2016년 2월 27일 토요일

Arducopter기반 3D Robotics IRIS 드론과 Mission Planner 간 연결 / 설정 / 시운전 테스트

이 글은 아두콥터 기반 3DR IRIS+ 드론과 미션 플래너를 연결하고 설정하는 방법에 대한 것이다. 간단해 보이지만, 내가 원하는 작업을 하는 데, 많은 시행착오와 시간이 필요했다.

미션 플래너는 드론의 비행 모드 및 파라메터들을 설정하기 위해 필요하다. 예를 들어, 드론 기반 3차원 이미지 스캔을 위해서는 실내/실외 스캔 작업을 고려해야 하나, 처음 드론이 설정되어 있는 모드는 GPS Lock이 걸려 있으므로, 실내에서 작업할 때 문제가 된다. 다만, 실내에서 정밀한 드론 제어를 위해서는 별도의 광학 추적(optical tracking) 시스템 등이 필요하다.



여기서는 지금까지 다른 일들로 인해 시간이 없어, 약간씩 짬날때마다 작업했던 미션 플래너 설정 작업에 대한 내용을 남기고자 한다.

1. 미션 플래너 설치
다음 링크에서 미션 플래너를 설치하고, 컴퓨터를 재부팅한다.


2. 드론과 노트북 연결
드론과 노트북을 USB케이블을 이용해 다음과 같이 연결한다.


연결하면, 다음과 같은 새로운 COM포트(이 경우에는 Teensy USB Serial)가 생성된다. COM포트 번호를 기억해 둔다.



3. 미션 플래너 실행 및 연결
미션 플래너는 다음 동영상을 확인한다. 해당 영상은 어떻게 미션 플래너를 사용하는 지 설명되어 있다. 미션 플래너를 실행하기 전에 한번 훝어 본다. 



미션 플래너를 실행하고, 동영상에서 지시하는 바 대로, 드론과 통신할 COM포트와 적절한 BPS를 선택하여, 연결한다. 그럼, 동영상처럼, 드론과 노트북이 연결된다.

참고로, 드론과 미션 플래너 간의 연결 프로토콜은 MAVLink 이다. MAVLink는 소형 UAV와 통신을 위한 오픈소스기반 프로토콜로 Lorenz Meier 에 의해 2009년 초에 발표되었다.

연결되면, 다음과 같이 고도 및 자세 각도인 Altitude, Yaw가 드론의 IMU센서에 따라 실시간으로 반영되는 것을 알 수 있다.




4. 미션플래너 살펴보기
미션플래너의 기능을 살펴보자. 우선 왼쪽 화면에 보면, 고도계 등 계기판이 있다.


계기판을 보면, 큰 글씨로 고도계, 속도, WP(work place)로 부터 드론까지 거리, 드론 자세 각도(Yaw), 상승 속도(vertical speed) 등이 표시되어 있다. 아울러, 고도계에서 보면, 드론 고도 및 자세 각도 표시 눈금과 배터리 전압 (그림에서는 12.30V) 등이 표시되어 있고, GPS시간 등이 우측 상단에 표시된다.

각 탭에는 다양한 파라메터 설정 및 센서 값들이 다음과 같이 표시된다.


5. 자동 비행 경로 설정 화면
그림과 같이 FLIGHT PLAN 화면을 이용하면, 비행 경로를 입력할 수 있다. 아래는 운동장에 경로를 입력해 본 모습이다. 첫번째와 마지막 포인트는 TAKEOFF, LAND 명령으로 설정하였다.



6. 초기 설정 화면 (INITIAL SETUP)
초기 설정 화면에서는 다음과 같은 기능을 제공한다.
  • 드론의 MAVLink 펌웨어 업데이트
  • 드론 자세 캘리브레이션(calibration)
  • 라디오 컨트롤 캘리브레이션
  • 비행 모드 설정 (Flight Modes) - AltHold(기본), Auto, Loiter, Stabilizer 등을 설정
  • FailSafe 기능 설정
  • 배터리 모니터링 센서 설정
  • 소나(sonar) 센서 설정
  • 모터 캘리브레이션
  • 카메라 짐벌(gimbal) 설정
  • 기타 다양한 센서 등 설정


7. 설정/튜닝 (CONFIG/TUNING)기본 튜닝 등 다양한 튜닝 방식을 지원한다.
  • 기본 튜닝 - roll, pitch, hover, climb sensitivity 등 민감도를 조정한다.
  • 표준 파라메터 설정 - 아밍(arming) 체크 설정, 배터리 모니터링 설정, 카메라 서터 설정, 채널 7 옵션 (Land 등) 설정, 채널 8 옵션 설정,  GPS Glitch (문제 발생) 보호 활성화 설정 등 모든 파라메터 옵션 설정 기능 

  • 어드밴스 파라메터 - 각종 센서 등 좀 더 어드밴스한 파라메터 설정
  • 전체 파라메터 리스트 및 트리 (Full Parameter List / Full Parameter Tree)
  • 플래너 기본 설정

8. 시뮬레이션 화면
가상으로 시뮬레이션할 수 있는 화면을 제공한다.

9. 터미널
APM과 터미널 방식으로 연결하는 기능 제공한다.

10. 시동전(프리암) 안전 체크 (Pre-Arm Safety Check)
드론이 시동전에 비행하기 어려운 문제가 발생하였을 때, 이륙을 방지하고, 사용자에게 에러를 주는 기능이다. 이럴 경우, 보통, 드론의 표시 등이 황색(노란색)으로 점멸(blink)한다.
드론에서 발생된 정확한 에러는 Mission Planner 의 계기판 화면에서 표시되는 적색 메시지 글씨를 통해 확인할 수 있다.

다음은 대표적인 에러들이다.

  • Need 3D Fix : GPS가 3D Fix를 얻지 못하는 경우로, 비행 모드가 GPS 데이터를 요구하는 모드(PosHold, Loiter, Auto 등)인데, GPS신호를 받지 못하거나(실내의 경우), circular fence 옵션이 활성화되어 있는 경우에 발생
  • Check fence : geo fencing (관련 영상) 이 필요한 비행 모드일 때, GPS 신호가 체크되지 않으면 발생. 참고로, Geo-Fencing은 드론 UAV가 정해진 가상의 영역 내에서만 비행하도록 하는 기술이다.
  • GPS Glitch : GPS 자체에 문제가 발생하는 경우
  • RC not calibrated : 송수신기 오류로 라디오 캘리브레이션이 수행되지 않은 상태
  • Check mag field : 지자계센서인 compass failures와 관련된 에러로, 드론 주변 자기장이 너무 강해 문제가 있는 경우 발생
  • Check Board Voltage : 드론 보드의 내부 전압이 4.3V이상이거나 5.8V이하일 때 발생
만약, 시동전 안전 체크에서 발생한 문제가 큰 문제가 없는 에러일 경우에는 다음과 같이 표준 파라메터 설정에서 Arming check 옵션을 Disabled 값 혹은 해당 체크를 Skip하도록 설정하면 된다. 다음은 GPS 체크만 Skip하도록 한 것이다.


참고로 실내에서 비행하고자 할 경우, GPS와 관련된 안전 체크 옵션은 Skip하고, 다음 그림과 같이 다른 GPS옵션도 Disable(GPS Failsafe Enable, GPS Glitch protection enable) 한다.


실내에서 테스트하는 경우는 위와 같이 옵션을 설정하고, 다음과 같이 모터 테스트를 해 본다.

그럼, 다음과 같이 시동(ARMED)되는 것을 확인할 수 있다.



물론 실내에서 RC로도 시동이 잘 걸린다.^^


다음은 에러 내용을 상세히 설명한 참조 문헌이다.

11. Radio module 기반 미션 플래너와 드론 연결
이제 마지막으로 라디오 모듈(radio module)을 이용해 무선으로 미션 플래너와 드론을 연결해 보도록 한다. 사용한 라디오 모듈은 915 MHz이며 아래와 같다. 이를 이용하면, 무선으로 스마트 패드에 라이오 모듈을 연결하고, 안드로이드용 미션 플래너를 통해, 드론을 조정할 수 있다.


이를 다음과 같이 노트북과 USB케이블로 연결하고, 미션 플래너의 연결 버튼을 클릭한다.


다음 영상은 연결 후 원격으로 드론을 테스트하는 모습이다.


다음 영상은 3DR 계열의 중형급 드론인 X8+를 테스트해 보는 모습이다.



12. 기타 참고 사항
파라메터에 대한 상세 설명은 다음 영상을 참고한다.


라디오 안테나와 연결하는 방법은 다음과 같다.


실내 비행과 관련된 응용은 다음을 참고한다.



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