Parrot AR.Drone

[trosendahl]

AR. Drone on ranskalaisen teknoleluja valmistavan Parrotin näkemys tuotteistetusta multikopterista.
Sen ensimmäinen versio esiteltiin vuonna 2010, quadcoptereiden ollessa vielä varsin harvinaisia laitteita.
AR.Dronen ensimmäinen versio poikkesi perinteisistä radio-ohjatuista lennokeista varsin paljon ja Parrotin viimeisimmät viritelmät, kuten kuvassa oleva AR.Drone 2.0 ja Bepop Drone jatkavat perinnettä.

Laitteen perusominaisuudet löytyvät Wikipediasta, http://en.wikipedia.org/wiki/Parrot_AR.Drone

iDevice

AR.Dronet olivat tarkoitettu ohjattavaksi älypuhelimella tai tabletilla. Tämä asetti tiettyjä vaatimuksia
laitteiden konepellin alle, joka teki niistä samalla varsin mielenkiintoiset. AR.Dronet eivät pääsääntöisesti ole
olleet lennokkiharrastajien suosiossa, jonka vuoksi ne ovat monelle tuntemattomampia kuin esim. DJI:n viritykset. Tosin teknologisesti DJI:n tuotteista ja AR.Droneista ei voi edes samana päivänä puhua, sillä vasta viimeisin, DJI:n Inspire 1,sisältää ominaisuudet, joita ensimmäisessä AR. Dronessa oli viisi vuotta sitten...

Kenelle tahansa

Lennokkiharrastajat karkiotti AR.Dronejen parista se, että niiden ohjaus oli suunniteltu toimimaan älylaitteilla lennokkiradion sijaan. Koska laitteet olivat tehty kuluttajat silmälläpitäen, ne olivat äärimmäisen helppoja ja rauhallisia lentää ja harrastajat kokivat ne tylsinä. AR.Dronet lentävät varsin hyvin. Ne ovat pitkälle automatisoituja ja äärimmäisen vakaita, voit huoletta päästää ohjaimista irti, laite pysähtyy paikalleen ja laskeutuu automaattisesti kun akku tyhjenee.

Perinteisten antureiden ohella laitteet tarkastelevat maailmaa kaikuluotaimen (korkeus) ja alaspäin tuijottavan kameran kautta, joka saa ne pysymään hyvin paikallaan leijunnassa. AR.Drone on tarkoitettu
suoraan paketista kenen tahansa lennettäväksi. Itse olen antanut monen kokeilla droneja, ja vaikka aikaisempaa kokemusta lennokeista ei olisi, laitetta ensimmäistä kertaa kokeilevat ihmiset pärjäävät niiden kanssa hyvin.

Lentoonlähtö ja laskeutuminen ovat automaattisia. Lentoonlähtökäskyn saatuaan laite käynnistää moottorit ja stabiloituu reilun metrin korkeuteen ja odottaa siinä kunnes jotain halutaan siltä. Myös laskeutuminen on automaattinen ja tapahtuu joko yhdestä napista tai akun varauksen pudottua tietyn rajan alle.

AR.Drone 2.0, sekä erityisesti modifioidut dronet osaavat GPS:n avulla palata lähtöpaikkaansa. AR.Drone 2.0:n on saatavana lisävarusteena GPS ja se kykenee lentämään reittipisteiden läpi. QGroundcontrol tukee laitetta.

Turvallisuusnäkökulmat

AR.Dronet ja niiden myöhempi versio Bepop ovat mielestäni edelleen ainoita todella kuluttajakäyttöön valmistettuja droneja.Harrasterakeiteisista tai DJI:n valmistamista tuotteista poiketen AR.Dronet ovat hyvin turvallisia. Laitteet ovat rakennettu hiilikuiturunkoa ja EPP-vaahtomuovia käyttäen paitsi vahvoiksi, myös erittäin kevyiksi. Ulkokäyttöön tarkoitetulla kuorella ilman potkurisuojia laite painaa 380 grammaa. Sisäkäyttöön tarkoitetulla suojakuorella, jossa on rinkulat potkurien ympärillä, drone painaa 420 grammaa.

Dronet kestävät kovaa käsittelyä. Olen törmäillyt itse erilaisten kokeilujeni ja modifiointieni kanssa useita kymmeniä kertoja niillä, ja vasta 10 metrin vapaa pudotus betonilattialle rikkoi AR.Drone 1:stä varret.

Dronen 15 watin pienet harjattomat sisäpyörijämoottorit pyörittävät 8 tuuman kokoisia, pehmeästä muovista valmistettuja potkureita nylatron-muovisen alennusvaihteen kautta.Suuri osa laitteen turvallisuudsta tulee juuri potkureista ja moottoreista. Droneen on rakennettu useita suojamekanismeja,
jotka pysäyttävät moottorit virhetilanteessa. Niistä huomattavin on moottorinohjauksen kyky havaita este potkurissa ja pysäyttää moottori välittömästi. Pehmeästä muovista valmistettu välittömästi pysähtyvä
potkuri ei ainakaan ole itselleni onnistunut vielä saamaan vekkiä aikaiseksi vaikka useaan kertaan olen kokeiluissani saanut potkurista näpeille. Harrasterakenteinen kopteri sensijaan on saanut sormeeni aikaan syvät viiltohaavat.

High-tech

Nyt aletaan päästä itse asiaan... Drone luo ympärilleen WLAN-verkon, johon älylaite yhdistetään. Tämän jälkeen drone on käytettävissä. Parrot teki laitteensa avoimiksi. Dronet käyvät Linuxilla johon on vapaa pääsy SSH:lla ja FTP:llä. Laitteen lentopuolen toiminnallisuus on toteutettu Linuxissa ajettavalla lento-ohjelmalla, johon Parrot ei valitettavasti toimita lähdekoodia.

Parrot toimittaa kuitenkin ohjelmistokehityskirjastot ja esimerkit, joiden avulla lento-ohjelmaa voi helposti
käsitellä omista ohjelmista Dronen ulkopuolelta. Tämä tuo mahdollisuuden ohjata laitetta älypuhelimen ohella tietokoneella ja on tehnyt droneista jokseenkin suositun hakkereiden leikkikalun. Sitä on käytetty erilaisissa konenäkö- ja robotiikkatutkimuksissa. SDK, tai sen pohjalta luodut kirjastot, ovat saatavilla eri ohjelmointityökaluille ja alustoille. C/C++:n ohella valmista koodia on saatavilla Pythonille, node.js:lle, jopa Delphille. Valmiita ohjausohjelmia saa iOSille, Androidille, PC:lle, Macille, webbipohjaisina, Symbian S60:lle, Maemolle...

Automaationsa ansiosta dronea ei tarvitse aktiivisesti ohjata, joten ohjelmistokehitys
ja kokeilu voi painottua kokonaan oman sovelluksen toteuttamiseen. Drone lähettää WLAN-ohjauslinkkinsä kautta sekä telemetriatietoa että videokuvaa kahdelta kameraltaan. Itse olen tehnyt droneen mm. konenäöllä toimivan maalinlukituksen ja ohjauksen.

Miksi AR.Drone?

AR.Drone on mainio laite multikoptereiden kanssa alkuun pääsemiseen sekä erilaisten kokeilujen ja modifiointien pohjaksi. Sellaisenaan laite ei välttämättä sovellu lennokkiharrastajalle, mutta teknisesti orientoitunut harrastaja saa härvelistä hyvin paljon riemua irti. Helppo ja pitkälle automatisoitu laite mahdollistaa kaikkea hämärää, josta tässä threadissa on tarkoitus kertoa lisää! ;-)

[trosendahl]

MiruMod

Tässä vaiheessa lennokkiharrastatkin kiinnostuvat. Vaikka laitetta voi ohjata lähes millä tahansa tietoteknisellä härvelillä ja siihen liitettävällä peliohjaimella, kiihtyvyysantureilla tai näppäimistöllä,
lennokkiradiolla ohjaaminen on helpoin ja tarkin tapa. AR.Drone ja sen lento-ohjelma saavat normaalisti ohjauskomentonsa WLAN-linkin yli. Komentosarja muistuttaa modeemiajoilta tuttuja AT-komentoja ja protokolla on SDK:ssa täysin dokumentoitu. Mutta miten saada lennokkiradio puhumaan AT-komentoja?

http://mirumod.tk/intro.php

Lennokkiradio-modifikaatioista MiruMod -on tunnetuin. Modifikaatio on mahdollista
tehdä sekä AR.Drone 1:lle ja AR.Drone 2:lle. MiruMod tuo droneen paitsi lennokkiradion kautta tapahtuvan ohjauksen failsafeineen, myös GPS-toiminnallisuuden. Dronen pohjassa on sarjaportti, jota kautta on pääsy
puuhastelemaan Dronen järjestelmään ja MiruMod kytkeytyy juuri tähän. Modifiointi ei poista Dronen toiminnallisuutta olla käytettävissä älypuhelimilla.

Itse MiruMod on Arduinolle kirjoitettu varsin nerokas ohjelma, joka täyttää lähes kokonaan Arduinon AVR-prosessorin 32 kilotavun ohjelmamuistin. MiruMod kytkeytyy AR.Droneen ja lähettää droneen sen sarjaportin yli Arduinon ohjelmamuistissa säilytettävän Linux-ohjelman ja ajaa sen.

Droneen "injektoitu" ohjelma alkaa kommunikoimaan sarjaportin yli Arduinon ja dronen lento-ohjelman kanssa. Arduino kuuntelee siihen liitettyä RC-vastaanotinta ja välittää saamansa tiedot droneen työnnetylle ohjelmalle sarjaportin yli. Ohjelma välittää komennot dronen lento-ohjelmalle socketien yli.

MiruMod on osoittautunut muutaman vuoden käytön jälkeen erittäin toimintavarmaksi. Dronen modifiointi MiruModille on halpa ja hauska pikku projekti. Itse modifikaation voi ostaa valmiina muutaman kympin hintaan (http://mirumod.tk/hw/mirupcb/mirupcb.php), mutta hauskempi ja halvempi vaihtoehto on rakentaa se itse. AR.Dronen sisällä on vieläpä varsin hyvin tilaa omille virityksille:



Kokoonpano

AR.Dronen pohja on tarralla kiinni ja sen aukaisu onnistuu varsin helposti, esimerkiksi luottokortin kulmalla raottamalla.

MiruModin valmistamiseen tarvitaan:

• Mieluisa RC-vastaanotin
• Arduino Nano tai Arduino Mini
• Diodi
• AR. Drone 1.0:n tapauksessa pari vastusta
• AR. Drone 2.0:n tapauksessa jännitetasomuunnin. Drone 2.0:n portin kanssa on huomioitavaa se, että se on toteutettu 1.8 voltin jännitetasoilla. Korkeammat jännitteet, kuten 3.3 tai 5 volttia tuhoavat portin.

Vastaanotinta lukuunottamatta tarvikkeet maksavat eBaystä tilattuna noin kympin, ellei oikein innostu, jolloin ostolistalle menee vielä:

• -GPS-moduli. Sellainen joka yleensä toimii multikoptereiden kanssa. UBlox Neo 6 -pohjaiset tiettävästi toimivat OK.
• -BEC tai vastaava pieni hakkuriteholähde syöttämään GPS:ää. Arduinossa oleva pieni lineaariregulaattori (muuttaa Dronelta saatavan 12 volttia 5 voltiksi hukkaamalla sen lämmöksi) ylikuumeni ja sammui itselläni testauksissa GPS:n kuormittaessa sitä

Ja eikun kolvaamaan. Riippuen, käyttääkö Arduino Nanoa vai Miniä (Nanossa on USB-portti ja ohjelmointi onnistuu sen kautta, Mini tarvitsee adapterin), kytkentä tapahtuu seuraavasti:

Arduino Nano (jota itse suosittelen):


Arduino Mini:


Osat kytketään kuvan osoittamalla tavalla ja luomus liitetään AR. Dronen sarjaporttiin. Sarjaportteja on kolmenlaista, erona on pinnien määrä ja järjestys.

Lopputulos näyttää tällaiselta. Mustan kutistesukan sisällä on kytkentäkaaviossa mainittu diodi.


MiruMod voidaan kiinnittää AR.Dronen emolevylle joko eBaystä tilattavalla sopivalla liittimellä, tai suoraan emolevylle juottamalla. Itse koin suoraan piirikortille juottamisen toimintavarmempana tapana.



Kuumaliiman käyttö johtojen vedonpoistoina tekee modifikaatiosta ruman, mutta on pakollinen. Drone on altis värähtelylle ja kolahduksille ja ne voivat irroittaa juotetut johdot. Dronessa ajettava MiruMod -ohjelma huomaa kyllä jos yhteys modiin on katkennut, mutta mikäli modista irtoava johto on maajohto, voi dronen sarjaportti olla entinen, ainakin joidenkin harrastajien kokeilujen perusteella.

MiruModin asentamisessa tyyli on vapaa. Moni asentaa osat dronen päälle tai kuoren alle, mutta minusta sopiva paikka oli konehuone. Koska näin saa siistin lopputuloksen, niin miksipä ei.



Kuvassa mustan kutistesukan sisään on paketoitu virransyöttömoduli (SBEC). Ilman sitä Arduinon ja siihen kytkettyjen osien (RC-vastaanotin ja GPS) virransyötöstä vastaava pieni jänniteregulaattori ylikuumenivat.

Osat pysyvät kiinni kaksipuolisella teipillä. FRSkyn vastaanottimen antennit sopivat dronen rungon koloihin kuin tehty. Sen jälkeen testailua ja säätöä modin konfigurointiohjelmalla ja pohjakansi takaisin kiinni. Lopputulos, modifioitu Drone, ei juurikaan eroa paketista otetusta. Modifioinnit paljastaa vain kuoreen terävällä veitsellä leikattu GPS:n mentävä kolo sekä kyljestä ulos törröttävät antennit.



Seuraava postaus kertoo modin ohjelmallisesta konfiguroinnista. Stay tuned... ;-)

[trosendahl]

AR.Dronen yksi hauska ominaisuus näkyy videolta, jonka tuossa piruuttani otin. En suosittele kokeilemaan oikeastaan yhtään millään muulla quadilla koskapa mikään muu vastaava laite ei tietääkseeni tuota tee... 

https://www.youtube.com/watch?v=LHnOXyMVL90

Videolla on vähän reilut lentoonlähtötehot ropeleissa, drone yrittää kammeta itseään käden alta karkuun. Tyhjäkäynnille noita ei edes saa koska drone ei anna käyttäjän säätää tehoja itse suoraan eikä vastaavasti arvosta jos lentoonlähtöä yrittää estää kädellä; reagoi siihen kuten videolla eli lisäämällä tehoa...