Costruire una barca a guida autonoma (ArduPilot Rover): 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Progetti Fusion 360 »

Sai cosa è bello? Veicoli a guida autonoma senza equipaggio. Sono così fantastici che noi (i miei colleghi dell'università e io) abbiamo iniziato a costruirne uno da soli nel 2018. Questo è anche il motivo per cui ho deciso quest'anno di finirlo finalmente nel mio tempo libero.

In questo Instructable voglio condividere questo progetto con te e portarti a costruire il tuo veicolo a guida autonoma. Ho anche realizzato un piccolo video di YouTube che graffia la superficie del progetto e ti offre una rapida carrellata di tutti gli incidenti lungo il percorso. Questo Instructable è la guida correlata che spiega come funziona effettivamente questa cosa.

Per chi è questo Instructable e come leggerlo

Questo Instructable ha in realtà due scopi. Innanzitutto, voglio condividere ciò che ho costruito e imparato e interessare a voi ragazzi la costruzione di veicoli a guida autonoma. Lo scopo secondario è documentare il progetto e la maggior parte dei suoi dettagli in modo che il prossimo gruppo di studenti della mia vecchia università, che riprende il progetto, sappia cosa sta succedendo.

Se sei qui solo per divertimento, puoi ignorare dettagli come elenchi di parametri e schemi elettrici precisi. Cercherò di mantenere i passaggi molto generici all'inizio, in modo che possano essere applicati a qualsiasi barca ArduPilot RC e metto i dettagli alla fine.

Il progetto è stato terminato in due parti e l'Instructable segue la stessa struttura. Mi riferirò alla prima parte come ai "muscoli" poiché include tutta l'elettronica di potenza e lo scafo della barca. Quindi esaminerò il "Cervello", che è una piccola scatola in cima alla barca, che contiene il controller principale e tutte le cose del trasmettitore del ricevitore.

Le origini della Kenterprise

Bene, ecco il retroscena di questo progetto, se non l'avete già sentito nel video. Questo progetto è iniziato nel 2018 quando ero ancora all'università. Eravamo alla fine del 4° semestre e andavamo verso il 5°. Nella nostra università puoi fare un progetto di squadra per circa 6 mesi. Puoi scegliere da un elenco di progetti preparati (buone possibilità di un buon voto) o iniziare il tuo progetto (nessuno lo ha mai fatto prima che io sappia). Ottieni anche 12 punti di credito per questo progetto, il che lo fa valere quanto la tesi di laurea. In questo modo, fallire può davvero fare la differenza nel tuo voto complessivo.

Io ovviamente ho deciso di iniziare un progetto da zero e ho trovato 4 povere anime che mi seguissero in questo viaggio in un cassonetto incendio di un progetto di squadra. Abbiamo iniziato con la dimensione minima del team richiesta di 5 persone, ma 2 di noi in seguito se ne sono andati. Ci hanno anche dato 1500 €, MA non ci è stato permesso di spenderli in nessuno di quei bei negozi online cinesi che hanno sempre l'elettronica più recente e migliore. Invece eravamo legati ai buoni vecchi fornitori di elettronica tedeschi. Spoiler: è un po' impossibile ottenere componenti per barche a guida autonoma in questo modo.

L'idea originale

Quando abbiamo pensato a un'idea per il progetto, abbiamo pensato di fare qualcosa che riguardasse i droni perché i droni sono la cosa più bella di sempre. Tuttavia, i normali droni volanti sono già una cosa e volevamo costruire qualcosa di più nuovo. Quindi abbiamo deciso di costruire una barca drone. Abbiamo avuto questa idea a causa di un lago vicino.

Il lago copre un'area di 12 km^2 ed è per lo più profondo solo 1,5 m. Ciò significa che si riscalda nel mese estivo, mentre contiene anche meno acqua. Sai quale forma di vita ama le acque calde: i cianobatteri, chiamati anche alghe blu in Germania. Nelle giuste condizioni queste cose possono riprodursi in pochissimo tempo e coprire vaste aree mentre producono tossine che possono danneggiare sia gli esseri umani che gli animali. Lo scopo della barca era quello di spazzare regolarmente la superficie del lago e misurare la concentrazione di alghe. Quindi i dati raccolti possono essere stampati su una mappa di calore per capire in quali circostanze iniziano a formarsi le alghe e anche per inviare avvisi in tempo reale a residenti e turisti.

Un altro spoiler: non siamo mai stati in grado di costruire un gruppo di misurazione per l'alga blu e inserirlo su una barca, poiché tali gruppi sono molto costosi e di solito sono alloggiati in un rack da 1 mx1 mx2 m su una nave, che è una dimensione poco pratica per un 1 m di lunghezza barca. Il nuovo obiettivo è creare automaticamente ea basso costo mappe di profondità al di fuori del lago per consentire al biologo locale di vedere come cambia il fondo del lago nel tempo. In questo momento la scansione è molto costosa a causa del lavoro manuale necessario.

Una spirale verso il basso

Torna alla storia. Nei primi due mesi di raccolta delle conoscenze di base e della pianificazione abbiamo considerato ciò di cui avrebbe avuto bisogno una barca del genere: uno scafo, una trasmissione elettrica, capacità di guida autonoma, controllabilità di Internet, …. È stato allora che ho deciso che avremmo dovuto costruire quasi tutto da soli con un focus sulla guida autonoma. Questa era una cattiva idea, un'idea che era praticamente destinata a fallire e indovina cosa ha fatto? Esattamente, 6 mesi dopo avevamo riversato il nostro tempo e sudore in un'enorme barca RC, la Kenterprise (Infografica nell'immagine 4). Lungo la strada abbiamo lottato con soldi limitati, nessuna elettronica disponibile e una cattiva gestione della squadra, di cui mi assumo la maggior parte delle responsabilità.

Quindi eccolo qua, il Kenterprise, un veicolo di misurazione autonomo che non era né autonomo né misurava nulla. Non molto successo come puoi vedere. Siamo stati grigliati durante la nostra presentazione finale. Fortunatamente il nostro professore ha riconosciuto il nostro lavoro ascoltato e ci ha comunque dato un voto ok, peggio di qualsiasi altro gruppo di progetto negli ultimi anni, ma ok.

L'aggiornamento del 2020

Prenderei in considerazione l'idea di definire questo progetto studentesco un vero e proprio incendio in un cassonetto, ma come dice il vecchio proverbio: "le cicatrici di un incendio in un cassonetto ti rendono più forte". Questa esperienza mi ha davvero aiutato a scalare adeguatamente i miei obiettivi e a rimanere concentrato in tutti i miei progetti successivi. Inoltre amo ancora l'idea di un veicolo senza pilota che può aiutare i biologi a fare indagini sui laghi e l'attrattiva generale di costruire una barca a guida autonoma. Ecco perché ora, un anno dopo, volevo finirlo usando la mia nuova conoscenza dei droni FPV, il bellissimo progetto Open Source ArduPilot e la potenza dei siti di elettronica a basso costo.

L'obiettivo non era trasformarlo in una vera e propria barca di misurazione, ma mettere in funzione tutti i sistemi e installare un pilota automatico. Non deve essere perfetto. Volevo solo vedere questa barca guidare se stessa come una prova di concetto.

Passerò poi la barca autonoma FUNZIONANTE all'università per progetti futuri come la mappatura dei fondali. A proposito, non ero solo. Il mio amico Ammar, anche lui nel gruppo di progetto nel 2018 mi ha aiutato a testare la barca.

Senza ulteriori indugi, entriamo nel merito

Step 1: Muscoli: lo scafo

Lo scafo è la parte più grande della barca. Non solo per le sue enormi dimensioni (100cm*80cm) ma anche perché ci è voluto molto tempo per costruire questa struttura personalizzata. Se lo rifarei, opterei sicuramente per le parti dello scaffale. Sfortunatamente, una barca RC standard non era nelle nostre carte, poiché quelle barche hanno una capacità di carico utile molto limitata. Qualcosa come un bodyboard o una tavola da surf o solo un paio di tubi in PVC dal negozio di ferramenta sarebbe stata una soluzione molto più semplice che posso solo consigliare.

Ad ogni modo, il nostro scafo è iniziato con un modello 3D in Fusion 360. Ho realizzato un modello molto dettagliato e ho attraversato più iterazioni prima di iniziare a costruirlo. Mi sono assicurato di dare a ogni componente del modello i pesi appropriati e ho persino modellato l'interno. Questo mi ha permesso di conoscere il peso approssimativo della barca prima di costruirla. Ho anche fatto alcune tarature di galleggiamento inserendo una "linea di galleggiamento", tagliando con essa il veicolo e calcolando il volume che era sott'acqua. La barca è un catamarano in quanto questo tipo di veicolo promette una stabilità maggiore, quindi una barca con un solo scafo.

Dopo un sacco di ore di modellazione abbiamo iniziato a dare vita alla barca tagliando la forma di base dei due scafi da lastre di polistirolo. Sono stati quindi tagliati a forma, i buchi sono stati riempiti e abbiamo eseguito molta levigatura. Il ponte che collega i due scafi è solo una grande scatola di legno.

Abbiamo ricoperto il tutto con 3 strati di fibra di vetro. Questo passaggio ha richiesto circa 3 settimane e ha richiesto giorni di levigatura manuale per ottenere una superficie abbastanza liscia (0/10 non lo consiglierei). Dopodiché l'abbiamo dipinto di un bel giallo e abbiamo aggiunto il nome "Kenterprise". Il nome è una combinazione della parola tedesca "kentern" che si traduce in affondamento e dell'astronave Star Trek "USS Enterprise". Tutti abbiamo pensato che questo nome fosse assolutamente adatto alla mostruosità che abbiamo creato.

Fase 2: Muscoli: sistema di propulsione

Una barca senza motori o vele ha le caratteristiche di guida di un pezzo di legno galleggiante. Pertanto abbiamo dovuto aggiungere un sistema di propulsione allo scafo vuoto.

Vorrei darvi un altro spoiler: i motori che scegliamo sono troppo potenti. Descriverò la soluzione attuale e le sue carenze e proporrò anche un sistema di propulsione alternativo.

La soluzione attuale

Non sapevamo davvero di quanta spinta avesse bisogno la barca, quindi ci siamo procurati due di questi motori per barche da regata. Ognuno di questi è pensato per alimentare una barca da regata RC lunga 1 m e il corrispondente controller elettronico di velocità (ESC) può fornire 90 A continui (questo consumo consumerebbe una grande batteria per auto in un'ora).

Richiedono anche il raffreddamento ad acqua. Di solito basta collegare l'ESC e il motore con dei tubi, mettere l'ingresso nella parte anteriore della barca e posizionare l'uscita davanti all'elica. In questo modo l'elica tira l'acqua del lago attraverso il sistema di raffreddamento. Tuttavia, il lago in questione non è sempre pulito e questa soluzione potrebbe intasare il sistema di raffreddamento e causare un guasto al motore durante la navigazione. Ecco perché abbiamo deciso di optare per un circuito di raffreddamento interno che pompa l'acqua attraverso uno scambiatore di calore sulla parte superiore dello scafo (immagine 3).

Per ora la barca ha due borracce come serbatoi e nessuno scambiatore di calore. I serbatoi aumentano semplicemente la massa termica, quindi i motori impiegano molto più tempo a riscaldarsi.

L'albero motore è collegato all'elica tramite due giunti cardanici, un asse e un cosiddetto tubo di poppa, che ha lo scopo di tenere fuori l'acqua. Puoi vedere una vista laterale di questo assieme nella seconda immagine. Il motore è montato ad angolo con un supporto stampato in 3D e anche gli oggetti di scena sono stampati (perché ho rotto quelli vecchi). Sono stato piuttosto sorpreso di apprendere che queste eliche possono resistere alle forze dei motori. Per supportare la loro forza ho realizzato le lame spesse 2 mm e le ho stampate con il 100% di riempimento. Progettare e stampare gli oggetti di scena è in realtà un'opportunità piuttosto interessante per provare diversi tipi di oggetti di scena e trovare quello più efficiente. Ho allegato i modelli 3D dei miei oggetti di scena.

Una possibile alternativa

I test hanno mostrato che la barca ha bisogno solo del 10-20% della gamma del motore per muoversi lentamente (a 1 m/s). Andare direttamente al 100% dell'acceleratore provoca un enorme picco di corrente, che disabilita completamente l'intera barca. Anche il requisito di un sistema di raffreddamento è piuttosto fastidioso.

Una soluzione migliore potrebbero essere i cosiddetti propulsori. Un propulsore ha il motore direttamente collegato all'elica. L'intero complesso viene quindi sommerso e quindi raffreddato. Ecco un collegamento a un piccolo propulsore con l'ESC corrispondente. Questo può fornire una corrente massima di 30 A, che sembra una dimensione più appropriata. Probabilmente creerà picchi di corrente molto più piccoli e l'acceleratore non deve essere limitato così tanto.

Passaggio 3: muscoli: sterzo

La propulsione è bella, ma una barca ha anche bisogno di girare. Ci sono diversi modi per raggiungere questo obiettivo. Le due soluzioni più comuni sono i timoni e la spinta differenziale.

I timoni sembravano una soluzione ovvia, quindi ci siamo andati. Ho modellato un assieme del timone in Fusion e ho stampato in 3D i timoni, le cerniere e un supporto per servo. Per i servi abbiamo scelto due grandi servi da 25 kg per assicurarci che i timoni relativamente grandi fossero in grado di resistere alla resistenza dell'acqua. Quindi il servo è stato posizionato all'interno dello scafo e collegato al timone all'esterno attraverso un foro utilizzando fili sottili. Ho allegato un video dei timoni in azione. È abbastanza piacevole osservare questo movimento di assemblaggio meccanico.

Anche se i timoni sembravano fantastici, i primi test drive hanno rivelato che il raggio di sterzata con loro è di circa 10 m, il che è semplicemente terribile. Inoltre i timoni tendono a disconnettersi dai servi, rendendo la barca incapace di governare. L'ultimo punto debole è il buco per quei fili. Questo foro era così vicino all'acqua, che in retromarcia lo faceva sommergere, allagando così l'interno dello scafo.

Invece di cercare di risolvere questi problemi, ho rimosso i timoni tutti insieme, ho chiuso i fori e ho optato per una soluzione di spinta differenziale. Con la spinta differenziale i due motori girano in senso opposto per far girare il veicolo. Poiché la barca è larga quasi quanto è corta e i motori sono posizionati lontano dal centro, questo permette di girare sul posto. Richiede solo un po' di lavoro di configurazione (programmazione degli ESC e del controller principale). Tieni presente che una barca che utilizza la spinta differenziale girerà in tondo se uno dei motori si guasta. Potrei averlo sperimentato una o due volte a causa dell'attuale problema del picco descritto nel passaggio precedente.

Passaggio 4: muscoli: batteria

A me sembra che i componenti RC, come quelli utilizzati in questa barca, possano essere alimentati praticamente da qualsiasi cosa, dalla batteria di un orologio fino a una centrale nucleare. Ovviamente questa è un po' un'esagerazione ma hanno un range di voltaggio abbastanza ampio. Questo intervallo non è scritto nelle schede dati, almeno non in Volt. È nascosto nella classificazione S. Questa valutazione descrive quante celle della batteria in serie può gestire. Nella maggior parte dei casi si tratta di celle ai polimeri di litio (LiPo). Questi hanno una tensione di 4,2 V quando sono completamente carichi e una tensione di circa 3 V quando sono vuoti.

I motori delle barche affermano di essere in grado di gestire da 2 a 6 secondi, il che si traduce in un intervallo di tensione da 6 V fino a 25,2 V. Anche se non mi fiderei sempre del limite superiore, poiché alcuni produttori sono noti per posizionare componenti sulle loro schede che possono resistere solo a tensioni inferiori.

Ciò significa che esiste un'ampia varietà di batterie utilizzabili purché in grado di fornire la corrente richiesta. E in realtà ho provato un paio di batterie diverse prima di costruirne una corretta. Ecco una rapida carrellata delle tre iterazioni della batteria che la barca ha attraversato (finora).

1. Batteria LiPo

Quando abbiamo progettato la barca non avevamo idea di quanta energia avrebbe consumato. Per la prima batteria abbiamo scelto di costruire un pacco con le ben note celle agli ioni di litio 18650. Li abbiamo saldati in un pacco 4S 10P usando strisce di nichel. Questo pacchetto ha un intervallo di tensione da 12V a 16,8V. Ogni cella ha 2200 mAh ed è valutata a una velocità di scarica massima di 2C (piuttosto debole) quindi 2*2200 mA. Poiché ci sono 10 celle in parallelo, può fornire correnti di picco di soli 44A e ha una capacità di 22Ah. Abbiamo anche dotato il pacco di una scheda di gestione della batteria (più avanti su BMS) che si occupa del bilanciamento della carica e limita la corrente a 20A.

Dopo aver testato la barca, si è scoperto che 20 A di corrente massima sono molto meno di quanto consumano i motori e il BMS tagliava costantemente la potenza se non stavamo attenti con la levetta. Ecco perché ho deciso di collegare il BMS e collegare la batteria direttamente ai motori per ottenere tutti i 44Amp. Cattiva idea!!! Mentre le batterie sono riuscite a fornire un po' più di energia, le strisce di nichel, che collegano le celle, non sono state in grado di gestirla. Uno dei collegamenti si è sciolto e l'interno in legno della barca ha prodotto del fumo.

Sì, quindi questa batteria non era proprio adatta.

2. Batteria per auto

Per la mia prova di concetto del 2020, ho deciso di utilizzare una batteria più grande. Tuttavia, non volevo spendere soldi extra, quindi ho usato una vecchia batteria per auto. Le batterie per auto non sono pensate per essere completamente scaricate e ricaricate, dovrebbero essere sempre mantenute a piena carica e utilizzate solo per brevi raffiche di corrente per avviare un motore. Ecco perché sono chiamate batterie di avviamento. Usarli come batteria per un veicolo RC riduce significativamente la loro durata. Esiste un altro tipo di batteria al piombo che spesso ha lo stesso fattore di forma ed è appositamente progettata per essere scaricata e ricaricata più volte chiamata batteria Deep Cycle.

Ero ben consapevole delle carenze della mia batteria, ma volevo testare rapidamente la barca e la batteria era comunque vecchia. Bene, è sopravvissuto a 3 cicli. Ora la tensione scende da 12V a 5V ogni volta che premo l'acceleratore.

3. Batteria LiFePo4

"La terza volta è un incanto" è quello che dicono. Dato che ancora non volevo spendere i miei soldi, ho chiesto aiuto alla mia università. Abbastanza sicuro che hanno sempre avuto la batteria dei miei sogni. La nostra Uni partecipa al concorso "Formula Student Electic" e quindi dispone di una macchina da corsa elettrica. Il team corse in precedenza è passato dalle celle LiFePo4 alle celle LiPo 18650 poiché sono più leggere. Quindi hanno una scorta di più celle LiFePo4 usate di cui non hanno più bisogno.

Queste celle differiscono dalle celle LiPo o LiIon nel loro intervallo di tensione. Hanno una tensione nominale di 3,2 V e va da 2,5 V a 3,65 V. Ho assemblato 3 di quelle celle da 60 Ah in un pacchetto 3S. Questo pacchetto può fornire correnti di picco di 3C alias. 180A e ha una tensione massima di soli 11V. Ho deciso di optare per una tensione di sistema più bassa per diminuire la corrente del motore. Questo pacchetto mi ha finalmente permesso di guidare la barca per più di 5 minuti e testare le capacità di guida autonoma.

Una parola sulla ricarica della batteria e sulla sicurezza

Le batterie concentrano l'energia. L'energia può trasformarsi in calore e se questo calore assume la forma di un incendio di una batteria, hai un problema tra le mani. Ecco perché dovresti trattare le batterie con il rispetto che meritano e dotarle dell'elettronica giusta.

Le celle della batteria hanno 3 modi di morire.

1. Scaricarli al di sotto della loro tensione nominale minima (morte fredda)
2. caricandoli al di sopra della loro tensione nominale massima (può causare rigonfiamenti, incendi ed esplosioni)
3. assorbendo troppa corrente o mandandoli in cortocircuito (quindi devo davvero spiegare perché questo potrebbe essere un male)

Un sistema di gestione della batteria impedisce tutte queste cose, ecco perché dovresti usarle.

Passaggio 5: muscoli: cablaggio

Il cablaggio per la parte muscolare è mostrato nella prima immagine. In basso abbiamo la batteria che dovrebbe essere fusa con un fusibile appropriato (in questo momento non ce n'è). Ho aggiunto due contatti esterni per collegare un caricabatterie. Sarebbe una buona idea sostituirli con un connettore XT60 adeguato.

Poi abbiamo un grande interruttore della batteria, che collega il resto del sistema alla batteria. Questo interruttore ha una vera chiave e lascia che te lo dica, è così soddisfacente girarlo e vedere la barca prendere vita.

Il cervello è collegato alla massa delle batterie mentre gli ESC e i servi sono separati da un resistore di shunt. Ciò consente di misurare la corrente attraverso la piccola connessione arancione poiché provoca una piccola caduta di tensione sul resistore di shunt. Il resto del cablaggio è solo rosso con rosso e nero con nero. Poiché i servi non vengono più utilizzati realmente, possono essere semplicemente ignorati. Le pompe di raffreddamento sono l'unico componente della barca che richiede esattamente 12V e non sembrano funzionare bene se la tensione è superiore o inferiore a quella. Pertanto hanno bisogno di un regolatore se la tensione della batteria è superiore a 12V o di un convertitore step-up se è inferiore.

Con il governo del timone entrambi i fili del segnale ESC andrebbero allo stesso canale sul cervello. Tuttavia, la barca ora utilizza la spinta differenziale alias. skid sterzo, quindi ogni ESC deve avere il proprio canale separato e i servi non sono affatto necessari.

Passaggio 6: Cervello: Componenti

Il cervello è una grande scatola piena di elettronica interessante. Molti dei quali possono essere trovati nei droni da corsa FPV e alcuni sono stati effettivamente estratti dal mio drone. La prima immagine mostra tutti i moduli elettronici. Sono ordinatamente impilati uno sopra l'altro utilizzando distanziatori PCB in ottone. Ciò è possibile perché i componenti FPV sono disponibili in fattori di forma speciali denominati sito stack. Dal basso verso l'alto il nostro stack contiene quanto segue:

Scheda di distribuzione dell'alimentazione (PDB)

Questa cosa fa proprio quello che suggerisce il nome e distribuisce il potere. Entrano due fili dalla batteria e offre più pad di saldatura per collegare diversi moduli alla batteria. Questo PDB offre anche un regolatore 12V e 5V.

Controllore di volo (FC)

Il controller di volo esegue il firmware ArduPilot Rover. Fa una varietà di cose. Controlla i controller del motore attraverso diverse uscite PWM, monitora la tensione e la corrente della batteria, si collega ai diversi sensori e dispositivi di input e output e dispone anche di un giroscopio. Si potrebbe dire che questo piccolo modulo è il vero cervello.

Ricevitore RC

Il ricevitore è collegato a un telecomando. Nel mio caso è un telecomando FlySky per aerei RC che ha dieci canali e stabilisce anche una comunicazione bidirezionale in modo che il telecomando possa anche ricevere segnali dal ricevitore. I suoi segnali in uscita vanno direttamente all'FC attraverso un singolo filo utilizzando il cosiddetto protocollo I-bus.

Trasmettitore video (VTX)

La scatola del cervello è dotata di una piccola telecamera analogica. Il segnale video della telecamera viene passato all'FC che aggiunge un display su schermo (OSD) al flusso video, contenente informazioni come la tensione della batteria. Viene quindi passato al VTX che lo trasmette a uno speciale ricevitore a 5,8 GHz dall'altra parte. Questa parte non è strettamente necessaria, ma è bello poter vedere ciò che vede la barca.

In cima alla scatola ci sono un mucchio di antenne. Uno è dal VTX, due dal ricevitore RC. Le altre due antenne sono i seguenti componenti.

Modulo Telemetria

L'antenna 433MHz appartiene a un modulo di telemetria. Questo piccolo trasmettitore è un dispositivo di input/output che collega il controller di volo alla stazione di terra (un laptop con un dongle USB a 433 MHz). Questa connessione consente all'operatore di modificare a distanza i parametri e ottenere dati dai sensori interni ed esterni. Questo collegamento può essere utilizzato anche per controllare a distanza la barca.

GPS e bussola

La grande cosa rotonda in cima alla barca in realtà non è un'antenna. Beh, in qualche modo lo è, ma è anche un intero modulo GPS e un modulo bussola. Questo è ciò che consente alla barca di conoscere la sua posizione, velocità e orientamento.

Grazie alla crescita del mercato dei droni c'è un'ampia varietà di componenti tra cui scegliere per ogni modulo. La cosa più probabile che potresti voler cambiare è l'FC. Se vuoi connettere più sensori e hai bisogno di più input, c'è una varietà di opzioni hardware più potenti. Ecco un elenco di tutte le FC supportate da ArduPilot, c'è anche un Raspberry Pi.

Ed ecco un piccolo elenco dei componenti esatti che ho usato:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• Ricevitore RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• Set di trasmettitori di telemetria: 433 MHz 500 mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS e bussola: M8N Aliexpress
• Involucro: 200x200x100 mm IP67 Aliexpress
• Telecomando: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• Ricevitore video: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

Passaggio 7: cervello: cablaggio

Il cervello riceve la sua tensione operativa direttamente dalla batteria. Riceve anche una tensione analogica dallo shunt di corrente ed emette i segnali di controllo per entrambi i motori. Queste sono le connessioni esterne accessibili dall'esterno della scatola del cervello.

L'interno sembra molto più contorto. Ecco perché ho realizzato il piccolo schema elettrico nella prima foto. Questo mostra le connessioni tra tutti i diversi componenti che ho descritto nel passaggio precedente. Ho anche realizzato un paio di prolunghe per i canali di uscita PWM e la porta USB e li ho instradati sul retro dell'enclosure (vedi immagine 3).

Per montare lo stack sulla scatola ho usato una piastra di base stampata in 3D. Poiché i componenti (in particolare il VTX) producono calore, ho anche collegato una ventola da 40 mm con un altro adattatore stampato in 3D. Ho aggiunto 4 pezzi di plastica nera ai bordi per avvitare la scatola sulla barca senza bisogno di aprire il coperchio. I file STL per tutte le parti stampate in 3D sono allegati. Ho usato resina epossidica e colla a caldo per incollare il tutto.

Passaggio 8: Cervello: configurazione di ArduPilot

Il Wiki di Ardupilot descrive come configurare un rover in modo molto dettagliato. Ecco la documentazione Rover. Sto solo grattando la superficie qui. Ci sono fondamentalmente i seguenti passaggi per far funzionare un ArduPilot Rover dopo che tutto è stato cablato correttamente:

1. Flash ArduPilot Firmware su FC (Suggerimento: puoi usare Betaflight, un comune software per droni FPV, per questo)
2. Installa un software di Ground Station come Mission Planner e collega la scheda (vedi l'interfaccia utente del pianificatore di missione nell'immagine 1)

3. Esegui una configurazione hardware di base

   • calibra giroscopio e bussola
   • calibrare il telecomando
   • impostare i canali di uscita

4. Esegui una configurazione più avanzata scorrendo l'elenco dei parametri (immagine 2)

   • sensore di tensione e corrente
   • mappatura dei canali
   • LED
5. Fai un test drive e sintonizza i parametri per acceleratore e sterzo (immagine 3)

E boom, hai un rover a guida autonoma. Ovviamente tutti questi passaggi e impostazioni richiedono del tempo e cose come la calibrazione della bussola possono essere piuttosto noiose, ma con l'aiuto dei documenti, dei forum di ArduPilot e dei tutorial di YouTube alla fine puoi arrivarci.

ArduPilot ti offre un parco giochi avanzato di centinaia di parametri che puoi utilizzare per costruire praticamente qualsiasi veicolo a guida autonoma che ti venga in mente. E se ti manca qualcosa, puoi impegnarti con la community per costruirlo poiché questo grande progetto è open source. Posso solo incoraggiarti a provarlo, poiché questo è probabilmente il modo più semplice per entrare nel mondo dei veicoli autonomi. Ma ecco un piccolo consiglio da professionista: provalo con un semplice veicolo prima di costruire una gigantesca barca RC.

Ecco un piccolo elenco delle impostazioni avanzate che ho fatto per la mia particolare configurazione hardware:

• Mappatura dei canali modificata in RC MAP

  • Passo 2->3
  • Acceleratore 3->2
• LED RGB I2C attivati
• Tipo di telaio = Barca

• Setup Skid Steering

  • Canale 1 = Throttle Left
  • Canale 2 = Throttle Right
• Canale 8 = FlightMode
• Canale 5 = Inserimento/Disinserimento
• Imposta il monitoraggio della corrente e della batteria
  • BATT_MONITOR=4
  • Quindi riavviare. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11,0

Passaggio 9: cervello: controller LED personalizzato

Primo premio al concorso Make it Move 2020