LARGE-CAPACITY QUADCOPTER’S DESIGNING ON THE CONTROLLERS OF THE PIXHAWK CUBE FAMILY

Alexander Myasischev; Serhii Lienkov; Vadym Ovcharuk; Igor Tolok; Nataliia Lytvynenko; Andrij Zinchyk; Olexande r Lytvynenko

doi:10.17721/2519-481X/2022/75-11

Автор(и)

Олександр Мясищев Національний університет «Львівська політехніка» Автор
Сергій Лєнков Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка Автор
Вадим Овчарук Національний університет «Львівська політехніка» Автор
Ігор Толок Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка Автор
Литвиненко Наталія Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка Автор
Андрій Зінчик Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка Автор
Олександр Литвиненко Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка Автор

DOI:

https://doi.org/10.17721/2519-481X/2022/75-11

Ключові слова:

GPS ресивер, UAV, ESC контролер, Failsafe, Arducopter, Ardupilot, Pixhawk Cube, FMUv3, режекторний фільтр, Mission Planner, STM32F427, X11 HobbyWing

Анотація

У цій статті описано конструкцію та конфігурацію квадрокоптера, здатного перевозити корисне навантаження вагою до 30 кг, на базі польового контролера Pixhawk 2 Cube з прошивкою Arducopter версії 4.1.5 для пристроїв FMUv3. Для забезпечення дальності польоту 10–12 км рекомендується використовувати акумулятор ємністю 44 000 мА·год та корисне навантаження вагою 10–15 кг. Встановлено, що при побудові великогабаритних коптерів перед налаштуванням ПІД-регулятора необхідно попередньо налаштувати параметри, які використовуються ПІД-регулятором. Невиконання цього часто призводить до аварії літального апарата під час першого польоту. Це параметри лінеаризації тяги двигунів, значення прискорення для різних осей та фільтри, що подаються на вхід ПІД-регулятора. Експериментально перевірено стабільність польоту квадрокоптера у вітряну погоду в режимах навігації для прошивки Arducopter вер. 4.1.5. При швидкості вітру до 10 м/с з поривами до 14-15 м/с стабільність польоту була відзначена в автоматичному режимі та в режимі автоматичного повернення до точки старту. Була встановлена висока точність роботи навігаційної системи прошивки Ardupilot при досягненні точки скидання вантажу в автоматичному режимі. Похибка становила не більше 1,0–1,5 м при швидкості вітру 6–7 м/с. Експериментально встановлено ефективність механічної віброізоляції для польових контролерів сімейства Pixhawk Cube. При їх встановленні на раму коптера немає необхідності використовувати механічне віброізолювання.

Однак, з огляду на низьку частоту коливань рами, спричинених роботою групи гвинтів (близько 30 Гц), необхідно спроектувати раму з частотою власних коливань, що лежить поза цим діапазоном. Розглядається можливість використання програмних динамічних фільтрів з вирізом для зменшення впливу вібрацій від працюючих двигунів на показання акселерометра та гіроскопа. На прикладі рами квадрокоптера довжиною 2000 мм показано, що такі фільтри значно зменшують амплітуду не тільки виявленої основної частоти, але й її гармонік. Розглянуто різні способи налаштування приводів, керованих сервоприводами та реле, для скидання вантажів, перемикання режимів роботи за допомогою відеосистем, увімкнення та вимкнення механізмів розпилення під час використання таких дронів у сільському господарстві.

Біографії авторів

автор Олександр Мясищев, афіліація Національний університет «Львівська політехніка»

ORCID: 0000-0003-1269-425X
автор Сергій Лєнков, афіліація Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка

ORCID: 0000-0001-7689-239X
автор Вадим Овчарук, афіліація Національний університет «Львівська політехніка»

ORCID: 0000-0002-7404-2508
автор Ігор Толок, афіліація Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка

ORCID: 0000-0001-6309-9608
автор Литвиненко Наталія, афіліація Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка

ORCID: 0000-0002-2203-2746
автор Андрій Зінчик, афіліація Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка

ORCID: 0000-0003-4029-2282
автор Олександр Литвиненко, афіліація Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка

ORCID: 0000-0003-0662-6875

Посилання

[1] Boyko, A. (2017) Areas of Drone’s Application. [Online]. Available from: http://robotrends.ru/robopedia/oblasti-primeneniya-bespilotnikov [Accessed 15th March 2021].

[2] Modernized Spectator drone from OJSC "Meridian" named after SP Korolyova. (2019). [Online]. Available from: https://www.youtube.com/watch?time_continue=6&v=HvLErmgBRX4&feature=emb_logo [Accessed 15th March 2021].

[3] Spectator (UAV). (2020). [Online]. Available from: https://ru.wikipedia.org/wiki/Spec tator_(БПЛА) [Accessed 16th March 2021].

[4] Boyko, A. (2019). Spraying Plants from Drones. [Online]. Available from: http://robotrends.ru/robopedia/ opryskivanie-rasteniy-s-bespilotnikov [Accessed 16th March 2021].

[5] Copter Mission Command List. (2020). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/mission-command-list.html [Accessed 16th March 2021].

[6] FPV Piloting Theory. (2021). [Online]. Available from: https://github.com/mlutskiy/pioneer-doc/blob/master/database/pilot-module/pilot-3part.rst [Accessed 16th March 2021].

[7] Lienkov, S., Myasischev, A., Banzak, O., Husak, Y., Starynski, I. (2020) Use of Rescue Mode for UAV On the Basis of STM32 Microcontrollers. International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering, 9(3), 3506-3513.

[8] ArduPilot Firmware. (2020). [Online]. Available from: https://firmware.ardupilot.org/ [Accessed 21th March 2021].

[9] Pixhawk Overview. (2020). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/common-pixhawk-overview.html [Accessed 21th March 2021].

[10] Copter Mission Command List. (2020). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/mission-command-list.html [Accessed 21th March 2021].

[11] Betaflight Filter Settings: Tuning Filters with Blackbox Explorer. [Online]. Available from: https://lenorde-fpv.com/betaflight-filter-settings-part1/ [Accessed 21th March 2021].

[12] Managing Gyro Noise with the Static Notch and Dynamic Harmonic Notch Filters. (2021). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/common-imu-notch-filtering.html#common-imu-notch-filtering-static-notch [Accessed 21th March 2021].

[13] Extended Kalman Filter (EKF). (2020). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/common-apm-navigation-extended-kalman-filter-overview.html [Accessed 24 March 2021].

[14] Measuring Vibration with IMU Batch Sampler. (2021). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/common-imu-batchsampling.html [Accessed 24th March 2021].

[15] mRo Pixhawk Flight Controller. (2016). [Online]. Available from: https://docs.px4.io/master/en/flight_controller/mro_pixhawk.html [Accessed 24th March 2021].

[16] Hex Cube Black Flight Controller. (2017). [Online]. Available from: https://docs.px4.io/master/en/flight_controller/pixhawk-2.html [Accessed 24th March 2021].

[17] Mission Planning. (2021). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/common-mission-planning.html [Accessed 24th March 2021].

[18] Lienkov, S., Myasischev, A., Komarova, L., Lytvynenko, N., Shvab, V., Lytvynenko, O. Creation of a Rotor-Type UAV with Flight Controllers, Based On a ATmega2560 and STM32f405 Microprocessors. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8 (8), 4703-4710.

[19] Setting the Aircraft Up for Tuning. (2022). [Online]. Available from: https://ardupilot.org/copter/docs/setting-up-for-tuning.html [Accessed 26th March 2021].

[20] Measuring Vibration. (2021). [Online]. Available at from https://ardupilot.org/planner/docs/common-measuring-vibration.html [Accessed 26th March 2021].