Guida passo per passo al setup di APM:Plane 3.4.0 [e setup Plane 300g]

TsubasaV2 Articolo Apm Plane 300G ProjectEMSIn questo tutorial, andremo a spiegare come eseguire il setup di APM:Plane 3.4.0, in particolare prendendo come modello di esempio un Plane di peso inferiore ai 300 g.

Acquisto componenti Plane 300g con APM:Plane 3.4.0

Inizialmente, bisognerà acquistare i componenti del nostro plane, andando ad analizzare ogni singolo elemento necessario alla costruzione.Ricordiamoci che nel complesso non bisognerà mai superare la soglia dei 300 gr, perciò cerchiamo elementi leggeri e poco ingombranti.

Gli elementi, necessari da acquistare per il nostro 300 gr sono:
-tuttala (struttura) [Nel nostro caso C-Ray 180 oppure X-1 Mini Fying Wing (su quest’ultimo telaio dovete prestare particolare attenzione al posizionamento corretto del baricentro)];
-motore [Nel nostro caso Multisar 1704-2300KV oppure Quanum DYS 1806-2700KV oppure motori analoghi];
-esc [Nel nostro caso 8A del C-Ray 180 oppure Turnigy Plush 10A];
-eliche (piú di una, per poter fare delle prove) [Nel nostro caso 6×4];
-power module [Nel nostro caso quello contenuto nel Kit PixFalcon oppure il classico power module usato nei kit PixHawk/APM];
Potete acquistare il power module cliccando qui.
-batteria [Nel nostro caso 460 mAh 2s 40C oppure 950mAh 2s 25C];
-telemetrie [Nel nostro caso il kit di telemetria micro per il Micro APM];
-radiocomando [Nel nostro caso Quanum i8 oppure FlySky i6];
PixFalcon oppure schede analoghe a 32-bit;
-GPS M8N [Nel nostro caso quello contenuto nel Kit PixFalcon oppure qualsiasi M8N analogo];
GoPro HERO 5 Session oppure camera analoga.

Assemblaggio componenti

Una volta ottenuti tuti i componenti, procediamo al loro assemblaggio, cercando di seguire lo schema da noi indicato: batteria collegata alla power module – power module connessa alla Pxfalcon – Pxfalcon connessa alla telemetria/radio/gps + compass/ due servo motori – inoltre la batteria deve alimentare direttamente la ESC, che a sua volta alimenterà il motore.
Schema Collegamenti Plane E PixFalcon
Fate riferimento allo schema sopra esposto, ricordando che ogni componente deve essere posizionato nel giusto posto (cercare di bilanciare il peso), al fine di ottenere un correto posizionamento del baricentro del tuttala, il baricentro viene solitamente indicato nel manuale del costruttore del telaio del tutt’ala. Se il baricentro non è posizionato come indicato sul manuale del costruttore, il nostro mezzo rischia di andare incontro a spiacevoli conseguenze. Segue un video di esempio.
Baricentro Mal Posizionato - ProjectEMS

Il tutt’ala da noi utilizzato, necessita di avere il baricentro posizionato com in figura:
Baricentro Plane ProjectEMSNoi abbiamo disposto i componenti all’interno del nostro Plane in qeusto modo:
interno Plane ProjectEMS
Dopo aver spiegato le procedure per costruire il vostro plane, è il momento di procedere con le calibrazioni: per questo motivo, vogliamo condividere con voi una mini guida, simile alla precedente, realizzata per un multicottero (fare collegamento), delle diverse procedure che utilizziamo in azienda per effettuare il setup dei nostri mezzi. È evidente che una guida di questo genere é riduttiva: in un articolo di blog è davvero complesso condividere tutte le procedure utilizzate in azienda per il setup dei mezzi. Tuttavia, siamo convinti che questa guida possa essere un ottimo punto di partenza.

Installazione Firmware

Per l’installazione del firmware, su un Plane con centralina Pixhawk o simile, bisognerà procedere con degli step ben precisi.
Il primo passo, è il collegamento della centralina di volo, tramite un cavo usb, ad un computer dove verrà in seguito aperto Mission Planner, il quale funzionerà da ground station per il plane.
Una volta eseguito questo passaggio, passiamo all’installazione vera e propria andando a
cliccare sui seguenti passaggi:
– Initial Setup;
– Install firmware.
Dopodichè, ci troveremo in una schermata, dove automaticamente Mission Planner verificherà la versione più recente del firmware, che vi farà visualizzare sotto il simbolo del Plane, la versione da scaricare. Esistono anche dei beta firmware: i beta firmware sono delle versioni, ancora instabili, utilizzate generalmente per effettuare dei test. Nel caso in cui non vogliate fare dei test, potete scegliere semplicemente la versione normale già testata.
Una volta scelta la configurazione, possiamo cliccare sopra la stessa. Verrà chiesta la conferma per l’uploading del firmware, inizierà cosi il download e successivamente verrà installato sulla board.
Per l’installazione del firmware di tutte le altre configurazione possibili, la procedura rimarrà la stessa.
Alcuni accorgimenti sono:
– una volta collegato il cavo usb per l’installazione, NON dovete cliccare sul tasto in alto a destra con scritto “connect” ma dovete andare subito su “initial setup”, ecc.;
– per l’installazione del firmware, il collegamento deve essere effettuato fisicamente tramite cavo usb e non via telemetria.

Calibrazione accellerometri

Il primo passo, è aprire Mission Planner su computer e collegarsi via telemetria o via cavo al Plane.
Dopo aver effettuato il collegamento, andremo su “initial setup”, dopodiche su “mandatory hardware”, ed infine su “accel calibration”.
Con la nuova versione di Mission Planner, ci saranno due tipi di calibrazione: quella classica e quella che chiameremo Level.
La calibrazione level è molto semplice. Come prima cosa, bisognerà sistemare il Plane in maniera che sia perfettamente in piano, a livello, e che non penda da nessuna parte. Possiamo aiutarci con qualsiasi materiale, l’importante è che sia stabile e in piano.
Una volta in piano, cliccate su “calibrate level” che corrisponde al secondo tasto, quello più in basso, dopo poco uscirà il messaggio “complete”.
Ora, possiamo andare ad eseguire la classica calibrazione degli accelerometri, che è un pó più complessa e richiede il movimento del drone.
Clicchiamo per avviare la calibrazione, andremo poi a muovere il Plane in base alle istruzioni date da Mission Planner che compariranno sullo schermo.
Ogni qual volta, il mezzo sarà nella posizione richiesta, cliccheremo di nuovo sullo stesso pulsante per continuare.
Il plane dovrà essere sempre perfettamente il bolla e fermo in ogni calibrazione.
Le posizioni in ordine sono:
– “place vehicle LEVEL” ovvero perfettamente “a livello orizzontale”;
– “place vehicle on the LEFT side” ovvero sul suo lato sinistro;
– “place vehicle on the RIGHT side” ovvero sul suo lato destro;
– “NOSE DOWN” ovvero con il naso verso il basso;
– “NOSE UP” ovvero con il naso verso l’alto;
– infine, l’ultima calibrazione sarà con il plane sotto sopra, ovvero “on it’s BACK”;
Una volta completata questa procedura, in caso di esito positivo, verrà mostrato l’avviso “calibration successful”, in caso di esito negativo bisognerà rifare il procedimento.
Per ogni passaggio, c’è un tempo massimo per sistemare il plane nella posizione richiesta e dare la conferma, quindi attenzione a non effettuare le manovre con troppa lentezza.
Se vi sposterete sulla schermata “Flight Data”, potrete notare il corretto funzionamento dell’orizzonte artificiale: variando la posizione del mezzo, varierà anche l’orizzonte artificiale.
Se non dovesse funzionare correttamente, non preoccupatevi, a volte, è necessario riavviare la PixHawk dopo la calibrazione: è sufficiente disconnettere il plane dal Mission Planner e dalle batterie, e successivamente ricollegare il tutto. A questo punto, l’orizzonte artificiale risponderà correttamente.

Calibrazione Compass (Bussola)

Come prima cosa, è necessario collegare il plane tramite telemetria al Mission Planner, dopodiché andare sulla schermata “Initial Setup”, in seguito, “Mandatory Hardware”, ed infine “Compass”.
Comparirà una schermata, dove potrete scegliere se il compass è esterno o altro, questa opzione, varierà in base alla board che possedete.
In seguito, andremo a cliccare su “Live calibration” e daremo l’ok alla schermata di dialogo che comparirà.
A questo punto, bisognerà eseguire manualmente con il plane un giro completo per ogni lato/asse del mezzo.
È consigliato, allontanare qualsiasi fonte di disturbo, ad esempio oggetti metallici, telefono, emittenti radio, ecc.
Durante la calibrazione, sul Mission Planner, verranno visualizzati tutti i punti riguardanti la calibrazione del compass, e nel caso in cui avrete, sia il compass interno che esterno vedrete che si muoveranno tutti e due i disegni della schermata.
Una volta raccolto un numero sufficiente di punti, cliccate su “Done”.
In alcuni casi, ancora prima di cliccare su “Done” è possibile che l’auto accept venga in aiuto e una volta raccolti i dati sufficienti, passerà automaticamente alla schermata successiva, ovvero quella degli offset.
A calibrazione completata, verrano visualizzati i nuovi offset ricavati, appunto, tramite la calibrazione.Infine, cliccare ok per completare il procedimento.

Calibrazione radio

Connettiamo il plane tramite telemetria al Missione Planner. Una volta connesso, andiamo su “Initial setup”, dopodiché su “Radio calibration” ed infine su “Calibrate radio”.
La schermata, ci mostrerà i canali che stiamo usando: porteremo tutti gli stick e switch assegnati nelle posizioni più estreme, con calma e portandoli più volte a fine corsa, in modo da fargli memorizzare bene i valori massimi e minimi.
Ora, sulla schermata di Mission Planner, potrete visualizzare le barre rosse indicanti tutti gli estremi in cui vanno gli stick.
Una volta terminata questa procedura, cliccheremo su “Click when done”, e uscirà un messaggio che ci dice di portare tutti gli stick in posizione centrale e il Throttle in basso. Una volta eseguito, cliccare su “OK” per continuare.
Ora, se la calibrazione della radio è stata effettuata correttamente, comparirà una schermata con tutti i limiti massimi e minimi recepiti da Mission Planner, tramite la Calibrazione Radio.

Lavorare con il Mixing

Per effettuare il mixing dei canali, connettiamo il plane tramite telemetria al Mission Planner.
Una volta connesso, andiamo su “Initial setup”, dopodiché su “Parameter list” e infine andiamo a digitare sulla casella “Ricerca” la parola “mixing”.
Da questa ricerca, compariranno dei parametri che dovranno essere modificati in funzione ad un’analisi visiva delle superficie mobili, cercando di comprendere la corretta corrispondenza di quest’ ultime; noterete che i movimenti non corrisponderanno al comando, per motivi di fabbricazione.
Plane  300g ProjectEMS3 Per correggere questo errore, bisogna agire nelle finestre indicate in figura, e procedere a modificare i valori sulla relativa barra d’interesse; impostare tale cambiamento e verificare la correzione.
Nel nostro caso, abbiamo un plane dotato di soli alettoni, per il controllo di rollio e beccheggio: per il primo, si necessita che le superfici siano anti-istintive (quando una sale, l’altra risponde in modo opposto, scendendo); nel secondo caso, si necessita che le superfici siano istintive (o entrambe su o entrambe giù). Dopo aver agito su “Full parameter list”, ora abbiamo un successivo step: ovvero andiamo su “Initial setup”, “Radio calibration” ed infine su “Calibrate radio”.
Qui, si andrà a controllare la corretta corrispondenza relativa al comando impostato sul radiocomando, che deve essere coincidente col movimento del plane (se inclino lo stick verso il basso, il plane deve spostare le sue superfici in modo da poter cabrare). Per impostare ciò, prima verificare il movimento da correggere, poi procedere a spuntare la casellina “Reverse” sulla relativa barra d’interesse, ed infine verificare la correzione. Per concludere, effettuiamo il reverse channel sulla radio: noi siamo dotati di una Quanum i8 a 8 canali. Per effettuare il reverse, bisogna spegnere la radio, portare entrambi i joystick nell’angolo in basso a destra, contemporaneamente accendere la radio (così facendo entrerete in “reversing mode” e noterete che le LEDs indicheranno lo stato corrente dei 4 canali). Se un canale è reversato, il corrispondente LED si accenderà. Premete il bottone del trim di sinistra per riversare, se volete tornare normali lo schiacciate verso destra. Per salvare, è necessario cambiare lo switch dalla positione SWA in un’altra posizione e, a conferma di tale impostazione, i LED inizieranno a illuminarsi confermando tale azione.
Ulteriori informazioni qui.

Calibrazion power module

La funzione del Power Module è quella di misurare il voltaggio della batteria ed il consumo attuale di essa. Può apparire superfluo, ma non leggere correttamente il voltaggio della batteria può portare seri problemi in volo. Come prima cosa, dovrete settare il power module sul Mission Planner, ovviamente collegate il drone sempre nello stesso modo.
Una volta connesso dovrete cliccare su: “Initial setup”, dopodiché su “Optional Hardware”, dopodiché su “Battery Monitor”.
Troverete 4 voci pricipali:
– Monitor: scegliete “Voltage and Current” o “Battery Volts”
– Sensor: scegliete il power module da voi utilizzato
– APM ver: scegliete la vostra Flight controller che avete montato precedentemente (es. Pixhawk, APM 1, ecc.)
– Battery Capacity: inserite il valore di capacita in mAh della batteria che usate per alimentare il plane.
All’interno della voce “SENSOR”, Mission Planner vi offre una serie di moduli di potenza (inclusi i modelli popolari 3DR e AttoPilot), che è possibile selezionare per configurare automaticamente il modulo.
Se, e solo se, il vostro Power Module non è sulla lista, allora dovrete eseguire la calibrazione manuale descritta in seguito. Selezionando la voce “Other”.
Dopo aver selezionato “Other”, la sezione inferiore della schermata di “Battery Monitor”, vi consentirà di calibrare la misura della tensione / corrente, al fine di verificare che la tensione misurata della batteria sia corretta.
Per calibrare la lettura del voltaggio, in maniera corretta, dovrete come prima cosa controllare il voltaggio della batteria con un battery checker o con un tester.
Andate nella schermata di prima: “Initial setup”-> “Optional Hardware” -> “Battery Monitor”, oppure nella Flight Data screen’s HUD o nello Status tab e controllate, quale voltaggio vi viene indicato.
Nel caso in cui leggete un delta di 0,2 V, si può aggiustare la lettura nel seguente modo:
Andate sulla schermata: “Initial setup” -> “Optional Hardware” -> “Battery Monitor” e selezionate “Sensor” Others.
Dopodiché, nella parte “Calibration” troverete scritto Measured Battery Voltage: qui, dovrete inserire il valore di voltaggio letto, tramite il vostro voltimetro/cell checker ed una volta inserito dovrete cliccare fuori dal riquadro in modo tale che si aggiorni le sezioni “Voltage Divider” e “Battery Voltage (Calced)” dovrebbe essere uguale alla sezione “Measured Battery Voltage” (questo aggiornamento può richiedere alcuni secondi di attesa).
Ora, dovrete andare a calibrare la sezione “Ampere per volt”.
Prima cosa, prendete un Amperometro e collegatelo alla batteria e, successivamente, attaccate la batteria al plane, in modo tale che sia in grado di leggere i dati della batteria in qualsiasi momento.
Ora, potete armare il plane, alzare leggermente il throttle e nel frattempo leggere sia dall’Amperometro, che nella schermata del Mission Planner se l’amperaggio corrisponde.
Se non corrispondono, andate nella schermata “Initial setup” -> “Optional Hardware” -> “Battery Monitor” e nella parte inferiore “Calibration” all’ultimo punto vi è la sezione “Ampere per Volt”: in questa sezione, potrete modificare il valore e poi ricontrollare la corrispondenza dei due valori.
Articolo dettagliato qui.

Flight Modes

Per impostare le modalità di volo dovete, come già fatto nei punti precedenti, connettervi a Mission Planner con il vostro plane.
Una volta connessi a Mission Planner e acquisiti i dati andate su:
“Initial setup”, dopodiché su “Mandatory hardware”, dopodiché su “Flight modes”.
Vi troverete in una schermata con 6 diversi campi dove potrete inserire le modalità di volo. Una volta scelte le modalità, cliccate su “Save modes”. Ricordatevi, che é possibile assegnare anche solo 3 modalità di volo, oppure anche solo 2. Mission Planner, accetta la ripetizione delle modalità di volo in questi 6 campi.
Ora, bisogna passare al settaggio della RC, poiché è lei che vi farà cambiare la modalità in volo. Generalmente viene usato il canale 5 per lo switch delle modalità di volo.
NB: Per il Plane è possibile scegliere quale canale usare per fare lo switch tra una Flight Mode e l’altra. Il parametro da modificare per impostare il canale si trova nella Full Parameters List ed è il seguente(FLTMODE_CH):fltmodech ProjectemsDovete assegnare allo switch i valori di PWM, per far variare le modalità di volo. Questa procedura, é da fare direttamente sulla vostra radio, ma tramite il software della radio stessa e NON su Mission Planner.
I valori di PWM, sono scritti anche nella schermata delle Flight Modes in fondo a ogni campo.
Una volta effettuati questi due procedimenti, tornate sulla schermata delle “Flight modes” e provate a cambiare le modalità di volo dal radiocomando, dovreste vedere che in base al
movimento dello stick la casella interessata si illumina di verde. Se a ogni vostro movimento la modalità di volo cambia nella maniera corretta avete configurato il tutto in maniera corretta. In caso così non fosse, provate a rifare lo stesso procedimento da capo.
Le Flight Modes più utilizzate, sono le seguenti (tuttavia non sono le uniche esistenti):
– FBWA (Fly By Wire A)
– FBWB (Fly By Wire B)
– AutoTune
– Manual
– RTL (return to lauch)
– Auto
Queste sono le modalità di volo più comuni. Alcune di esse come RTL e auto hanno necessità di un segnale gps prima del decollo, mentre manual non ha bisogno del fix GPS.

Il primo volo, l’AutoTune e il TECS

Il primo volo, è la fase più importante perchè permette di verificare il corretto comportamento del mezzo. Sarà anche il volo che evidenzierà eventuali problemi. Inoltre, come sarà descritto nelle prossime righe, subito dopo il primo volo è importante effettuare l’AutoTune.
Una volta posizionato il drone, collegate le batterie e collegatelo al Planner cosi da poter visualizzare la situazione del drone.
Prima di poter armare, dovete effettuare dei controlli su l’intero sistema.
– Controllare che muovendo il drone, l’orizzonte artificiale risponda in maniera corretta;
– Controllare che accendendo la radio, si associ al drone.
– Fare un rapido controllo delle superfici aerodinamiche, verificando il loro corretto funzionamento e la loro struttura.
– Se avete montato un sistema di terminazione, provate il suo funzionamento a terra.
– Prima ancora di mandarlo in volo, armatelo a terra e controllate il corretto funzionamento dell’elica.
– Verificare che il plane, risponda correttamente al movimento degli stick quindi throttle, yaw (se disponibile), pitch e roll.
– Come prima cosa, utilizzare la modalità manuale e verificare il corretto funzionamento del Plane. Come seconda cosa consigliamo di utilizzare la modalità AutoTune, che permette al Plane di impostare correttamente i PID. Ulteriori info sulla modalità AutoTune si trovano qui. Aggiungiamo anche che volare in AutoTune nella maggior parte dei casi è abbastanza semplice e permette di ottenere risultati molto più rapidamente rispetto ad tuning manuale. In particolar modo, vedrete che l’AutoTune esegue il suo lavoro dopo diverse virate a destra ed a sinistra e dopo diversi abbassamenti e risalite di quota. Per ulteriori informazioni vi rimandiamo nuovamente qui.
– Dopo aver completato l’AutoTune diventa importante settare il TECS, principalmente volando in FBWA o in Manual. Ulteriori informazioni sul TECS qui. Inoltre aggiugiamo che un tuning basilare del TECS puó essere fatto anche dalla seguente schermata:TECS– Infine diventa possibile provare e sperimentare con tutte le altre modalita, come ad esempio: FBWB, Loiter, RTL, Auto, etc.
Una volta fatto questo, potete tornare a terra e staccare le batterie e potete considerate conclusa la fase riguardante i primi voli. Nel caso in cui qualcosa vada storto, dovrete sistemare la failure e ripetere da capo la stessa procedura.
Ulteriori info sui primi lanci qui.
Ulteriori info sul pilotaggio in modalità manuale qui.

Update V2.5 del 25/11/16

Abbiamo trovato un modo più elegante e più efficiente di disporre payload e cablaggio.
Di seguito la foto. Il PayLoad è una GoPro 5 Session.
tsubasa top projectems
tsubasa bottom projectems

Se desiderate utilizzare gli stessi supporti che abbiamo usato noi per GoPro 5 Session e motore, potete stampare in 3D i seguenti file STL (STL realizzati da Riccardo Rigamonti).
LINK SUPPORTO MOTORE
LINK SUPPORTO GOPRO

Abbiamo trovato un set di PID e di TECS “base” da cui partire per il primo volo. Ovviamente l’autotune resta comunque necessario, questi sono solo PID di partenza utili per aiutarvi a decollare in modo rapido e sicuro.
tsubasa pid di partenza

Ed infine abbiamo realizzato un breve video nel quale vi mostriamo come inseriamo il payload nel mezzo:
Tsubasa V2.5 - ProjectEMS

Video del mezzo in volo

Tsubasa V2 In Volo - ProjectEMS
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