Drone - Think outside the box! ;-)

[trosendahl]

Drone, kavereiden kesken savustuspönttö, on härpäke josta oma harrastus sai alkunsa. Olin pitkin 2000-lukua kuolannut neliroottoristen lentävien härveleiden perään, kun jostain netistä näin jonkun firman isolla rahalla valmistaman laitteen. Loppuvuodesta 2010 keskustelin IRCin #elektroniikka -kanavalla parin nimimerkin kanssa (tältäkin forumilta tuttu Sambas ja Metku.netistä tuttu Jipa) jotka paitsi yllyttivät rakentamaan quadcopterin, esittelivät minulle MultiWiin, silloin tuoreen vapaan lähdekoodin softa/rauta-yhteisöprojektin joka mahdollisti edullisen lentävän härpäkkeen rakentamisen. Enempää juuri ei tarvittu siihen että meikäläisen mopo lähti keulimaan.



Multiwii-projektin tavoite alunperin oli tuottaa lentävä laite joka käytti Nintendo Wiin peliohjaimista rosvottua gyroa ja kiihtyvyysanturia. Alkoi osien haaliminen kasaan ympäri nettiä. Arduino Nano eBaystä, Dealextremestä huonosti toimivat peliohjaimien kloonit, paikallisesta Prismasta sitten myöhemmin uudet. Hobbykingiltä moottorit, nopeudensäätimet ja akut ja sekalaisia palikoita muualta.



En ollut koskaan aikaisemmin omistanut tai lennättänyt lennokkia ja ajattelin tehdä dronen täysin puhtaalta pöydältä. Samoihin aikoihin markkinoille oli tullut iPhonella ohjattava Parrot ArDrone, jossa oli ohjaus ja digitaalinen videostream WLANin yli. Eikä sitä huonommaksi voinut omassa projektissa jäädä.. 

Olin saanut vähän aikaa sitten käsiini ARM Cortex -pohjaisen BeagleBoard C4 -tietokoneen, joka on ylläolevassa kuvassa näkyvä suuri punainen, sulautettua Linux-käyttöjärjestelmää pyörittävä kortti. Laitoin kortin hoitamaan kaiken dronen tietoliikenteen, ohjausta myöten. FPV-kuvaa tuottava webbikamera, Arduinon pohjalle rakennettu kotitekoinen FC ja WLAN-tikku kytkeytyivät USB-hubiin joka myös näkyy kuvassa. Kirjoitin dronea varten Pythonilla server-client ohjaus- ja telemetriaohjelmistot, jotka päätyivät myös myöhemiin projekteihini.



Dronen ohjaus tapahtui täysin tietokoneen tai älypuhelimen ja WLAN-yhteyden yli. Laitteen rakentamisessa oli käytetty huomattavan paljon pelikonsolien osia, FPV-kamerana toimi ensin Sonyn PS3 Eye, ohjaus tapahtui XBoxin gamepadilla, antureiden ollessa peräisin Nintendosta.




Olin saanut hankittua kuluneen vuoden aikana pienen CNC-jyrsimen, jonka avulla valmistin tarvittavat mekaaniset osat. Ensimmäiset osat valmistin akryylilevystä, kunnes opin akryylin olevan varsin haurasta muovia. Osat muuttuivat R&D:n (Race & Destroy) myötä vahvemmista materiaaleista, kuten polykarbonaatista ja polyasetaalista koneistetuiksi.







Parin kuukauden nyherryksen jälkeen oli ensilennon aika, turvallisesti omassa olohuoneessa. Ensimmäinen lento oli hieman hankala; unohdin laittaa automaattivakautetun lentotilan päälle ja ohjauslinkissä oli huonon Ralink-pohjaisen WLAN-tikun ansiosta vaihteleva 50-200 ms viive. Muutamien loikkien ja rymistelyjen jälkeen jatkoin koelentoja paikallisessa lentokonehallissa.



Dronen ohjaukseen käytetty ohjelma näytti tältä ja itse Flight Controller ajaa yhä rankasti muokattua MultiWiitä:


Koska kyseessä oli varsin kokeellinen lentolaite ja samalla itselleni ensimmäinen lennokki, ei kolhuiltakaan voinut välttyä ja välillä jälki oli varsin rumaa, mutta kerta kerran jälkeen laite kehittyi paremmin lentäväksi ja kenttäkelpoisemmaksi.







Laite muutti olomuotoaan sen ympärillä neljä vuotta kestäneen harrastamisen aikana useasti, näkyvimpien muutosten keskittyessä nokalla olevaan kameravarustukseen.









Dronen WLAN-ohjaus ei tullut kuitenkaan ilmaiseksi. Parin itseaiheutetun softabugin seurauksena laite tuhoutui lähes täysin kahdesti. Beagleboard-tietokone tuntui olevan hieman arka olosuhteille ja joskus Drone ei bootannut ollenkaan tai toiminut oikein. Viimeisen asvaltille suoritetun täystuhon jälkeen tein periaatepäätöksen korvata tietokone Xbee Pro -radiomodeemeilla, perinteisellä 35 MHz radio-ohjauksella, ja siirtää Dronen ajaman softan pyörimään maassa olevalla ohjaustietokoneella. 35 MHz radiot valitsin siksi, kun telemetria on 2,4 GHz taajuudella. Koska sarjalinkin kautta tapahtuva ohjaus oli ollut mukana alusta asti, on ohjaus mahdollista yhä sekä perinteisen lennokkiradion, että myös XBeen yli. Digitaalinen videolinkki vaihtui 5.8 GHz 25 mW analogiseen linkkiin ja Sonyn Super HAD -kameraan.



Drone jäi aktiivisesta harrastekäytöstä valmiina projektina pois vuoden 2014 aikana ja viimeiset modifikaatiot ja parannukset tein siihen keväällä. Aion pitää sen lentokuntoisena, sillä olihan se omanlaisensa testi omille taidoille rakentaa hieman erilainen harrastehärveli. Lopullisessa muodossaan laite näkyy postauksen alussa ja lopussa olevissa kuvissa. Kiiltävästä lentokonealumiinikuoresta kiitokset Suomen Ilmailuopiston mekaanikoille!

Lisää kuvia projektista neljän vuoden ajalta löytyy:
http://trosendahl.kapsi.fi/gallery/index.php?sfpg=dmlyaXR5a3NldC9kcm9uZS8qKmM1YTczNmRkOTVjNjcwZTg3MGZjYzc5ZjNhMGQ4NDIw

Tarkempi kuvaus englanniksi:
http://trosendahl.kapsi.fi/wp_tros/flying-devices/the-drone-2010-2013/the-drone-introduction/
(Valikosta lisää sivuja)

..ja videota:
https://www.youtube.com/watch?v=-1NiMsABGPo&list=UUfsM9X1pthJ-XQZiIlQszTA&index=46

https://www.youtube.com/watch?v=jEWE3G-7S_o&list=UUfsM9X1pthJ-XQZiIlQszTA

https://www.youtube.com/watch?v=gCZYPaCbsYQ&index=26&list=UUfsM9X1pthJ-XQZiIlQszTA

https://www.youtube.com/user/trflight/videos?view=0&shelf_id=3&sort=dd