Arducopter под управлением Андроида. — Паркфлаер

Селфидрон — что это и как им управлять

Это тип квадрокоптеров, которые ориентированы исключительно на работу с мобилкой. У таких моделей не редкость отсутствие пульта. Поэтому устройство по стоимости дешевле в 2-3 раза привычного нам квадрокоптера.

Предназначение такого гаджета — возможность сделать селфи с высоты в несколько метров. При использовании селфи-палки, в кадр часто попадает только верх туловища и совсем немного красот на фоне. Селфи-дрон решает эту проблему. Он позволяет снять даже самую большую компанию в полный рост и так, чтобы все поместились в кадр.

Чтобы лучше понять особенности устройства, смотрите его плюсы и минусы в таблице:

Следует учесть, селфидроны в большинстве случаев управляются только с мобилки. Так что тем, кто привык к физическому джойстику будет сложно перестроиться.Подытоживая вышеописанное, управлять квадрокоптером со смартфона сможет каждый! Главное, дать себе немного времени привыкнуть к новому стилю контроля.

Ликбез: Как выбрать квадрокоптер для ребенка: 6 основных критериев

Arducopter под управлением андроида.

Mavproxy

MAVProxy уже установлен в образе Navio. Его также можно

и на ПК (Windows, Linux, MacOS) для дальнейшего общения с автопилотом в консольном режиме.

Убедившись, что Ardupilot работает, запустим на Raspberry скрипт MAVProxy такой командой:

mavproxy.py --master=udp:127.0.0.1:14550

Параметр

–master=udp:127.0.0.1:14550

задает для скрипта источник данных. Это локальный UDP-порт, который был прописан в файле конфигурации Ardupilot. После запуска команды, MAVProxy соединиться с этим портом и выведет на экран сообщения автопилота, примерно как у меня:

pi@navio:~ $ mavproxy.py --master=udp:127.0.0.1:14550
Connect udp:127.0.0.1:14550 source_system=255
Failed to load module: No module named adsb. Use 'set moddebug 3' in the MAVProxy console to enable traceback
Log Directory: 
Telemetry log: mav.tlog
Waiting for heartbeat from 127.0.0.1:14550
 MAV> online system 1
STABILIZE> Mode STABILIZE
fence breach
GPS lock at 0 meters
APM: APM:Copter V3.5.5 (88a1ecdd)
APM: Frame: UNKNOWN
APM: PreArm: RC Roll not configured
APM: PreArm: Compass not calibrated
APM: PreArm: 3D Accel calibration needed
APM: PreArm: check firmware or FRAME_CLASS
APM: PreArm: Throttle below Failsafe

Так как автопилот еще не откалиброван и до конца не настроен, то об этом красноречиво говорят и сообщения. В этом режиме можно общаться с автопилотом посредством команд. Если бы дрон был полностью настроен, то вот такая последовательность двух команд привела бы к старту двигателей и взлету дрона на высоту 20 м:

arm throttle
takeoff 20

Не откалиброванный автопилот не полетит, а покажет сообщения с причинами, почему он этого сделать не сможет.

Видео через интернет

Для ретрансляции видео установим на сервер VLC плеер:

sudo apt-get install vlc

После установки, запустим его как ретранслятор c UDP порта 5001 в RTSP канал

SERVER_IP:8554/live

cvlc -vvv udp://@:5001 --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/live}' :demux=h264

На борту запустим видеотрансляцию с камеры на сервер по UDP (вместо

SERVER_IP

адрес сервера):

gst-launch-1.0 rpicamsrc bitrate=1000000 ! video/x-h264,width=640,height=480,framerate=25/1 ! h264parse  ! udpsink host=SERVER_IP port=5001

Адрес потока теперь можно использовать как источник видео в настройках GCS или открыть в любом плеере, поддерживающим этот протокол.

Теперь можно спланировать маршрут полета и запустить дрон через интернет, предварительно его включив, например, с помощью помощника по телефону.

Очевидно, что из-за относительно большого времени путешествия видео и телеметрии по сети, такой способ вряд ли подойдет для FPV-полетов в ручном режиме между препятствиями.

Темы для последующих публикаций:

• Варианты автоматической зарядки дрона в своем скворечнике и на каком из них остановился я.
• Реализация web-based GCS с помощью MAVProxy, NodeJS, socket.io и медиасервера для управления несколькими дронами одновременно.
• Резервные каналы связи и системы спасения дронов
• Машинное зрение и лидары для избежания столкновения с препятствиями

Продолжение следует…

Видеокамеры с трансляцией

Некоторые модели дронов оснащены камерами, которые могут транслировать потоковое видео. Данную функцию часто используют во время съемки автомобильных гонок, спортивных соревнований и других мероприятий. При помощи летающего оборудования можно организовать качественный и безопасный съемочный процесс в условиях большого скопления людей. Кадры с высоты птичьего полета в прямой трансляции выглядят эффектно.

В качестве приемника потокового видео может выступать мобильный телефон или планшет. Трансляция выполняется через сигнал Wi-Fi. Такое подключение помогает существенно сэкономить средства, который могли быть потрачены на покупку дополнительного оборудования.

Стоит отметить, что при значительном отдалении дрона от телефона задержка сигнала может насчитывать несколько секунд. Видео, поступающее с камеры беспилотника, можно транслировать на любой интернет-платформе.

Видеотрансляция

Проверим как работает видеотрансляция в сети WiFi. Такой командой можно запустить видео в TCP-порт на Raspberry с использованием родной утилиты raspivid для камеры Raspicam:

raspivid -t 0 -hf -fps 25 -w 640 -h 480 -o - | gst-launch-1.0 fdsrc ! h264parse ! rtph264pay config-interval=1 pt=96 ! gdppay ! tcpserversink host=0.0.0.0 port=5001

А вот такой командой делается тоже самое, только с использованием ранее скомпилированной обертки rpi-camsrc для gstreamer:

gst-launch-1.0 rpicamsrc sensor-mode=4 ! h264parse ! rtph264pay config-interval=1 pt=96 ! gdppay ! tcpserversink host=0.0.0.0 port=5001

В обоих случаях, трансляция в формате h264 доступна по IP-адресу Raspberry на порту 5001.

Посмотреть ее можно запустив на своем ПК такую команду (должен быть установлен gstreamer), вместо RPI_ADDRESS указываем адрес Raspberry в сети:

gst-launch-1.0 -v tcpclientsrc host=RPI_ADDRESS port=5001  ! gdpdepay !  rtph264depay ! avdec_h264 ! videoconvert ! autovideosink sync=false

В результате должно открыться окошко с видео.

Практически в любую GCS встроен видеоплеер, который может показывать RTSP-видеопоток. Чтобы сделать из Raspberry RTSP-сервер можно использовать консольный плеер VLC. Установка:

sudo apt-get install vlc

Видеотрансляция запускается так:

raspivid -o - -t 0 -n -w 320 -h 240 -fps 25 | cvlc -vvv stream:///dev/stdin --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/live}' :demux=h264

Видео доступно по адресу (вместо

RPI_ADDRESS

, адрес Raspberry):

rtsp://RPI_ADDRESS:8554/live

Настройка GCS:

Адрес потока можно использовать для подключения нескольких плееров на разных устройствах, но, так как видеозахват и трансляция для Raspberry весьма трудоемкий процесс, то для нескольких потребителей видео лучше использовать внешний сервер (описание ниже).

Возможные проблемы

В следующем видео показана настройка WiFi и полеты Syma X5SW.

Как правильно подключить?

Современные смартфоны обладают большим набором функций, благодаря которым можно подключить квадрокоптер к телефону и управлять всеми возможностями летательного аппарата. Все функции дрона будут у пользователя в руках, в компактном формате. Сопряжение оборудования происходит через Wi-Fi – беспроводной сигнал связи.

Как управлять?

Чтобы управлять работой дрона, необходимо выполнить подключение, открыть приложение и запустить определенные функции через виртуальную панель на экране. Картинка будет транслироваться в режиме реального времени. С помощью программы можно поднять аппарат в воздух, выполнить посадку, развернуть камеру и выполнить другие действия.

Для начала поднимите беспилотный гаджет не очень высоко и попробуйте управлять им там, чтобы не повредить аппарат падением с большой высоты.

Сигнал Wi-Fi – универсальный способ, который используется для синхронизации оборудования различных видов. Помехи могут помешать работе дрона, потому что этот сигнал очень просто заглушить. Связь с беспилотником может оборваться, в результате чего он может упасть или затеряться.

Калибровка датчиков и настройка параметров автопилота

Калибровку автопилота можно сделать почти в любой GCS. В документации Ardupilot она

во всех подробностях. Прежде всего устанавливаем тип рамы. У меня стандартная 4-х моторная компоновка, поэтому это

Quad X

Первый полет лучше все же сделать в ручном режиме. Подключаем и калибруем радиоуправление (приемник и передатчик).

Осталось откалибровать акселерометр и компас.

Для того, чтобы Ardupilot видел и учитывал данные с внешних датчиков, установим необходимые параметры:

Для PX4Flow (калибровка самого датчика и обновление прошивки)

FLOW_ENABLE = 1 (Enabled)FLOW_ADDR = 0 (0 = вариант для стандартного адреса 0х42)

Для лазерного высотомера VL53L0X (инструкция)

RNGFND_TYPE = 16 (VL53L0X)RNGFND_ORIENT = 25 (ориентация дальномера вниз)RNGFND_ADDR = 41 (I2C-адрес в десятичном виде). Адрес датчика по-умолчанию 0x29, что в десятичном виде = 41.RNGFND_SCALING = 1RNGFND_MIN_CM = 5RNGFND_MAX_CM = 120RNGFND_GNDCLEAR = 15 (расстояние от датчика до поверхности, когда дрон стоит на земле)

Для IRLock (подробная инструкция, wiki IR-Lock)

PLND_ENABLED = 1PLND_TYPE = 2PLND_BUS = 1

Для сонара переднего обзора (инструкция)

Настройка и запуск ardupilot

Релизы новых версий Ardupilot немного запаздывают в сборке от Emlid. Если необходимый функционал доступен в самой последней версии, то установить ее из исходников можно

Разработчики Navio добавили в свою сборку простую и удобную утилиту Emlid tool для проверки датчиков и настройки Ardupilot. Сначала проверим, видит ли Raspberry контроллер Navio:

emlidtool info

Если в ответ на эту команду выдает что-то вроде:

Vendor: Emlid Limited
Product: Navio 2
Issue: Emlid 2020-06-05 831f3b08594f2da17dccae980a2e3659115ef71f
Kernel: 4.14.34-emlid-v7 
RCIO firmware: 0xcaec2284

значит видит. Проверим состояние датчиков (покажет список и состояние):

emlidtool test

и драйвера ШИМ-контроллера в ядре Linux:

cat /sys/kernel/rcio/status/alive

0 = не работает, 1 = работает.

Прошивка ШИМ-контроллера обновляется так:

sudo emlidtool rcio update

Теперь настроим Ardupilot:

sudo emlidtool ardupilot

В терминале откроется текстовый GUI с пошаговыми менюшками. Выбираем copter последней версии, тип

arducopter

, автозапуск при включении (

On boot: enable

), старт после настройки (

Ardupilot: start

Выходим через пункт меню Quit.

Проверим запустился ли Ardupilot:

sudo systemctl status arducopter

Обратите внимание, файл запуска в systemd называется

arducopter

, так как настроен был вариант

copter

Теперь нужно настроить Ardupilot так, чтобы он отправлял нам телеметрию. Для этого отредактируем файл конфигурации:

sudo nano /etc/default/arducopter 

В нем должны быть такие строки:

TELEM1="-A udp:127.0.0.1:14550"
ARDUPILOT_OPTS="$TELEM1"

Сохраняем файл (

Ctrl X

, затем

Y

) и перезапускаем Ardupilot:

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart arducopter

Проверить состояние процесса Ardupilot можно такой командой:

sudo systemctl status arducopter

С такими настройками Ardupilot будет транслировать телеметрию (пакеты

) в локальный UDP-порт 14550. Далее, скрипт

(описание ниже) будет забирать оттуда телеметрию и передавать в GCS или скрипт, а также отправлять в обратном направлении пакеты с командами.

Вместо локального адреса и порта можно записать IP-адрес ПК или планшета в локальной сети и пакеты будут транслироваться сразу туда.

Однако, такой подход оправдан, если данные телеметрии больше нигде не используются и у устройства с GCS статический IP адрес. Иначе каждый раз в настройках Ardupilot придется прописывать новый. Чтобы общаться с автопилотом по TCP могли одновременно несколько GCS с динамическими адресами и еще какие-нибудь скрипты на самом бортовом компьютере, удобнее использовать MAVProxy.

Этот скрипт (написан на Python) может получать пакеты MAVLink на локальный UDP-адрес и ретранслировать их на несколько локальных или удаленных IP-адресов как по UDP, так и по TCP. Пакеты передаются в обоих направлениях Ardupilot ⇔ GCS. Кроме того, MAVProxy представляет из себя полноценную GCS, но с текстовым интерфейсом.

Обновление дистрибутива и установка необходимых пакетов

Открываем SSH-клиент и соединяемся с Raspberry (локальный IP-адрес navio вместо

RASPBERRY_IP_ADDRESS

ssh pi@RASPBERRY_IP_ADDRESS

Стандартный пароль:

raspberry

. В первую очередь необходимо расширить файловую систему ОС на весь объем SD-карты:

sudo raspi-config --expand-rootfs

и перегрузиться:

sudo reboot

После перезагрузки, соединяемся еще раз и обновляем дистрибутив:

sudo apt-get update && sudo apt-get dist-upgrade -y

Устанавливаем дополнительные пакеты:

sudo apt-get install autoconf automake libtool pkg-config libgstreamer1.0-dev libgstreamer-plugins-base1.0-dev libraspberrypi-dev gstreamer1.0-tools gstreamer1.0-plugins-good gstreamer1.0-plugins-bad

и компилируем обертку

для

и родной камеры Raspicam:

Относительно дешевый quadcopter на arduino с управлением от телефона, планшета, пк

По для управления дроном на пк и планшетах

Для управления БПЛА используются специальные программы GCS (Ground Control Station). Далее по тексту я буду использовать эту аббревиатуру. Мне по душе пришлась

, мультиплатформенная (Windows, Linux, MacOS, iOS, Android) GCS с открытым исходным кодом, которая стала частью проекта

. Но есть и альтернативы, бесплатные и коммерческие:

(DroidPlanner) для Android,

(iOS),

(iOS). А также консольная

Подключение через wifi

Предусмотрены три варианта, как подключить квадрокоптер к телефону:

Если есть возможность подсоединиться к пульту, — это самый простой вариант. Желательно им и воспользоваться. В пульте установлен более мощный приемник, с радиусом действия до 3 км (как DJI Mavic Mini). Если же подключить Wi-Fi к дрону через мобилку, девайс может отдалиться максимум на 30-50 метров. Сами понимаете, разница очевидна.

Для тех, кто интересуется, как работает Wi-Fi коннект: оба девайса объединяются в общую локальную сеть, где телефон передает данные по управлению дроном, а квадрокоптер принимает и мгновенно отзывается на них. В свою очередь, на мобильном видно, что снимает камера девайса.

Такая система контроля подойдет как для тех, кто только учится управлять квадрокоптерами (часто в дешевых моделях нет пульта). И для тех, кто хочет улучшить опыт съемок.

Продвинутые мобильные приложения для квадрокоптеров расскажут о погоде, силе ветра, разрешенных и запрещенных зонах для съемки и т.д. 

Чем дальше будет улетать дрон, тем больше будет задержка между командой и движением летающего девайса. К примеру, улетев на 50 метров, бюджетная модель будет показывать изображение с задержкой в 2-3 секунды. Особенно остро эти цифры чувствуются в городской среде.

В тему: ТОП-3 лучших производителей дронов — рейтинг производителей квадрокоптеров

Синхронизация смартфона с камерой дрона

Наблюдать за уровнем беспроводного сигнала можно сразу в приложении. В нижней части окна установлен индикатор, он необходимо для фиксации продолжительности записи файлы.

Телеметрия через интернет

Чтобы GCS могла подключиться через интернет к дрону с динамическим IP-адресом, необходим промежуточный сервер со статическим IP, на котором будет запущен скрипт MAVProxy. Для этих целей я воспользовался арендой облачного сервера у одного из известных провайдеров.

Для MAVProxy подойдет самая минимальная конфигурация, но так как у меня этот же сервер будет заниматься ретрансляцией видео, то я выбрал вариант с чуть большей памятью (одно ядро и 1Гб памяти, Ubuntu 18.04). Для минимальной задержки в прохождении данных между бортом и GCS, сервер должен располагаться в максимальной географической близости к дрону и GCS.

Устанавливаем MAVProxy на сервер. Сначала зависимости:

sudo apt-get install python-dev python-opencv python-wxgtk3.0 python-pip python-matplotlib python-pygame python-lxml python-yaml

а потом и сам скрипт через PIP:

sudo pip install MAVProxy

пропишем путь:

Управление дроном с помощью пульта или смартфона на выбор пользователя

Когда коптер подключится к телефону, можно смело приступать к волнующей части работы с дроном — управлением в полете. 

Предусмотрены три варианта работы с устройством через мобилку.

1. Использование виртуальных кнопок внутри интерфейса программыМобилка выступает заменой джойстика.2. Настройка режимов полета и тонкие подстройки камерыТелефон заранее программирует автопилот «рейса», где можно проработать часто используемые или сложные полеты.3.

В целом, управление простое. Мобильные геймеры и вовсе будут как в «своей тарелке». Правят дроном так же, как и самолетом на авиасимуляторе. Если пользователь не особо играет в мобильные игры, он овладеет навыком управления коптером за 10-15 минут с помощью понятных подсказок, указанных в приложении по управлению квадрокоптером.

Четыре совета для начинающих.

1. Не спешите сразу взимать в небо. Первые несколько полетов лучше провести на высоте 2-3 метра.
2. Первые разы лучше запускать дрон подальше от высоток и деревьев — чтобы девайс случайно не врезался в них.
3. Если приложение предлагает включить виброотдачу, следует этим воспользоваться. Прочувствуете управление через пульсацию.
4. Для съемки в полете на превью выставлять минимальное качество изображения. FullHD видео сохраняется на microSD флешку, а вот «пиксельное» превью уменьшит задержку изображения. 

Читайте: 16 уникальных способов применения квадрокоптеров

Установка образа ос на sd-карту

Для нормальной работы автопилота крайне рекомендуется использовать “быстрые” SD-карты (класс 10). Медленные карты памяти не успевают сохранять логи автопилота даже на небольшой частоте, в результате чего они получаются кривыми или вообще не пишутся. Свидетельством этого может быть ошибка “

No IO heartbeat

Установка связи с дроном в локальной сети

Остановим скрипт (

Ctrl C

) и снова запустим его в таком виде:

mavproxy.py --master=udp:127.0.0.1:14550 --out=tcpin:0.0.0.0:5762

С дополнительным параметром

–out=tcpin:0.0.0.0:5762

MAVProxy будет слушать порт 5762 на входящие TCP соединения от GCS. Как только GCS соединиться, пакеты с данными начнут перемещаться между дроном и GCS. Попробуем подключиться с ПК:

Если подключение удалось, то GCS покажет кучу сообщений с требованием откалибровать датчики и загрузит бортовые параметры с их текущими значениями:

Часто возникающие сложности и их решения: таблица

В большинстве случаев коннект квадрокоптера со средством управления проходит без сучка и задоринки. Однако иногда возникают проблемы, которые можно и нужно решать безотлагательно. 

Основные траблы и их решения собраны в таблице:

Только лучшее: ТОП-5 квадрокоптеров (дронов) DJI