Собираем свой маленький беспилотник11.02.2021 21:03

Будем делать вот такой, маленький, как на картинке, беспилотный автомобиль.

Вот так выглядят маленькие беспилотникиВот так выглядят маленькие беспилотники

Как я дошёл до этого

Мне всегда были интересны темы беспилотников и роботов, но руки до такого не доходили — боялся слишком большого объёма навыков, которые потребуются для этого.

В марте-апреле 2020 го года, когда сидение дома уже порядком поднадоело, понял, что я созрел для беспилотников. И, вдохновлённый статьёй Беслана, принялся изучать вопрос и заказывать необходимые комплектующие на Али и в других магазинах.

Приезжали заказы в разное время, поэтому, из всего, что попадало под руку, собирал первые версии беспилотника (тогда ещё ни разу не беспилотного).

Первые шагиПервые шаги

Начиналось всё с черепахоподобного поделия из картона, котому требовался сетевой провод. Провода от двух веб камер были перетянуты кабельными стяжками. А машинка не была соединена с компьютером, и я управлял ей с радиопульта от RC машинки.

В качестве мозга для беспилотника я выбрал Nvidia Jetson Nano Developer kit, а в качестве тачки — Remo Hobby S-Max — это то немногое, что осталось в беспилотнике по сей день.

Рабочий прототип из картона и макетных платРабочий прототип из картона и макетных плат

Затем машинка стала обрастать новыми компонентами: появились беспроводная сеть, лидар, IMU и остальные.

В процессе добавления я осваивал кучу нового:

  • ROS

  • Вспоминал/изучал C++

  • Учился работать с разными устройствами

  • Осваивал нейронные сети и машинное обучение

  • Узнавал про алгоритмы, специфичные для роботов и беспилотников

  • Паял, резал, клеил и всячески работал руками и головой

Когда картон и макетные платы стали слишком замедлять процесс — приобрёл недорогой, но большой 3D принтер, а провода спаял с нужными разъёмами.

Сперва спроектировал всё из картона и соплей (но с котиком)

Почти рабочий прототипПочти рабочий прототип

А потом уже сделал корпус из пластика. В процессе пришлось освоить проектирование в CAD (использовал FreeCAD) и разобраться с настройкой принтера.

6bb5755d6ddebbf31701dbe7d88c00df.jpg

Потом писал алгоритмы, исправлял баги и добавлял датчики.

Что получилось

Платформа, для которой вы можете писать различные алгоритмы по исследованию, картографированию, распознаванию и другие — датчиков для этого хватает, а код можно писать на питоне прямо в браузере.

Тут есть:

  • камера (ночного видения), что бы смотреть и распознавать объекты

  • однолучевой лидар и лазерные датчики расстояния, что бы строить карту стен и других препятствий

  • управление машинкой, что бы ехать, куда хочется

  • колёсная одометрия и IMU, что бы понимать куда вы заехали

Уже есть несколько готовых скриптов (Jupyter notebook’ов):

  • что бы просто поуправлять машинкой с джойстика, глядя при этом на картинку с камеры и на вид сверху, построенный по лидару

  • беспилотный режим: машинка сама исследует помещение, строит его карту и ищет жертву живность (людей, кошек и собак), а, найдя такой объект, — следует за ним

Я потратил много времени и оттоптал много разных граблей и велосипедов, и теперь хочется поделиться своим опытом и наработками с сообществом.

Что требуется (список компонентов)

  • RC машинка Remo Hobby Smax 1:16 RH1635

  • Контроллер мотора, у меня такой: SURPASS HOBBY KK 35A ESC Waterproof Electric Speed Controller for 1/16 RC Car Brushless Motor Power system

  • Одноплатный компьютер Nvidia Jetson Nano Developer Kit

  • Микро SD карта на 64 GB (возможно, влезет и на 32)

  • wi-fi карточка типа такой и пара антен с IPEX разъёмом (USB свистки с wi-fi показали себя очень плохо)

  • Два датчика Холла типа KY-003 для Arduino

  • магнит примерно такого размера: 20×3x2 мм

  • камера, работающая с Jetson Nano; у меня IMX219 8MP Infrared Night Vision 160 Degree FOV + 2 Infrared LED Lights

  • система питания для jetson’а типа T208 или T200 на 18650 акумуляторах и сами аккумуляторы или повербанк (но тут нужно брать с хорошим током и нужно будет stl модельку для корпуса под него исправить)

  • однолучевой лидар типа YDLIDAR X2L

  • IMU типа Bosh BNO055

  • ШИМ плата PCA9685 для соединения контроллера двигателя и Jetson’а

  • Конвертер логических уровней для преобразования из 5V в 3.3V и обратно

  • короткий USB — USB-C дата кабель (что бы заменить слишком длинный кабель от лидара)

  • (опционально) два датчика расстояния; у меня VL53L0X (6 pin)

  • доступ к 3D принтеру

  • провода, коннекторы, стяжки, инструменты и т.д.

  • руки, которые смогут всё это соединить

Более подробно и со ссылками есть на github проекта.

Как собрать

Сделал туториал по сборке в виде нескольких видео.

Там же видео проездов и обсуждение задач и проблем.

Часть 1. Рассказываю, что и зачем делаю, соединяю основные компоненты.

Часть 2. Паяю, соединяю компоненты проводами.

Часть 3. Гоняю, рассказываю про софт и алгоритмы.

Часть 4. Запускаю два беспилотника вместе; добавляю лазерные сенсоры, что бы они друг друга видели

Ссылки

Код, STL модели для печати, описание и ссылки есть на github проекта.

Видео есть на моём канале, там же будут выходить новые серии.

Обсуждение этого и других интересных проектов роботов и беспилотников в telegram канале.

Что дальше

Буду дорабатывать алгоритмы:

  • дотюню/улучшу текущие

  • добавлю лидарную одометрию (ранее не успел допилить NDT, а теперь можно будет доделать)

  • добавлю салки/прятки с кошкой

  • другие алгоритмы исследования и детекции

Добавлю манипулятор, что бы можно было собирать с пола игрушки в ящик.

Попробую другие датчики для колёсной одметрии: магнитный датчик угла.

© Habrahabr.ru