Een zelfrijdende boot bouwen (ArduPilot Rover) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Fusion 360-projecten »

Weet je wat cool is? Onbemande zelfrijdende voertuigen. Ze zijn zelfs zo cool dat wij (mijn uni-collega's en ik) er in 2018 zelf een begonnen te bouwen. Dat is ook de reden waarom ik dit jaar op pad ging om het eindelijk in mijn vrije tijd af te maken.

In deze Instructable wil ik dit project met u delen en u ertoe brengen uw eigen zelfrijdende voertuig te bouwen. Ik heb ook een kleine YouTube-video gemaakt die het oppervlak van het project krast en je een snel overzicht geeft van alle ongelukken onderweg. Dit Instructable is de bijbehorende gids die uitlegt hoe dit ding echt werkt.

Voor wie is dit Instructable en hoe het te lezen?

Dit Instructable heeft eigenlijk twee doelen. Eerst en vooral wil ik delen wat ik heb gebouwd en geleerd en jullie interesseren in het bouwen van zelfrijdende voertuigen. Het secundaire doel is om het project en de meeste details te documenteren, zodat de volgende studentengroep op mijn oude universiteit, die het project oppakt, weet wat er aan de hand is.

Als je hier gewoon voor de lol bent, kun je details zoals parameterlijsten en nauwkeurige bedradingsschema's negeren. Ik zal proberen de stappen in het begin erg algemeen te houden, zodat ze kunnen worden toegepast op elke ArduPilot RC-boot en de details aan het einde kunnen plaatsen.

Het project is in twee delen voltooid en de Instructable volgt dezelfde structuur. Ik ga naar het eerste deel verwijzen als de "spieren", omdat het alle vermogenselektronica en de romp van de boot omvat. Dan ga ik over de "Brain" gaan, dat is een kleine doos bovenop de boot, die de hoofdcontroller bevat en alle zender-dingen van de ontvanger.

De oorsprong van de Kenterprise

Oké, hier is het achtergrondverhaal van dit project, als je het nog niet in de video hebt gehoord. Dit project begon in 2018 toen ik nog op de universiteit zat. We waren aan het einde van het 4e semester en gingen richting het 5e. Bij onze universiteit doe je ongeveer 6 maanden een teamproject. Je kunt kiezen uit een lijst met voorbereide projecten (grote kans op een goed cijfer) of je eigen project starten (voor zover ik weet heeft niemand dit ooit gedaan). Je krijgt ook 12 studiepunten voor dit project, wat het evenveel waard is als de bachelorscriptie. Op deze manier kan falen echt een verschil maken in je totaalcijfer.

Ik besloot natuurlijk om een project helemaal opnieuw te beginnen en vond 4 arme zielen om me te volgen op deze reis naar een afvalcontainerbrand van een teamproject. We begonnen met de minimaal vereiste teamgrootte van 5 personen, maar 2 van ons vertrokken later. We kregen ook 1500€, MAAR die mochten we niet uitgeven aan die mooie chinese webshops die altijd de nieuwste en beste elektronica hebben. In plaats daarvan waren we gebonden aan goede oude Duitse elektronicaleveranciers. Spoiler: Het is bijna onmogelijk om op deze manier zelfrijdende bootcomponenten te krijgen.

Het originele idee

Toen we een idee voor het project bedachten, dachten we erover om iets met drones te doen, omdat drones gewoon het coolste ding ooit zijn. Normale vliegende drones zijn echter al een ding en we wilden iets nieuws bouwen. Dus besloten we om een droneboot te bouwen. We kregen dit idee vanwege een nabijgelegen meer.

Het meer heeft een oppervlakte van 12 km ^ 2 en is meestal slechts 1,5 m diep. Dit betekent dat het in de zomermaanden opwarmt, terwijl er ook minder water in zit. Je weet welke levensvorm van warm water houdt: cyanobacteriën, in duitsland ook wel blauwe algen genoemd. Onder de juiste omstandigheden kunnen deze dingen zich in een mum van tijd voortplanten en grote gebieden bedekken, terwijl ze gifstoffen produceren die zowel mens als dier kunnen schaden. Het doel van de boot was om regelmatig het oppervlak van het meer te vegen en de algenconcentratie te meten. Vervolgens kunnen de verzamelde gegevens worden afgedrukt naar een heatmap om te begrijpen onder welke omstandigheden algen zich opstapelen en ook om realtime waarschuwingen te geven aan de lokale bevolking en toeristen.

Nog een spoiler: we hebben nooit een meeteenheid voor blauwe algen kunnen bouwen en deze op een boot kunnen monteren, aangezien dergelijke samenstellingen erg duur zijn en gewoonlijk worden ondergebracht in een rek van 1mx1mx2m op een schip, wat een onpraktische maat is voor een 1m lange boot. De nieuwe focus is om automatisch en goedkoop dieptekaarten van het meer te maken, zodat de lokale bioloog kan zien hoe de bodem van het meer in de loop van de tijd verandert. Op dit moment is het scannen erg kostbaar vanwege de noodzakelijke handarbeid.

Een neerwaartse spiraal

Terug naar het verhaal. In de eerste twee maanden van het verzamelen van achtergrondkennis en planning hebben we nagedacht over wat zo'n boot nodig zou hebben: een romp, een elektrische aandrijflijn, zelfrijdende mogelijkheden, internetbeheer, …. Toen besloot ik dat we bijna alles zelf moesten bouwen met de focus op autonoom rijden. Dit was een slecht idee, een idee dat vrijwel gedoemd was te mislukken en raad eens wat het deed? Precies, 6 maanden later hadden we onze tijd en zweet gestoken in een enorme RC-boot, de Kenterprise (Infographic in afbeelding 4). Onderweg worstelden we met beperkt geld, geen beschikbare elektronica en slecht teammanagement, waar ik de meeste verantwoordelijkheid voor neem.

Dus daar was hij dan, de Kenterprise, een autonoom meetvoertuig dat noch autonoom was, noch iets meet. Niet echt een succes zoals je ziet. We werden gegrild tijdens onze eindpresentatie. Gelukkig erkende onze professor ons gehoord werk en gaf ons nog steeds een goed cijfer, slechter dan welke andere projectgroep dan ook in de afgelopen jaren, maar oké.

De upgrade van 2020

Ik zou overwegen om dit studentenproject een absolute afvalcontainerbrand te noemen, maar zoals het oude gezegde luidt: "de littekens van een afvalcontainerbrand maken je sterker". Deze ervaring heeft me echt geholpen om mijn doelen op de juiste manier te schalen en gefocust te blijven in al mijn volgende projecten. Ik hou ook nog steeds van het idee van een onbemand voertuig dat biologen kan helpen bij het onderzoeken van meren en de algemene aantrekkingskracht van het bouwen van een zelfrijdende boot. Daarom wilde ik het nu, een jaar later, afmaken met mijn nieuw opgedane FPV drone kennis, het mooie Open Source Project ArduPilot en de kracht van goedkope elektronica sites.

Het doel was niet om er een volwaardige meetboot van te maken, maar om alle systemen aan de praat te krijgen en een stuurautomaat te installeren. Het hoeft niet perfect te zijn. Ik wilde deze boot zelf zien rijden als een proof of concept.

De autonome boot WORKING geef ik dan door aan de universiteit voor toekomstige projecten zoals het in kaart brengen van de zeebodem. Overigens was ik niet de enige. Mijn vriend Ammar, die in 2018 ook in de projectgroep zat, heeft me geholpen met het testen van de boot.

Zonder verder oponthoud, laten we erop ingaan

Stap 1: Spieren: de romp

De romp is het grootste deel van de boot. Niet alleen vanwege de enorme afmetingen (100cm*80cm), maar ook omdat het veel tijd kostte om deze aangepaste structuur te bouwen. Als ik het opnieuw zou doen, zou ik zeker voor de plankonderdelen gaan. Een kant-en-klare RC-boot zat er voor ons helaas niet in, aangezien die boten een zeer beperkt laadvermogen hebben. Iets als een bodyboard of een surfplank of gewoon een paar PVC-buizen uit de ijzerhandel zou een veel eenvoudigere oplossing zijn geweest die ik alleen maar kan aanbevelen.

Hoe dan ook, onze romp begon met een 3D-model in Fusion 360. Ik heb een zeer gedetailleerd model gemaakt en heb meerdere iteraties doorlopen voordat we het daadwerkelijk begonnen te bouwen. Ik heb ervoor gezorgd dat elk onderdeel in het model de juiste gewichten heeft en zelfs het interieur gemodelleerd. Hierdoor kon ik het geschatte gewicht van de boot weten voordat ik hem bouwde. Ik heb ook een paar kalibraties van het drijfvermogen gedaan door een "waterlijn" in te voegen, het voertuig ermee door te snijden en het volume onder water te berekenen. De boot is een catamaran omdat dit type voertuig een hogere stabiliteit belooft dan een boot met een enkele romp.

Na een hoop modelleeruren begonnen we de boot tot leven te brengen door de basisvorm van de twee rompen uit polystyreenplaten te snijden. Daarna werden ze op maat gesneden, gaten gevuld en we hebben veel geschuurd. De brug die de twee rompen met elkaar verbindt, is niet meer dan een grote houten kist.

We hebben alles bedekt met 3 lagen glasvezel. Deze stap duurde ongeveer 3 weken en omvatte dagen van handmatig schuren om een fatsoenlijk glad oppervlak te krijgen (0/10 zou niet aanbevelen). Daarna hebben we het in een mooie gele kleur geverfd en de naam "Kenterprise" toegevoegd. De naam is een combinatie van het Duitse woord "kentern", wat zich vertaalt naar zinken en het Star Trek-ruimteschip "USS Enterprise". We dachten allemaal dat deze naam absoluut geschikt is voor het wangedrocht dat we hebben gecreëerd.

Stap 2: Spieren: voortstuwingssysteem

Een boot zonder motoren of zeilen heeft de vaareigenschappen van een stuk drijfhout. Daarom moesten we een voortstuwingssysteem toevoegen aan de lege romp.

Ik wil je nog een spoiler geven: de motoren die we kiezen zijn veel te krachtig. Ik ga de huidige oplossing en de tekortkomingen ervan beschrijven en ook een alternatief aandrijfsysteem voorstellen.

De huidige oplossing

We wisten niet echt hoeveel stuwkracht de boot nodig had, dus kochten we twee van deze racebootmotoren. Elk van deze is bedoeld om een 1 meter lange RC-raceboot van stroom te voorzien en de bijbehorende elektronische snelheidsregelaar (ESC) kan continu 90A leveren (dit verbruik zou een grote auto-accu in een uur leegtrekken).

Ze hebben ook waterkoeling nodig. Gewoonlijk zou je gewoon de ESC en de motor met wat slangen verbinden, de inlaat aan de voorkant van de boot plaatsen en de uitlaat voor de schroef plaatsen. Op deze manier trekt de propeller het meerwater door het koelsysteem. Het meer in kwestie is echter niet altijd schoon en deze oplossing kan het koelsysteem verstoppen en een motorstoring veroorzaken terwijl u op het meer bent. Daarom hebben we gekozen voor een interne koellus die het water door een warmtewisselaar bovenop de romp pompt (afbeelding 3).

Voorlopig heeft de boot twee waterflessen als reservoir en geen warmtewisselaar. De reservoirs verhogen eenvoudig de thermische massa, zodat de motoren veel langer nodig hebben om op te warmen.

De motoras is verbonden met de schroef door middel van twee kruiskoppelingen, een as en een zogenaamde hekbuis, die bedoeld is om het water buiten te houden. U ziet een zijaanzicht van dit samenstel in de tweede afbeelding. De motor is schuin gemonteerd met een 3D-geprinte houder en de rekwisieten zijn ook afgedrukt (omdat ik de oude heb gebroken). Ik was behoorlijk verrast om te horen dat deze rekwisieten de krachten van de motoren kunnen weerstaan. Om hun sterkte te ondersteunen heb ik de bladen 2 mm dik gemaakt en met 100% vulling geprint. Het ontwerpen en afdrukken van de rekwisieten is eigenlijk een vrij coole mogelijkheid om verschillende soorten rekwisieten uit te proberen en de meest efficiënte te vinden. Ik heb de 3D-modellen van mijn rekwisieten bijgevoegd.

Een mogelijk alternatief

Testen toonden aan dat de boot slechts 10-20% van het gasbereik nodig heeft om langzaam te bewegen (bij 1m/s). Direct naar 100% gas gaan veroorzaakt een enorme stroompiek, die de hele boot volledig uitschakelt. Ook de eis van een koelsysteem is behoorlijk vervelend.

Een betere oplossing zouden zogenaamde stuwraketten kunnen zijn. Bij een boegschroef is de motor direct verbonden met de propeller. Het geheel wordt dan ondergedompeld en dus afgekoeld. Hier is een link naar een kleine boegschroef met de bijbehorende ESC. Dit kan een maximale stroom van 30 A leveren, wat een meer geschikte maat lijkt. Het zal waarschijnlijk veel kleinere stroompieken veroorzaken en het gaspedaal hoeft niet zo veel te worden beperkt.

Stap 3: Spieren: Sturen

Voortstuwing is gaaf, maar een boot moet ook draaien. Er zijn meerdere manieren om dat te bereiken. De twee meest voorkomende oplossingen zijn Roeren en differentiële stuwkracht.

Rudders leek een voor de hand liggende oplossing, dus gingen we ervoor. Ik heb een roerconstructie in Fusion gemodelleerd en de roeren, scharnieren en een servobevestiging in 3D geprint. Voor de servo's kozen we twee grote 25kg servo's om ervoor te zorgen dat de relatief grote roeren de weerstand van het water konden weerstaan. Vervolgens werd de servo in de romp geplaatst en aan de buitenkant via een gat met dunne draden verbonden met het roer. Ik heb een video bijgevoegd van de roeren in actie. Het is best aangenaam om deze mechanische montage te zien bewegen.

Hoewel de roeren er geweldig uitzagen, onthulden de eerste testritten dat de draaicirkel met hen rond de 10 meter is, wat gewoon verschrikkelijk is. Bovendien hebben de roeren de neiging om los te koppelen van de servo's, waardoor de boot niet meer kan sturen. Het laatste zwakke punt is het gat voor die draden. Dit gat lag zo dicht bij het water dat het bij het achteruitrijden onder water kwam te staan, waardoor de binnenkant van de romp onder water kwam te staan.

In plaats van te proberen die problemen op te lossen, heb ik de roeren allemaal samen verwijderd, de gaten gesloten en voor een differentiële stuwkrachtoplossing gegaan. Met differentiële stuwkracht draaien de twee motoren in de tegenovergestelde richting om het voertuig te laten draaien. Omdat de boot bijna even breed als kort is en de motoren ver van het midden zijn geplaatst, is het mogelijk om ter plekke te draaien. Het vereist slechts een klein beetje configuratiewerk (programmeren van de ESC's en de hoofdcontroller). Houd er rekening mee dat een boot die differentiële stuwkracht gebruikt, in cirkels ronddraait als een van de motoren uitvalt. Ik heb dat misschien een of twee keer meegemaakt vanwege het huidige piekprobleem dat in de vorige stap is beschreven.

Stap 4: Spieren: batterij

Voor mij lijkt het alsof RC-componenten, zoals die in deze boot worden gebruikt, door vrijwel alles kunnen worden aangedreven, van een horlogebatterij tot een kerncentrale. Uiteraard is dit een beetje overdreven, maar ze hebben een vrij breed spanningsbereik. Dit bereik wordt niet in de datasheets geschreven, althans niet in Volt. Het zit verstopt in de S-rating. Deze classificatie beschrijft hoeveel batterijcellen in serie het aankan. In de meeste gevallen verwijst het naar Lithium Polymere (LiPo) cellen. Die hebben een spanning van 4,2V als ze volledig zijn opgeladen en een spanning van ongeveer 3V als ze leeg zijn.

De motoren van de boten beweren 2s tot 6s aan te kunnen, wat zich vertaalt naar een spanningsbereik van 6V tot 25,2V. Hoewel ik de bovengrens niet altijd zou vertrouwen, omdat van sommige fabrikanten bekend is dat ze componenten op hun borden plaatsen die alleen lagere spanningen aankunnen.

Dit betekent dat er een grote verscheidenheid aan bruikbare batterijen is, zolang ze maar de vereiste stroom kunnen leveren. En ik heb eigenlijk een paar verschillende batterijen doorgenomen voordat ik een goede bouwde. Hier is een kort overzicht van de drie batterij-iteraties die de boot (tot nu toe) heeft doorgemaakt.

1. LiPo-batterijpakket

Toen we de boot planden, hadden we geen idee hoeveel energie het zou verbruiken. Voor de eerste accu hebben we ervoor gekozen om een pakket te bouwen uit de bekende 18650 Lithium Ion cellen. We hebben ze gesoldeerd in een 4S 10P-pakket met behulp van nikkelstrips. Dit pakket heeft een spanningsbereik van 12V tot 16,8V. Elke cel heeft 2200mAh en heeft een maximale ontlaadsnelheid van 2C (vrij zwak), dus 2*2200mA. Omdat er 10 cellen parallel zijn geschakeld, kan hij piekstromen leveren van slechts 44A en heeft hij een capaciteit van 22Ah. We hebben het pakket ook uitgerust met een batterijbeheerbord (later meer over BMS) dat zorgt voor het balanceren van de lading en de stroom beperkt tot 20A.

Bij het testen van de boot bleek dat 20A max. stroom waaaaay minder is dan de motoren verbruiken en het BMS sneed constant de stroom af als we niet voorzichtig waren met de gashendel. Daarom heb ik besloten om het BMS te overbruggen en de batterij rechtstreeks op de motoren aan te sluiten om de volledige 44 Ampère te krijgen. Slecht idee!!! Terwijl de batterijen iets meer vermogen wisten te leveren, konden de nikkelstrips, die de cellen met elkaar verbinden, het niet aan. Een van de verbindingen smolt en veroorzaakte rookontwikkeling in het houten interieur van de boot.

Ja, dus deze batterij was niet echt geschikt.

2. Auto-accu

Voor mijn proof of concept van 2020 besloot ik een grotere batterij te gebruiken. Ik wilde echter geen extra geld uitgeven, dus gebruikte ik een oude auto-accu. Accu's van auto's zijn niet bedoeld om volledig te worden ontladen en weer opgeladen, ze moeten altijd volledig worden opgeladen en alleen worden gebruikt voor een korte stroomstoot om een motor te starten. Daarom worden ze startaccu's genoemd. Door ze als batterij voor een RC-voertuig te gebruiken, wordt hun levensduur aanzienlijk verkort. Er is een ander type loodaccu dat vaak dezelfde vormfactor heeft en speciaal is ontworpen om meerdere keren te worden ontladen en weer opgeladen, een zogenaamde Deep Cycle-accu.

Ik was me terdege bewust van de tekortkomingen van mijn batterij, maar ik wilde de boot snel testen en de batterij was toch al oud. Nou, het heeft 3 cycli overleefd. Nu zakt de spanning van 12V naar 5V wanneer ik gas geef.

3. LiFePo4-batterijpakket

"Derde keer is een charme" is wat ze zeggen. Omdat ik mijn eigen geld nog steeds niet wilde uitgeven, vroeg ik mijn universiteit om hulp. En ja hoor, ze hadden al die tijd mijn droombatterij. Onze Uni doet mee aan de "Formula Student Electic" competitie en heeft daarom een elektrische raceauto. Het raceteam schakelde eerder over van LiFePo4-cellen naar 18650 LiPo-cellen omdat ze lichter zijn. Ze hebben dus een voorraad van meerdere gebruikte LiFePo4-cellen die ze niet meer nodig hebben.

Die cellen verschillen van LiPo- of LiIon-cellen in hun spanningsbereik. Ze hebben een nominale spanning van 3,2V en deze varieert van 2,5V tot 3,65V. Ik heb 3 van die 60Ah-cellen samengevoegd tot een 3S-pakket. Dit pakket kan piekstromen van 3C aka leveren. 180A en heeft een maximale spanning van slechts 11V. Ik besloot voor een lagere systeemspanning te gaan om de motorstroom te verlagen. Met dit pakket kon ik eindelijk meer dan 5 minuten met de boot rijden en de zelfrijdende capaciteiten testen.

Een woord over het opladen van batterijen en veiligheid

Batterijen concentreren energie. Energie kan worden omgezet in warmte en als deze warmte de vorm aanneemt van een batterijbrand, heb je een probleem. Behandel batterijen daarom met het respect dat ze verdienen en voorzie ze van de juiste elektronica.

Batterijcellen hebben 3 manieren om dood te gaan.

1. Ontladen tot onder hun minimale spanningswaarde (koude dood)
2. opladen boven hun maximale nominale spanning (kan zwelling, brand en explosies veroorzaken)
3. te veel stroom trekken of ze kortsluiten (dus ik moet echt uitleggen waarom dit slecht kan zijn)

Een batterijbeheersysteem voorkomt al die dingen, daarom zou je ze moeten gebruiken.

Stap 5: Spieren: bedrading

De bedrading voor het spiergedeelte wordt getoond in de eerste afbeelding. Aan de onderkant hebben we de batterij die moet worden gezekerd met een geschikte zekering (op dit moment is die er niet). Ik heb twee externe contacten toegevoegd om een oplader aan te sluiten. Het zou een goed idee zijn om die te vervangen door een goede XT60-connector.

Dan hebben we een grote batterijschakelaar, die de rest van het systeem met de batterij verbindt. Deze schakelaar heeft een echte sleutel en laat me je vertellen, het is zo bevredigend om eraan te draaien en de boot tot leven te zien komen.

De hersenen zijn verbonden met de aarde van de batterijen, terwijl de ESC's en servo's worden gescheiden door een shuntweerstand. Hierdoor kan de stroom worden gemeten via de kleine oranje aansluiting, omdat deze een kleine spanningsval over de shuntweerstand veroorzaakt. De rest van de bedrading is gewoon rood naar rood en zwart naar zwart. Omdat de servo's niet echt meer worden gebruikt, kunnen ze gewoon worden genegeerd. De koelpompen zijn het enige onderdeel van de boot dat precies 12V nodig heeft en ze lijken niet goed te werken als de spanning hoger of lager is. Daarom hebben ze een regelaar nodig als de batterijspanning hoger is dan 12V of een step-up-converter als deze lager is.

Met roerbesturing zouden beide ESC-signaaldraden naar hetzelfde kanaal in de hersenen gaan. Maar de boot gebruikt nu differentiële stuwkracht aka. slipbesturing, dus elke ESC moet zijn eigen aparte kanaal hebben en de servo's zijn helemaal niet nodig.

Stap 6: Hersenen: componenten

Het brein is een grote doos vol interessante elektronica. Veel daarvan zijn te vinden in FPV-racedrones, en sommige zijn zelfs uit mijn eigen drone gehaald. De eerste afbeelding toont alle elektronische modules. Ze zijn netjes op elkaar gestapeld met behulp van messing PCB-afstandhouders. Dat is mogelijk omdat FPV-componenten worden geleverd in speciale vormfactoren die de stack-site worden genoemd. Van onder naar boven bevat onze stapel het volgende:

Stroomverdeelbord (PDB)

Dit ding doet precies wat de naam aangeeft en verdeelt de kracht. Er komen twee draden van de batterij binnen en het biedt meerdere soldeerpads om verschillende modules op de batterij aan te sluiten. Deze PDB biedt ook een 12V- en een 5V-regelaar.

Vluchtcontroller (FC)

De vluchtcontroller voert de ArduPilot Rover-firmware uit. Het doet verschillende dingen. Het bestuurt de motorcontrollers via verschillende PWM-uitgangen, het bewaakt de batterijspanning en -stroom, het maakt verbinding met de verschillende sensoren en invoer- en uitvoerapparaten en het beschikt ook over een gyroscoop. Je zou kunnen zeggen dat deze kleine module het eigenlijke brein is.

RC-ontvanger

De ontvanger is aangesloten op een afstandsbediening. In mijn geval is het een FlySky-afstandsbediening voor RC-vliegtuigen die tien kanalen heeft en zelfs tweerichtingscommunicatie tot stand brengt, zodat de afstandsbediening ook signalen van de ontvanger kan ontvangen. De uitgangssignalen gaan rechtstreeks naar de FC via een enkele draad met behulp van het zogenaamde I-bus-protocol.

Videozender (VTX)

De hersendoos is voorzien van een kleine analoge camera. Het videosignaal van de camera wordt doorgegeven aan de FC die een on-screen display (OSD) aan de videostream toevoegt, met informatie zoals de batterijspanning. Het wordt vervolgens doorgegeven aan de VTX die het doorstuurt naar een speciale 5,8 GHz-ontvanger aan de andere kant. Dit onderdeel is niet strikt noodzakelijk maar het is wel gaaf om te kunnen zien wat de boot ziet.

Bovenop de doos bevinden zich een aantal antennes. Een is van de VTX, twee van de RC-ontvanger. De andere twee antennes zijn de volgende componenten.

Telemetriemodule

De 433MHz-antenne hoort bij een telemetriemodule. Deze kleine zender is een input/output-apparaat dat de vluchtcontroller verbindt met het grondstation (een laptop met een 433MHz USB-dongle). Met deze verbinding kan de operator op afstand parameters wijzigen en gegevens ophalen van de interne en externe sensoren. Deze link kan ook gebruikt worden om de boot op afstand te besturen.

GPS en kompas

Het grote ronde ding bovenop de boot is eigenlijk geen antenne. Nou, dat is het een beetje, maar het is ook een hele GPS-module en een kompasmodule. Hierdoor weet de boot zijn positie, snelheid en oriëntatie.

Dankzij de groei van de dronemarkt is er voor elke module een grote verscheidenheid aan componenten om uit te kiezen. Het meest waarschijnlijke dat u wilt overstappen, is de FC. Als u meer sensoren wilt aansluiten en meer ingangen nodig hebt, zijn er verschillende krachtigere hardware-opties. Hier is een lijst van alle FC's die ArduPilot ondersteunt, er staat zelfs een Raspberry Pi op.

En hier is een kleine lijst van de exacte componenten die ik heb gebruikt:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• RC-ontvanger: Flysky FS-X8B Aliexpress
• Telemetriezenderset: 433MHz 500mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS en kompas: M8N Aliexpress
• Behuizing: 200x200x100 mm IP67 Aliexpress
• Afstandsbediening: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• Video-ontvanger: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

Stap 7: Hersenen: bedrading

De hersenen krijgen hun bedrijfsspanning rechtstreeks van de batterij. Het krijgt ook een analoge spanning van de stroomshunt en voert de stuursignalen uit voor beide motoren. Dat zijn de externe verbindingen die toegankelijk zijn vanaf de buitenkant van de hersendoos.

De binnenkant ziet er veel ingewikkelder uit. Daarom heb ik het kleine bedradingsschema in de eerste foto gemaakt. Dit toont de verbindingen tussen alle verschillende componenten die ik in de vorige stap heb beschreven. Ik heb ook een paar verlengsnoeren gemaakt voor de PWM-uitgangskanalen en de USB-poort en deze naar de achterkant van de behuizing geleid (zie afbeelding 3).

Om de stapel op de doos te monteren, heb ik een 3D-geprinte grondplaat gebruikt. Omdat de componenten (vooral de VTX) warmte produceren, heb ik ook een 40 mm-ventilator aangesloten met nog een andere 3D-geprinte adapter. Ik heb 4 zwarte plastic stukjes aan de randen toegevoegd om de doos op de boot te schroeven zonder het deksel te hoeven openen. De STL-bestanden voor alle 3D-geprinte onderdelen zijn bijgevoegd. Ik gebruikte epoxy en wat hete lijm om alles aan de te plakken.

Stap 8: Hersenen: ArduPilot Setup

De Ardupilot Wiki beschrijft tot in detail hoe je een rover instelt. Hier is de Rover-documentatie. Ik ga hier alleen maar aan de oppervlakte krabben. Er zijn in principe de volgende stappen om een ArduPilot Rover in gebruik te nemen nadat alles correct is aangesloten:

1. Flash ArduPilot Firmware naar FC (Tipp: je kunt daarvoor Betaflight gebruiken, een veelgebruikte FPV-dronesoftware)
2. Installeer een Ground Station-software zoals Mission Planner en sluit het bord aan (zie de gebruikersinterface van de missieplanner in afbeelding 1)

3. Voer een basishardware-installatie uit

   • gyroscoop en kompas kalibreren
   • afstandsbediening kalibreren
   • uitgangskanalen instellen

4. Voer een meer geavanceerde setup uit door de parameterlijst te doorlopen (afbeelding 2)

   • spanning en stroomsensor:
   • kanaaltoewijzing
   • LED's
5. Maak een proefrit en stem de parameters voor gas geven en sturen af (afbeelding 3)

En boem, je hebt een zelfrijdende rover. Natuurlijk nemen al die stappen en instellingen wat tijd in beslag en dingen zoals het kalibreren van het kompas kunnen behoorlijk vervelend zijn, maar met behulp van de documenten, de ArduPilot-forums en YouTube-tutorials kun je er uiteindelijk komen.

ArduPilot geeft je een geavanceerde speeltuin van honderden parameters die je kunt gebruiken om vrijwel elk zelfrijdend voertuig te bouwen dat je maar kunt bedenken. En als je iets mist, kun je samenwerken met de community om het te bouwen, aangezien dit geweldige project open source is. Ik kan je alleen maar aanmoedigen om het te proberen, want dit is waarschijnlijk de gemakkelijkste manier om in de wereld van autonome voertuigen te komen. Maar hier is een kleine pro-tip: probeer het met een eenvoudig voertuig voordat u een gigantische RC-boot bouwt.

Hier is een kleine lijst met de geavanceerde instellingen die ik heb gedaan voor mijn specifieke hardwareconfiguratie:

• Kanaaltoewijzing gewijzigd in RC MAP

  • Pitch 2->3
  • Gashendel 3->2
• Geactiveerde I2C RGB-leds
• Frametype = Boot

• Skid Steering instellen

  • Kanaal 1 = Gashendel Links
  • Kanaal 2 = ThrottleRight
• Kanaal 8 = Vluchtmodus
• Kanaal 5 = Inschakelen/Uitschakelen

• Stroom- en batterijmonitor instellen

  • BATT_MONITOR=4
  • Start vervolgens opnieuw op. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

Stap 9: Hersenen: aangepaste LED-controller

Eerste prijs in de Make it Move-wedstrijd 2020