ArduPilot - ArduPilot

ArduPilot
Логотип ArduPilot, средний размер.png
Разработчики)Команда разработчиков и сообщество ArduPilot
изначальный выпуск2009
Репозиторийhttps://github.com/ArduPilot
Написано вC ++, Python
Операционная системаКроссплатформенность
ЛицензияGPLv3
Интернет сайтhttp://ardupilot.org

ArduPilot является Открытый исходный код, беспилотный автомобиль Программный пакет для автопилота,[1] способен управлять автономно:

Изначально ArduPilot был разработан любителями для управления моделями самолетов и вездеходов и превратился в полнофункциональный и надежный автопилот, используемый промышленностью.[2] исследовательские организации[3] и любители.

Программное и аппаратное обеспечение

Программный комплекс

Программный пакет ArduPilot состоит из навигационного программного обеспечения (обычно называемого прошивкой, когда оно скомпилировано в двоичную форму для аппаратных целей микроконтроллера), работающего на транспортном средстве (либо Вертолет, Самолет, Ровер, AntennaTracker или Sub ), наряду с программным обеспечением для управления наземными станциями, включая Mission Planner, APM Planner, QGroundControl, MavProxy, Tower и другие.

Исходный код ArduPilot хранится и управляется GitHub, с почти 400 участниками.[4]

Пакет программного обеспечения создается автоматически каждую ночь с непрерывной интеграцией и модульным тестированием, обеспечиваемым Трэвис Си, а также среду сборки и компиляции, включая GNU кроссплатформенный компилятор и Waf. Предварительно скомпилированные двоичные файлы, работающие на различных аппаратных платформах, доступны для загрузки пользователем с дополнительных веб-сайтов ArduPilot.

Октокоптер, летящий с Ardupilot
Октокоптер, летящий с Ardupilot

Поддерживаемое оборудование

Программное обеспечение Copter, Plane, Rover, AntennaTracker или Sub работает на самых разных встроенное оборудование (включая полномасштабные Linux компьютеры), обычно состоящий из одного или нескольких микроконтроллер или микропроцессор подключен к периферийным датчикам, используемым для навигации. Эти датчики включают МЭМС гироскопы и акселерометры как минимум, необходимый для полета мультикоптера и стабилизации самолета. Датчики обычно включают, кроме того, один или несколько компас, высотомер (барометрический) и GPS, а также дополнительные дополнительные датчики, такие как оптические датчики потока, индикаторы воздушной скорости, лазер или сонар высотомеры или дальномеры, монокулярные, стереоскопические камеры или камеры RGB-D. Датчики могут быть на одной электронной плате или внешними.

Программное обеспечение наземной станции, используемое для программирования или мониторинга работы автомобиля, доступно для Windows, Linux, macOS, iOS и Android.

ArduPilot работает на широком спектре аппаратных платформ, включая следующие, перечисленные в алфавитном порядке:

  • Intel Aero (Linux или STM32 Base)
  • APM 2.X (база микроконтроллера Atmel Mega Arduino), разработанный Жорди Муньос в 2010 году.[5] APM, для АrduпilotMega, работает только на старых версиях ArduPilot).
  • BeagleBone Синий и PXF Mini (накидка BeagleBone Black).
  • Куб, ранее называвшаяся Pixhawk 2 (база микроконтроллеров ARM Cortex), разработанная ProfiCNC в 2015 году.
  • Край, контроллер дрона с системой потокового видео, разработанный Emlid.
  • Erle-Brain, (На базе Linux) разработан Erle Robotics.
  • Intel Minnowboard (Linux Base).[6]
  • Navio2 и Navio + (Raspberry Pi На базе Linux), разработанный Emlid.
  • Попугай Bebop и Parrot C.H.U.C.K., разработанные Parrot, S.A.
  • Pixhawk (база микроконтроллеров ARM Cortex), первоначально разработанный Лоренцем Мейером и ETH Zurich, улучшенный и запущенный в 2013 г. PX4, 3DРобототехника, и команда разработчиков ArduPilot.[7]
  • PixRacer (база микроконтроллера ARM Cortex), разработанный AUAV.
  • Qualcomm SnapDragon (на базе Linux).
  • Virtual Robotics VRBrain (база микроконтроллера ARM Cortex).
  • Xilinx Процессор SoC Zynq (на базе Linux, РУКА и FPGA процессор).[8]

В дополнение к указанным выше базовым навигационным платформам, ArduPilot поддерживает интеграцию и связь с бортовым компаньоном или вспомогательными компьютерами для расширенной навигации, требующей более мощной обработки. К ним относятся NVidia TX1 и TX2 ( NVidia Jetson архитектура), Intel Эдисон и Intel Joule, HardKernel Odroid, и Raspberry Pi компьютеры.

особенности

Общее для всех автомобилей

ArduPilot предоставляет большой набор функций, включая следующие общие для всех транспортных средств:

  • Полностью автономные, полуавтономные и полностью ручные режимы полета, программируемые миссии с трехмерными путевыми точками, опция геозона.
  • Варианты стабилизации, чтобы исключить необходимость в стороннем втором пилоте.
  • Моделирование с помощью различных симуляторов, включая ArduPilot SITL.
  • Поддерживается большое количество навигационных датчиков, включая несколько моделей RTK GPS, традиционные L1 GPS, барометры, магнитометры, лазерные и сонарные дальномеры, оптический поток, ADS-B транспондер, инфракрасный порт, датчик скорости полета, датчики и устройства компьютерного зрения / захвата движения.
  • Связь с датчиком через SPI, I²C, CAN шина, Последовательная связь, SMBus.
  • Отказоустойчивые устройства на случай потери радиосвязи, GPS и нарушения предопределенных границ, минимального уровня заряда батареи.
  • Поддержка навигации в условиях отсутствия GPS, с позиционированием на основе зрения, оптический поток, SLAM, Ультра широкий диапазон позиционирование.
  • Поддержка приводов, таких как парашюты и магнитные захваты.
  • Поддержка для бесщеточный и почищенный моторы.
  • Поддержка и интеграция фото- и видеокадров.
  • Интеграция и связь с мощными вторичными или «компаньонами» компьютерами
  • Богатая документация через вики ArduPilot.
  • Поддержка и обсуждение через дискуссионный форум ArduPilot, каналы чата Gitter, Github, Facebook.

Для вертолета

  • Режимы полета: стабилизация, удержание Alt, Loiter, RTL (возврат к запуску), Auto, Acro, AutoTune, Brake, Circle, Drift, Guided, (и Guided_NoGPS), Land, PosHold, Sport, Throw, Follow Me, Simple , Супер простой, Избегайте_ADSB.[9]
  • Автотюнинг
  • Поддерживается широкий спектр типов рам, включая трикоптеры, квадрокоптеры, гексакоптеры, плоские и коаксиальные октокоптеры, а также нестандартные конфигурации двигателей.
  • Поддержка традиционных электрических и газовых вертолетов, монокоптеров, вертолетов trandem.

Для конкретного самолета

  • Режимы Fly By Wire, бездельник, авто, акробатические режимы.
  • Варианты взлета: ручной запуск, тарзанка, катапульта, вертикальный переход (для самолетов вертикального взлета).
  • Варианты посадки: регулируемая глиссада, винтовая, обратная тяга, чистая, вертикальный переход (для самолетов вертикального взлета и посадки).
  • Автонастройка, моделирование с помощью JSBSIM, X-Plane и RealFlight тренажеры.
  • Поддержка большого количества архитектур вертикального взлета и посадки: квадропланы, наклонные крылья, поворотные роторы, хвостовые сиденья, орнитоптеры.
  • Оптимизация 3-х или 4-х канальных самолетов.

Специально для вездехода

  • Ручной, обучающий, автоматический, рулевой, удерживающий и управляемый режимы работы.
  • Поддержка колесной и гусеничной архитектур.

Подводная лодка

  • Удержание глубины: используя датчики глубины на основе давления, подводные лодки могут поддерживать глубину в пределах нескольких сантиметров.
  • Управление освещением: управление подводным освещением с помощью контроллера.

ArduPilot полностью документирован в его вики, что в сумме эквивалентно примерно 700 печатным страницам и разделено на шесть основных разделов: подразделы, связанные с коптерами, самолетами, роверами и подводными лодками, предназначены для пользователей. Подраздел для разработчиков для расширенного использования предназначен в первую очередь для инженеров по программному и аппаратному обеспечению, а общий раздел, в котором перегруппирована информация, общая для всех типов транспортных средств, используется в первых четырех разделах.

Примеры использования ArduPilot

Любители и любители

Профессиональный

История

Ранние годы, 2007-2012 гг.

Первые корни проекта ArduPilot восходят к концу 2007 года.[10] когда Хорди Муньос, который позже стал соучредителем 3DРобототехника с участием Крис Андерсон написал Ардуино программа (которую он назвал "ArduCopter") для стабилизации RC-вертолета. В 2009 году Муньос и Андерсон выпустили Ardupilot 1.0.[11] (программное обеспечение полетного контроллера) вместе с аппаратной платой, на которой он мог работать. В том же году Муньос, построивший традиционный беспилотный вертолет с дистанционным управлением, способный летать автономно, выиграл первое соревнование Sparkfun AVC.[12] Проект расширился благодаря многим членам сообщества DIY Drones, в том числе Крису Андерсону, который поддерживал проект и основал сообщество на основе форумов ранее в 2007 году.[13][14]

Первая версия ArduPilot поддерживала только самолеты с неподвижным крылом и была основана на термобатарея датчик, который основан на определении местоположения горизонта относительно самолета путем измерения разницы температур между небом и землей.[15] Позже система была усовершенствована, заменив термобатареи на Инерциальный измерительный блок (IMU) с использованием комбинации акселерометры, гироскопы и магнитометры. Позже поддержка транспортных средств была расширена на другие типы транспортных средств, что привело к подпроектам Copter, Plane, Rover и Submarine.

В 2011 и 2012 годах произошел взрывной рост функциональности автопилота и размера кодовой базы, во многом благодаря новому участию Эндрю «Тридж» Триджелл и автор HAL Пэт Хики. Вклад Триджа включал в себя возможности автоматического тестирования и моделирования для Ardupilot, а также PyMavlink и Mavproxy. Хикки сыграл важную роль в переносе библиотеки AP_ HAL в базу кода: HAL (уровень аппаратной абстракции) значительно упростил и разбил кодовую базу на модули, введя и ограничивая низкоуровневые особенности реализации аппаратного обеспечения отдельной аппаратной библиотекой. В 2012 году Рэнди Маккей взял на себя роль ведущего сопровождающего Copter по просьбе бывшего сопровождающего Джейсона Шорта, а Тридж взял на себя роль ведущего сопровождающего Plane после Дуга Вейбеля, который впоследствии получил докторскую степень. в аэрокосмической технике. И Рэнди, и Тридж на сегодняшний день являются ведущими сопровождающими.

В свободное программное обеспечение подход к разработке кода ArduPilot аналогичен подходу Linux Операционная система и Проект GNU, а PX4 / Pixhawk и Папарацци проект, где низкая стоимость и доступность позволили любителям создавать автономные небольшие дистанционно пилотируемый самолет, такие как микро воздушные транспортные средства и миниатюрные БПЛА. Точно так же индустрия дронов постепенно использовала код ArduPilot для создания профессиональных высокопроизводительных автономных транспортных средств.

Срок погашения, 2013-2016 гг.

В то время как в ранних версиях ArduPilot использовался полетный контроллер APM, ЦП AVR запускал Ардуино язык программирования с открытым исходным кодом (который объясняет часть названия проекта "Ardu"), в последующие годы мы стали свидетелями значительного переписывания базы кода на C ++ со многими вспомогательными утилитами, написанными на Python.

В период с 2013 по 2014 год ArduPilot эволюционировал, чтобы работать на различных аппаратных платформах и операционных системах, помимо оригинальной Arduino. Атмель на основе архитектуры микроконтроллеров, сначала с коммерческим внедрением аппаратного контроллера полета Pixhawk, совместными усилиями PX4, 3DRobotics и командой разработчиков ArduPilot, а затем с Bebop2 от Parrot и контроллерами полета на базе Linux, такими как NAVIO2 на основе Raspberry Pi и BeagleBone на основе ErleBrain. Ключевым событием этого периода стал первый полет самолета под Linux в середине 2014 года.[16]

В конце 2014 года был создан DroneCode,[17] сформирована для объединения ведущих проектов программного обеспечения для БПЛА с открытым исходным кодом и, в первую очередь, для укрепления отношений и сотрудничества между проектами ArduPilot и PX4. Участие ArduPilot в DroneCode закончилось в сентябре 2016 года.[18] 2015 год также стал знаменательным для 3DRobotics, крупного спонсора разработки ArduPilot, с представлением квадрокоптера Solo, готового к использованию квадрокоптера под управлением ArduPilot. Однако коммерческого успеха Solo не суждено было добиться.[19]

Осенью 2015 года снова произошло ключевое событие в истории автопилота, когда группа из 50 самолетов под управлением ArduPilot одновременно управляла командой Лаборатории перспективных робототехнических систем (ARSENL) в Военно-морская аспирантура.

За это время кодовая база ArduPilot значительно изменилась. рефакторинг, до такой степени, что он перестал иметь какое-либо сходство с ранними версиями Arduino.

Текущий, 2018-

Эволюция кода ArduPilot продолжается с поддержкой интеграции и связи с мощными компьютерами-компаньонами для автономной навигации, поддержкой плоскости для дополнительных архитектур VTOL, интеграцией с ROS, Поддержка для планеры, и более тесная интеграция для подводных лодок. Проект развивается под эгидой ArduPilot.org, проекта в рамках некоммерческой организации «Программное обеспечение в общественных интересах» (spi-inc.org). ArduPilot частично спонсируется растущим списком корпоративных партнеров.

БПЛА Outback Challenge

В 2012 году команда Canberra UAV Team успешно заняла первое место в престижном БПЛА Outback Challenge. В команду CanberraUAV входили разработчики ArduPlane, а пилотируемый самолет контролировался автопилотом APM 2. В 2014 году команда CanberraUAV и ArduPilot снова заняли первое место, успешно доставив бутылку «заблудившемуся» туристу. В 2016 году ArduPilot занял первое место в технически более сложном соревновании, опередив сильную конкуренцию со стороны международных команд.

Сообщество

ArduPilot совместно управляется группой добровольцев по всему миру, использующих Интернет (дискурс на базе форума, глиттер канал), чтобы общаться, планировать, развивать и поддерживать его. Команда разработчиков еженедельно встречается в чате, открыта для всех, используя Бормотать. Кроме того, сотни пользователей вносят в проект идеи, код и документацию. ArduPilot под лицензией GPL Версия 3 бесплатна для загрузки и использования.

Возможность настройки

Гибкость ArduPilot делает его очень популярным в сфере DIY, но он также завоевал популярность среди профессиональных пользователей и компаний. Квадрокоптер Solo 3DRobotics, например, использует ArduPilot, как и многие профессиональные аэрокосмические компании, такие как Boeing.[20] Гибкость позволяет поддерживать широкий спектр типов и размеров рам, различных датчиков, подвесов камеры и радиоуправляемых передатчиков в зависимости от предпочтений оператора.

ArduPilot был успешно интегрирован во многие самолеты, такие как Бикслер 2.0. Возможность настройки и простота установки позволили интегрировать платформу ArduPilot для выполнения множества задач. Наземная станция управления планировщиком миссий (Windows) позволяет пользователю легко настраивать, программировать, использовать или моделировать плату ArduPilot для таких целей, как картографирование, поиск и спасение, а также съемка территорий.

использованная литература

  1. ^ «Сообщество: - Документация ArduPilot». ardupilot.org. Получено 2017-04-30.
  2. ^ «Корпоративные партнеры». ardupilot.org. Получено 2018-01-14.
  3. ^ Eure, Кеннет В. (декабрь 2013 г.). «Применение оценки положения БПЛА с использованием недорогой инерциальной навигационной системы» (PDF). NTRS.nasa.gov. NASA / TM – 2013-218144.
  4. ^ "ArduPilot / ardupilot". GitHub. Получено 2017-05-01.
  5. ^ «Добро пожаловать, ArduPilotMega 2.0!». diydrones.com. Получено 2017-05-01.
  6. ^ «Linux и будущее дронов [LWN.net]». lwn.net. Получено 2017-05-05.
  7. ^ Пресса (2013-08-29). «PX4 и 3D Robotics представляют Pixhawk: усовершенствованный, удобный автопилот - Новости sUAS - Бизнес дронов». Новости sUAS - Бизнес дронов. Получено 2017-05-01.
  8. ^ «Первый успешный полет на процессоре Zynq - Aerotenna». Аэротенна. 2015-10-08. Получено 2017-05-05.
  9. ^ «Режимы полета - документация коптера». ardupilot.org. Получено 2017-05-01.
  10. ^ «ArduCopter V1 Beta». forum.arduino.cc. Получено 2017-05-01.
  11. ^ «ArduPilot, автопилот с открытым исходным кодом, теперь доступен ($ 24,95!) - RC-группы». www.rcgroups.com. Получено 2017-05-08.
  12. ^ «2009 АВК - АВЦ.СФЕ». avc.sparkfun.com. Получено 2017-05-03.
  13. ^ Разработчик | Автопилот APM с открытым исходным кодом
  14. ^ Создатели дронов получают помощь от толпы разработчиков открытого исходного кода
  15. ^ Разработчик | Автопилот APM с открытым исходным кодом
  16. ^ «Первый запуск ArduPilot на Linux». diydrones.com. Получено 2017-05-03.
  17. ^ «Представляем Dronecode Foundation». diydrones.com. Получено 2017-05-03.
  18. ^ «Пути ArduPilot и DroneCode разошлись». diydrones.com. Получено 2017-05-03.
  19. ^ Мак, Райан. «За крахом 3D Robotics, самой многообещающей компании по производству дронов в Северной Америке». Forbes. Получено 2017-05-03.
  20. ^ https://www.wired.com/story/boeing-delivery-drone/

внешние ссылки