Guida passo per passo al setup di PixHawk con ArduCopter 3.3.x

Guida Setup PixHawk Con ArduCopter - ProjectEMS

Guida passo per passo al setup di PixHawk con ArduCopter 3.3.x

La piattaforma autopilota utilizzata maggiormente dal team di ProjectEMS é PixHawk, il famoso autopilota che supporta il firmware ArduCopter (APM:Copter). Noi di ProjectEMS crediamo nell’open source e nella libera condivisione. Per questo motivo vogliamo condividere con voi una mini guida introduttiva che riassume diverse delle procedure che utilizziamo in azienda per effettuare il setup dei nostri mezzi. E’ 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 per configurare droni multirotori con firmware AC 3.3 o superiore.

Installazione del Firmware

Per l’installazione del firmware su un drone 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 drone.
Una volta eseguito questo passaggio passiamo all’installazione vera e propria andando a
cliccare sui seguenti passsaggi:
– 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 drone in base alla configurazione da voi desiderata (Quad, hexa, octa quad, etc).

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 un quad o un octa o per 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.
Installazione Firmware APM - ProjectEMS

Calibrazione degli accelerometri

Il primo passo è aprire Mission Planner su computer e collegarsi via telemetria o via cavo al drone.
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 drone 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 po’ più complessa e richiede il movimento del drone.

Clicchiamo per avviare la calibrazione, andremo poi a muovere il drone in base alle istruzioni date da Mission Planner che compariranno sullo schermo.
Ogni qual volta il drone sarà nella posizione richiesta cliccheremo di nuovo sullo stesso pulsante per continuare.
Il drone dovrà essere sempre perfettamente il bolla e fermo in ogni calibrazione.
Le posizioni del drone 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 drone sotto sopra, overo “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 drone 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 e necessario riavviare la PixHawk dopo la calibrazione: è sufficiente disconnettere il drone dal Mission Planner e dalle batterie e successivamente ricollegare il tutto. A questo punto l’orizzonte artificiale risponderà correttamente.
Calibrazione Accelerometri - ProjectEMS

Calibrazione del Compass (Magnetometro/Bussola)

Come prima cosa é necessario collegare il drone 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 drone, un giro completo per ogni lato/asse del multirotore come mostrato nel video.
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. Dovete infine cliccare ok per completare il procedimento.
Calibrazione Compass - ProjectEMS

Calibrazione Radio

Connettiamo il drone con la telemetria al Mission Planner. Una volta connesso andiamo su “Initial setup”, dopodiché su “Radio calibration”, ed infine su “Calibrate radio”.
Il consiglio è quello di effettuare la calibrazione della radio senza eliche montate sul drone.
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 potete visualizzare che le barre rosse indicano 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.
NB: Per usare APM:Copter 3.3.x é necessario possedere una radio con un minimo di 6 canali.
Calibrazione Radio - ProjectEMS

Calibrazione 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 detto sopra.
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 drone.

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 attaccatelo alla batteria e successivamente attaccate la batteria al drone, in modo tale che sia in grado di leggere i dati della batteria in qualsiasi momento.
ATTENZIONE: Girate al contrario le eliche del drone e ancoratelo, in modo tale da mettervi in sicurezza per effettuare l’operazione che vi andremo a descrivere.
Ora potete armare il drone, 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.

Ricordatevi di mettere le eliche nella posizione corretta alla fine della calibrazione.
Articolo dettagliato qui.
Calibrazione Power Module - ProjectEMS

Risolvere i problemi di vibrazioni e la loro importanza

I problemi legati alle vibrazioni sui droni multirotore sono ampiamente presenti e ampiamenti discussi. Le vibrazioni possono ridurre l’efficienza del drone in volo, facendolo comportare in modo errato e degradando le sue capacità e prestazioni.
Ricordate che la prima causa di vibrazioni sono i telai, poiché telai realizzati in modo corretto e di buona fattura abbattono in partenza le vibrazioni. Inoltre la principale fonte delle vibrazioni sono le parti in movimento, quindi motori ed eliche.
Per risolvere e contenere le vibrazioni potete leggere l’articolo del nostro blog che trovate qui.

Effettuare il compass mot

Il Compass Mot riduce le interferenze causate dai motori, dalle esc e dalle board.
Il primo accorgimento da prendere prima di effettuare il Compass Mot é quello di smontare le eliche, e rimontarle al contrario in modo tale che invece di spingere il drone verso l’alto sarà spinto verso il basso. Questa procedura é fondamentale, perchè il Compass Mot NON può essere eseguito senza eliche.
Inoltre per la vostra sicurezza, é consigliabile ancorare il drone a terra, in modo che non si possa muovere.
Una volta prese queste precauzioni si può cominciare il Compass Mot.

Come primo passo accendete il radiocomando e posizionate il throttle a zero, poi collegate il drone alla vostra batteria Li-PO.
Dopodiché collegate il drone al mission planner tramite la telemetria e collegatelo con il tasto in alto a destra “Connect”.
Cliccate su “Initial setup”, dopodiché su “Optional hardware”, dopodiché su “Compass / motor calib”, ed infine su “Start”.
Una volta avviato il processo sentirete l’aming beep degli ESC. A questo punto aumentate il throttle lentamente fino a raggiungere il 50% – 70% per circa 5-10 secondi.
ATTENZIONE: le eliche gireranno in questo processo quindi state lontani dal drone.
Dopo aver aspettato 5-10 secondi portate velocemente a zero il throttle.
Ora schiacciate su “Finish” in modo da concludere la calibrazione.

Visualizzerete ora la percentuale dell’interferenza.
Nel caso in cui sia inferiore al 30%, il compass mot è andato bene ed è un valore accettabile e riuscirete a volare bene in loiter, RTL e Auto.
Se la percentuale visualizzata é tra 31-60%, l’interferenza è nella zona grigia dove possiamo considerare accettabile l’interferenza. Se invece ci troviamo sopra il 60% é un problema.
Se la vostra percentuale indicata é superiore al 60% provate a spostare l’APM/PX4 e il compass esterno lontani dalle fonti di interferenza.

Una volta finito tutto il procedimento, bisogna riportare le eliche nel verso giusto, siccome sono state girate per fare il Compass Mot, e ovviamente staccate la batteria.

Le modalità di volo

Per impostare le modalità di volo dovete, come già fatto nei punti precedenti, connettervi a Mission Planner con il vostro drone.
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.
Dovete assegnare allo switch i valori di PWM per far variare le modalità di volo. Questa procedura é da fare direttamente sulla vostra radio, 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):
– stabilize
– loiter
– pos hold
– alt hold
– RTL (return to lauch)
– auto

Queste sono le modalità di volo più comuni. Alcune di esse come loiter, RTL e auto hanno necessita di un segnale gps prima del decollo, mentre stabilize e alt hold non hanno bisogno di del fix GPS.

Primo volo

Il primo volo è il più importante poiché é il volo che vi permette di verificare il corretto comportamento del mezzo. Sarà anche il volo che evidenzierà eventuali problemi.
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;
– Se la funzione Safety Switch é attiva, probabilmente il vostro drone ora continuerà a fare una serie di “beep” provenienti dalle ESC (non tutte le ESC hanno questa funzione) questo perchè avete ancora attivato il safety switch.
Il safety switch non è altro che un tasto posizionato a vostro piacimento sulla scocca in modo che sia facilmente accessibile, esso é fatto per evitare un arming accidentale del drone, in modo tale che si possano fare tutti i check previsti senza che ci sia il rischio della messa in rotazione di uno dei motori.
Quando siete pronti per volare basta che schiacciate il pulsante e automaticamente il drone smetterà di emettere suoni e potrete armarlo a tutti gli effetti.
ATTENZIONE: prima di armare il drone usando il safety switch assicuratevi che lo stick del throttle sia al minimo.
– Se avete montato un sistema di terminazione provate il suo funzionamento a terra.
– Prima ancora di mandarlo in volo provate ad armarlo e disarmarlo una volta a terra in modo tale che capiate se funzionano i comandi.
– Verificare che il drone risponda correttamente al movimento degli stick quindi throttle, yaw, pitch e roll.
Per controllare questi movimenti, una delle possibilità é quella di provare ad alzarlo in volo di qualche metro e provare il funzionamento dei comandi.
– Come prima cosa provate le modalità che non utilizzano il gps quindi stabilize e alt hold, successivamente provate quelle con il gps: loiter, pos-hold e RTL e infine per ultima provate la modalità auto.

Una volta fatto questo, potete tornare a terra e staccare le batterie e potete considerate conclusa la fase del primo volo. Nel caso in cui qualcosa vada storto dovrete sistemare la failure e ripetere da capo la stessa procedura.

Autotune: è davvero necessario?

L’Auto Tune è uno step fondamentale.
Serve per avere dei PID corretti per il vostro Drone. Senza PID corretti il vostro drone non si comporterà in modo stabile in volo.
Grazie all’Auto Tune il drone risulterà più preciso nei movimenti esarà più accurato nel mantenere la posizione.

Innanzitutto assicuratevi di avere nelle modalità di volo sia Alt hold, che Auto Tune. Sono entrambe due differenti modalità di volo. (Seguite indicazioni riportate nel paragrafo “Flight modes”).
NB: Auto Tune è diventata una modalità di volo a tutti gli effetti a partire dalla versione 3.3.

Una volta in campo per effettuare l’auto tune assicuratevi che il drone sia operativo, dopodiché potete armarlo e decollare in modalità di volo Alt Hold. Una volta in volo con la modalità Alt Hold attiva, potete inserire la modalità di volo Auto Tune.

Quando la modalità Auto Tune verrà attivata, il drone incomincerà a muoversi sull’asse del roll facendo dei movimenti accentuati a diverse angolazioni, voi lasciatelo fare. Se si dovesse allontanare troppo potete, senza cambiare la modalità di volo, riportarlo più vicino a voi. Facendo cosi non interromperete l’auto tune ma lo metterete solamente in pausa ed una volta riportarti gli stick al centro il mezzo riprenderà a eseguire quello che stava facendo.
Una volta finito con il roll inizierà la stessa procedura con il pitch. E’ importante che non interrompiate la procedura tra roll e pitch. Un volta finito il roll potreste avere l’impressione che il drone abbia finito l’Auto Tune, ma non è cosi. Per ulteriori informazioni osservare la schermata di Mission Planner, sopra l’orizzonte artificiale compariranno delle scritte di colore rosso che serviranno, tra le varie cose, ad indicarvi anche la reale fine dell’Auto Tune.
Una volta concluso anche il pitch noterete che il drone tornerà a comportarsi il modo stabile, ma non è finita: manca ancora l’asse dello Yaw. Aspettate quindi che il Drone faccia Auto Tune anche su quell’asse.
Fino con l’Auto Tune dello Yaw prestate attenzione a non cambiare la Flight mode, e procedete ad atterrare e a disarmare.
La Flight Mode deve rimanere Auto Tune fino a quando il drone sarà a terra e disarmato.

Cosi facendo il drone ha salvato sulla eeprom i dati dei nuovi PID rilevanti durante il volo in Auto Tune.

Potete poi cambiare Flight Mode e alzarvi in volo per provare i nuovi PID.
NB: ricordatevi di non armare in Auto Tune!

ATTENZIONE: questa procedura può durare 10/15 minuti, quindi assicuratevi di avere abbastanza batteria per far stare in volo il vostro drone.
Autotune - ProjectEMS

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