Уроки TECHCOOL — дроны, программирование и 3D-моделирование

ТЕМА 01

Подключение к Butterfly

Для программирования на Python будем использовать Butterfly. Сначала подключитесь к Wi-Fi дрона Clover и откройте Butterfly в браузере.

01

Подключитесь к дрону

Подключитесь к Wi-Fi сети Clover так же, как в предыдущих темах.

02

Откройте Butterfly

Для доступа откройте страницу http://192.168.11.1 и выберите на ней ссылку Open web terminal или запустите терминал(желательно powershell для windows) и выполните подключение с помощью команды:

ssh pi@192.168.11.1 Пароль: raspberry

03

Создайте Python-файл

Откройте терминал в Butterfly и создайте файл программы командой:

nano flight.py

Дальше

Подключим к Python команды, с помощью которых программа сможет управлять дроном.

ТЕМА 02

Подключение команд Clover

Чтобы Python мог управлять дроном, в начале программы нужно подключить необходимые библиотеки и команды Clover.

import rospy import math from clover import srv from std_srvs.srv import Trigger

Затем запускаем ROS-узел программы:

rospy.init_node('flight')

После этого создаём подключения к командам Clover:

get_telemetry = rospy.ServiceProxy('get_telemetry', srv.GetTelemetry) navigate = rospy.ServiceProxy('navigate', srv.Navigate) navigate_global = rospy.ServiceProxy('navigate_global', srv.NavigateGlobal) set_position = rospy.ServiceProxy('set_position', srv.SetPosition) set_velocity = rospy.ServiceProxy('set_velocity', srv.SetVelocity) set_attitude = rospy.ServiceProxy('set_attitude', srv.SetAttitude) set_rates = rospy.ServiceProxy('set_rates', srv.SetRates) land = rospy.ServiceProxy('land', Trigger)

Что здесь происходит?

Мы создаём переменные, через которые Python сможет обращаться к командам Clover. Например, navigate отвечает за перемещение дрона, а land — за посадку.

Не нужно запоминать всё сразу

В этом уроке мы будем постепенно разбирать только те команды и параметры, которые понадобятся для управления дроном.

Дальше

Разберём функцию, которая позволяет отправить дрон в нужную точку и дождаться её достижения.

ТЕМА 03

Функция navigate_wait()

Вместо того чтобы каждый раз отдельно писать команду полёта и проверять, достиг ли дрон нужной точки, мы создаём собственную функцию navigate_wait().

def navigate_wait(x=0, y=0, z=1, yaw=float('nan'), speed=0.5, frame_id='aruco_map', auto_arm=False, tolerance=0.2): navigate(x=x, y=y, z=z, yaw=yaw, speed=speed, frame_id=frame_id, auto_arm=auto_arm) while not rospy.is_shutdown(): telem = get_telemetry(frame_id='navigate_target') if math.sqrt(telem.x ** 2 + telem.y ** 2 + telem.z ** 2) < tolerance: break rospy.sleep(0.2)

Функция принимает несколько параметров. Параметр можно указать при вызове функции, например:

navigate_wait(x=3, y=2)

Если параметр не указан, используется его значение по умолчанию.

x 0 y 0 z 1 yaw float('nan') speed 0.5 frame_id 'aruco_map' auto_arm False tolerance 0.2

Что такое значения по умолчанию?

Это значения, которые функция использует сама, если мы не указали другой параметр. Например, если в вызове нет z, функция использует высоту 1 метр.

Рекомендуем

Для z удобно поставить значение по умолчанию 1. Тогда при обычном движении не нужно каждый раз писать z=1.

Что означают параметры?

x и y

Положение дрона по горизонтали относительно выбранной системы координат.

z

Высота дрона в метрах.

yaw

Направление, в котором должен быть повернут дрон.

speed

Скорость движения дрона в метрах в секунду.

frame_id

Система координат, относительно которой задаётся положение дрона.

auto_arm

Определяет, нужно ли автоматически включить моторы перед полётом.

tolerance

Допустимое расстояние до цели, после которого функция считает точку достигнутой.

Дальше

Разберём самое важное для точного полёта — системы координат и параметр frame_id.

ТЕМА 04

Системы координат и frame_id

При полёте дрону нужно понимать, от какой точки считать расстояние. Для этого используется параметр frame_id. Значения x, y и z всегда задаются в метрах, а frame_id определяет, от какой точки начинается их отсчёт.

Простой пример

Представьте обычную линейку. Если поставить начало отсчёта в другом месте, расстояние в метрах останется таким же, но точка, от которой мы считаем, изменится. Например система считает от 0. Мы пишем сдвинься на 1 сантиметр от 0 и мы оказываемся на 1 см. Но если отсчет идет не от 0, а от 5см, тогда если мы укажем сдвинься на 1 см, мы окажемся не на 1см, а на 6 см.

Основные системы координат

aruco_map

Отсчёт начинается от начала координат карты ArUco.

body

Отсчёт начинается от самого дрона.

aruco_ID

Отсчёт начинается от указанного ArUco-маркера. Вместо ID нужно указать номер нужного маркера.

Рекомендуем

Для перемещения относительно конкретного ArUco-маркера удобно использовать aruco_ID. Достаточно указать ID маркера и смещение по X и Y. При позиционировании только по метрам может потребоваться много дополнительных расчётов.

Пример

Если нужен маркер с ID 5, система координат будет записана как aruco_5. Например, x=1 означает перемещение на 1 метр по оси X относительно этого маркера.

Важно для взлёта

Для взлёта используйте frame_id='body'. Высоту можно задать в функции через параметр z, чтобы при взлёте не писать её каждый раз.

Дальше

Теперь объединим эти параметры и разберём последовательность полёта.

ТЕМА 05

Взлёт, движение и посадка

Теперь у нас есть функция navigate_wait(), поэтому основные команды программы становятся короткими. Ниже мы укажем дрону несколько точек, которые он должен последовательно достигнуть.

Взлёт

Для взлёта используем систему координат body и включаем автоматическое включение моторов:

navigate_wait(frame_id='body', auto_arm=True)

Высота z=1 уже задана в функции по умолчанию, поэтому повторно указывать её не нужно.

Полёт вперёд и в сторону

Например, чтобы переместиться на 3 метра по X и на 2 метра по Y:

navigate_wait(x=3, y=2)

В этом случае используются значения x=3 и y=2, а высота z=1 берётся из значения по умолчанию.

Важно: x и y — это координаты точки

Если написать x=3 и y=2, это не означает «лети вперёд на 3 метра и вправо на 2 метра». Дрон полетит именно в точку с координатами X=3, Y=2 относительно выбранного frame_id. Поэтому направление полёта зависит от того, где находится дрон относительно этой точки.

Представьте карту

Мы не говорим дрону «лети вправо». Мы говорим: «лети вот сюда». Дрон сам определяет, в какую сторону нужно лететь, чтобы попасть в указанную точку.

Посадка

Для посадки используется команда:

land()

Главная идея

Программа выполняет команды сверху вниз. Сначала дрон взлетает, затем перемещается в нужную точку и после этого выполняет посадку.

Дальше

Соберём все части в одну первую рабочую программу.

ТЕМА 06

Первая программа

Ниже готовая программа: В этой программе дрон сначала взлетает на высоту 1 метр, затем летит в точку X=3, Y=2, относительно начала координат карты ArUco-маркеров и после этого садится.

import rospy import math from clover import srv from std_srvs.srv import Trigger rospy.init_node('flight') get_telemetry = rospy.ServiceProxy('get_telemetry', srv.GetTelemetry) navigate = rospy.ServiceProxy('navigate', srv.Navigate) navigate_global = rospy.ServiceProxy('navigate_global', srv.NavigateGlobal) set_position = rospy.ServiceProxy('set_position', srv.SetPosition) set_velocity = rospy.ServiceProxy('set_velocity', srv.SetVelocity) set_attitude = rospy.ServiceProxy('set_attitude', srv.SetAttitude) set_rates = rospy.ServiceProxy('set_rates', srv.SetRates) land = rospy.ServiceProxy('land', Trigger) def navigate_wait(x=0, y=0, z=1, yaw=float('nan'), speed=0.5, frame_id='aruco_map', auto_arm=False, tolerance=0.2): navigate(x=x, y=y, z=z, yaw=yaw, speed=speed, frame_id=frame_id, auto_arm=auto_arm) while not rospy.is_shutdown(): telem = get_telemetry(frame_id='navigate_target') if math.sqrt(telem.x ** 2 + telem.y ** 2 + telem.z ** 2) < tolerance: break rospy.sleep(0.2) navigate_wait(frame_id='body', auto_arm=True) navigate_wait(x=3, y=2) land()

Перед запуском

Перед первым запуском обязательно проверьте состояние дрона, свободно ли пространство для полёта и правильно ли задан маршрут.

Как запустить файл

Если файл называется flight.py, в терминале Butterfly выполните:

python3 flight.py

Что делает программа?

Сначала запускается Python-программа и подключаются команды Clover. Затем функция navigate_wait() используется для взлёта и движения. После достижения точки выполняется команда land(), которая сажает дрон.

Автономный полёт

Автономный полёт(Python)

Подключение к Butterfly

Подключитесь к дрону

Откройте Butterfly

Создайте Python-файл

Подключение команд Clover

Функция navigate_wait()

Что означают параметры?

Системы координат и frame_id

Основные системы координат

Взлёт, движение и посадка

Взлёт

Полёт вперёд и в сторону

Посадка

Первая программа