Беспилотник на базе Raspberry Pi. Часть 1

Привет, %хабраюзер%. Хочу поделиться историей о своем беспилотнике (БЛА) на малинке.

Перед тем, как начать делать беспилотник, стоял выбор, какую летательную модель брать за основу: квадракоптер или самолет? Так как с коптерами я в свое время наигрался, знаю их основной минус: чаще всего время полета составляет 10-20 минут. Лично для меня это очень мало, поэтому было решено взять за основу самолет.



В качестве самолета я выбрал Bixler 2, в нем очень много плюсов, а именно:
  • Цена
  • Неубиваемость
  • Размах крыльев (1.5m)




Теперь осталось дело за автопилотом. В качестве «мозгов» взят Raspberry PI B+ с платой NAVIO, на которой располагаются нужные нам датчики:

  • GPS\GNSS
  • акселерометр, гироскоп, магнитометр
  • датчик давления для расчета высоты
  • 4-х канальный АЦП
  • 16-канальный ШИМ-генератор
  • FRAM, энергонезависимая память
  • RGB LED
  • PPM вход


Возможно многие слышали, а кто-то успел и опробовать ArduPlane. Это open source проект автопилота для коптера/самолета/ровера. К счастью, команда EMLID, которая занималась разработкой платы NAVIO, сделала порт ArduPlane на Raspberry PI. Так что все, что надо, это склонировать репозиторий и скомпилировать все это дело на малинке, после чего закрепить наш автопилот на самолете — и в путь.

Монтируем наш автопилот к самолету:



Тут я и столкнулся с проблемами: места очень мало, пришлось отказаться от стандартной кабины пилота, которая шла вместе с самолетом, и сделать из пустой баклажки от кока-колы новую кабину пилота, покрасив ее в серебристый цвет. Оказалось, что смотрится намного лучше, чем стандартная.

Скажу честно, все получилось не с первого раза. Так как запускать самолет я мог только по выходным и не всегда улыбалась погода, то с момента, когда у меня был готов самолет и до первого успешного запуска, прошло полтора месяца.

Я полетал в режиме стабилизации: если не двигать рычаги на пульте управления, то самолет сам себя выравнивает и летит по прямой. Следующим этапом будет полет по GPS точкам с заранее проложенным маршрутом.

Теперь, возможно, кому-то будет интересна цена вопроса. Итак:

  • Bixler 2 — 90$( без пульта, он у меня был)
  • Аккумулятор 2600mAh — 50$
  • Raspberry Pi B+ (sd card)- 45$
  • NAVIO — 149$

В сумме у меня получилось $334 за весь комплект, готовый к полету. Кто-то скажет, что это дорого и, возможно, будет прав. Однако я считаю, что это даром, при том что у меня есть летающий линукс, к которому я могу подключить 3G модем и изменять курс полета везде, где есть покрытие интернета.

Конечно же, прикладываю видео удачного полета:



В следующей статье я расскажу, как настроить Xbee подлючение к Ардупилоту на Navio \ Raspberry Pi, чтобы передавать телеметрию на ноутбук с установленным APM Planer.
Поделиться публикацией

Комментарии 62

    +1
    А почему бы не передавать телеметрию через 3г?
      +1
      Я к этому иду :) на конечном этапе именно так и хочу, сесть дома или в машине и облететь весь город, пока не придумал как транслировать видео т.к. 3G для этих дел будет медленным :(
      Сейчас изучаю тему направленных антенн с обратной связью, что бы серво-машинки по GPS-самолета знали куда крутить антенну.
        0
        A как на счет 4G (LTE)?
          0
          Самолет грамм 200 поднимет?
          Если да, то www.parkflyer.ru/product/1491636/ — приемник

          www.parkflyer.ru/product/1480989/ — передатчик — около 35 грамм
          370MAH TURNIGY NANO-TECH 3S 25~40C LIPO — хватает на час работы c камерой — 39 грамм
          Камера любая на 12V — грамм 30-60
            –1
              0
              Преордеры эти надоели. Есть проверенные решения, которые лично мною проверены в бою.
                0
                Тогда можно взять virt2real. Это одно и то же. А купить можно уже сейчас. Самое главное, что оно больше заточено под управление железками. Самолёт вполне себе летал уже.
                  –1
                  Вопрос во времени отклика. Если нам нужно управлять самолетом который пролетает за секунду 150 метров, то задержки критичны. Если у нас робот-беспилотник которым мы управляем косвенно (точки маршрута и т.п.) и только смотрим в картинку, то в целом да, 4G как гражданское решение нормальное.
                    0
                    Вот минуса не понял.
                    Вот же пост. Вы его не читали или просто за державу обидно?
                      –1
                      По ссылке читал, заключение «в целом да, 4G как гражданское решение нормальное»
                      Для задачи передачи видео для скоростной обработки и обратной связи для управления — не годится.
                      Беспилотники разные есть по мозгам. Тащить на себе 5-6-30 кило оборудования для анализа изображения мало кто может. А задачи есть.
                      0
                      540 километров в час?
                        0
                        не вижу проблем с установкой достаточно экономичных турбовентиляторных двигателей.
                          0
                          а не развалится? при таких скоростях модель перестает быть бюджетной, как мне кажется.
                            –1
                            Смотря о каком порядке цен и функционале говорим. Для ряда моделей «бюджетное» — это около 40-60 тыс евро. К примеру те же дроны полицейские для наблюдения. Пара камер с головками и оптикой уже 12 тыс как минимум. Есть большой рынок между квадрокоптерами-игрушками и военными разработками. Для мониторинга лесного массива отдавать пару дес млн долларов — это дорого, а вот 100-200 тыс долларов заказчики готовы хоть налом немедленно выложить.
                            В связи с задачей есть проблема автономности при грузоподьемности в 5-10 килограмм. Или если тащить всю систему аналитики, то еще плюс 4-5 кило и питание.
                            К примеру практическая задача: беспилотник со скоростью около 170 км в час облетает маршрут и снимает в видимом и ик диапазоне в 1200 кадров в секунду подконтрольную территорию на предмет появления посторонних, изменений в окружении. 1200 кадров в секунду в фуллхд (почти) при маршруте в 25 минут (минимум) занимает кучу места плюс нужно с заданной точностью анализировать и сравнивать изменения. И надо стоимость решения сделать менее 350 тыс евро в тиражах от 1000 штук. И это головная боль последней пары лет.
                              0
                              мне нравится ваш подход.
                                –1
                                А уж как инвесторам нравится :)
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            +1
            Так этот проект и вырос из ардупилота, который и есть атмега (ардуино).
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                0
                Линукс же!
                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    +5
                    Есть «древний» проект ардупилот который (ваш КО) построен на базе платы ардуино мега. К этой плате пристыковывался шилд с датчиками и вот он готовый автопилот.

                    При этом под эту плату разработана наземная станция Mission Planner все это открыто и активно развивается.

                    Товарищи потировали код ардупилота, который ардуино, на малину и сварганили свой шилд с блекджеком и... аналогичными датчиками и все это хозяйство так же стыкуется с готовой наземной станцией.

                    Ну а дальше одни недостаткибонусы малины, линукса и т.д. Например такие HD FPV на Raspberry Pi
                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        –1
                        Но вопрос, ЗАЧЕМ?
                        NAVIO — 149$ + малинка еще 30-40-50 (смотря где брать)
                        а готовый APM 2.6 с той же прошивкой и GPS стоит 80$ Причем, он получается легче и потребляет меньше тока (малинка ООЧЕНЬ прожорлива)
                          0
                          ООчень? Всего полтора ватта, по сравнению с двигателем самолета который 50-100 ватт это вообще ничего.
                            0
                            Если делать планер, то там двигатель совсем не такой прожорливый. Вес и цена подобного решения тоже смущает.
                            0
                            Угу. Тоже не понял
                            При желании есть еще 32-х битная версия того же APM — Pixhawk
                            Правда чуть дороже
                +5
                Сколько он на одной зарядке пролетает с таким обвесом?
                  +5
                  у меня аккумулятор на 2600mAh, летал ~35 минут, потом замерзли пальцы, так что пока нет законченного теста, так же заказал Raspberry Pi Model A+, она потребляет на порядок меньше моей модели, да и по размерам меньше, жду пока прийдет
                    0
                    Зацепился глаз за слова «на порядок», аж удивился, поискал.

                    На амперке пишут «А+ является самой энергоэффективной из всей линейки. точные данные еще неизвестны, но некоторые из источников утверждают, что Model A+ будет потреблять чуть ли не в 2 раза меньше электроэнергии чем Raspberry Pi Model B+», у них же в спеках B+ — 600 mA без внешних устройств.

                    То есть, раза в два меньше, но периферия же тоже что-то кушает?
                      +2
                      NAVIO потребляет 80мА, Raspberry Pi Model A+ потребляет 100-150мА примерно
                        +3
                        Мне кажется что моторы жрут сильно больше. И интересовать здесь должно не потребление электроники, а её вес и габариты.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            0
                            Потребление прямо пропорционально емкости аккумуляторов
                            Это вы что имели в виду?
                            Я имел в виду, что потребление электроники мало по сравнению с потреблением движков. Хотя глядя на 600мА для модели B+ готов признать свою ошибку.
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    +1
                    А на сколько времени хватает заряда батареи?
                      +1
                      В качестве отправной точки для чего-то большего вполне себе занятие. Во сколько обошлись дополнительные датчики, акселерометр, гироскоп?
                        0
                        Цена на шилд NAVIO+ с датчиками за 168 уе, весьма кусачая.
                          +1
                          точно такая же была идея, ну там ещё был пункт с бомбой и взрывом местного диктатора :), но кроме того я хотел прицепить камеру на него, конечно бобру понятно, что изображение через 3Г не передать, т.к. надёжности канала не хватит, но если пропустить через фильтр и выделить лишь важные детали (например каркас зданий), то в принципе можно и видео передавать, однако возможно понадобится антену получше 3Г модему и усилитель
                            +3
                            Конечно же, прикладываю видео удачного полета:

                            А видео неудачных можно? :) С анализом, хотя бы в двух словах. Почему падал, где не там сворачивал…
                              0
                              Не думал что этот будет интересовать, сделаю чуть позже нарезку, их достаточное количество :)
                              0
                              А кроме побаловаться — перспективы коммерческие есть? Облет территории по точкам, например, как некий мобильный регистратор для охраны?

                              Предположим, есть поселок обеспеченных людей, ви-фи на территории (иногда и 4г можно словить). Дроны с камерами облетают по точкам территорию раз в 30 минут, возвращаются на зарядку.

                              Из этого ведь можно сделать «продукт»?

                              UPD: За полкилометра вдоль леса, есть жд-станция. При звонке на пульт охраны, на встречу вылетает дрон, который сопровождает нужного человека до входа в поселок (уже не автомате, а на ручном управлении, конечно).

                                +3
                                О коммерческой выгоде не думал, это мое хобби, которое мне пока приносит только удовольствие, а это уже многое. А идея покрыть полгорода xbee модемами уже у меня давно витает в мыслях, чтобы не быть зависимым от интернета, но опять же скорости у xbee для видео будет маловато. Зато можно быть независимым от интернета для передачи телеметрии или изменения курса полета в реальном времени. На этих выходных у меня в планах полететь по GPS точкам. Если получится, то это будет еще один шажок в эту сторону ;)
                                  0
                                  Безусловно, собственное удовольствие — самый правильный первый шаг в любой деятельности. У меня не хватает времени засесть за техническую сторону, но если надумаете делать следующие шаги в коммерческом направлении, напишите, я тоже с удовольствием помогу в формировании продукта и анализе рынка.

                                  удачи над землей )
                                    0
                                    XBee модемы дороговаты, мне кажется лучше ATMega256RFR2 применить (порядка 10$ + плата), или аналогичные решения на ARM…
                                    +3
                                    Вообще у БПЛА неплохая коммерческая ниша, даже у маленьких, несущих только камеру и имеющих меньше часа полётного времени.
                                    Пример: unmanned.ru/service/irvideo.htm
                                      0
                                      В Латвии есть компания-производитель БПЛА (http://www.uavfactory.com/) — у них в новостях можно прочитать про разные юзкейсы.

                                      Поиск пропавших людей в лесу или пустыне, мониторинг лесных пожаров или наводнений, наблюдение за животными… Много чего можно придумать, но рынок этот далеко не такой пустой, как может показаться.
                                    0
                                    Кажется, сейчас уже делают неплохие мультикоптеры долголеты. Правда на весьма дорогих движках (U8)
                                      +3
                                      Если летаете по вейпоинтам, можете попробовать более удобный софт для планирования, чем APM Planner, с 3д картой и прочими свистелками — ugcs.com После регистрации можно скачать открытую версию, ардупилот оно поддерживает, порт на распбери скорей всего тоже взлетит, если нет, напишите в поддержку, сделаем.
                                        0
                                        А каким образом Вы устроили антенну для связи?
                                          +1
                                          Я не совсем понял вопрос, речь идет об антенне или о методе связи? Передача телеметрии на компьютер происходит через xbee модемы. Сами антенны располагаются на xbee. Дальность связи на моей моей версии xbee-модемов до 1 км на открытой местности.
                                            0
                                            Интересует именно антенна, а не метод связи. Я Вас понял, спасибо!

                                            У модема маленькая антенка, что ограничивает возможности связи. Мне было интересно, использовали ли Вы какие то методы по усилению. Как я понял, у Вас просто не было такой задачи?
                                              +1
                                              Так и есть, но сейчас у меня есть такая задача, потому как хочется именно летать по камере на длинных расстояниях. Теперь нужно решить такие задачи :)
                                              • Связь пульта с приемником (Можно подключить пульт к компьютеру и через APM Planer посредством 3G управлять самолетом)
                                              • Передача телеметрии (и тут 3G)
                                              • Передача видео — этот вопрос остается открытым

                                              Рассматриваю пока что все варианты… )
                                                0
                                                А как Вы планируете наращивать мощность? Путем увеличения размера антенны? Тогда каким образом будете ее размещать? Как в старину — путем растяжки от кабины к килю или каким то иным способом?
                                                  0
                                                  Еще было бы интересно узнать по поводу оптимизации самой передачи данных. Планируется ли уменьшать размер передаваемых данных. Будет ли использоваться сжатие данных?

                                                  Развернутые ответы не нужны, мне просто любопытно. :)
                                                    0
                                                    в ArduPlane используется бинарный протокол MAVLink, в котором данные уже и так компактно упакованы, так что ответ не планируется
                                                      0
                                                      Т.е. кроме стандартных данных от ArduPlane не планируется. Спасибо.

                                                      А по наращиванию мощности передатчика, если не секрет, какие идеи?
                                            +2
                                            Осталось скрестить его с Ingress, и можно сидеть дома официально
                                              +1
                                              Если каким-то образом автоматизировать процесс посадки, подзарядки и взлета, можно запустить бота и забыть о нем на неделю :)
                                                +1
                                                Может сделать какую-то катушку токосъемник для ЛЭП, там есть потери из за коронного разряда, может его как-то уловить можно :)
                                                  0
                                                  Там катушки приличных размеров нужны насколько я знаю…
                                                +1
                                                Тогда можно будет давать официальную ачивку: «вертолет» :)

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое