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.
