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Le piattaforme UAV di riferimento
Lezione 1
CSP@SCUOLAin collaborazione con ITI FAUSER NOVARA Anno scolastico 2011-2012
Introduzione
• Oggetto di questa lezione sarà la presentazione di alcune piattaforme UAV da noi ritenute un riferimento o comunque interessanti
• Caratteristiche chiave:– Possibilità di adattare l’UAV alle necessità di utilizzo
• Cambiare telaio e motori con la stessa logica di controllo– Multicottero a 4, 6, 8 motori– diverse capacità di carico
– Possibilità di interagire a basso livello con l’hardware sottostante• Interazione con il controllore
• Particolare spazio verrà dato alla piattaforma Mikrokopter– Interessante per versatilità, modularità
• Verrà presentata anche la piattaforma ArduCopter– Interessante per economicità, semplicità di programmazione e
approccio OpenSource2Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Mikrokopter: concetti generali
3Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
• Mikrokopter è una architettura modulare basata si schede hardware
• Le stesse schede possono essere montate su telai differenti con caratteristiche differenti, mantenendo inalterate le funzioni di base
• Le schede hardware che compongono la architettura Mikrokoptersono:
– Scheda Flight Control (FlightCtrl)– Scheda Navi Control (NaviCtrl)– Schede Brushless Controller (BrlCtrl)
Scheda Flight Control
• É la scheda che implementa il reale controllore di volo dell’UAV– Permette il volo stabile
• Utilizza:– Giroscopi su 3 assi
• per stabilizzare l’UAV nelle tre direzioni– Accelerometri su 3 assi
• Riportano l’UAV a “livello” quando si rilasciano i comandi• L’accelerometro verticale permette di calcolare in tempo
reale l’angolo rispetto alla superficie terrestre– Sensore barometrico
• Misurando la pressione dell’aria consente di avere una misura dell’altezza
• Processore Atmega 644P (8 bit, 20 MHz)
• Due porte seriali – “Debug” e telemetria– Scheda di navigazione GPS
4Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Scheda Flight Control: interfacce
• Interfacce disponibili sulla scheda Flight Control:
– Interfaccia PPM:• Permette la decodifica dei canali radio utilizzati dal
telecomando per controllare l’UAV, prima ancora che siano decodificati dal ricevitore radio a corredo del telecomando
– Interfaccia I2C:• Permette di interfacciarsi ai controllori di velocità dei
motori• Comunicazione ad alta velocità dei comandi elaborati per
il controllo in tempo reale del regime dei motori
– Interfaccia seriale asincrona• Interfaccia seriale standard utilizzata per la comunicazione
con un PC
– Interfaccia seriale sincrona• Comunicazione veloce con altri dispositivi• Da e verso scheda di navigazione GPS
5Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Scheda Flight Control: layout
6Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Scheda NaviCtrl
• È la scheda che interfaccia e elabora in tempo reale le informazioni di supporto fornite dal modulo GPS
• Integra inoltre un magnetometro a 3 assi– Bussola, che permette di individuare l’inclinazione dell’UAV
rispetto agli assi polari
• Collegata alla scheda FlightCtrl attraverso l’interfaccia ISP
• In particolare fornisce le seguenti funzioni:– Position hold– Navigazione a waypoint– “come home”
• L’UAV ritorna automaticamente alla posizione dove è stato eseguito il primo fix GPS
– Modalità carefree– Modalità follow me
7Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Funzioni “care-free” e “follow me”
• Normalmente l’UAV a prescindere dalla configurazione ha un ”lato anteriore”– Quadricotteri, esacotteri o ottocotteri hanno “motori anteriori”
• Con la funzione care free, il magnetometro indica il verso anteriore– L’UAV può girare su se stesso durante il volo
• Yaw• Può disorientare piloti inesperti
– A prescindere da come è orientato l’UAV, spingendo lo stick di controllo in direzione “avanti” l’UAV si muove nella direzione in cui erano orientati i motori anteriori al decollo
• La funzione “follow-me” permette di seguire una qualsiasi unitàmobile dotata di GPS– L’UAV può seguire continuamente il “follow me” transmitter,
ovvero un modulo dotato di GPS che manda la sua posizione all’UAV
8Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Scheda NaviCtrl connessa al modulo GPS
9Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Interconnessione schede Mikrokopter
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Modulo GPS
Scheda NaviCtrl
Scheda FlightCtrlConnettore interfaccia serialeSincrona tra FlightCtrl e NAviCtrl
Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Schede brushless controller
• Deve esserne presente una per ciascun motore dell’UAV
• Lo scopo è quello di trasformare i comandi di controllo iviati dalla scheda FlightCtrl in comandi di basso livello per i motori
• Comunicazione con la scheda FlightCtrl attraverso l’interfaccia I2C
• Basate su controllore Atmega8
11Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Schede brushless controller: power distributionboard
• E’ il telaio all’interno del quale sono montati i controllori brushless. – Semplifica i cablaggi e permette l’installazione dei controllori a
bordo UAV
• Esempio per UAV a 6 motori:
12Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Collegamento dei brushless controller alla scheda FlightCtrrl
13Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Mikrokopter tool
• È l’applicativo funzionante su PC utilizzato per:– Configurare il Mikrokopter– Leggere la telemetria– Configurare i waypoint per la navigazione automatica con il
GPS
• Richiede una comunicazione seriale verso il Mikrokopter– Tramite opprtuni dispositivi radio (Xbee) è possibile rendere il
canale seriale wireless– In assenza di tali dispositivi si dovrà usare un cavo USB
• Waypoint precaricati prima del decollo• Impossibile leggere la telemetria in volo!
14Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Mikrokopter tool: interfaccia
• Menu di configurazione e lettura dati dai sensori di bordo– Pannello di default
15Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Mikrokopter tool: navigazione GPS
• Possibilità di inserire waypoint con:– Posizione (latitiudine, longitudine)– Altezza (dal punto di decollo)– Precisione (raggio all’interno del quale il waypoint è raggiunto)– Tempo di stazionamento– Azione (se per esempio è installata una macchina fotografica)– Velocità di raggiungimento del punto
16Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Mikrokopter: link utili
• http://www.mikrokopter.de/ucwiki/it?action=show&redirect=PaginaPrincipale
• http://www.mikrokopter.us/index.php?action=forum
• http://www.baronerosso.it/forum/modelli-multirotori/196021-mikrokopter.html
• http://www.4copter.com/joom/index.php?option=com_content&view=article&id=51%3Amikrokopter-per-principianti&catid=31%3Amontaggio-e-consigli-per-cominciare&Itemid=41
• http://www.youtube.com/user/MikroKopterHolger
17Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Piattaforma Arducopter
• Arducopter è un progetto per la realizzazione di un UAV quadricottero o elicottero basato sul controllore Ardupilot
• Supporto per navigazione GPS
18Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Ardupilot Mega (1/2)
• La scheda Ardupilot Mega si divide in due parti:– La logica di controllo vera e propria, o main board– L’interfaccia per la logica di controllo inerziale
• Main board:
– Basata sul processore Atmega 1280 (16MHz)– 4 porte seiali– Connettore a 6 pin per interfacciamento a modulo GPS– RAM 8 KB
19Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Ardupilot Mega (2/2)
• Scheda di interfacciamento ai sensori inerziali (IMU)– Si collega alla main board con un connettore dedicato
– Giroscopio a 3 assi– Accelerometro a 3 assi– Sensore di pressione barometrico integrato (controllo altezza)
20Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Arducopter: caratteristiche chiave
• Codice completamente free– Liberamente scaricabile e modificabile– Modificabile in ogni sua parte
• Si programma e sviluppa con ambiente Arduino– Semplice
• Ancora acerbo?
21Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
Arducopter: link utili
• http://code.google.com/p/arducopter/
• http://diydrones.com/profiles/blogs/announcing-arducopter-the
• http://diydrones.com/profiles/blog/show?id=705844%3ABlogPost%3A44814
• http://code.google.com/p/ardupilot-mega/
22Lezione 1: piattaforme UAV di riferimento
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CSP ICT Innovation
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