Пошаговая инструкция по настройке автономного полета Клевера 4

Документация для версий образа, начиная с 0.20. Для более ранних версий см. документацию для версии 0.19.

Данная инструкция содержит ссылки на другие статьи, в которых каждая из затронутых тем разобрана более подробно. Если вы столкнулись с трудностями во время прочтения одной из таких статей, рекомендуется вернуться к данной инструкции, так как здесь многие операции описаны пошагово, а также отсутствуют ненужные шаги.

Первоначальная настройка Raspberry Pi

Установите Raspberry Pi и камеру на квадрокоптер по инструкции.
Скачайте образ системы по ссылке.
Запишите образ на MicroSD карту.
Вставьте карту в Raspberry Pi.
Подключите питание к Raspberry Pi и ожидайте появления Wi-Fi-сети. Для этого подключите Raspberry Pi к компьютеру через MicroUSB-кабель. На Raspberry Pi должен периодически мигать зеленый светодиод. Он сигнализирует о нормальной работе операционной системы.

Перед подключением Raspberry Pi к компьютеру по USB необходимо вытащить из Raspberry Pi провод питания (который идет от BEC). Иначе могут быть проблемы с питанием.
Подключитесь к Wi-Fi и зайдите в веб-интерфейс (статья).

Во время первого включения сеть появляется не сразу. Нужно дождаться полной загрузки системы. Если в списке сетей долго не появляется сети Клевера, закройте окно с выбором сети и откройте снова. Тогда список сетей обновится.

Если на этом шаге вы подключились к Wi-Fi-сети коптера, рекомендуется открыть локальную версию этой статьи, иначе ссылки не будут работать.
Подключитесь к Raspberry Pi по SSH.

Самый быстрый способ – веб-доступ. Следуйте инструкциям в статье "Доступ по SSH".
Если необходимо, можно поменять название и пароль сети. См. статью "Настройка сети". Остальные операции с сетью производить не нужно.
Для редактирования файлов пользуйтесь редактором nano. Инструкция по работе с редактором.

В редакторе перемещать курсор можно только стрелками на клавиатуре.
Перезагрузите Raspberry Pi:
```
sudo reboot
```
Соединение временно закроется, создастся новая сеть. К ней надо подключиться заново.
Убедитесь в корректной работе камеры. В браузере зайдите на адрес http://192.168.11.1:8080 и выберите image_raw.

Более подробно можно прочитать в статье "Просмотр изображений с камер".

Если изображение размыто, необходимо сфокусировать линзу. Для этого покрутите объектив в одну или в другую сторону. Продолжайте крутить, пока изображение не станет четким.

На камере должен гореть красный светодиод: он означает, что камера в данный момент производит съемку. Если светодиод не горит: либо камера подключена неправильно, либо операционная система не загрузилась, либо в настройках допущена ошибка.

Базовые команды

Вам пригодятся основные команды Linux, а также специальные команды Clover, чтобы уверенно работать в системе.

Показать список файлов:

ls

Перейти в папку с прописыванием пути к ней:

cd catkin_ws/src/clover/clover/launch/

Перейти в домашнюю директорию:

cd

Открыть файл file.py:

nano file.py

Открыть файл clover.launch с прописыванием полного пути к нему (сработает, если вы находитесь в другой папке):

nano ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/clover.launch

Сохранить файл (нажимать последовательно):

Ctrl+X; Y; Enter

Удалить файл или папку с названием name (ВНИМАНИЕ: операция выполнится без подтверждения. Будьте осторожны!):

rm -rf name

Создать папку с названием myfolder:

mkdir myfolder

Полная перезагрузка Raspberry Pi:

sudo reboot

Перезапуск только систем Клевера:

sudo systemctl restart clover

Выполнить самопроверку Клевера:

rosrun clover selfcheck.py

Остановить программу

Ctrl+C

Запустить программу myprogram.py на Питоне:

python3 myprogram.py

Журнал событий процессов Клевера. Пролистывать список можно нажатием Enter или сочетанием клавиш Ctrl+V (пролистывает быстрее):

journalctl -u clover

Открыть файл sudoers от имени администратора (он не откроется без прописывания sudo. Через sudo можно запускать другие команды, если они не открываются без прав администратора):

sudo nano /etc/sudoers

Настройка параметров Raspberry Pi для автономного полета

Большинство параметров, необходимых для полета, хранится в папке ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/.

Зайти в папку:
```
cd ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/
```
Символ ~ обозначает домашнюю директорию вашего пользователя. Если вы уже находитесь в ней, можно обойтись командой: cd catkin_ws/src/clover/clover/launch/

Клавишей Tab можно автоматически дополнить названия файлов, папок или команд. Нужно начать вводить желаемое название и нажать Tab. Если не будет конфликтов, название напишется полностью. Например, чтобы быстро ввести путь к папке с настройками, после ввода cd можно начать вводить следующую комбинацию клавиш: c-Tab-s-Tab-c-Tab-c-Tab-l-Tab. Таким образом можно сэкономить много времени при написании длинной команды, а также избежать возможных ошибок в написании пути.
В этой папке необходимо сконфигурировать несколько файлов:
- clover.launch
- aruco.launch
- main_camera.launch
Открыть файл clover.launch:
```
nano clover.launch
```
Вы должны находиться в папке, в которой располагается файл. Если вы находитесь в другой папке, файл можно открыть, прописав полный путь к нему:
```
nano ~/catkin_ws/src/clover/clover/launch/clover.launch
```
Если файл одновременно редактируют два пользователя, а также если в прошлый раз закрытие файла произошло некорректно, программа nano не отобразит файл сразу, а попросит дополнительное разрешение. Для этого нужно нажать клавишу Y.

Если содержимое файла все равно пусто, возможно, вы неверно ввели имя файла. Нужно обращать внимание на расширение и вписывать его полностью. Если вы вписали неверное имя или расширение, программа nano создаст пустой файл с этим названием, что нежелательно. Такой файл следует удалить.
В файле clover.launch найти строчку:
```
<arg name="aruco" default="false"/>
```
и заменить false на true:
```
<arg name="aruco" default="true"/>.
```
Это активирует модуль распознавания ArUco-маркеров.
Откройте файл aruco.launch.
В нем нужно активировать несколько параметров. Подробнее в статье.

Должно получиться:
```
<arg name="aruco_detect" default="true"/>
<arg name="aruco_map" default="true"/>
<arg name="aruco_vpe" default="true"/>`
```
Сгенерируйте поле с метками. Смотрите подробности в статье Навигация по картам ArUco-маркеров. Для генерации меток нужно ввести команду с определенными значениями.

Пример команды для генерации поля, где:
- длина маркера = 0.335 м (length)
- 10 столбцов (x)
- 10 строк (y)
- расстояние между центрами меток по оси x = 1 м (dist_x)
- расстояние между центрами меток по оси y = 1 м (dist_y)
- номер первого маркера = 0 (first)
- название карты остается стандартным: map.txt
- нумерация идет с верхнего левого угла (ключ --top-left)
```
rosrun aruco_pose genmap.py 0.335 10 10 1 1 0 > ~/catkin_ws/src/clover/aruco_pose/map/map.txt --top-left
```
В большинстве полей нумерация начинается с нулевой метки. Также в большинстве случаев нумерация начинается с верхнего левого угла, поэтому при генерации очень важно указывать ключ --top-left.

Если вы зададите другое имя для файла с картой, его нужно прописать в файле aruco.launch. Найдите строку <param name="map" value="$(find aruco_pose)/map/map.txt"/> и замените название map.txt на название вашего файла.
Отредактируйте файл main_camera.launch для настройки камеры:

Подробнее в статье "Настройка расположения основной камеры".

В этом файле необходимо отредактировать строку с параметрами расположения камеры. Строка выглядит так:
```
<node pkg="tf2_ros" type="static_transform_publisher" name="main_camera_frame" args="0.05 0 -0.07 -1.5707963 0 3.1415926 base_link main_camera_optical"/>
```
В файле вы найдете много строк, похожих на эту, но большинство из них закомментированы (то есть не читаются) и только одна раскомментирована. Это заранее заготовленные настройки, из которых можно выбрать нужную вам.

Комментарий в языке XML — это символы  в конце строки. Пример закомментированной строки:
```

```
Пример незакомментированной строки (строка будет учитываться программой):
```
<node pkg="tf2_ros" type="static_transform_publisher" name="main_camera_frame" args="0.05 0 -0.07 -1.5707963 0 3.1415926 base_link main_camera_optical"/>
```
Над этими строками написано, какому расположению камеры соответствует настройка. Если шлейф от камеры выходит вперед относительно коптера, а камера направлена вниз, нужно выбрать настройку:
```

```
Чтобы выбрать нужную настройку, необходимо раскомментировать соответствующую строку, и закомментировать другую аналогичную строку, чтобы не возникло конфликтов.
Сохранить изменения. Последовательно нажмите:
```
Ctrl+x; y; Enter
```
Перезагрузите модуль Клевер:
```
sudo systemctl restart clover
```

Настройка полетного контроллера для автономного полета

Перепрошить полетный контроллер модифицированной прошивкой. Скачать её можно здесь в разделе "Загрузка прошивки в полетный контроллер".
Инструкция по прошивке и настройке полетного контроллера — в той же статье.

Обязательно выберете файл скачанной прошивки после нажатия Firmware.

Соединение полетного контроллера и Raspberry Pi

Соедините Raspberry Pi и Pixracer через MicroUSB-кабель. Кабель должен быть аккуратно плотно закручен и пропущен снизу коптера, чтобы не попасть в пропеллеры.
Удаленно подключитесь к полётному контроллеру через QGroundControl. В системе Clover уже выставлены нужные настройки, остается лишь создать новое подключение в QGroundControl, выбрать его и подключиться. Настраивается оно, как на картинке в статье "Подключение QGroundControl по Wi-Fi".

Настройка пульта

Настройка полетных режимов описана в статье "Полетные режимы".

Канал 5 должен располагаться на переключателе SwC; Канал 6 - на SwA. Однако вы можете настроить эти каналы любым удобным для вас образом.

Выполнение автоматической проверки

Проверку следует выполнить, когда вы полностью настроили дрон, а также при возникновении неполадок. Подробно процедура описана в статье "Автоматическая проверка".

Выполнить команду:
```
rosrun clover selfcheck.py
```

Написание программы

В статье "Автономный полет" описана работа с модулем simple_offboard, который создан для простого программирования дрона. В ней даны описания основных функций, а также примеры кода.

Скопируйте из раздела "Использование из языка Python" пример кода и вставьте в редактор (например, в Visual Studio Code, PyCharm, Sublime Text, Notepad++).
Сохраните документ с расширением .py для включения подсветки текста.
Далее необходимо добавить полётные команды в программу. Примеры таких команд представлены в статье. Нужно написать функции для взлета и полета в точку, а также для посадки.
Взлет.

Для взлета можно использовать функцию navigate:
```
navigate(x=0, y=0, z=1.5, speed=0.5, frame_id='body', auto_arm=True)
```
Добавьте эту строку внизу программы.

Также добавьте команду ожидания:
```
rospy.sleep(3)
```

Важно выделить время на выполнение команды navigate, иначе коптер, не дожидаясь выполнения предыдущей команды, сразу перейдет к выполнению следующей. Для этого используется команда rospy.sleep(). В скобках указывается время в секундах. Функция rospy.sleep() относится к предыдущей команде navigate, а не к последующей, то есть это время, которое мы даем на то, чтобы долететь до точки, обозначенной в предыдущем navigate.

Зафиксировать положение дрона в системе координат маркерного поля.

Для этого нужно выполнить navigate и указать в нем необходимые координаты (например, x=1, y=1, z=1.5) и выбрать систему координат (frame_id):
```
navigate(x=1, y=1, z=1.5, speed=1, frame_id='aruco_map')
```
В итоге должно получиться:
```
navigate(x=0, y=0, z=1.5, speed=0.5, frame_id='body', auto_arm=True)
rospy.sleep(3)
navigate(x=1, y=1, z=1.5, speed=1, frame_id='aruco_map')
```
Обратите внимание, что параметр auto_arm=True ставится только при первом взлете. В остальных случаях его выставлять нельзя, иначе возникнут проблемы с перехватом управления.
Если вы хотите добавить другие точки для пролета, нужно дописать еще один navigate и rospy.sleep(). Время нужно вычислить отдельно для каждой точки в зависимости от скорости полета и расстояния между точками.

Например, если мы хотим полететь в точку (3, 3, 1.5):
```
  navigate(x=3, y=3, z=1.5, speed=1, frame_id=‘aruco_map’)
  rospy.sleep(3)
```
Координаты не должны выходить за пределы вашего поля. Если поле имеет размер 4х4 метра, максимальное значение координат, которое стоит указывать, — 4.
После пролета по точкам нужно приземлиться. Следующая строка ставится в конце программы:
```
land()
```

Запись программы на дрон

Самый простой способ – это скопировать текст программы, создать новый файл в командной строке Клевера и вставить текст программы в файл.

Для создания файла myprogram.py введите команду:
```
nano myprogram.py
```
Название можно выбрать любое, однако не рекомендуется использовать пробелы и специальные символы. Также расширение у программы всегда должно быть .py.
Вставить текст в поле ввода. Если вы пользуетесь веб-доступом Butterfly на Windows или Linux:
```
Ctrl+Shift+V
```
На Mac нажмите cmd+v.
Сохранить файл:
```
Ctrl+x; Y; Enter
```

Запуск программы

Необходимо тщательно подготовить дрон, пульт и программу. Запустите selfcheck.py. Убедитесь, что дрон летает в ручном режиме.
Включите дрон и дождитесь, пока загрузится система. Красный огонек на камере означает, что систем загрузилась.
Проверьте полет в режиме POSCTL.

Для этого взлетите над метками в режиме STABILIZED и переведите переключатель SwC в нижнее положение - режим POSCTL.

Будьте готовы сразу же переключиться обратно в режим STABILIZED в случае выхода дрона из-под контроля!

Установите левый стик (газ) в центральное положение. Дрон должен зависнуть на месте. В таком случае можно сажать дрон и переходить к следующему шагу. Если нет, нужно разобраться в проблеме.
Установите переключатель SwC в центральное положение. С помощью него вы будете перехватывать дрон: стоит лишь переключить его в верхнее положение.
Установите левый стик (газ) в центральное положение, чтобы в случае перехвата дрон не упал на пол.
Запустите программу. Для этого выполните команду:
```
python3 my_program.py
```
После выполнения программы дрон может некорректно приземлиться и продолжать лететь над полом. В таком случае нужно перехватить управление.

Гид по автономному полету