Файл: Реферат Выпускная.docx

Алгоритм управления автономным полетом охранного квадрокоптера

При разработке системы управления автономным охранным квадрокоптером был разработан алгоритм, представленный на рисунке 3.5 и

3.6. Данный алгоритм является универсальным решением для выполнения автономных полетных миссий. Его применение в квадрокоптерах схожей

конфигурации будет обоснован, так как этот алгоритм эффективен и прост в реализации, что несомненно является плюсом.

Алгоритм адаптирован под реализацию в ROS пакете MAVROS.

ROS пакет MAVROS предоставляет удобный фреймворк для работы с протоколом MAVLink, на котором «общается» установленный в квадрокоптере автопилот PX4.

MAVROS обменивается информацией с полетным контроллером создает топики ROS, в некоторых темах публикует данные, а на другие подписывается, то есть ждет поступления данных в тему. Для управления квадрокоптером с конфигурацией, выбранной выше достаточно публиковать и считывать несколько тем.

Язык С++ будет использован для написания программы по разработанному алгоритму.


Рисунок 3.5 – Алгоритм работы системы управления квадрокоптером (часть 1)



Рисунок 3.6 – Алгоритм работы системы управления квадрокоптером (часть 2)
Блок «Запрос данных о состоянии автопилота» помогает получить важную информацию о состоянии подключения к автопилоту, узнать режим

---

полета автопилота, проверить состояние установки защиты автопилота. Этими данными обеспечивает MAVROS тема «mavros/state», которая должна своевременно считываться.

После того как был запущен MAVROS и программа управления (узел ROS) необходимо дождаться подключения MAVROS к автопилоту PX4. Для этих целей присутствует блок проверки «Автопилот подключен?». Если автопилот подключен, то проверка завершается успешно и алгоритм выполняется дальше, а если неудачно, то проверки будут повторяться, и программа дальше не продвинется.

Особенность режима Offboard такова, что перед тем как войти в этот режим, необходимо запустить потоковое задание, то есть начать публиковать координаты в теме «mavros/setpoint_position/local». В противном случае переключение режима не произойдет. Описанную задачу решает блок

«Инициализация начальной точки».

Непосредственное включение режима Offboard, описанного в выше, происходит в блоке «Установка полетного режима OFFBOARD у автопилота». Так как переключения режимов полета в MAVROS реализовано

с помощью службы ROS, то нужно отправить запрос в службу на изменения режима.

Далее мы запрашиваем данные о состоянии автопилота и после их получения проверяем текущий режим полета блоком «Текущий режим OFFBOARD?». При успешном выполнении алгоритм продолжиться, а при неудаче произойдет повторное включение режима.

Для выполнения любых полетных миссий необходимо, чтобы квадрокоптер был снят с защиты (с охраны). Эта функция реализуется блоком «Снятие автопилота с защиты». В MAVROS это

---

реализовано с помощью служб «mavros/cmd/arming».

Далее производятся проверки успешной предыдущей операции.

Блок «Блок расчета координат полетной миссии» является ключевым местом алгоритма. Здесь производится расчет будущих координат, которые в дальнейшем по порядку будут отправлены автопилоту на исполнение. Преимущества данного блока в том, что в него можно встраивать различные алгоритмы расчета координат, даже использовать данные других узлов ROS, которые, к примеру, занимаются планированием траектории полета на основании полученных данных с карт, либо с камер.

На выходе блока «Блок расчета координат полетной миссии» должна быть координата, которую блок «Отправка координаты целевой точки автопилоту» отправит полетному контроллеру на исполнение.

После того как квадрокоптер начнет свое движение в сторону выполнения миссии будет запускаться проверка достижения целевой точки блоком «Достигли места назначения?». При успешно выполненной миссии алгоритм перейдет в стадию расчета новой путевой точки.

Программная реализация алгоритма представлена в листинге 3.1.

Листинг 3.1


#include

#include #include #include

#include




mavros_msgs::State current_state;

void state_cb(const mavros_msgs::State::ConstPtr& msg){ current_state = *msg;

}
geometry_msgs::PoseStamped current_pose;

void pose_lock(const geometry_msgs::PoseStamped::ConstPtr& msg){ current_pose = *msg;

}
// начальная точка

int pos_x = 0; //координата X int pos_y = 0; //координата Y int pos_z = 0; //координата Z

---

int main(int argc, char **argv)

{

ros::init(argc, argv, "offb_node"); ros::NodeHandle nh;
ros::Subscriber state_sub = nh.subscribe<:state> ("mavros/state", 10, state_cb);

ros::Subscriber local_pos_sub = nh.subscribe<:posestamped>

("mavros/local_position/pose", 10, pose_lock); ros::Publisher local_pos_pub =

nh.advertise<:posestamped>

("mavros/setpoint_position/local", 10); ros::ServiceClient arming_client =

nh.serviceClient<:commandbool> ("mavros/cmd/arming");

ros::ServiceClient set_mode_client = nh.serviceClient<:setmode>

("mavros/set_mode");
// скорость публикации заданных точек ДОЛЖНА быть быстрее, чем 2 Гц ros::Rate rate(20.0);
// ожидание подключения Pixhawk while(ros::ok() && !current_state.connected){

ros::spinOnce();

rate.sleep();

}
geometry_msgs::PoseStamped pose; pose.pose.position.x = pos_x; pose.pose.position.y = pos_y; pose.pose.position.z = pos_z;
// отправка некоторых заданных точек, для включения OFFBOARD for(int i = 100; ros::ok() && i > 0; --i){
local_pos_pub.publish(pose); ros::spinOnce();

rate.sleep();

}
// установка режима OFFBOARD mavros_msgs::SetMode offb_set_mode; offb_set_mode.request.custom_mode = "OFFBOARD";
mavros_msgs::CommandBool arm_cmd; arm_cmd.request.value = true;
ros::Time last_request = ros::Time::now(); bool count = true;

while(ros::ok()){

if( current_state.mode != "OFFBOARD" &&

(ros::Time::now() - last_request > ros::Duration(5.0))){ if( set_mode_client.call(offb_set_mode) &&

offb_set_mode.response.mode_sent){ ROS_INFO("Offboard ON!");

}

last_request = ros::Time::now();

} else {

if( !current_state.armed && (ros::Time::now() - last_request >

ros::Duration(5.0))){

if( arming_client.call(arm_cmd) && arm_cmd.response.success){ ROS_INFO("Quadrokopter arming!");

pos_z = 2; // отправим команду на взлет для


В программной реализации алгоритма управления автономным охранным квадрокоптером в блоке «Блок расчета координат полетной миссии» для тестовых испытаний был реализован расчет точек, расположенных на «зигзаг» линии, и в результате квадрокоптер на основе этой полетной программы пролетает траекторию, показанную на рисунке 3.7.



Рисунок 3.7 – Тестовая траектория полета автономного охранного квадрокоптера

Результатом исследования является разработанные архитектуры аппаратного обеспечения и системы управления, включающей в себя алгоритмическое проектирование и программную реализацию. Архитектура аппаратного обеспечения, являющаяся конфигурацией автономного охранного квадрокоптера, соответствует предъявляемым требованиям и отвечает задачам проектирования автономных систем управления. Разработанный алгоритм позволяет автономно управлять передвижением охранного квадрокоптера в пространстве. Данный алгоритм позволяет расширять разработанную систему управления, добавляя в нее новые модули, например, распознавание объектов и расчет приблизительных координат детектируемого объекта в координатах спроектированного охранного квадрокоптера. Это позволит рассчитать траекторию полета охранного квадрокоптера к обнаруженной цели, а затем передать точки траектории в разработанную в этой работе систему управления.

2. 1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   ...   35

---

Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение

1. Организация и планирование работ

Для оценки процесса реализации проекта необходимо составить линейный график, исполнителями являются научный руководитель(НР) и студент(С). Для каждого из выделенных этапов определим его исполнителей и долю участия каждого из исполнителей в его выполнении. Полученные результаты сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Перечень выполняемых работ с указанием доли участия исполнителей

Этапы работы	Исполнители	Загрузка исполнителей
1. Постановка целей и задач исследования	НР, С	НР – 75% С – 25%
2. Разработка и утверждение технического задания (ТЗ)	НР, С	НР – 35% С – 65%
3. Разработка календарного плана выполнения работ	НР, С	НР – 20% С – 80%
4. Анализ готовых технических решений	НР,С	НР – 20% С – 80%
5. Подбор компонентов устройства	С	С – 100%
6. Поиск источников, изучение основ проектирования и программирования во фреймворке Robot Operating System (ROS)	С	С –100%
7. Составление алгоритма работы системы управления	НР, С	НР – 30% С – 70%

---