Как запрограммировать дрон?

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2 с. Чермен»

Пригородного муниципального района

Республики Северная Осетия - Алания

Творческий проект

«Как запрограммировать дрон?»

Выполнили:

ученик 8 класса

МБОУ «СОШ №2 с. Чермен»

Яничкин К.М.

Научный руководитель:
Кочиева И.Т.
учитель технологии

с. Чермен 2023 г.

Паспорт проекта

Тема: «Как запрограммировать дрон?».

Руководитель проекта: Кочиева Изаура Тамазовна.

Учебный предмет, в рамках которого проводится работа над проектом:

«технология».

Возраст обучающихся, на которых рассчитан проект: учащиеся 5-11 классы.

Автор проекта: Яничкин К, 9 класс.

Тип работы: учебный проект.

Сроки работы: 2023 учебный год.

Актуальность: в нашей школе есть Центр образования цифрового и гуманитарного профиля «Точка Роста». На занятиях я познакомился с квадрокоптерами DJI MavicAir и DJI Tello, их ещё называют дронами.

Я решил начать с простого: изучить микродрон DJI Tello Feel The Fun, узнать, есть ли разница между дронами и коптерами, легко ли управлять этими БПЛА, и научить интересующихся одноклассников азам управления дроном.

Цель проекта: изучить и освоить квадрокоптер, DJI Tello Feel The Fun применить его на практике.

Задача проекта:

собрать, изучить, систематизировать информацию о дронах вертолётного типа;

изучить типы вертолётных дронов и принципы их работы;

сравнить способы взаимодействия и управления дроном DJI Tello Feel The Fun;

выяснить правила техники безопасности при использовании квадрокоптеров;

познакомиться с программным обеспечением для создания видеофильмов;

научить управлять дроном.

Объект исследования: квадрокоптер DJI Tello Feel The Fun.

Введение

Актуальность темы: в нашей школе есть Центр образования цифрового и гуманитарного профиля «Точка роста». На занятиях я познакомился с квадрокоптерами DJI MavicAir и DJI Tello, их ещё называют дронами.

Я решил начать с простого: изучить микродрон DJI Tello Feel The Fun, узнать, есть ли разница между дронами и коптерами, легко ли управлять этими БПЛА, и научить интересующихся одноклассников азам управления дроном.

Начать с простого: изучить квадрокоптер DJI Tello Feel The Fun, узнать, есть ли разница между дронами и коптерами, легко ли управлять этими БПЛА, и научить интересующихся одноклассников управлению дроном.

Гипотеза: любой квадрокоптер TELLO можно запрограммировать.

Объект исследования: квадрокоптер DJI Tello Feel The Fun.

Предмет исследования – дроны вертолётного типа.

Цель исследования: изучить и освоить квадрокоптер DJI Tello Feel The Fun, применить его на практике.

Задачи исследования:

собрать, изучить, систематизировать информацию о дронах вертолётного типа;

изучить типы вертолётных дронов и принципы их работы;

сравнить способы взаимодействия и управления дроном DJI Tello Feel The Fun;

выяснить правила техники безопасности при использовании квадрокоптеров;

познакомиться с программным обеспечением для создания видеофильмов;

научить управлять дроном.

При написании работы использовались следующие методы научного исследования:

Теоретический анализ.

Реферирование информационных источников.

Дрон (в переводе с английского языка Drone — трутень, бездельник; гудение, гул, жужжание) — беспилотный летательный аппарат (БПЛА) изначально военного, главным образом разведывательного назначения, разновидность военного робота. Дрон — понятие, объединяющее все беспилотные аппараты, т. е аппарат без экипажа на борту.

Первые дистанционно управляемые роботы появились очень давно. Начать, хотя бы, с изобретения Никола Теслы: 1889 год, первое в истории человечества миниатюрное радиоуправляемое судно. Спустя тридцать лет успех ученого повторил американец Чарльз Кеттеринг, взявший за основу наработки знаменитых братьев Райт

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА, дрон, беспилотник) – летательный. Обладают разной степенью автономности: от дистанционно управляемых до полностью автоматических. Изначально дронами называли военные беспилотники, но в современном обиходе к ним относят и обычные коптеры.

Первый квадрокоптер, который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был создан Георгием Ботезатом и испытан в 1922 году.

Квадрокоптер — это тот же дрон, который приводится в движение четырьмя винтами.

Существуют трикоптеры с тремя винтами, квадрокоптеры (4 мотора), гексакоптеры — с шестью винтами и октокоптеры (8 винтов) (Приложение 2 рисунок 2). Общее название для таких аппаратов — мультикоптеры. Чем больше моторов, тем стабильнее ведет себя дрон в воздухе, и легче противостоит ветру. Самыми распространенными являются квадрокоптеры.

Существует другая классификация беспилотных летательных аппаратов (по размеру и весу). Условно все дроны можно поделить на 4 группы:

Микродроны. Такие БПЛА весят меньше 10 кг, максимальное время нахождения в воздухе – 60 минут. Высота полета – 1 километр.

Минидроны. Вес этих аппаратов достигает 50 кг, время пребывания в воздухе достигает 5 часов. Высота полета варьируется от 3 до 5 километров.

Мидидроны. Беспилотные летательные аппараты весом до 1 тонны, рассчитаны на 15 часов полета. Такие БПЛА поднимаются на высоту до 10 километров.

Тяжелые беспилотники. Их вес превышает тонну, разработаны аппараты для дальних полетов продолжительностью более суток. Могут перемещаться на высоте 20 километров.

В конструкции беспилотного аппарата есть спутниковый навигатор и программируемый модуль. Если беспилотный летательный аппарат используется для получения, сохранения и передачи информации на пульт оператора, в нем дополнительно устанавливаются карта памяти и передатчик.

Конструкция и функциональность меняются в зависимости от назначения аппарата. Есть модели дронов, которые умеют принимать команды человека и реагировать на них. В таких устройствах установлены специальные модули-приемники команд.

Квадрокоптер представляет собой платформу с четырьмя моторами. Центральная часть квадрокоптера служит для размещения контроллера, батареи и полезной нагрузки (например, видеокамеры). Радиально от центра на балках устанавливаются микроэлектродвигатели с несущими винтами, образуя крестообразную конструкцию аппарата. Чтобы он мог летать, два противоположных мотора должны вращаться в одну сторону, а другие два в другую, поэтому хвостовой винт мультикоптеру не нужен. Принцип полета квадрокоптера проиллюстрирован на рисунке 1 в приложении 2:

Углы крена и рыскания (pitch, roll, yaw) — углы, которыми принято определять и задавать ориентацию квадрокоптера в пространстве

Существует три варианта работы пропеллеров:

ускорить все винты — подъём;

ускорить винты с одной стороны и замедлить с другой — движение в сторону;

ускорить винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедлить вращающиеся против часовой стрелки — поворот.

Полетный контроллер – это устройство, которое обеспечивает полет коптера, управляя газом, креном, тангажом и рысканьем

В общем случае, полетный контроллер выполняет следующие функции:

собирает информацию с датчиков (установленных на нем или внешних: компас, гироскопы, GPS и тому подобных);

устанавливает, рассчитывает свое положение в пространстве согласно датчикам;

собирает информацию о внешних управляющих воздействиях;

отправляет управляющие/корректирующие сигналы на исполнительные механизмы (на регуляторы оборотов).

2.1. Способы управления дроном квадрокоптер DJI Tello Feel The Fun.

Управление дроном может осуществляться через смартфон, планшет или пульт. Сейчас есть возможность видеть, куда летит дрон. через специальный шлем или очки с видеоэкраном. Это называется – технология FPV. Аббревиатура FPV означает First Person Vision – изображение от первого лица.

Управлять нашим дроном возможно с помощью различных программных сред. Это мобильные приложения: TelloApp, Teeeello (версия TelloFPV в AppStore) и также с помощью программного обеспечения DroneBlocks, на языке Scratch (

Я разобрался с способами управления и описал, как правильно смоделировать полет дрона.

Приложение Tello предназначено для управления миниатюрным дроном Ryze Tello и его камерой. Приложение позволит не только безопасно пилотировать летательный аппарат, но и использовать его интеллектуальные функции, а также широкие возможности камеры: съемки коротких роликов и фотоснимки в высоком разрешении.

Скачайте приложение Tello App.

Нажмите на кнопку питания сбоку, чтобы включить аппарат.

Зайдите в приложение и нажмите на кнопку

В настройках Wi-fi выберите сеть Tello-XXXXXX

Функции приложения Tello App:

Взлёт.

Посадка.

Поворот против часовой стрелки.

Поворот по часовой стрелке.

Поднять вверх.

Опустить вниз.

Лететь влево.

Лететь вправо.

Лететь вперёд.

Лететь назад.

Полный функционал приложения Tello можно посмотреть в приложении 5.

В распоряжении пользователя 6 режимов полета:

Throw & Go (самолетик) – с помощью этого режима можно просто подкинуть квадрокоптер и он автоматически взлетит

Flips (8D-трюк, кувырок) – квадрокоптер делает развороты в различные стороны.

Up & Away (воздушный)– в этом режиме квадрокоптер записывает видео во время полета вверх и назад.

3600 – квадрокоптер снимает панораму

Bounce Mode (мячик) – квадрокоптер будет автоматически подпрыгивать вверх и вниз в пределах 0,5 и 1,2 метра от поверхности под устройством

Circle (круг) – квадрокоптер автоматически вращается вокруг места взлета, записывая видео.

Пример моделирования полета квадрокоптера по траектории четырехугольника

Scratch — визуально-ориентированная среда, разработанная для детей. Процесс программирования представляет собой перетаскивание разноцветных блоков (каждый цвет соответствует определенному типу команд) в область скриптов. Готовая программа легко читается, и при необходимости юный программист легко определит, что он сделал не так. Scratch поддерживает множество языков, в том числе и русский. С его помощью можно, например, задать сценарий полета для квадрокоптера Tello, в котором будут указаны все движения, расстояние, на которое необходимо перемещаться в том или ином направлении, и другие важные параметры.

Окно программы Scratch

Я познакомился с возможностями этой программы для создания анимаций и небольших анимационных роликов, а затем начал использовать модернизированную версию Scratch 2, дополненную командами управления квадрокоптером. В результате я создал программу управления полетом и опробовали её на практике.

Окно программы с инструкциями для коптера Tello.

Программа коптера.

Управление дроном с помощью Scratch происходит в режиме реального времени, невозможно использовать заранее заготовленный файл с готовой программой

В ходе выполнения работы мы получили много новых знаний о квадрокоптерах, их устройстве, управлении ими, способах применения. Мы познакомились с мобильными приложениями и программой для программирования Scratch.

В своей работе мы ставили целью изучить и освоить квадрокоптер DJI Tello Feel The Fun, применить его на практике.

Цель и задачи, которые были поставлены в начале, были достигнуты.

Предположение, высказанное в начале работы о том, что любой квадрокоптер TELLO можно приручить доказано. Управлять летающей машиной несложно. Но учиться все-таки придется, поскольку квадрокоптер несколько отличается от обычных «игрушек» на радиоуправлении.

Ценность данного исследования заключается в том, что технология доступна для любого пользователя.

Компетенции, полученные в ходе работы, в дальнейшем будут использованы нами при создании в будущем своей конструкции дрона и при работе над другими проектами и в учебной деятельности.

Данные нашего исследования позволяют сделать ряд выводов относительно квадрокоптера Ryze Tech Tello Boost Combo:

управлять дроном несложно;

дрон разработан специально для начинающей аудитории пользователей;

удобнее управлять дроном с помощью мобильного приложения DroneBlocks;

для калибровки дрона, лучше воспользоваться приложением TelloApp.

Все новости о дронах Tello [Электронный ресурс] URL: http://protello.com/top-budget-quadcopter

Википедия – свободная энциклопедия [Электронный ресурс] URL:

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B5%D1%80

ДроноМания. Онлайн журнал о дронах [Электронный ресурс] URL: https://dronomania.ru/faq/istoriya-razvitiya-dronov.html

Хабр. Сообщество IT специалистов [Электронный ресурс] URL: https://habr.com/

Tello руководство Пользователя v1.2

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Рисунок 1. Принципы полета квадрокоптера

Рисунок 2. Типы мультикоптеров

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Программа № 1 «Управление DJI Tello Feel The Fun в режиме реального времени с помощью Scratch»

Различным клавишам клавиатуры ПК присваивал команды для управления Tello. В данном случае для управления коптером в горизонтальной плоскости была использована раскладка WASD. Так же имеются возможность управлять флипами через клавиши навигации.

Программа № 2 «Построение прямоугольного треугольника с помощью Tello через Scratch»

Квадрокоптер начертит прямоугольный треугольник маршрутом полёта Tello в горизонтальной плоскости. Для правильного построения нужно ввести длины гипотенузы и известного катета, а также градусную меру угла между ними. Программа сама вычисляет оставшуюся сторону и второй угол.

Программа № 3 «Построение описанного треугольника и квадрата»

В данной программе tello запрашивает радиус известной окружности и даёт на выбор 2 варианта: начертить описанный треугольник или квадрат. Остальные данные программа вычисляет сама.