अपना उड़ने वाला रोबोट बनाएं

लगभग एक साल पहले, CROC "फ्लाइंग रोबोट" से प्रतियोगिता के बारे में एक संदेश आया था। मेरे लिए एक स्वायत्त उड़ान रोबोट को डिजाइन करने में भाग लेना और अनुभव प्राप्त करना दिलचस्प हो गया। दुर्भाग्य से, मुझे समय की कमी के कारण प्रतियोगिता छोड़नी पड़ी, लेकिन समस्या को हल करने में रुचि बनी रही। संक्षेप में, प्रतियोगिता का काम बिंदु ए से बिंदु बी तक उड़ान भरना था, दीवार में एक छेद के माध्यम से उड़ना और वापस आना।



क्या हुआ और इस स्तर पर कटौती के तहत।


इस समस्या का समाधान स्पष्ट रूप से दो भागों में विभाजित है। पहला यह है कि "दीवार से टकराए बिना कैसे उड़ें", दूसरा उतर रहा है। अंतरिक्ष में रोबोट को उन्मुख करने के लिए, मैंने अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर का उपयोग करने का निर्णय लिया। यह पता चला कि आपको कम से कम 3 सेंसर (नीचे, आगे और बाएं, आगे और दाएं) की आवश्यकता है। लैंडिंग को एक कैमरे की मदद से बाहर ले जाने की योजना बनाई गई थी, लेकिन यह अभी तक इस बिंदु तक नहीं पहुंचा था।

मैं अपने रोबोट को पूरी तरह से स्वायत्त बनाना चाहता था, बोर्ड पर सभी तर्क के साथ। दरअसल, विमान के ले जाने की क्षमता, साथ ही संचालन में आसानी, गिरने के प्रतिरोध और कम कीमत के कारण मुझे एक खिलौना रेडियो-नियंत्रित हेलीकॉप्टर के साथ शिकंजा की सह-अक्षीय व्यवस्था के साथ मॉडल हॉक्सपी LT-711 के लिए नेतृत्व किया। एक साइट पर यह कहा गया था कि वह 50 ग्राम तक भार उठा सकता है। और जैसा कि प्रयोग दिखाया गया है, वास्तव में, पूरी तरह से चार्ज नहीं किया गया है, उन्होंने शांति से आधा मानक एक सौ ग्राम चॉकलेट उठाया।

"दीवार के साथ" उड़ान भरने के लिए, आपको सबसे पहले, ऊंचाई बनाए रखने में सक्षम होना चाहिए। दरअसल, मैं इस पोस्ट में इस सबटैक के समाधान का वर्णन करना चाहता हूं।

हेलीकॉप्टर निकाय आसानी से हटाने योग्य है और आप तुरंत उड़ान नियंत्रण के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स को जिम्मेदार देख सकते हैं। बोर्ड के एक करीबी अध्ययन के बाद, यह पता चला कि आप रेडियो रिसीवर के आउटपुट और डिकोडर के इनपुट के बीच जुड़कर नियंत्रण संकेत के प्रसारण में जा सकते हैं।


1 - रेडियो रिसीवर का उत्पादन (संकेत जो डिकोड किया गया था); 2 - डिकोडर इनपुट (जहां हम उत्पन्न सिग्नल फ़ीड करते हैं); 3 - पृथ्वी; बोर्ड की पीठ पर, 1 और 2 को जोड़ने वाले ट्रैक को काट दिया गया था।

इस प्रकार, आप एक मौजूदा नियंत्रण सर्किट का उपयोग कर सकते हैं, और खरोंच से सब कुछ मिलाप नहीं कर सकते। लेकिन इसके लिए नियंत्रण संकेत से निपटने के लिए आवश्यक था, अर्थात्। रिवर्स इंजीनियरिंग सिग्नल की समस्या को हल करें।



सिग्नल देखने के बाद, मैं विशेषता पैटर्न की पहचान करने में कामयाब रहा। चित्र अंकन के साथ एक विशिष्ट संकेत दिखाता है। नतीजतन, यह स्पष्ट हो गया कि सिग्नल काफी सरल रूप से एन्कोडेड है - चार बाइट्स। नियंत्रण कक्ष के साथ खेलना और सिग्नल परिवर्तनों को देखते हुए, यह पुनर्स्थापित करना संभव था कि सिग्नल का कौन सा भाग किसके लिए जिम्मेदार है। यह निम्नलिखित निकला:


लेफ्टिनेंट - हेलीकॉप्टर के शरीर पर प्रकाश बल्ब चालू / बंद; sm - टर्बो मोड;

सबसे मुश्किल था चेकसम का अनुमान लगाना। यह पता चला कि चेकसम को दो चरणों में माना जाता है - पहले संकेत को बाइट द्वारा संक्षेपित किया जाता है, और फिर बाइट के ऊपरी और निचले आधे हिस्से को परिणाम में अभिव्यक्त किया जाता है।

इस स्तर पर, तैयारी के अधिकांश चरण पूरे हो गए थे और यह माइक्रोकंट्रोलर के लिए हमारे फर्मवेयर लिखना शुरू करने का समय था। मेरे पास एक stm32f4discovery माइक्रोकंट्रोलर काफी समय से पड़ा हुआ था और मैंने इसका उपयोग शुरू करने का फैसला किया। समय का एक महत्वपूर्ण हिस्सा पर्यावरण की स्थापना और समायोजन द्वारा लिया गया था। मेरे पास मैकओएस है, इसलिए मुझे अपने लैपटॉप पर लिनेरो और ओपेनोकैड के साथ एक आर्कोव्स्की टूलचैन स्थापित करना था। परिधीय उपकरणों के साथ काम करने के लिए पुस्तकालय से एक उदाहरण को आधार के रूप में लिया और संशोधित किया गया था। सिग्नल को डीकोडिंग और एन्कोडिंग के लिए सबरूटीन्स को इसमें स्थानांतरित किया गया था। रिसीवर द्वारा प्राप्त सिग्नल को माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्राम द्वारा डिकोड किया जाता है। नियंत्रण क्रियाओं को ऊपर / नीचे, बाएँ / दाएँ घुमाव, आगे / पिछड़े आंदोलन (और अन्य) को अलग-अलग संख्याओं के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। इस बिंदु पर उन्हें संशोधित करना आसान है। इसके बाद, हेलिकॉप्टर के नियमित डिकोडर को मूल प्रारूप और ट्रांसमिशन में एन्कोडिंग किया जाता है।

ऊंचाई मापने की समस्या को हल करने के लिए, एक अल्ट्रासोनिक दूरी मापने वाले सेंसर LV-MAXONAR-EZ0 का उपयोग किया गया था । सेंसर को UART इंटरफ़ेस के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर से जोड़ा गया था और इंच में इसकी दृश्यता के शंकु में ऑब्जेक्ट को दूरी दी।
इस प्रकार, फर्मवेयर ने निम्नलिखित प्रदर्शन किया: ऊंचाई सेंसर से रीडिंग ली, और पीआईडी ​​नियंत्रक का उपयोग करके शिकंजा की घूर्णी गति को नियंत्रित किया ।



सेंसर के संचालन को डीबग करने के लिए, एसटीएम माइक्रोकंट्रोलर्स, एसटीएम स्टूडियो के लिए एक बहुत सुविधाजनक उपकरण है, जो आपको प्रोग्राम को बाधित किए बिना चर के मूल्यों की निगरानी करने की अनुमति देता है। सच है, यह केवल विंडोज के तहत काम करता है, लेकिन एक यूएसबी डिवाइस (डिबग बोर्ड) को फेंकने और एक वर्चुअल मशीन में ड्राइवरों को स्थापित करने में कोई समस्या नहीं थी (मैंने पीडी का इस्तेमाल किया)। परिवर्तन और दृश्य देरी के बिना सिग्नल पूरी तरह से आभासी शेल से गुजरता है, इसलिए सेंसर के व्यवहार की ऑनलाइन निगरानी ने जो कुछ भी हो रहा है उसकी समझ को बहुत सुविधाजनक बनाया।



जब यह परीक्षण उड़ानों के लिए आया, तो यह पता चला कि सभी जोड़े गए इलेक्ट्रॉनिक्स का वजन 50 ग्राम से अधिक है, इसलिए हेलीकॉप्टर ने कम और लगभग तुरंत धीरे-धीरे उड़ान भरी और दुख की बात यह है कि जमीन पर पहुंच गया। मुझे यह सोचना था कि इस सभी इलेक्ट्रॉनिक्स के वजन को कैसे कम किया जाए। मेरे लिए यह संभव नहीं है कि मैं स्वयं बोर्ड पर चिप को सोल्डर करूं, इसलिए डिबग बोर्ड को एक छोटे और हल्के मिनी-एम 4 के साथ एक ही चिप से बदलकर समस्या को हल किया गया। फर्मवेयर को रीप्रोग्राम करने के लिए कोई विशेष आवश्यकता नहीं थी: मापदंडों के एक जोड़े को बदलें और कुछ इस्तेमाल किए गए पिनों के नाम बदलें।



पूरे डिजाइन को डीबग करना पीआईडी ​​नियंत्रक के लिए मापदंडों का चयन करने में शामिल था, लेकिन हेलिकॉप्टर के सबसे सरल गणितीय मॉडल को लिखकर, विसारक प्रणाली के ईयूल मानक विधि द्वारा हल किया गया था, यह स्पष्ट था कि हेलीकॉप्टर कैसे व्यवहार करेगा। यह स्पष्ट था कि वह दोलन करेगा और अंततः स्थिर स्थिति में जाएगा। इसलिए, कंपन स्थिति से जल्दी बाहर निकलने के लिए मापदंडों के चयन में ज्यादा समय नहीं लगा। परीक्षण उड़ानों की प्रक्रिया में, कभी-कभी एक हेलीकॉप्टर को तेजी से लगाया जाना था, इसलिए कई विवरणों को बदलना आवश्यक था। सौभाग्य से, इस हेलीकॉप्टर मॉडल के लिए स्पेयर पार्ट्स खोजने में कोई समस्या नहीं थी। अंतिम चरण ऊंचाई सेंसर से लिए गए डेटा में फ़िल्टरिंग जोड़ना था। उड़ान के दौरान, समय-समय पर हेलीकाप्टर थोड़ा नीचे गिर गया और फिर बस तेजी से उड़ गया। तो, आगे के विकास में पहला कदम टेलीमेट्री रिकॉर्डिंग फ़ंक्शन का कार्यान्वयन होगा। जैसा कि यह निकला, सेंसर कभी-कभी दुर्घटनाग्रस्त हो जाता है और स्पष्ट रूप से गलत मान दिखाता है, लेकिन फ़िल्टरिंग ने इस समस्या को हल किया।

सुविधा के लिए, हेलीकॉप्टर में अब दो मोड हैं। यदि जॉयस्टिक रेंज के ऊपरी आधे हिस्से में है, तो हेलीकॉप्टर एक मीटर की ऊंचाई रखता है, अगर जॉयस्टिक निचले आधे हिस्से में है, तो यह लैंडिंग मोड है।

गिथब कोड

वीडियो

सबसे सरल गणितीय मॉडल

मैट मॉडल, जिसके साथ आप एक PID नियंत्रक के प्रभाव में एक हेलीकाप्टर के व्यवहार की कल्पना कर सकते हैं। क्योंकि मैं पहले इस पार नहीं आया था, फिर अलग-अलग रेखांकन को देखते हुए, आप परीक्षण उड़ानों पर एक हेलीकाप्टर के व्यवहार का अनुमान लगा सकते हैं। पीआईडी ​​नियंत्रक गुणांक को मोड़ना भी आसान है, और यह बहुत समय बचाता है, क्योंकि हर बार मुझे रिफ़्लेक्ट और रिफ़्लेश करना पड़ा।



मॉडल बहुत ही आदिम है, एक आयामी है। अगर किसी के पास सुधार के लिए विचार हैं, तो मुझे सुनकर खुशी होगी।