טוב את המצב של שני הפרוייקטים כיום. אני הכרתי את AeroQuad מצויין לפני שנה וחצי אבל הוא התקדם מאד מאז. איכות התוכנה זה נושא חשוב מאד אבל בלי להתעמק בקוד קשה לדעת.

ובכל זאת, נראה לי ש-ArduCopter עדיף כי:

• יש סביבו קבוצת מפתחים יותר גדולה
• חלק מהם מבין טוב באלגוריתמים של IMU ובקרת טיסה

דרור

[dror]

המשך רשימת קניות

מערכת הנעה

את הרשימה הנ"ל בניתי ל-Quad בגודל בינוני (מרחק בין צירי מנויעים נגדיים כ-60 ס"מ), והיא מתבססת (בכוונה) על אותם רכיבים שיש לי ב-Quad הישן שלי.

• 4 מנועים KDA 20-22L

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...idProduct=4700

• 4 בקרי מנוע Turnigy Plush 18A

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...idProduct=4312

או 25A

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...idProduct=2163

הבקרים הנ"ל נבחרו כי הם מוכחים בפועל כיכולים לקבל פיקוד PWM בתדר עד כמעט 500Hz. ייתכן וניתן להשתמש בבקרים זולים יותר בעלי יכולת דומה, לא רציתי להסתכן.

• שני פרופלורים APC 10x4.7 רגילים (רצוי לקנות יותר, זה הדבר הראשון שנשבר)

http://www.lowpricerc.com/product_in...oducts_id=1207
https://www.aeroquadstore.com/Produc...ctCode=LP10047

• שני פרופלורים APC 10x4.7 הפוכים (רצוי לקנות יותר, זה הדבר הראשון שנשבר)

http://www.lowpricerc.com/product_in...oducts_id=1208
https://www.aeroquadstore.com/Produc...ode=LP10047SFP

סוללה

מאפיינים

• 3 תאים (3S), מתח נומינלי 11.1V
• קיבולת 4000mAh עד 5000mAh
• מקדם פריקה לפחות 25C

דוגמאות

• את הסוללה הזו, בעלת התצורה היחודית של חיבור מקבילי של שני מערכי 3 תאים , קניתי בעבר בגלל המימדים הפיזיים שלה

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...idProduct=7655

• סוללה יותר קונבנציונלית

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...idProduct=8587

המשך יבוא...

[איציק רונן]

יופי של שרשור,
מתי מתחילה הבניה?
זה בסדר שאפרסם גם אני כאן?
איציק

[dror]

את הלוחות הרכבתי היום, כל השאר כשאקבל ממך את השילדה
אין בעיה שתפרסם כאן, הכוונה היא לחלוק את הידע.

דרור

[dror]

הרכבה ראשונית של הכרטיסים

תעוד טוב של ArduCopter נמצא ב-Wiki של הפרוייקט:
http://code.google.com/p/arducopter/wiki

הכרטיסים של ArduPilot מגיעים עם רכיבי ה-SDM מולחמים, אבל דורשים הלחמה של הקונקטורים. לא ממש בעיה ויש תעוד די טוב כאן. חשוב: בכרטיס ה-CPU הקונקטורים מלמעלה, בכרטיס החיישנים הם מלמטה! קל מאד להתבלבל ואח"כ לקלל שעות...

חיבור המגנטומטר היה קצת יותר מסובך. DIYDrones מוכרים כרטיסון שמתאים בדיוק לכרטיס החיישנים שלהם:



אבל הוא לא היה במלאי, לכן קניתי כרטיס דומה מ-SparkFun. זה יצר שתי בעיות:

• הכרטיס עובד במתח 3.3V ודורש כרטיס מתאם
• הצורה המכנית שונה

הפיתרון מתועד כאן. בניתי אותו קצת יותר טוב אבל זהה מבחינה חשמלית.

הנה סט הכרטיסים עם המגנטומטר וה-GPS:



מבט מקרוב על המגנטומטר וממיר המתח:



החיבור לכרטיס החיישנים - שימו לב לקונקטור נוסף היוצא מהכרטיס לאספקת 3.3V. החוט האדום עם הקונקטור מקורו ב-PC ז"ל שתרם את גופתו למדע...



המשך יבוא...

[Shay]

קנויים או בנויים?

[dror]

קנויים או בנויים?

קנויים, אבל זקוקים להרכבה (חלקית)

[dror]

ערכתי את ההודעה מאתמול עם עוד הסברים

[איציק רונן]

ערכתי את ההודעה מאתמול עם עוד הסברים

לרגע בלבלת אותי.
תודה על הקישורים.

אופס, הPDF לא נפתח, יש לך אותו שמור במקרה?
איציק

[dror]

אופס, הPDF לא נפתח, יש לך אותו שמור במקרה?
איציק

בדקתי כרגע וזה נפתח. הוספתי עוד לינק ל-Wiki של הפרוייקט

דרור

[MDreamer]

דרור, המגנומטר שלך(ושל כל מי שהזמין לפני ה 11/1/2011) תקול. פירסמו על זה הודעה.
http://www.rcgroups.com/forums/showt...1#post17122323

[dror]

זה לא זה. מדובר על המגנטומטר של DIYDrones ושלי הוא של SparkFun. אמנם שניהם משתמשים באותו צ'יפ אבל היתה להם בעיה עם המעגל סביבו. בכל מיקרה אם אני זוכר נכון התיקון הוא פשוט.

בכל מקרה ניראה כשנפעיל אותו, בתקווה בסוף השבוע הקרוב.

דרור

[assafwei]

היי דרור,

תודה על השיתוף בבניה.
אני גם עוקב אחרי כל הפרוייקטים הנ"ל (בנתיים אני מחכה לזמן פנוי על מנת לבצע טיסת מבחן לטיסן עם מערכת ייצוב ardupilot mega).
בתור אחד שלא ממש מבין באלקטרוניקה, שאלה קטנה.
אני רואה שמתעסקים שם הרבה בייצוב גובה, משתמשים ב GPS על מנת להשיג תוצאות טובות. מדוע לא להשתמש בברומטר המובנה? לפי מיטב הבנתי הדיוק שלו גדול יותר (באיזור ה 50 ס"מ לפי מה שהבנתי) והוא מזייף פחות, על פניו נראה (מבחינת האלגוריתם) שייצוב גובה באמצעות ברומטר אמור להיות דיי פשוט.

[master_bebe]

כמו כל חיישן, גם לברומטר יש לא מעט צרות, צריך לעטוף אותו היטב בכדי שלא יהיה מושפע מרוח וממשבים מזדמנים, חוץ מזה רגישות של ברומטר יכולה גם להגיע לרזולוצייה של 10 ס"מ. הצרה היא שלחץ זה לא דבר קבוע, ובד"כ משתמשים גם באקסלרומטר בכדי לוודא שאם הכלי חווה נפילה ללא מפל לחץ, הוא ידע לתקן. ולהפך.