Знакомство с Микрокоптером (MikroKopter)
21.09.2012 1:09:37
Микрокоптер (MikroKopter) – это многовинтовой коптер (вертолет) с пропеллерами неизменяемого угла атаки. Самая популярная версия многовинтового коптера (мультикоптера) – это квадрокоптер. Ознакомиться с принципами действия таких типов летательных аппаратов можно в Википедии.
Микрокоптер – это проект с открытым программным и аппаратным обеспечением. Несмотря на открытый код и железо, Микрокоптер обладает высокой надежностью и достаточно прост в эксплуатации.
Рисунок 1. MikroKopter базовый набор Quadro XL
Микрокоптер предлагает широкие возможности применения для прикладных исследований в области робототехники. Микрокоптер также широко применяется и для коммерческих целей, в частности, для видеосъемки. Плата навигационного управления и специально написанное программное обеспечение предлагает широкие возможности для видеосъемки с применением программированного GPS маршрута полета и возможности автоматической ориентации камеры на объект съемки. Дальность полета с платой навигации ограничена радиусом 250 метров и может быть расширена при покупки лицензии на коммерческое использование. Программный код платы управления полетом находится в открытом доступе и может быть без проблем изменен и перепрошит.
Теперь по порядку познакомимся с основными компонентами Микрокоптера.
1. Плата управления полетом (Flight-Ctrl) – это сердце системы с полностью открытым кодом и схематикой. Плата оснащена микропроцессором Atmega1284p, датчиками ускорения, высокоточными гироскопами от Analog Devices и барометром MPX4115A. Плата выполнена по четырехслойной технологии, что позволяет очень компактное размещение электронных компонентов.
Рисунок 2. Плата управления полетом (Flight Control board)
2. Мотоконтроллеры (BL-Ctrl) позволяют управлять различными видами бесколлекторных двигателей. Открытый код и возможность обновления программного обеспечения позволяют модернизировать мотоконтроллеры для различных нужд.
Рисунок 3. Мотоконтроллеры версии 1.2 (сверху) и версии 2.0 (снизу)
Существуют две версии мотоконтроллеров, различающихся по нагрузке. Так мотоконтроллеры версии 1.2 предназначены для маломощных двигателей (12 А продолжительной нагрузки и 25 А пиковой), в то время как контроллеры версии 2.0 рассчитаны на работу с такими мощными двигателями, как MK3638 (35А продолжительной нагрузки и 40А пиковой).
Для использования мотоконтроллеров лучше всего применять платы распределения питания. Платы доступны для 2-х видов конфигураций Хекса и Окто (Hexa и Okto). При использовании с мощными моторами необходимо использовать платы с дополнительными радиаторами. Платы для Окто можно также использовать для квадро конфигураций.
Рисунок 4. Платы распределения питания «Hexa» для мало- (верхний левый) и «Hexa-XL» для высокомощных двигателей (верхний правый). Платы распределения питания «Okto» для мало- (нижний левый) и «Okto-XL» для высокомощных двигателей (нижний правый)
3. Плата навигации (Navi-Ctrl) дает возможность оснастить Микрокоптер дополнительными функциями, как, например, контроль ориентации в пространстве по магнитному полю или GPS навигацией по координатам (модуль GPS приобретается отдельно). Она имеет независимый микроконтроллер ARM9 и интегрированный магнитный трехосный компас. Плата предназначена для работы в комплекте с платой управления полетом и, при желании, с GPS модулем. Для записи телеметрии имеется слот под micro-SD карту, что является своего рода черным ящиком для Микрокоптера.
Рисунок 5. Модуль навигации версии 2.0
4. GPS модуль (MK GPS) оснащен чипом u-blox LEA6S и подключается к непосредственно плате навигации. Модуль GPS не имеет независимого микропроцессора и протокол работы с ним реализован в плате навигации. Это означает, что никакой дополнительной работы по конфигурации самого модуля или обновления его программного обеспечения не требуется.
Рисунок 6. Модуль GPS версии 2.1
5. Плата для настройки Микрокоптера (MK USB) может использоваться для конфигурирования и прошивки всех компонентов Микрокоптера, оснащенных микороконтроллерами. Для подключения к компьютеру используется USB интерфейс. Все необходимые кабели подключения включены в комплект. В случае, если Микрокоптер имеет только плату управления полетом, то MK USB подключается к ней. Если же на Микрокоптере установлена плата навигации, то этот модуль подключается к плате навигации через разъем Debug. В специальной программе конфигурирования можно выбрать, с какой платой установить связь. Для прошивки мотоконтроллеров необходимо использовать боковой интерфейс платы MK USB.
Рисунок 7. Плата конфигурирования MK USB
6. Программа конфигурирования Микрокоптера и обновления прошивки (MikroKopterTool) предназнчена для настройки коптера под конкретные задачи. В MikroKopterTool вы можете выбрать какие сенсоры вы хотите использовать, настроить различные режимы и параметры управления коптером, протестировать моторы, и многое другое. MikroKopterTool - незаменимым помощником при отладке коптера.
Рисунок 8. Программа конфигурирования Микрокоптера - MikroKopterTool
Для автономной навигации по GPS координатам можно использовать графический интерфейc MikroKopterTool-OSD. Вызов интерфейса осуществляется нажатие кнопки OSD в MikroKopterTool. Карту в OSD можно загрузить с помощью таких сервисов, как, например, GeoMapTool или OpenStreetMap.
Рисунок 9. MikroKopterTool-OSD для загрузки GPS координат и отслеживания текущей позиции
Программное обеспечение позволяет задавать не только координаты промежуточных точек маршрута (GPS Waypoints), высоту, время пребывания на точке, радиус точки, скорость перемещения между точками и скорость набора высоты. Полезная функция для аэросъемки - возможность задавать координаты точек интереса (Points of Interest), определяющих ориентацию коптера и камеры в пространстве, т.е. эта функция позволяет удерживать объект в поле зрения камеры, облетая его по заданной траектории.
7. Плата телеметрии (MK Bluetooth или MK WI232) служит для передачи данных сенсоров на графический интерфейс MikroKopterTool и загрузки GPS координат в Микрокоптер. Она является беспроводным эквивалентом платы настройки Микрокоптера (MK USB). Радиус действия платы MK WI232 составляет 1500 метров, а платы MK Bluetooth - 500 метров прямой видимости.
Рисунок 10. Модуль Bluetooth версии 2.0 (слева) и WI232 версии 2.0 (справа)
Продолжение следует...
