Giriş Seviyesi Drone Tasarımı

[s.dogacolakoglu]

Ben son sınıf elektrik-elektronik mühendisliği öğrencisiyim. Bilgilerimi pekiştirmek ve uygulamaya dökebilmek için bir giriş seviyesi drone tasarlamayı düşünüyorum. Fakat bütçem kısıtlı olduğu için bu işi sürece yaymaya karar verdim. İlk önce mikrodenetleyici ve sensörleri alıp onları iyi bir şekilde filtreleyeceğim. İlerleyen süreçte de dron motoru-pervanesi-gövdesini alıp kontrol etmeyi planlıyorum.

Bu süreçte kullanacağım bileşenler:
Mikrodenetleyici: STM32F411CEU6 Black Pill 100 MHZ - 512kB Development Board
IMU: MPU9250

Bunlara GPS ve barometre (BMP280) de ekleyebilirim.

Sizce bu şekilde bir ilerleme mantıklı mı? Her türlü öneriye açığım, yardımcı olursanız çok sevinirim.

 

[czorgormez]

şu videolar olayın arkasındaki imu-quaternions-pid gibi kontrol mekanizmaları konusunda faydalı olur:

mpu9250 biraz gürültülüydü diye hatırlıyorum ama konuyu kavradıktan sonra herhangi bir IMU chipinden raw verileri alıp kendi
yaw-pitch-roll çıktılarını üretirsin.

 

[s.dogacolakoglu]

Hocam öncelikle cevabınız için teşekkür ederim. Gürültü için observer tasarlamayı düşünüyorum, bu Kalman filtresi olabilir. Ayrıca sensör füzyonu diye bir şey okumuştum, Kalman filtresi GPS verileri ile IMU'dan aldığınız verilerden en optimal sonucu üretiyor. Alttaki video'da Brain Douglas, çok yakından takip ediyorum. Özellikle MATLAB'in kanalında içerik de üretiyor ve kontrol konularını çok güzel ve somut bir şekilde açıklıyor.

 

[czorgormez]

sensor füzyonu şu. bir dronu yönetmek için bize ne lazım yaw-pitch-roll verisi. elimizde girdi neler var accelerometer, gyroscope ve compass.

drona gaz verdin ve bir yöne dönme eğilimi gösterdi bunu çok kısa zaman aralığı için direkt gyro ile kompanse edebiliriz ama tüm gyrolarda gyro drift sorunu var uzun vadede iş görmüyor. yere göre olan eğimi accelerometre ile ölçelim. bunu da yapabiliriz ama bu defa da accelerometrenin gürültü sorunu ortaya çıkıyor. gürültüyü low pass filtre ile yok edebiliriz fakat gecikmeler olacak bu da dronu kontrol etmeyi zorlaştırır. pusula ise çok tutarsız veriler üretiyor 5-10 derece kaçıklık ve etraftaki manyetik alanlardan etkileniyor. hiçbir sensor tek başına ve ham data olarak işimizi görmüyor.

bu durumda ne yapacağız bu üç sensorden gelen veriyi de bir füzyon algoritması ile işleyerek stabil, hızlı tepki veren yaw-pitch-roll verisi elde edeceğiz.

sensor füzyonu için oturup kendi algoritmanı yazmayacaksan temelde iki kaynak var madgwick ve mahony. bir de sensorlerin kendi içinde gömülü füzyon algoritmaları var. mpu6050-9250 aynı çalışıyor. bir yeni nesil ICM20948 biraz daha iyi. ama invensense bu konuda çok kapalı arkada ne döndüğünü bilmiyorsun. fakat asıl dert gyro ve IMU kalibrasyonu yaptın bunu kaydedip bir dahaki sefere hızlıca sistemi başlatamıyorsun.

Bosch sensorler bu konuda çok daha iyi ama epey pahalılar. ST sensorleri için kendi fuzyon kütüphanesini kaynak kod olarak paylaşıyor diye hatırlıyorum. invensense ise en yeni modellerde sensor füzyonu için derlenmiş bir arm kütüphanesi veriyor api mantığında erişerek kontrol ediyosun. kendin sensor füzyonu yazacaksan complementary filter ile başlamak en kolayı olur.

bütçe olarak de imudan başlamak en mantıklısı. black pill yerine benzer işlemcili bir nucleo board tavsiye ederim çünkü bu süreçte. adım adım debug ve çalışan kod içinden değişkenlerin gözlemlenmesi ve uart çıktıları ile bu değerlerin bir grafikte görselleştirilmesi gibi ihtiyaçlar olacak.
elinde stlink varsa bunu uygun pinlerden black pille bağlayarak da yapabilirsin. ama tek platerde sadece usb kablo ile sistemi çalıştırmak pratik olur.

Attitude Estimators — AHRS 0.4.0 documentation

ahrs.readthedocs.io

Attitude Estimators — AHRS 0.4.0 documentation

ahrs.readthedocs.io

 

[birisim]

Sensör füzyonun nasıl yapıldığına tüm açık kaynaklı drone tasarımlarından bakılabilir. Fikrimce açık kaynaklı basit tasarımların biriyle yola çıkmak iyi olur. Büyük projelerde kod mikdarı az değil, öğrenmesi epey zaman ister.
...nxp'nin de sensor fusion kütüphanesi var.

 

[czorgormez]

Sensör füzyonun nasıl yapıldığına tüm açık kaynaklı drone tasarımlarından bakılabilir. Fikrimce açık kaynaklı basit tasarımların biriyle yola çıkmak iyi olur. Büyük projelerde kod mikdarı az değil, öğrenmesi epey zaman ister.
...nxp'nin de sensor fusion kütüphanesi var.

NXP sensor fusion kütüphanesini inceledim çok kullanışlı yapmışlar ve açık kaynaklı.

https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/NSFK_DS.pdf

 

[s.dogacolakoglu]

Hocam kusura bakmayın öncelikle hemen cevap yazamıyorum çünkü dediklerinizden sonra yeterli bilgim olmamasından kaynaklı araştırma yapıyorum. Sensor fusion ile ilgili dediğiniz video olmak üzere bir kaç video daha izledim. Anladığım kadarıyla bu işler ciddi anlamda bilgi, birikim ve tecrübe istiyor. O yüzden hazır bir kütüphane ile yola çıkıp daha sonra bu işlerin nasıl yapıldığı ile ilgili deneyim ve bilgi edindikten sonra kendi sensör füzyon algoritmamı yazmam daha mantıklı diye düşünüyorum. Bu projede ana odağım dronun pitch, yaw ve roll açılarını kontrol etmek olduğu için sanırım doğrudan buna odaklanmam daha mantıklı olur. Yine bu konuda sizin de düşüncelerini merak ediyorum.

 

[Sercan]

@s.dogacolakoglu projeni tamamen açık kaynaklı yapmayı düşünür müsün? Eğer bu projenin liderliğini üstlenip açık kaynaklı olarak sürdürmeyi kabul edersen, ben de katkı sunmak adına aşağıdaki dronu projene hibe edebilirim.

Yedek pervaneleri vs. de var. İstersen tersine mühendislik için, istersen parça olarak dilediğin gibi kullanabilirsin. Benim projene aktif katkı sağlamak için çok vaktim olmayabilir, şimdilik elimden bu gelir.

Fakat bu proje açık kaynaklı olursa - bugün olmasa da yarın - senin gibi üretken gençler hem yazılımda hem de donanımda katkı sunabilir. Forum da bu insanları bir araya getiren bir platform olarak kendi amacını gerçekleştirmiş olur.

https://www.sahibinden.com/ilan/ikinci-el-ve-sifir-alisveris-hobi-oyuncak-rc-araclar-dji-phantom-3-standart-1215971295/detay/

 

[birisim]

@s.dogacolakoglu projeni tamamen açık kaynaklı yapmayı düşünür müsün? Eğer bu projenin liderliğini üstlenip açık kaynaklı olarak sürdürmeyi kabul edersen, ben de katkı sunmak adına aşağıdaki dronu projene hibe edebilirim.

Yedek pervaneleri vs. de var. İstersen tersine mühendislik için, istersen parça olarak dilediğin gibi kullanabilirsin. Benim projene aktif katkı sağlamak için çok vaktim olmayabilir, şimdilik elimden bu gelir.

Fakat bu proje açık kaynaklı olursa - bugün olmasa da yarın - senin gibi üretken gençler hem yazılımda hem de donanımda katkı sunabilir. Forum da bu insanları bir araya getiren bir platform olarak kendi amacını gerçekleştirmiş olur.

https://www.sahibinden.com/ilan/ikinci-el-ve-sifir-alisveris-hobi-oyuncak-rc-araclar-dji-phantom-3-standart-1215971295/detay/

dji phatom 3 haberleşme protokolu ve donanımı açık mı acaba? hack yapanlar var o dronları, ama ne seviyede bu işleri yapıyorlar bilemiyorum.
ayrıca deneme aşamasında düşme kırılma ihtimatli olduğu için olası tamiri ucuz deneme platformu ile devam etmek tasarruflu olur belki.

 

[s.dogacolakoglu]

Hocam öncelikle ilginiz için çok teşekkür ederim. Bu projeyi endüstriyel olarak değil tamamen kendimi geliştirip, bilgi edinip kendi CV'me eklemek için kullanacağım. Dolayısıyla kodların açık kaynak olmasının benim için herhangi bir mahsuru yok. İsterseniz kaydettiğim ilerlemeleri düzenli olarak paylaşadabilirim. Ayrıca kullandığım matematiksel modellerin de nasıl yapıldığı ve ilerlenildiği gibi konularda da word dosyası şeklinde kaynaklar sunabilirim.

 

[s.dogacolakoglu]

Hocam normalde drone projesi için başta ilerleme yöntemlerini basamak basamak oluşturmuştum. Drone'u doğrudan uçurmak yerine belli kontrol algoritmaları ile başta sabit pozisyonda stabilize etmeye çalışacağım. Sonrasında hover gibi adımlara basamak basamak geçeceğim. Dolasıyla drone gövdesinin, motorlarının ve pervanesinin doğrudan zarar gelmesini önlemiş olacağım.

 

[Sercan]

Tamamdır mesaj attım haberleşiriz.

 

[Mikro Step]

Hocam normalde drone projesi için başta ilerleme yöntemlerini basamak basamak oluşturmuştum. Drone'u doğrudan uçurmak yerine belli kontrol algoritmaları ile başta sabit pozisyonda stabilize etmeye çalışacağım. Sonrasında hover gibi adımlara basamak basamak geçeceğim. Dolasıyla drone gövdesinin, motorlarının ve pervanesinin doğrudan zarar gelmesini önlemiş olacağım.

Bir kac videoda izlemistim. Test asamasinda iki ayakli robotlari ve dronlari telle havaya asiyorlar. Istese de dusemiyorlar.

 

[birisim]

https://www.reddit.com/r/fpv/comments/12qhckv/how_many_drones_have_you_crashed_since_you

 

[taydin]

YZ nin kullandığı yarış dronu, insan operatörlere nal toplattı ...

 

[birisim]

YZ nin kullandığı yarış dronu, insan operatörlere nal toplattı ...

bizim halimiz ne olacak, düşünemiyorum.
Bugün bir kaynaktan ukraynalıların ruslara verdiği zararın 80% dolaylı veya direkt dronlardan geldiğini okudum.
Yani drone yerine dron savar proje daha çok istenmekte olduğunu söyleyebiliriz.

 

[czorgormez]

YZ nin kullandığı yarış dronu, insan operatörlere nal toplattı ...

ortalama insanın tepki süresi 80-100ms yaşlandıkça da artıyor. dünya şampiyonu bir formula 1 sürücüsünün tepki süresi 35-40 ms. herhangi bir YZ tepki süresi çok rahatlıkla 1ms altına inebilir. insanın hiçbir şansı yok.

 

[taydin]

Aklımda birçok drone önleme projesi var, ama mevcut projeler tüm vaktimi alıyor malesef. Keşke kendimizi klonyalabilsek de projeler üzerinde aynı anda çalışabilsek

 

[czorgormez]

çok değerli hedefleri dronelardan korumak kolay. 30cm çaplı dji dronu micro doppler ile 3-4km mesafeden tespit eden radarlar var. sorun dağınık hedefleri çok ucuza korumak. binlerce tank, asker taşıyıcı, dağınık askerler bunların hepsine birer radar takmak mümkün değil.

drone maliyeyi 500usd - yok edilen hedef maliyeti 100x - 10000x aralığında olunca, drone mükemmel bir saldırı silahına dönüşüyor. bir drone ile 2.5 - 3milyon usdlik tankı 2 atışta yok edebiliyorsun. en ucuz seyir füzesi 50k usd-150k usd arası ve bunu öyle hemen elde edemiyorsun da. envanterde sınırlı sayıda bulunuyor.

dji ve benzer standart droneların iletişim protokolünü bilen ve dah ahavadayken analiz ederek dronu durduran sistemler de var ama yeni nesil dronelar artık ya fiber optik kablolu ya da tamamen YZ ile görüntü tanıyarak hedefine gidiyor.

 

[taydin]

Benim aklımda şöyle bir sistem var: Her askere verilebilecek bir sistem. Duyarlı bir mikrofon ile sürekli dinleme yapacak ve ses üzerinde spektrum analiz yapacak. Birçok dron'dan elde edilmiş ses örnekleri üzerinde belli bir yüzde ile eşleştirme yapıp uyarı verecek ve askere ilave zaman kazandıracak.

Mesela Ukrayna savaşında çok görüyorum. Pikabın arkasında, elinde saçmalı tüfek olan bir asker, dron tespiti yapıp vurmaya çalışıyor. Ama dronu tespit etmekle dronun sana ulaşması arasındaki zaman farkı çok az. Biraz daha zaman olsa, daha iyi hazırlık yaparsın ve dronu imha etme şansın yükselir.