1. Le piattaforme UAV di riferimento
Lezione 1
CSP@SCUOLA
in collaborazione
con ITI FAUSER NOVARA
Anno scolastico 2011-2012
2. Introduzione
• Oggetto di questa lezione sarà la presentazione di alcune
piattaforme UAV da noi ritenute un riferimento o comunque
interessanti
• Caratteristiche chiave:
– Possibilità di adattare l’UAV alle necessità di utilizzo
• Cambiare telaio e motori con la stessa logica di controllo
– Multicottero a 4, 6, 8 motori
– diverse capacità di carico
– Possibilità di interagire a basso livello con l’hardware
sottostante
• Interazione con il controllore
• Particolare spazio verrà dato alla piattaforma Mikrokopter
– Interessante per versatilità, modularità
• Verrà presentata anche la piattaforma ArduCopter
– Interessante per economicità, semplicità di programmazione e
approccio OpenSource
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3. Mikrokopter: concetti generali
• Mikrokopter è una architettura modulare basata si schede
hardware
• Le stesse schede possono essere montate su telai differenti con
caratteristiche differenti, mantenendo inalterate le funzioni di base
• Le schede hardware che compongono la architettura Mikrokopter
sono:
– Scheda Flight Control (FlightCtrl)
– Scheda Navi Control (NaviCtrl)
– Schede Brushless Controller (BrlCtrl)
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4. Scheda Flight Control
• É la scheda che implementa il reale controllore di volo dell’UAV
– Permette il volo stabile
• Utilizza:
– Giroscopi su 3 assi
• per stabilizzare l’UAV nelle tre direzioni
– Accelerometri su 3 assi
• Riportano l’UAV a “livello” quando si rilasciano i comandi
• L’accelerometro verticale permette di calcolare in tempo
reale l’angolo rispetto alla superficie terrestre
– Sensore barometrico
• Misurando la pressione dell’aria consente di avere una
misura dell’altezza
• Processore Atmega 644P (8 bit, 20 MHz)
• Due porte seriali
– “Debug” e telemetria
– Scheda di navigazione GPS
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5. Scheda Flight Control: interfacce
• Interfacce disponibili sulla scheda Flight Control:
– Interfaccia PPM:
• Permette la decodifica dei canali radio utilizzati dal
telecomando per controllare l’UAV, prima ancora che siano
decodificati dal ricevitore radio a corredo del telecomando
– Interfaccia I2C:
• Permette di interfacciarsi ai controllori di velocità dei
motori
• Comunicazione ad alta velocità dei comandi elaborati per
il controllo in tempo reale del regime dei motori
– Interfaccia seriale asincrona
• Interfaccia seriale standard utilizzata per la comunicazione
con un PC
– Interfaccia seriale sincrona
• Comunicazione veloce con altri dispositivi
• Da e verso scheda di navigazione GPS
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7. Scheda NaviCtrl
• È la scheda che interfaccia e elabora in tempo reale le informazioni
di supporto fornite dal modulo GPS
• Integra inoltre un magnetometro a 3 assi
– Bussola, che permette di individuare l’inclinazione dell’UAV
rispetto agli assi polari
• Collegata alla scheda FlightCtrl attraverso l’interfaccia ISP
• In particolare fornisce le seguenti funzioni:
– Position hold
– Navigazione a waypoint
– “come home”
• L’UAV ritorna automaticamente alla posizione dove è stato
eseguito il primo fix GPS
– Modalità carefree
– Modalità follow me
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8. Funzioni “care-free” e “follow me”
• Normalmente l’UAV a prescindere dalla configurazione ha un ”lato
anteriore”
– Quadricotteri, esacotteri o ottocotteri hanno “motori anteriori”
• Con la funzione care free, il magnetometro indica il verso anteriore
– L’UAV può girare su se stesso durante il volo
• Yaw
• Può disorientare piloti inesperti
– A prescindere da come è orientato l’UAV, spingendo lo stick di
controllo in direzione “avanti” l’UAV si muove nella direzione in
cui erano orientati i motori anteriori al decollo
• La funzione “follow-me” permette di seguire una qualsiasi unità
mobile dotata di GPS
– L’UAV può seguire continuamente il “follow me” transmitter,
ovvero un modulo dotato di GPS che manda la sua posizione
all’UAV
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10. Interconnessione schede Mikrokopter
Modulo GPS
Scheda NaviCtrl
Connettore Scheda FlightCtrl
interfaccia
seriale
Sincrona tra
FlightCtrl e
NAviCtrl
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11. Schede brushless controller
• Deve esserne presente una per ciascun motore dell’UAV
• Lo scopo è quello di trasformare i comandi di controllo iviati dalla
scheda FlightCtrl in comandi di basso livello per i motori
• Comunicazione con la scheda FlightCtrl attraverso l’interfaccia I2C
• Basate su controllore Atmega8
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12. Schede brushless controller: power distribution
board
• E’ il telaio all’interno del quale sono montati i controllori brushless.
– Semplifica i cablaggi e permette l’installazione dei controllori a
bordo UAV
• Esempio per UAV a 6 motori:
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13. Collegamento dei brushless controller alla
scheda FlightCtrrl
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14. Mikrokopter tool
• È l’applicativo funzionante su PC utilizzato per:
– Configurare il Mikrokopter
– Leggere la telemetria
– Configurare i waypoint per la navigazione automatica con il
GPS
• Richiede una comunicazione seriale verso il Mikrokopter
– Tramite opprtuni dispositivi radio (Xbee) è possibile rendere il
canale seriale wireless
– In assenza di tali dispositivi si dovrà usare un cavo USB
• Waypoint precaricati prima del decollo
• Impossibile leggere la telemetria in volo!
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15. Mikrokopter tool: interfaccia
• Menu di configurazione e lettura dati dai sensori di bordo
– Pannello di default
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16. Mikrokopter tool: navigazione GPS
• Possibilità di inserire waypoint con:
– Posizione (latitiudine, longitudine)
– Altezza (dal punto di decollo)
– Precisione (raggio all’interno del quale il waypoint è raggiunto)
– Tempo di stazionamento
– Azione (se per esempio è installata una macchina fotografica)
– Velocità di raggiungimento del punto
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18. Piattaforma Arducopter
• Arducopter è un progetto per la realizzazione di un UAV
quadricottero o elicottero basato sul controllore Ardupilot
• Supporto per navigazione GPS
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19. Ardupilot Mega (1/2)
• La scheda Ardupilot Mega si divide in due parti:
– La logica di controllo vera e propria, o main board
– L’interfaccia per la logica di controllo inerziale
• Main board:
– Basata sul processore Atmega 1280 (16MHz)
– 4 porte seiali
– Connettore a 6 pin per interfacciamento a modulo GPS
– RAM 8 KB
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20. Ardupilot Mega (2/2)
• Scheda di interfacciamento ai sensori inerziali (IMU)
– Si collega alla main board con un connettore dedicato
– Giroscopio a 3 assi
– Accelerometro a 3 assi
– Sensore di pressione barometrico integrato (controllo altezza)
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21. Arducopter: caratteristiche chiave
• Codice completamente free
– Liberamente scaricabile e modificabile
– Modificabile in ogni sua parte
• Si programma e sviluppa con ambiente Arduino
– Semplice
• Ancora acerbo?
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22. Arducopter: link utili
• http://code.google.com/p/arducopter/
• http://diydrones.com/profiles/blogs/announcing-arducopter-the
• http://diydrones.com/profiles/blog/show?id=705844%3ABlogPost
%3A44814
• http://code.google.com/p/ardupilot-mega/
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23. www.csp.it rd.csp.it
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