Csp@scuola uav corso1_lez1

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


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


Scheda Flight Control: layout


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


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


Scheda NaviCtrl connessa al modulo GPS


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


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:


Collegamento dei brushless controller alla scheda FlightCtrrl


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!


Mikrokopter tool: interfaccia

• Menu di configurazione e lettura dati dai sensori di bordo– Pannello di default


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


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


Piattaforma Arducopter

• Arducopter è un progetto per la realizzazione di un UAV quadricottero o elicottero basato sul controllore Ardupilot

• Supporto per navigazione GPS


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


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)


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?


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/


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