Собираем свой маленький беспилотник

Будем делать вот такой, маленький, как на картинке, беспилотный автомобиль.

Как я дошёл до этого

Мне всегда были интересны темы беспилотников и роботов, но руки до такого не доходили - боялся слишком большого объёма навыков, которые потребуются для этого.

В марте-апреле 2020го года, когда сидение дома уже порядком поднадоело, понял, что я созрел для беспилотников. И, вдохновлённый статьёй Беслана ^[1], принялся изучать вопрос и заказывать необходимые комплектующие на Али и в других магазинах.

Приезжали заказы в разное время, поэтому, из всего, что попадало под руку, собирал первые версии беспилотника (тогда ещё ни разу не беспилотного).

Начиналось всё с черепахоподобного поделия из картона, котому требовался сетевой провод. Провода от двух веб камер были перетянуты кабельными стяжками. А машинка не была соединена с компьютером, и я управлял ей с радиопульта от RC машинки.

В качестве мозга ^[2] для беспилотника я выбрал Nvidia Jetson Nano Developer kit ^[3], а в качестве тачки - Remo Hobby S-Max ^[4] - это то немногое, что осталось в беспилотнике по сей день.

Затем машинка стала обрастать новыми компонентами: появились беспроводная сеть, лидар, IMU и остальные.

В процессе добавления я осваивал кучу нового:

• ROS

• Вспоминал/изучал C++

• Учился работать с разными устройствами

• Осваивал нейронные сети и машинное обучение

• Узнавал про алгоритмы, специфичные для роботов и беспилотников

• Паял, резал, клеил и всячески работал руками и головой

Когда картон и макетные платы стали слишком замедлять процесс - приобрёл недорогой, но большой 3D принтер ^[5], а провода спаял с нужными разъёмами.

Сперва спроектировал всё из картона и соплей (но с котиком)

А потом уже сделал корпус из пластика. В процессе пришлось освоить проектирование в CAD (использовал FreeCAD ^[6]) и разобраться с настройкой принтера.

Потом писал алгоритмы, исправлял баги и добавлял датчики.

Что получилось

Платформа, для которой вы можете писать различные алгоритмы по исследованию, картографированию, распознаванию и другие - датчиков для этого хватает, а код можно писать на питоне прямо в браузере.

Тут есть:

• камера (ночного видения), чтобы смотреть и распознавать объекты

• однолучевой лидар и лазерные датчики расстояния, чтобы строить карту стен и других препятствий

• управление машинкой, чтобы ехать, куда хочется

• колёсная одометрия и IMU, чтобы понимать куда вы заехали

Уже есть несколько готовых скриптов (Jupyter notebook'ов):

• чтобы просто поуправлять машинкой с джойстика, глядя при этом на картинку с камеры и на вид сверху, построенный по лидару

• беспилотный режим: машинка сама исследует помещение, строит его карту и ищет жертву живность (людей, кошек и собак), а, найдя такой объект, - следует за ним

Я потратил много времени и оттоптал много разных граблей и велосипедов, и теперь хочется поделиться своим опытом и наработками с сообществом.

Что требуется (список компонентов)

• RC машинка Remo Hobby Smax 1:16 RH1635

• Контроллер мотора, у меня такой: SURPASS HOBBY KK 35A ESC Waterproof Electric Speed Controller for 1/16 RC Car Brushless Motor Power system

• Одноплатный компьютер Nvidia Jetson Nano Developer Kit

• Микро SD карта на 64 GB (возможно, влезет и на 32)

• wi-fi карточка типа такой ^[7] и пара антен с IPEX разъёмом (USB свистки с wi-fi показали себя очень плохо)

• Два датчика Холла типа KY-003 для Arduino

• магнит примерно такого размера: 20x3x2 мм

• камера, работающая с Jetson Nano; у меня IMX219 8MP Infrared Night Vision 160 Degree FOV + 2 Infrared LED Lights

• система питания для jetson'а типа T208 или T200 на 18650 акумуляторах и сами аккумуляторы или повербанк (но тут нужно брать с хорошим током и нужно будет stl модельку для корпуса под него исправить)

• однолучевой лидар типа YDLIDAR X2L

• IMU типа Bosh BNO055

• ШИМ плата PCA9685 для соединения контроллера двигателя и Jetson'а

• Конвертер логических уровней для преобразования из 5V в 3.3V и обратно

• короткий USB - USB-C дата кабель (чтобы заменить слишком длинный кабель от лидара)

• (опционально) два датчика расстояния; у меня VL53L0X (6 pin)

• доступ к 3D принтеру

• провода, коннекторы, стяжки, инструменты и т.д.

• руки, которые смогут всё это соединить

Более подробно и со ссылками есть на github ^[8] проекта.

Как собрать

Сделал туториал по сборке ^[9] в виде нескольких видео.

Там же видео проездов и обсуждение задач и проблем.

Часть 1. Рассказываю, что и зачем делаю, соединяю основные компоненты.

Часть 2. Паяю, соединяю компоненты проводами.

Часть 3. Гоняю, рассказываю про софт и алгоритмы.

Часть 4. Запускаю два беспилотника вместе; добавляю лазерные сенсоры, чтобы они друг друга видели

Ссылки

Код, STL модели для печати, описание и ссылки есть на github ^[8] проекта.

Видео есть на моём канале ^[10], там же будут выходить новые серии.

Обсуждение этого и других интересных проектов роботов и беспилотников в telegram канале ^[11].

Что дальше

Буду дорабатывать алгоритмы:

• дотюню/улучшу текущие

• добавлю лидарную одометрию (ранее не успел допилить NDT ^[12], а теперь можно будет доделать)

• добавлю салки/прятки с кошкой

• другие алгоритмы исследования и детекции

Добавлю манипулятор, чтобы можно было собирать с пола игрушки в ящик.

Попробую другие датчики для колёсной одметрии: магнитный датчик угла.

Автор: Олег Нуртдинов

Источник ^[13]