Crazyflie Nano

Bezpečnostní upozornění a tipy
Konstrukce
Instalace klienta ve Windows
Připojení Crazyradio a instalace ovladače
Upload nejnovějšího firmware
Připojení herního ovladače
Než poletíme
Navigace a ovládání
První let
Ovládání pomocí telefonu s Androidem
Crazyflie Nano
Crazyflie Nano je kvadrokoptéra miniaturních rozměrů. Se svými 19 gramy a velikostí 9 cm od
motoru k motoru patří k nejmenším běžně dostupným zařízením svého druhu. Co však tuto
kvadrokoptéru odlišuje od ostatních je fakt, že při jejím vytváření měli tvůrci na mysli ostatní
vývojáře. Přímo na PCB desce, která zároveň tvoří kostru kvadrokoptéry nalezneme i konektory
pro připojení případných rozšiřujících desek.
Běžně dodávaná Li-Po baterie s kapacitou 170 mAh vydrží po 20 minutách nabíjení na přibližně 7
minut letu. Akční rádius od vysílače je až 80m (v závislosti na prostředí a konfiguraci). Setkáme se se
dvěma typy, označovanými podle počtu měřitelných veličin v osách. Jsou to 6-DOF a 10-DOF
(Degrees Of Freedom = stupeň volnosti). Co tyto verze odlišuje?
6-DOF je jednodušší. Nalezneme na ní tyto senzory:
tříosý gyroskop
tříosý akcelerometr (oboje v čipu MPU-6050)
10-DOF obsahuje o dva senzory více. Nachází se na ní tedy:
tříosý gyroskop
tříosý akcelerometr
tříosý magnetometr pro orientaci ve směru
barometr pro měření výšky
Pro verzi 10-DOF sice ještě není firmware, který by plně využil její možnosti, ale jelikož se jedná o
open source projekt, je možné vyvíjet vlastní algoritmy pro využití všech senzorů.
Sestavení samotné kvadrokoptéry není nijak složité, vyžaduje však základní znalost práce s pájkou.
V průběhu tohoto návodu si představíme vše potřebné. Vysvětlíme si základní pojmy a budeme
postupovat od rozbalení kvadrokoptéry až po první let.
Bezpečnostní upozornění a tipy
Bezpečnost je na prvním místě.
Let
Před letem se vždy přesvědčte, jestli na něj máte dostatečný prostor.
Ověřte si, jestli se v dráze letu nenachází žádné zvíře ani člověk.
Dodržujte minimální vzdálenost 1 metr.
Také si ověřte, jestli se v dráze letu nenachází žádné křehké předměty.
Pokud se do letové dráhy dostane nějaká osoba či předmět, opatrně přistaňte a pokračujte v
letu až tehdy, když je to bezpečné.
Kvadrokoptéra může dosáhnout vysoké rychlosti a vystoupat i výše než 50 m. To může být
nebezpečné v případě, že je napětí baterie nízké (červená LED dioda svítí nepřerušovaně).
Pokud je napětí baterie nízké, přerušte let a dobijte ji.
PC klient umožňuje provést změny v parametrech, po kterých se začne kvadrokoptéra chovat
nepředvídatelně. Měňte proto parametry v programu jen tehdy, víte-li co dělají.
V případě, že nemáte s kvadrokoptérou dostatek zkušeností, se vyvarujte prudkých změn při
ovládání.
Skladování
Ujistěte se, že není kvadrokoptéra uložena na přímém slunci a je mimo dosah dětí a zvířat.
Vyvarujte se skladování v místech s vysokou teplotou či vlhkostí.
Skladujte kvadrokoptéru v malé krabičce. Minimalizujete tak riziko rozmáčknutí.
Před skladováním plně nabijte baterii. Toto platí obzvlášť, když se chystáte stroj delší dobu
nepoužívat.
Baterie
Ujistěte se, že je baterie uchovávána mimo přímé sluneční světlo a mimo dosah dětí a zvířat.
Nepropichujte baterii.
Baterie by neměla být vybíjena, ale ani nabíjena přespříliš.
NIKDY nespojujte + a - baterie. Zvlášť opatrně si počínejte při výměně konektoru baterie.
Konstrukce
V této části budeme kromě obsahu krabičky s kvadrokoptérou potřebovat ještě hrotovou páječku a
cínovou pájku. Po rozbalení najdeme v krabičce komponenty, které vidíte na obrázku. Některé části
jsou zde navíc - jeden motor, objímka na motor, tři CW a tři CCW vrtule.
POZOR! Při konstrukci je občas potřeba použít trochu síly. Je však nutné dbát na to, aby
nebyly poškozeny křehčí části (PCB apod.)
Obsah balení
Z komponent na obrázku budeme na stavbu potřebovat:
tělo kvadrokoptéry
4x objímka na motor
4x motor, baterie
oboustranná lepící páska na připevnění baterie
2x CW vrtule
2x CCW vrtule
Potřebujeme pro stavbu
Označení CW a CCW pochází z angličtiny a říká nám, jakým směrem se má vrtule točit, aby měla
tah vhodným směrem. CW je zkratka pro clockwise - po směru hodinových ručiček a CCW pro
counter-clockwise - proti směru hodinových ručiček. U dodávaných vrtulí zjistíme jejich typ tak, že
je položíme nahoru stranou, na které je kolem osy otáčení vystouplý kroužek. Poté je porovnáme s
následujícím obrázkem. Sledujeme zakřivení na krajích rotorů.
Typy vrtulí
1) Stavbu začneme tím, že stočíme vodiče vedoucí ze všech čtyř motorů. Po stočení se nám s nimi
bude lépe zacházet a také bude redukován elektromagnetický hluk.
2) Smotané vodiče protáhneme objímkou pro motor. Poté motor do objímky zasuneme. Při
zasouvání motoru je důležité nepoškodit vodiče.
3) Objímku s motorem nasuneme na rameno označené M1 tak, aby osa motoru směřovala na
opačnou stranu, než je na desce umístěn USB port. Stejně tak nasadíme motory na ramena M2, M3
a M4.
4) V této fázi přichází na řadu páječka. Na desce nalezneme dvojice otvorů, označené M1 až M4 a
na ně připájíme vodiče motorů podle obrázku.
5) Na osy motorů nasuneme vrtule - na M1 a M3 typ CCW a na M2 a M4 typ CW.
6) Na horní stranu kvadrokoptéry přilepíme pomocí oboustranné lepící pásky baterii. Snažíme se ji
umístit co nejpřesněji nad těžiště.
7) Pohledem zkontrolujeme případné kousky cínu, které by mohly způsobit zkrat.
8) Na boku u ramene M2 nalezneme tlačítko pro spuštění. Lehkým zmáčknutím se kvadrokoptéra
spustí. LED diody zablikají a po chvilce se zatočí rotory. Pohledem zkontrolujeme, jestli se zatočí
správným směrem.
Instalace klienta ve Windows
Stáhneme si instalační soubor klienta pro PC. Nejnovější verze jsou k nalezení vždy zde[EN].
Podmínkou správného spuštění je mít nainstalované prostředí Microsoft Visual C++ 2008
Redistributable Package a vyšší. Stažený soubor spustíme jako správce a postupně projdeme všemi
instalačními kroky. Není potřeba žádné nastavování. Po instalaci se na disku ve složce Program
Files (popřípadě Program Files (x86)) vytvoří složka Crazyflie client. V ní najdeme program
cfclient.exe, který spustíme jako administrátor.
PC klient
V horní liště najdeme několik odrážek. Z nich nás bude zajímat hlavně Crazyflie, která spouští
nabídky pro připojení a programování kvadrokoptéry a nabídka Input device, pomocí které
budeme později nastavovat vstupní zařízení. Velkou část obrazovky zabírá obrázek, který vizualizuje
informace o náklonu stroje. V levé části se nachází konfigurační část, pomocí níž můžeme nastavit
způsob ovládání, redukovat nepřesnosti v náklonech a podobně.
Připojení Crazyradio a instalace ovladače
Pro komunikaci s kvadrokoptérou použijeme na straně PC USB dongle Crazyradio. Vysílač a
přijímač mezi sebou mohou komunikovat na frekvenci od 2400 MHz do 2525 MHz. Šířka jednoho
kanálu je asi 1 MHz. K dispozici tedy máme celkem 126 kanálů. Ale pozor!!! Všeobecné vyhlášení
ČTŮ (konkrétně č. VO-R/10/04.2012-7) povoluje provoz v pásmu 2,4 GHz pouze mezi
frekvencemi 2400 a 2483,5 MHz. K dispozici tak máme kanály 0 až 83.
Po připojení Crazyradio do USB počítače se většinou nepovede automaticky nainstalovat příslušný
driver. Pro instalaci driveru použijeme k tomu určený program Zadig. Ten stáhneme z jeho oficiální
stránky. Stažený .exe soubor spustíme. Z rozbalovací nabídky vybereme Crazyradio USB Dongle a
z výběru různých driverů (označeno červeně) vybereme možnost libusb-win32. Zmáčknutím tlačítka
Install Driver ovladač nainstalujeme - to může chvíli trvat.
Upload nejnovějšího firmware
Abychom měli jistotu, že se kvadrokoptéra během nahrávání nevybije, připojíme ji pomocí
microUSB k napájení a nabijeme ji. Motory se pootočí, zelená LED dioda rychle pětkrát blikne.
Červená dioda poté bliká neustále. Zelená LED také bliká, ale délka svícení oproti zhasnutí se
postupně prodlužuje. Pokud přestane blikat a svítí pořád, znamená to, že je baterie plně nabitá.
Pokračovat budeme spárováním kvadrokoptéry s PC. V hlavním okně programu spustíme
zmáčknutím tlačítka Connect vyhledávání. Po chvilce hledání se zobrazí seznam dostupných zařízení
(většinou bude jenom jedno). Vybrané zařízení zvolíme dvojitým poklepáním myší. Program si
poslední zařízení bude pamatovat. Pro okamžité spojení tedy můžeme dále používat tlačítko Quick
Connect.
Z nabídky Crazyflie spustíme možnost Bootloader.
Nahrání nového firmware probíhá v několika krocích:
1.
2.
3.
4.
Stáhneme si nejnovější verzi firmware. Případné novější verze naleznete zde[EN]
Ujistíme se, že je kvadrokoptéra odpojená od PC a vypnutá.
Zmáčkneme tlačítko Initiate bootloader cold boot.
Během pěti sekund kvadrokoptéru zapneme (neměla by být připojena k USB, ale napájena jen
baterií). Bootloader se připojí.
5. Po zmáčknutí Browse vybereme soubor se staženým firmware.
6. Po zmáčknutí Program bootloader nahraje do kvadrokoptéry nový firmware.
7. Celý proces ukončíme pomocí Restart in firmware mode.
Na pravé straně okna si můžeme všimnout ještě dalších konfiguračních nabídek. Zde můžeme trvale
měnit poměr výkonu jednotlivých motorů, ale také nastavovat kanál pro komunikaci a také rychlost
toku dat. Na výběr máme z kanálů 0 až 125. Jak už ale bylo řečeno dříve, ČTŮ ve Všeobecném
oprávnění č. VO-R/10/04.2012-7 omezil frekvence (a tudíž i kanály) na rozsah mezi 2400 a 2485,5
MHz. Na výběr tedy máme z kanálů 0 až 83. Použití vyšších kanálů může být v ČR trestáno i
peněžitou pokutou. Dalším limitujícím faktorem je to, že v tomto rozsahu frekvencí funguje například
i WiFi. Měli bychom se vyhnout kanálům, které odpovídají nejčastěji používaným frekvencím WiFi.
Mohlo by totiž dojít k vzájemnému rušení. Konkrétně jsou to kanály 12, 17, 22, 27, 32, 37, 42, 47,
52, 57, 62, 67 a 72. Vzhledem k šíři pásma WiFi také není dobré používat kanály kolem těchto
zmíněných. Použití kanálů 0 až 10 by mělo být v pořádku.
V nabídce rychlosti přenosu (Radio bandwith) si můžeme vybrat z možností 250 Kbit, 1 Mbit a 2
Mbit/s. Nižší rychlost má sice větší dosah, ale také větší šanci na kolizi. Proto je lepší používat
možnosti 1M a 2M, které snižují pravděpodobnost kolize s WiFi. Pokud však používáme 2M a
zároveň více zařízení na podobných kanálech, musí mezi nimi být rozestup alespoň jednoho kanálu.
Pro nahrání zvolených možností postupujeme podle kroků 2, 3, 4, 6 a 7.
Připojení herního ovladače
Pro ovládání letu je potřeba ovladač s alespoň čtyřmi analogovými osami. Zatím jsou plně
podporované tři ovladače - ovladač pro Playstation 3, 4 a Xbox 360 (nebo jejich kopie). Po
připojení k USB by se měly jejich ovladače nainstalovat automaticky. V opačném případě navštivte
stránky výrobce a postupujte podle pokynů k instalaci.
Po připojení ovladače k PC by se měl objevit v nabídce Input device -> Devices. Z nabídky
Mappings poté vybereme rozložení ovládacích kláves (jaké tlačítko/joystick ovládá co). Výběr
rozložení závisí na uživateli.
Než poletíme
Než se dostaneme k samotnému vzlétnutí, měli bychom si představit, co vše můžeme na desce najít,
a také vysvětlit význam LED diod.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Červená LED - signalizuje funkci systému a status nabíjení
Zelená LED - signalizuje připojení a při nabíjení stav baterie.
Modrá LED - signalizuje zapnutí kvadrokoptéry
Expansion konektory - slouží k případnému rozšiřování kvadrokoptéry
Tlačítko pro zapnutí/vypnutí
Směr letu dopředu v normální konfiguraci
Směr letu dopředu v případě konfigurace Client X-mode. Červená LED označuje předek,
modrá LED zadek.
8. Expansion konektory - slouží k případnému rozšiřování kvadrokoptéry
9. Modrá LED - signalizuje zapnutí kvadrokoptéry
10. microUSB konektor - pro nabíjení baterie
Význam LED diod se liší podle aktuální činnosti.
Po spuštění
Zelená LED
Test proběhl úspěšně: LED 5x rychle blikne
Červená LED
Test neproběhl úspěšně: Může to být způsobeno tím, že se kvadrokoptéra při startu
pohybovala a kalibrace senzorů se nepovedla. Zkuste kvadrokoptéru vypnout, položit na
rovný povrch a znovu zapnout.
USB je připojeno - nabíjení
Zelená LED
Baterie se nabíjí: LED bliká s frekvencí 1Hz. Čím déle svítí, tím nabitější je baterie.
Baterie je nabitá: LED svítí nepřerušovaně.
Červená LED
Chod systému: Při nabíjení bliká stále s frekvencí 1Hz, čímž signalizuje činnost systému.
USB není připojeno - kvadrokoptéra je zapnutá
Zelená LED
Příjem dat: Blikne pokaždé, když je přijat paket dat. Pokud začne blikat pomaleji, znamená
to, že signál slábne.
Červená LED
Normální stav: LED blikající s frekvencí 1Hz indikuje normální chod systému. Napětí baterie
je v normě.
Kalibrace senzorů: Pokud LED bliká rychleji (2Hz), znamená to, že se kalibrují senzory. V
této fázi by měla být v klidu na rovné položce. Když LED začne opět blikat pomaleji (1Hz), je
připravena k letu.
Napětí baterie je nízké: Stále svítící LED znamená nutnost přistát a dobít baterii.
Navigace a ovládání
Ovládání kvadrokoptéry probíhá tak, že z herního ovladače jdou informace o náklonech joysticků a
stisku tlačítek do PC, kde dojde ke zpracování povelů podle vybraného rozložení ovládacích kláves.
Tyto povely jsou poté předány kvadrokoptéře. Ta naopak do PC posílá data o náklonu a podobně.
V současné době jsou možné dva módy ovládání. V prvním módu je předek kvadrokoptéry motor
M1. Tento mód je výchozí. Hrozí však nebezpečí, že ztratíme při letu orientaci, kde je předek a kde
zadek. Proto je poměrně vhodné označit si rameno s motorem M1 barevnou lepící páskou.
Druhý mód ovládání zapneme zaškrtnutím Client X-mode v klientu na PC. V tomto případě je
předek kvadrokoptéry červená LED dioda. V této konfiguraci je snadnější se orientovat, protože
modrá dioda, kterou najdeme na zadní části, je jak na horní, tak na dolní straně desky.
Ovládat můžeme celkem čtyři různé věci - rotace kolem tří os a stoupání kvadrokoptéry (to je také
důvod, proč potřebujeme ovladač se čtyřmi osami. Rotace kolem dvou vodorovných os se nazývají
pitch a roll. Ty způsobují, že se kvadrokoptéra naklání do stran. Rotace kolem svislé osy se nazývá
yaw. Ta způsobí natočení předku kvadrokoptéry požadovaným směrem. Posledním ovladatelným
parametrem je thrust. Zvýšení parametru thrust způsobí let kvadrokoptéry vzhůru. Jednotlivé osy při
módu ovládání Client X-mode jsou naznačeny na obrázku.
Příklad: Máme ovladač Xbox 360 připojený k PC a v klientu nastaveno rozložení ovládacích kláves
Generic_OS_X. Poté slouží levý joystick na ovládání thrust (pohyb nahoru) a yaw (do stran). Druhý
joystick zde slouží k ovládání pitch a roll.
První let
Už se skoro blížíme k okamžiku, kdy se kvadrokoptéra odlepí od povrchu. Začneme tím, že ji
umístíme na rovný, stabilní povrch a zapneme. Chvilku počkáme, než se zkalibrují senzory a zatočí se
motory. Ujistíme se, že máme k PC správně připojený ovladač a poté podle postupu popsaného
dříve propojíme PC s kvadrokoptérou. Ovládání je poměrně citlivé, takže už malý náklon joysticku
rychle roztočí motory. Na začátek je lepší pokusit se chvíli se vznášet pár centimetrů nad povrchem
a poté opatrně přistát. Po chvíli zkoušení se už můžeme odvážit do delšího letu. Pozor! Dodržujte
bezpečnou vzdálenost od zvířat, lidí, křehkých věcí a podobně, a to alespoň jeden metr. Na začátek
je lepší nedělat prudké pohyby, postupně si vyzkoušet, jak kvadrokoptéra reaguje na jaký pohyb
joysticku a pomalu se dostávat k rychlejšímu letu.
Ovládání pomocí telefonu s Androidem
Pro ovládání Crazyflie existuje i aplikace pro Android. Ta slouží jako klient i ovladač. Budeme
potřebovat:
Crazyflie
Crazyradio
Zařízení s Androidem ve verzi 4.0 a vyšší s podporou USB OTG (on-the-go) a povolenou
instalací aplikací třetích stran (dá se změnit v Nastavení). Zatím vyskoušené modely jsou: Nexus 7
(Asus), HP Touchpad, HTC Desire, Nexus 5 (LG), Moto G, Samsung Galaxy Nexus, Samsung
Galaxy S2, Samsung Galaxy S3, Samsung Galaxy S4, Samsung Galaxy Note 2 a Sony Tablet S
USB OTG kabel
Aplikaci Crazyflie Control - ta není k dostání v Google Play, ale je ke stažení z repozitáře
Bitbucket jako .apk. Stáhneme vždy poslední verzi.
Máme-li vše potřebné, připojíme pomocí USB OTG kabelu Crazyradio k zařízení. Pokud se
program Crazyflie Client nespustí automaticky, spustíme jej.
Z menu aplikace vybereme možnost Radio Scan a poté Connect. V této chvíly by se mělo zařízení
propojit s kvadrokoptérou. Na právé straně obrazovky je disk simulující joystick, který ovládá
thrust a yaw. Vlevo najdeme ovládání roll a pitch.