Главная » Радиоуправление
Призовой фонд
на май 2017 г.
1. Тестер компонентов MG328
Паяльник
2. Осциллограф DSO138
Паяльник
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Управление квадрокоптером ArDrone 2.0 через ROS с помощью джойстика

Это проект создания управления джойстиком квадрокоптера ArDrone 2.0 c из ROS.

1. Квадрокоптер ArDrone 2.0

Parrot AR.Drone – это радиоуправляемый квадрокоптер, то есть вертолет с четырьмя несущими винтами, размещенных на выносных диагональных балках. Сам AR.Drone работает под управлением операционной системы Linux, а в качестве пульта ДУ к квадрокоптеру может выступать практически любой сенсорный смартфон и планшет на Android или iOS. Дистанция устойчивого управления по Wi-Fi – от 25 до 100 метров и зависит от помещения и погодных условий, если полеты происходят на улице.

ardrone-1.jpgardrone-2.jpg

Квадрокоптер Parrot AR.Drone 2.0 оснащен 4-мя моторами мощностью 14.5 Вт и выдающих 28 500 RPM. В редукторе используются шестерни из нилатрона для понижения шумов, а бронзовые самосмазывающиеся подшипники позволяют всему этому эффективно вращаться. На контроллере каждого мотора используется 8 MIPS AVR CPU, а сам контроллер влагоустойчив. Максимальная скорость полета — 18 км/ч
На борту обновленной версии квадрокоптера установлены 2 видеокамеры:

Фронтальная HD камера выдает 720p, 30 fps с углом объектива в 92 градуса.
Нижняя QVGA камера (320х240), 60 fps с углом объектива 64 градуса. Её AR.Drone так же использует для замерения горизонтальной скорости.

«Мозги» дрона представляют из себя 1GHz ARM Cortex A8 процессор с 800 MHz DSP TMS320DMC64x для видео. 1Гбит DDR2 RAM на 200MHz. И управляется это всё с помощью Linux 2.6.32. Соединение с «пультом» управления (коим являются iOS и Android девайсы) происходит по WiFi. Так что коптер несет на себе WiFi точку.
Ориентация в пространстве происходит за счет 3-х осевого гироскопа, 3-х осевого акселерометра, 3-х осевого магнитометра (магнитный компас), датчика давления и ультразвукового высотомера 

Технические характеристики

Видео возможности:

  • HD Видеокамера реального времени: 720p 30fps
  • Широкоугольная линза: 92 градуса
  • H264 формат кодирования видео
  • Видео передается и записывается на устройство управления или на usb-накопитель
  • Захват и сохранение изображений в JPEG (720p)

Технические характеристики

  • 3х секционная литий-полимерная(LiPo) батарея 1,000 mAH
  • Пропеллеры специальной формы для быстрого маневрирования
  • 4 бесщеточных мотора, 14.5 Ватт и скоростью вращения 28,500 в минуту
  • Малошумные шестерни Nylatron
  • Автоматическая остановка всех винтов при контакте с препятствием
  • Полное программное управление моторами
  • Устойчивый к попаданию воды контроллер мотора
  • Специальная подвеска плат управления, гасящая нагрузки
  • Вес: 380г с корпусом для полетов на улице, 420г - с корпусом для полета в помещении
  • Части вертолета сделаны из износоустойчивого и ударопрочного пластика
  • Любая часть вертолета заменяется с помощью специальных инструментов

Электроника и датчики

  • Процессор 16MHz 32 bit ARM Cortex A8 с 800MHz video DSP TMS320DMC64x
  • Память 16bit DDR2 RAM на 200MHz
  • Контроллеры моторов: 8 MIPS AVR CPU
  • Wi-Fi b/g/n
  • 3х осевой акселлерометр
  • 3х осевой гироскоп с углом вращения 2000 градусов/сек
  • Барометрический датчик с точностью +/- 10 Па (80см над уровнем моря)
  • 60 fps вертикальная QVGA камера для измерения горизонтальной скорости
  • 3х осевой магнитометр с точностью до 6 градусов
  • Ультрозвуковые датчики для измерения высоты полета
  • Операционная система Linux 2.6.32

AR.Drone это непросто квадрокоптер, а квадрокоптер с задумкой под идею дополненной реальности (Augmented Reality Drone). Для него есть игровые приложения дополненной реальности, а еще у него открытый API.

Из-за низкой стоимости, большого количества качественных сенсоров, а так же благодаря открытому API, AR.Drone стал популярной платформой для научных экспериментов и образовательных целей. Он применяется в работах по автоматическому управлению, обучению AI, автономному видеонаблюдению, взаимодействию человек-машина, и т.д.

У меня возникло желание организовать голосовое управление AR.Drone из ROS, чтобы в перспективе он работал в паре с роботом Turtlebot. Но для начала необходимо для подстраховки сделать Ardrone управляемым с удобного устройства. Я решил выбрать джойстик.

2. Драйвер  квадрокоптера ArDrone 2.0 для ROS

Ardrone_autonomy является ROS драйвером для квадрокоптера Parrot ArDrone. Поддерживает квадрокоптеры ArDrone 1.0 и  ArDrone 2.0. Этот пакет является ответвлением пакета ArDrone Brown. Пакет позволяет получать сообщения с датчиков ArDrone, получать изображения с камер, управлять движением квадрокоптера и свечением светодиодов.
Установка пакета ArDrone autonomy. Сначала клонируем код в директорию пакетов (ROS_PACKAGE_PATH — у меня ros_pkgs)

$ cd ~/ros_pkgs
$ git clone https://github.com/AutonomyLab/ardrone_autonomy.git
$ rosstack profile && rospack profile
$ roscd ardrone_autonomy

Далее — компиляция ArDrone SDK 2.0. Запускаем скрипт build_sdk.sh

$ ./build_sdk

Если компиляция прошла успешно — проверяем содержимое каталога lib

$ ls ./lib

Должно быть так:libavcodec.a  libavformat.a    libpc_ardrone_notool.a  libvlib.a
libavdevice.a  libavutil.a    libsdk.a
libavfilter.a  libpc_ardrone.a  libswscale.a
И сборка пакета

rosmake ardrone_autonomy

Для запуска драйвера

rosrun ardrone_autonomy ardrone_driver

Cписок тем для публикации данных драйвера ardrone_autonomy

  • /ardrone/bottom/camera_info
  • /ardrone/bottom/image_raw
  • /ardrone/bottom/image_raw/compressed
  • /ardrone/bottom/image_raw/compressed/parameter_descriptions
  • /ardrone/bottom/image_raw/compressed/parameter_updates
  • /ardrone/bottom/image_raw/theora
  • /ardrone/bottom/image_raw/theora/parameter_descriptions
  • /ardrone/bottom/image_raw/theora/parameter_updates
  • /ardrone/camera_info
  • /ardrone/front/camera_info
  • /ardrone/front/image_raw
  • /ardrone/front/image_raw/compressed
  • /ardrone/front/image_raw/compressed/parameter_descriptions
  • /ardrone/front/image_raw/compressed/parameter_updates
  • /ardrone/front/image_raw/theora
  • /ardrone/front/image_raw/theora/parameter_descriptions
  • /ardrone/front/image_raw/theora/parameter_updates
  • /ardrone/image_raw
  • /ardrone/image_raw/compressed
  • /ardrone/image_raw/compressed/parameter_descriptions
  • /ardrone/image_raw/compressed/parameter_updates
  • /ardrone/image_raw/theora
  • /ardrone/image_raw/theora/parameter_descriptions
  • /ardrone/image_raw/theora/parameter_updates
  • /ardrone/imu
  • /ardrone/land
  • /ardrone/mag
  • /ardrone/navdata
  • /ardrone/reset
  • /ardrone/takeoff
  • /cmd_vel
  • /tf

Список сервисов драйвера ardrone_autonomy

  • /ardrone/bottom/image_raw/compressed/set_parameters
  • /ardrone/bottom/image_raw/theora/set_parameters
  • /ardrone/bottom/set_camera_info
  • /ardrone/flattrim
  • /ardrone/front/image_raw/compressed/set_parameters
  • /ardrone/front/image_raw/theora/set_parameters
  • /ardrone/front/set_camera_info
  • /ardrone/image_raw/compressed/set_parameters
  • /ardrone/image_raw/theora/set_parameters
  • /ardrone/imu_recalib
  • /ardrone/setcamchannel
  • /ardrone/setflightanimation
  • /ardrone/setledanimation
  • /ardrone/togglecam
  • /ardrone_driver/get_loggers
  • /ardrone_driver/set_logger_level

 

Информацию, полученную от квадрокоптера, драйвер публикует в тему ardrone/navdata. Тип сообщения ardrone_autonomy::Navdata
Предоставляется следующая информация
header: ROS message header 

  •    batteryPercent: оставшегося заряда батареи дрона (%)
  •    state: статус ArDropne

   0: не определен  1: Inited  2: на земле 3,7: в полете   4: Hovering  5: Test (?)    6: не включен 8: Landing 9: Looping (?)

  •    rotx: левый / правый наклон в градусах (поворот вокруг оси X)
  •    roty: Вперед / назад, наклон в градусах (поворот вокруг оси Y)
  •    rotz: Ориентация в градусах (поворот вокруг оси Z) 
  •    magX, magY, magZ: магнитометра (только AR-Drone 2,0 ) 
  •    pressure: давление воспринимается барометр дрона  (только AR-Drone 2,0 ) 
  •    temp : температура воспринимается датчиком дрона    
  •    wind_speed: Расчетная скорость ветра  (только AR-Drone 2,0 )
  •    wind_angle: Расчетный угол ветра  (только AR-Drone 2,0 )
  •    wind_comp_angle: Предполагаемый угол компенсации  ветра  (только AR-Drone 2,0 )
  •    altd: Расчетная высота (мм)
  •    vx, vy, vz: Линейная скорость (мм / с)
  •    ax, ay, az: линейное ускорение (G)
  •    tm: Timestamp из данных, возвращаемых Drone

В экспериментальную тему Base публикуются сообщения типа sensor_msg/Imu, выдающие показания линейного ускорения, угловой скорости и ориентации устройчтва по осям x, y, z. 

Камеры

Оба AR-Drone 1,0 и 2,0 оснащен двумя камерами. Одна  фронтальная камера направлена вперед и одна вертикальную камеру вниз. Драйвер ardrone_driver создает три темы  ardrone/image_raw, ardrone/front/image_raw and ardrone/bottom/image_raw.  В каждую из этих тем  публикуются сообщения типа image_transport

Для вывода на камеру (текущую)

rosrun image_view image_view image:=/ardrone/image_raw

или на конкретную (допустим front)

rosrun image_view image_view image:=/ardrone/front/image_raw

Отправка команд для AR-Drone

Взлет — отправка пустого сообщения в тему ardrone/takeoff

Посадка - отправка пустого сообщения в тему ardrone/land

Сборос параметров(аварийная остановка) - отправка пустого сообщения в тему ardrone/reset

rostopic pub /ardrone/land std_msgs/Empty

После взлета для управления движением ArDrone  необходимо посылать сообщения типа geometry_msgs::Twist в  тему cmd_vel
   -Linear.x: двигаться назад
   + Linear.x: двигаться вперед
   -Linear.y: переместить вправо
   + Linear.y: движение влево
   -Linear.z: двигаться вниз
   + Linear.z: двигаться вверх

   -Angular.z: повернуть налево
   + Angular.z: повернуть направо

Диапазон для каждого компонента должно быть от -1,0 до 1,0. Максимальный диапазон может быть настроен с помощью ROS параметры обсуждаются далее в этом документе. Публикация "0" значение для всех компонентов сделает гул держать зависания.

rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist  '{linear:  {x: 0.1, y: 0.0, z: 0.0}, angular: {x: 0.0,y: 0.0,z: 0.0}}'

Светодиодные анимации

Вызов службы ardrone/setledanimation будет вызывать выполнение одной из 14 предопределенных светодиодной анимаций для ArDrone. 
Параметры

  • uint8 типов : тип анимации, который является число в диапазоне [0 .. 13];
  • float32 частоты : частота анимации в Гц;
  • uint8 продолжительность : продолжительность анимации в секундах.

Тип параметра анимации:

  1.    BLINK_GREEN_RED;
  2.    BLINK_GREEN;
  3.    BLINK_RED; 
  4.    BLINK_ORANGE;
  5.    SNAKE_GREEN_RED; 
  6.    FIRE;
  7.    STANDARD;
  8.    RED;
  9.    GREEN;
  10.    RED_SNAKE;
  11.    BLANK;
  12.    LEFT_GREEN_RIGHT_RED;
  13.   LEFT_RED_RIGHT_GREEN;
  14.  BLINK_STANDARD.

Эти анимации можно протестировать в командной строке, например

rosservice call /ardrone/setledanimation 1 4 5

 

Полетные анимации

Вызов  службы ardrone/setflightanimation будет выполнять одну из 20 предопределенных полетных анимаций (полетных фигур) для ArDrone. Параметры:

uint8 типов : тип полета анимация, число в диапазоне [0 .. 19]
uint16 продолжительность : продолжительность анимации. Используйте 0 для длительности по умолчанию (рекомендуется)

  1. ARDRONE_ANIM_PHI_M30_DEG;
  2. ARDRONE_ANIM_PHI_30_DEG;
  3. ARDRONE_ANIM_THETA_M30_DEG; 
  4. ARDRONE_ANIM_THETA_30_DEG;
  5. ARDRONE_ANIM_THETA_20DEG_YAW_200DEG; 
  6. ARDRONE_ANIM_THETA_20DEG_YAW_M200DEG; 
  7. ARDRONE_ANIM_TURNAROUND;
  8. ARDRONE_ANIM_TURNAROUND_GODOWN; 
  9. ARDRONE_ANIM_YAW_SHAKE; 
  10. ARDRONE_ANIM_YAW_DANCE; 
  11. ARDRONE_ANIM_PHI_DANCE;
  12. ARDRONE_ANIM_THETA_DANCE; 
  13. ARDRONE_ANIM_VZ_DANCE; 
  14. ARDRONE_ANIM_WAVE; 
  15. ARDRONE_ANIM_PHI_THETA_MIXED;
  16. ARDRONE_ANIM_DOUBLE_PHI_THETA_MIXED; 
  17. ARDRONE_ANIM_FLIP_AHEAD; 
  18. ARDRONE_ANIM_FLIP_BEHIND; 
  19. ARDRONE_ANIM_FLIP_LEFT;
  20. ARDRONE_ANIM_FLIP_RIGHT.

Эти анимации можно протестировать в командной строке, например

rosservice call /ardrone/setflightanimation 1 0

Полетные анимации можно запустить во время полета ArDrone.

Можно попробовать поуправлять ArDrone и с клавиатуры

rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

Но я бы не советовал - управлять очень трудно - пара жестких падений квадрокоптера заставила меня отказаться от этой идеи. 

Подключаем джойстик

У меня имеелся в наличии джойстик Defender Gamne Racer X7

joystick-ros-1.jpgjoystick-ros-2.jpg

Defender Game Racer X7 имеет 12 кнопок (включая D-Pad и 2 аналоговых джойстика), а также кнопки Turbo, Clear и Home. Устройство поддерживает вибрационную обратную связь, работающую при помощи 2-х вибромоторов. Подключение к компьютеру производится через интерфейс USB. Джойстик может работать в двух режимах, один из которых HID-устройство, другой - контроллер XBOX360 . Переключение производится с помощью кнопки Mode.

Подключаем джойстик к компьютеру с Linux. 

$ ls /dev/input

Джойстик устройства называются по JSX, у меня было наш джойстик js0. Удостоверимся, что джойстик работает.

$ sudo jstest /dev/input/js0

img

На сервере параметров устанавливаем параметр joy_node/dev, где указываем порт подключения нашего джойстика

$ rosparam set joy_node/dev "/dev/input/jsX0"

И запускаем узел joy_node из пакета joy

$ rosrun joy joy_node

И смотрим сообщения, публикуемые в тему joy

img

Создаем новый ROS пакет

$ roscreate-pkg vp_ardrone1 rospy std_msgs ardrone_autonomy joy

Устанавливаем зависимости пакета

$ rosdep install vp_ardrone1

Собираем пакет

$ rosmake vp_ardrone1

Теперь нам необходимо написать скрипт, создающий узел, который будет получать сообщения из темы joy и отправлять команды управления квадрокоптеру Ardrone. Скрипт написан на python.

С помощью джойстика выполняем следующие команды

  • взлет,
  • посадка,
  • движение (вверх, вниз, влево, вправо, вверх, вниз, поворот) со скоростью отклонения джойстиков,
  • зависание,
  • светодиодные анимации 0-13,
  • полетные анимации 0-14 из 19 ,кроме сальто(для включения сальто поменяйте строку num2=min(num2+1,14) на num2=min(num2+1,18).

Текущие значение led-анимации и flight-анимации хранятся на сервере параметров (параметры joystick_num1 и joystick_num2). Последние значения данных, отправляемых в тему cmd_vel также хранятся на сервере параметров (параметр ). Вот его содержимое (nodes/ros_ardrone1_joystick_to_move.py).

#!/usr/bin/env python
#-*-coding:utf-8 -*-

import roslib; roslib.load_manifest('vp_ardrone1')
import rospy
import subprocess
import shlex
import time

from ardrone_autonomy.msg import *
from ardrone_autonomy.srv import *
from sensor_msgs.msg import Joy
from std_msgs.msg import String
from std_msgs.msg import Empty
from std_msgs.msg import Int32
from geometry_msgs.msg import Twist


def controller(data):

    # проверка takeoff - кнопка start/10
    if(data.buttons[7]==1):  # взлет
        rospy.loginfo("взлет")
        pub1=rospy.Publisher('ardrone/takeoff', Empty)
        pub1.publish()
        time.sleep(1)
    elif(data.buttons[6]==1):  # посадка- кнопка back/9
        rospy.loginfo("посадка")
        pub1=rospy.Publisher('ardrone/land', Empty)
        pub1.publish()
        time.sleep(1)
    elif(data.buttons[1]==1):  # следующая led анимация - кнопка B2
        num1=rospy.get_param("joystick_num1")
        num1=min(num1+1,13)   # 0...13 
        rospy.set_param("joystick_num1",num1)
        serv1=rospy.ServiceProxy('ardrone/setledanimation', LedAnim)
        res1=serv1(num1,1,5);
        rospy.loginfo("next led анимация"+str(num1))
        rospy.loginfo(res1)
        time.sleep(1)
    elif(data.buttons[0]==1):  # предыдущая led анимация - кнопка A1
        num1=rospy.get_param("joystick_num1")
        num1=max(num1-1,0)   # 0...13 
        rospy.set_param("joystick_num1",num1)
        serv1=rospy.ServiceProxy('ardrone/setledanimation', LedAnim)
        res1=serv1(num1,1,5);
        rospy.loginfo("prev led анимация"+str(num1))
        rospy.loginfo(res1)
        time.sleep(1)

    elif(data.buttons[5]==1):  # завис - кнопка RB6
        pub3=rospy.Publisher('cmd_vel', Twist)
        odom=Twist()
        odom.linear.x=0.0
        odom.linear.y=0.0
        odom.linear.z=0.0
        odom.angular.x=0.0
        odom.angular.y=0.0
        odom.angular.z=0.0
        pub3.publish(odom)
        rospy.loginfo("завис!!!!")
        time.sleep(1)

    elif(data.buttons[3]==1):  # следующая полетная анимация - кнопка Y4
        num2=rospy.get_param("joystick_num2")
        num2=min(num2+1,14)   # 0...18 (ограничено flip)
        rospy.set_param("joystick_num2",num2)
        serv1=rospy.ServiceProxy('ardrone/setflightanimation',FlightAnim)
        res1=serv1(num2,0);
        rospy.loginfo("next полетная анимация"+str(num2))
        rospy.loginfo(res1)
        time.sleep(1)
    elif(data.buttons[2]==1):  # предыдущая полетная анимация - кнопка X3
        num2=rospy.get_param("joystick_num2")
        num2=max(num2-1,0)   # 0...18 (ограничено flip)
        rospy.set_param("joystick_num2",num2)
        serv1=rospy.ServiceProxy('ardrone/setflightanimation',FlightAnim)
        res1=serv1(num2,0);
        rospy.loginfo("prev - полетная анимация"+str(num2))
        rospy.loginfo(res1)
        time.sleep(1)

    elif(data.axes[0]!=0.0 or data.axes[1]!=0.0 or data.axes[3]!=0.0 or data.axes[4]!=0.0):  # управление
        pub3=rospy.Publisher('cmd_vel', Twist)
        joistick_prev_odom=rospy.get_param("joystick_prev_odom")
        odom=Twist()
        odom.linear.x=data.axes[1]
        odom.linear.y=data.axes[0]
        odom.linear.z=data.axes[4]
        odom.angular.x=0.0
        odom.angular.y=0.0
        odom.angular.z=data.axes[3]
        pub3.publish(odom)
        joistick_prev_odom[0]=data.axes[0]
        joistick_prev_odom[1]=data.axes[1]
        joistick_prev_odom[2]=data.axes[2]
        joistick_prev_odom[3]=data.axes[3]
        joistick_prev_odom[4]=data.axes[4]
        joistick_prev_odom[5]=data.axes[5]
        rospy.set_param("joystick_prev_odom",joistick_prev_odom)
        rospy.loginfo("движение!!!!")
    else:             # останов джойстиками
        joistick_prev_odom=rospy.get_param("joystick_prev_odom")
        odom=Twist()
        if(joistick_prev_odom[0]!=data.axes[0] or joistick_prev_odom[1]!=data.axes[1] or 
           joistick_prev_odom[3]!=data.axes[3] or joistick_prev_odom[4]!=data.axes[4]):
             pub3=rospy.Publisher('cmd_vel', Twist)
             odom.linear.x=0.0
             odom.linear.y=0.0
             odom.linear.z=0.0
             odom.angular.x=0.0
             odom.angular.y=0.0
             odom.angular.z=0.0
             pub3.publish(odom)
             joistick_prev_odom[0]=0.0
             joistick_prev_odom[1]=0.0
             joistick_prev_odom[2]=0.0
             joistick_prev_odom[3]=0.0
             joistick_prev_odom[4]=0.0
             joistick_prev_odom[5]=0.0
             rospy.set_param("joystick_prev_odom",joistick_prev_odom)
             rospy.loginfo("останов по джойстику!!!!")
             
    #  
    #rospy.loginfo(data.axes)
    #rospy.loginfo(data.buttons)   
      
def listener():
   rospy.init_node('joyctick')
   if not rospy.has_param("joystick_num1"):
     rospy.set_param("joystick_num1",0) 
   if not rospy.has_param("joystick_num2"):
     rospy.set_param("joystick_num2",0) 
   if not rospy.has_param("joystick_prev_odom"):
     rospy.set_param("joystick_prev_odom",[0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]) 
   
   sub = rospy.Subscriber("joy",Joy,controller)
   rospy.spin()
 
if __name__ == '__main__':
   listener()
   

Запускаем

$ rosrun vp_ardrone1 ros_ardrone1_joystick_to_move.py
Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 04.03.2013 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Аренда квадрокоптера купить радиоуправляемый квадрокоптер.

Комментарии (0) | Я собрал (0) | Подписаться

Статью еще никто не комментировал. Вы можете стать первым.
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор 4WD Kit Bluetooth
Набор 4WD Kit Bluetooth
Катушка Тесла Модуль измерения тока на ACS712 (30А)
вверх