L’elemento principale e cuore della struttura è il flight controller Pixhawk 2 Cube. La scelta è ricaduta su questo elemento per una serie di motivi. Innanzitutto è un controllore di volo interamente programmabile poiché basato su un firmware open-source ed è perfettamente compatibile con tutti i sistemi che tipicamente costituiscono l’avionica di bordo e la trasmissione dei segnali a terra.
Inoltre presenta un aspetto fortemente innovativo in questa specifica versione rappresentato dal Cube, una Inertial Management Unit (IMU) con tripla ridondanza, quindi tre accelerometri, tre giroscopi, tre magnetometri e due barometri, isolata e smorzata, nonché dotata di un sistema di riscaldamento che la rende adatta a operare in climi estremi.
PIXHAWK 2 CUBE IMU: • 3 x accelerometri • 3 x giroscopi • 3 x magnetometri • 2 x barometri
Slot per l’eventuale inserimenro di Intel Edison SD card slot
Interfaccia micro USB Connessioni: • 5 porte seriali • 2 porte CAN • 2 porte I2C • 2 porte power • 1 porta ADC • 8 porte output PWM
• 6 porte GPIO che possono essere utilizzate per i segnali PWM • Una porta dedicate alle riceveti Spektrum
• Input e output S.BUS, input PPM Peso: 75gr
197 Dimensioni (L x W): 94 x 43 mm
Altezza (Cube incluso): 31 mm
Tab. 32: Caratteristiche principali del flight controller
Al flight controller verrà collegato un GPS Here + RTK GNSS. La sigla RTK sta per Real Time Kinematic ed implica la possibilità di conoscere la posizione di un punto istantaneamente. Questa tecnica di posizionamento prevede l’utilizzo di due moduli: un ricevitore fermo a terra comunemente definito Base, ed un altro in movimento definito Rover. Conoscendo la posizione sempre fissa della Base, il software di bordo del Rover ne determina la posizione. Grazie a questo tipo di sistema di posizionamento è possibile conoscere la posizione del drone avendo una precisione centimetrica. Nell’immagine è possibile vedere il flight controller, il modulo Rover circolare al centro della confezione, ed il secondo GPS (Base) con la relativa antenna.
(a) (b)
Fig. 120: Pixhawk 2 Cube (a) e GPS Here + RTK (b)
Un aspetto fondamentale riguardo il flight controller è la sua installazione. Occorre valutare attentamente dove viene installato e se attorno sono presenti elementi che possono indurre interferenze elettromagnetiche.
In riferimento alla posizione di installazione si raccomanda di installare la board all’interno di un involucro o contenitore, con la freccia bianca sul dorso del Cube puntata verso il naso del drone e quanto più possibile vicina al centro di gravità del mezzo. È inoltre importante installarla su appositi supporti smorzatori per evitare che vibrazioni indotte alterino i parametri di volo.
198 Per quanto riguarda, invece, potenziali interferenze elettromagnetiche, queste possono avere serie conseguenze sulla navigazione del mezzo andando a disturbare la bussola interna.
Diverse sono state le scelte progettuali attuate per ovviare questi problemi: 1. Il centro di gravità del drone è risultato essere piuttosto basso a causa
del peso degli strumenti di misura, pertanto si è deciso di posizionare la batteria nella parte più alta del mezzo, in modo da non abbassare ulteriormente il baricentro, e di installare l’avionica nella parte inferiore appena sotto la power distribution board principale. In questo modo è stato possibile rispettare il requisito di vicinanza con il centro di gravità.
2. Le interferenze elettromagnetiche che possono indursi sono dovute nella maggior parte dei casi alla vicinanza di ESC e power board, situazione che si viene a presentare anche nel nostro caso. La soluzione è stata duplice: da un lato l’inserimento del flight controller all’interno di una scatola in ABS schermato, dall’altro il GPS verrà montato su sostegni nel piano superiore del drone il più lontano possibile dalle fonti di interferenza.
3. Sarà inoltre buona prassi mantenere i cavi tra ESC e power board più corti possibile.
Per quanto riguarda il software di controllo a terra si è scelta la Ground Station Mission Planner Home, anch’essa parte della famiglia Ardupilot. Con questa ground station è possibile, tra le diverse cose:
• Inserire waypoint point e dirigere il drone sul posto, utilizzando Google Maps
• Selezionare i comandi missione
• Scaricare i file di log delle missioni e analizzarli • Configurare le impostazioni APM
• Interfacciarsi con un simulatore di volo PC per pianificare una missione completa
• Vedere l'uscita dal terminale seriale dell'APM.
L’intero sistema comunica a terra attraverso la ricevente e la trasmittente, la prima installata a bordo dedicata alla ricezione dei comandi da far eseguire al drone, la seconda a terra gestita dall’operatore. La ricevente scelta è una FrSky 2.4GHz ACCST X8R 8 ch. Grazie alla tecnologia ACCST a salto di gamma che sfrutta l’intera banda a 2.4 GHz risulta essere una delle più affidabili e sicure.
Un secondo motivo per cui si è scelto di utilizzare questa particolare ricevente è il fatto che Ardupilot ha installato un driver dedicato che permette di sfruttare quella che viene chiamata FrSky Telemetry, ovvero la possibilità di
199 visualizzare le informazioni della centralina senza la necessità di installare dei moduli telemetrici dedicati. Le informazioni vengono visualizzate direttamente a schermo sul radiocomando (purché questo abbia installato al suo interno il firmware open-source OpenTX) e quest’ultimo aspetto è potenzialmente molto utile perché consentirebbe di effettuare missioni senza l’ausilio della ground control station.
La comunicazione avviene tramite protocollo di telemetria passthrough, l'ultimo protocollo disponibile in ArduPilot, che consente la trasmissione di dati grezzi direttamente al firmware open source della trasmittente.
Per poter abilitare questa modalità di trasmissione dei dati telemetrici sono necessari:
• Un flight controller compatibile con ArduPilot;
• Una trasmittente (radiocomando) che abbia al suo interno il firmware open-source OpenTX per poter accettare la FrSky Telemetry;
• Una ricevente abilitata all’invio di dati telemetrici FrSky (nel caso specifico la X8R risulta essere quella più indicata);
• Un telemetry cable con cui collegare la ricevente alla Pixhawk.
Fig. 121: Hardware richiesti ed acquistati per poter abilitare la FrSky Telemetry La trasmittente è una FrSky TARANIS X9D Plus 2.4GHz, perfettamente compatibile con la FrSky Telemetry.
Le informazioni visualizzabili sullo schermo del radiocomando possono essere ulteriormente ampliate tramite l’installazione di FlightDeck, un'app a pagamento OpenTX per Taranis che utilizza la telemetria passthrough. L’installazione di questa app rende davvero possibili missioni senza ground control station perché tutte le informazioni di volo vengono visualizzate sullo schermo del radiocomando.
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