ROV与AUV开源解决方案Ardusub文档整理（二）快速上手

电机测试与注意事项

黄世末

4220人浏览 · 2024-04-16 16:58:03

黄世末 · 2024-04-16 16:58:03 发布

一、建造航行器的框架

（1）选择合适的框架

构建 ArduSub 水下潜航器的第一步是从中选择一个潜航器“框架”，用于安装和定位推进器。一些框架使用较少的推进器，而其他一些则具有更好的操控性（平移、俯仰 / 滚动稳定性）。

ArduSub 包含一个高级电机库，可以配置任何配置的电机。该库用于实现多种支持的框架配置。

所有配置都是从俯视图显示的。绿色推进器表示逆时针螺旋桨，蓝色推进器表示顺时针螺旋桨（或反之—要是完全反着来也是可行的）。当 ESC 信号线插入时，每个推进器旁边的数字对应于自动驾驶仪板上主输出的编号。

目前支持的配置有：
在这里插入图片描述

（2）自定义底盘

如果你希望构建的航行器推进器配置不是预先构建的底盘之一，那么可以使用这份文档：《制作自定义配置》来配置自定义底盘。

（3）外部组件选择

所需的最低配置电子元件可以在硬件选项：所需硬件部分找到。
航行器架构通常由耐腐蚀材料制成，如HDPE（高密度聚乙烯）和铝。

（4）布线和连接（后面更新pixhawk2）

确切的布线配置取决于航行器配置和所使用的硬件。以下是标准通道分配。
请参阅上面“选择合适的框架”以了解标准推进器编号。
MAIN和AUX输出编号是指Pixhawk 1 PWM输出。
在这里插入图片描述

PWM脉宽调制通道	connection连接
MAIN OUT Channel 1	推机器 1
MAIN OUT Channel 2	推机器 2
MAIN OUT Channel 3	推机器 3
MAIN OUT Channel 4	推机器 4
MAIN OUT Channel 5	推机器 5
MAIN OUT Channel 6	推机器 6
MAIN OUT Channel 7	推机器 7
MAIN OUT Channel 8	推机器 8
用户可配置（MAIN 或 AUX）	LED 灯光
用户可配置（MAIN 或 AUX）	相机倾斜伺服

该硬件还具有其他输入/输出端口，包括 I2C 和串行端口。这些是这些端口的推荐连接。

部分	connection连接
I2C	压力传感器 (MS58XX)
USB 串口	配套计算机
电源接口	电源模块

（5）已有的可供参考底盘

如果对于第一次构建者来说决定使用哪些组件太困难，Blue Robotics公司销售的BlueROV2可能是一个半成品的“参考底盘”，可用于理解ArduSub控制系统。可以重新使用和重新配置组件以进行自定义底盘设计。
在这里插入图片描述

二、软件QGroundControl 的安装

推荐的最新版本QGroundControl是v4.2.3。
如果您的软件版本过旧，请卸载QGC应用程序并从以下链接下载最新版本。

（译者用的是v4.3.0）

（1）下载

有以下几个系统版本，下载并安装QGroundControl：官网

Windows
Mac

Linux

上述链接下载的安装程序是ArduSub开发人员测试和验证的最新稳定版本的QGC。
可能存在更新的版本，但尚未经过验证。
请自行承担风险使用主QGroundControl项目中的更新版本。

注意：Linux需要额外的GStreamer依赖项，
请参阅QGroundControl用户指南获取详细信息。

 GStreamer（GNU Streamer）是一个开源的多媒体框架，用于处理音频和视频数据流。
 在Linux系统中，许多多媒体应用程序和桌面环境都依赖于GStreamer。
 因此，当提到在Linux中安装QGroundControl时需要额外的GStreamer依赖项时，
 指的是需要安装GStreamer及其相关插件和库以支持QGroundControl在Linux上的音频和视频功能。

具体来说，GStreamer依赖项可能包括以下内容：

基本的GStreamer库：这些是GStreamer框架的核心库，用于处理音频和视频流。
GStreamer插件：这些是提供额外功能的插件，例如各种编解码器（如H.264、H.265）、音频处理插件等。
GStreamer开发包：如果需要编译其他软件或库与GStreamer集成，可能需要安装相关的开发包。

具体安装这些依赖项的方法取决于您所使用的Linux发行版。
通常可以通过包管理器（如apt、yum、dnf等）来安装这些依赖项。以下是一些常见的命令示例：
在基于Debian/Ubuntu的系统中使用apt安装：

sudo apt update
sudo apt install libgstreamer1.0-0 gstreamer1.0-plugins-base gstreamer1.0-plugins-good gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-plugins-ugly gstreamer1.0-libav

在基于Fedora的系统中使用dnf安装：

sudo dnf install gstreamer1 gstreamer1-plugins-base gstreamer1-plugins-good gstreamer1-plugins-bad-free gstreamer1-plugins-bad-free gstreamer1-plugins-ugly

请注意，具体的依赖项可能因发行版和系统版本而异。
建议查阅您所使用Linux发行版的文档或官方网站，了解如何安装GStreamer及其相关插件和开发包。

（2）文件夹结构

运行安装程序后，默认位置将安装以下文件夹：
/Documents/QGroundControl/

CrashLogs：QGC应用程序崩溃的数据文件。
Logs：下载的车辆日志文件（.bin）。
Missions：下载的任务计划（.plan）。
Parameters：保存的载具参数文件（.params）。
Telemetry：保存的载具遥测文件（.tlog）。
Video：录制的视频字幕文件（.mkv/.mov/.mp4和.ass）。

（3）运行应用程序

根据您的操作系统运行应用程序可执行文件。

 Windows安装程序创建了3个快捷方式：
 QGroundControl、GPU兼容模式、GPU安全模式。
 除非您遇到启动或视频渲染问题，请使用第一个快捷方式。

有关更多信息，请参阅QGC安装/配置问题 > Windows：UI渲染/视频驱动程序问题。

三、安装协作计算机（树莓派）软件映像

原开源文档使用的是树莓派自带系统，译者准备使用ubuntu上的ROS系统

当前的协作计算机（树莓派）版本是v0.0.31。如果您的系统已过时，您可以通过以下方式之一进行更新：
1.安装新的镜像文件 2.连接到Wi-Fi并执行软件更新。

安装操作系统和支持软件的方法是将预先配置的 .img 文件写入一个至少容量为 4GB 的 microSD 卡中，然后将该卡插入 Companion 计算机（树莓派）中。

请按照以下步骤操作：

将一张至少容量为 4GB 的 microSD 卡插入您的地面计算机的卡片阅读器中。
在此处下载 Companion 的镜像文件（更新至 2021 年 11 月 30 日）。
在镜像文件下载的同时，下载并安装 Etcher 。确保选择适用于您操作系统的正确下载版本。
打开 Etcher，选择镜像文件（无需预先解压），然后选择您的 SD 卡，点击“Flash”并等待完成 .

5.将 SD 卡弹出，然后插入树莓派中。

Etcher 是一个常用的工具，用于将镜像写入 SD 卡和 USB 驱动器。它通常用于将操作系统镜像烧录到树莓派的 SD 卡上。以下是如何使用 Etcher 的简要指南：

下载 Etcher：访问 Etcher 网站（https://www.balena.io/etcher/），并下载适合您操作系统的版本（Windows、macOS、Linux）。
安装 Etcher：下载完成后，打开安装程序并按照屏幕上的说明在计算机上安装 Etcher。
插入 SD 卡：将 4GB 或更大容量的 microSD 卡插入计算机的 SD 卡读卡器中。
打开 Etcher：安装完成后启动 Etcher。如果需要，可能需要提供管理员权限。
选择镜像文件：在 Etcher 中点击“选择镜像”按钮，然后导航到您下载 Companion 镜像文件（.img）的位置。
选择目标设备：点击“选择目标”按钮，选择您插入的 microSD 卡。确保正确选择目标设备，避免意外覆盖重要数据。
烧录镜像：一旦选择了镜像文件和目标设备，点击“烧录！”按钮。Etcher 将开始将镜像写入 SD 卡。此过程可能需要几分钟时间。
弹出 SD 卡：在 Etcher 完成写入镜像后，安全地将 microSD 卡从计算机中弹出。
将 SD 卡插入树莓派：将 microSD 卡插入树莓派中。
网络设置：根据您的操作系统，按照相应的网络设置说明配置 Companion 计算机（树莓派）的网络设置。

Etcher 简化了将磁盘镜像写入存储介质的过程，广泛用于制造和爱好者社区，用于设置树莓派设备和其他嵌入式系统。

（1）网络设置

Companion计算机（树莓派）被分配了静态IP地址192.168.2.2，并且它期望上位机电脑具有IP地址192.168.2.1。在可以与ROV通信之前，需要设置上位机电脑上的网络配置。
选择下面的操作系统，显示适当的网络设置说明。
Windows Mac Linux

（2）软件更新

在继续之前，建议检查Companion计算机是否有最新的更新。
执行Companion软件更新的步骤如下：

将充满电的电池插入车辆，并将拖缆连接到上位机电脑。
在网页浏览器（如Chrome、Edge、Firefox等）中导航至192.168.2.2:2770/network，并确保车辆可以访问WiFi网络。如果在该地址找不到网页，请验证网络设置是否正确。您可以在此处找到故障排除步骤。
在浏览器中导航至192.168.2.2:2770/system。点击名为“Update Companion”的按钮。如果您看不到此按钮，则表示Companion软件已经是最新的。
更新过程将根据互联网连接速度需要花费5到20分钟不等的时间。请等待更新过程完成。
更新完成后，刷新浏览器。Companion版本应该已经更新，更新可用的消息将不再显示。
如果更新失败（通常是因为失去互联网连接），将会出现一个警告，提示车辆将重新启动，请保持电池连接。在此时，可以安全地关闭车辆电源，然后再次尝试更新。

四、安装 ArduSub固件

本文基于的是稳定版本的 ArduSub 是 v4.0.3。
如果固件已经过时，可以按照以下方法之一进行更新。

ArduSub 是存储在自主飞行控制板（pixhawk）闪存存储器上的固件二进制文件。

大致可以通过以下两种方式之一去安装（或更新）它：

将自主飞行控制板连接到 Companion computer ( 协作计算机 )，并执行联网操作。
直接通过 USB 线将控制板连接到地面计算机，使用 QGroundControl 进行连接与更新并且测试。

1. 利用协作计算机（自动安装的方式）：

将 ArduSub 加载到自主飞行控制板上的步骤如下：

将充满电的电池插入潜航器，并将垂线连接到地面计算机（岸边电脑）。
在互联网浏览器（Chrome、Edge、Firefox 等）中输入网址 192.168.2.2:2770/network，并确保潜航器可以访问 WiFi 网络。如果在此地址上看不到网页，请验证网络设置是否正确。可以在此处找到故障排除步骤。
在浏览器中输入网址192.168.2.2:2770/system。在 Pixhawk 固件更新部分下，点击**“Stable”**按钮。
等待更新过程完成，然后您就完成了！

2. 用地面计算机：

在进行固件升级之前，请先将 Pixhawk 和/或无线电从 USB 上拔掉。打开QGC的固件界面之后再连接PIXhawk

打开 QGroundControl 并导航至 Firmware 页面。
将 Pixhawk 接入计算机的 USB 端口。一旦被检测到，QGroundControl 将在右侧显示一个固件选择框。
从下拉列表中依次选择以下选项：

“ArduPilot Flight Stack”
“ChibiOS”
“Sub”
（假设您使用的是 Pixhawk）“Pixhawk1”

(1)ChibiOS 是一个面向嵌入式系统的开源实时操作系统内核。它提供了一个轻量级、高效的操作系统解决方案，适用于各种嵌入式平台，包括微控制器和嵌入式系统。ChibiOS 的设计目标是简单、可靠且易于移植，旨在满足资源受限的嵌入式设备的要求。
(2)ChibiOS 包含了许多功能丰富的组件，例如多任务调度器、信号量、消息邮箱、事件标志和定时器等，可帮助开发人员构建稳健的嵌入式应用程序。它还支持多种体系结构和处理器架构，并提供了丰富的文档和示例代码，便于开发人员快速上手和开发。
(3)ChibiOS 适用于许多不同类型的嵌入式应用，包括工业控制、自动化、无人机、机器人、汽车电子、家用电器等领域。它的轻量级设计和灵活性使得 ChibiOS 成为许多嵌入式开发项目的理想选择之一。

在右上角点击“OK”按钮。
固件将开始上传到 Pixhawk，您会看到以下输出信息和成功消息。
Pixhawk 将重新启动，然后会自动与 QGroundControl 连接。

补充：直接下载二进制固件到电脑文件夹里，然后通过高级设置完成。

（1）框架选择

前往“框架设置”页面。
点击与本文档中“构建车辆框架”部分中选择的对应车辆框架相符的选项。
重新启动车辆或自主飞行控制器，以保存框架选择并在下次启动时加载。

默认的六推进器参数仅适用于 BlueROV2 和 BlueROV2 Heavy。如果使用其他帧类型，则需要按照以下步骤手动配置参数设置

（2）完成校准

在使用 ArduSub 车辆之前，必须完成几个校准和设置步骤，以确保其正确运行。

操纵杆/游戏手柄校准
某些操纵杆在与 QGroundControl 一起使用之前需要进行校准。如果操纵杆需要校准，操纵杆选项卡将显示为红色，并应按照以下步骤进行校准。如果操纵杆不需要校准，则操纵杆选项卡将不会显示为红色，此步骤可以跳过。
- 在左侧边栏中转到“操纵杆”页面。
- 确保“TX Mode”选择设置为 3。
- 点击“校准”选项卡，然后点击“下一步”。
- 按照 QGroundControl 中图示的步骤移动操纵杆。
- 完成后，操纵杆选项卡将不再显示为红色，且“Enabled”复选框应该已被选中。
按钮设置
- ArduSub 的默认按钮设置如下图所示：

在这里插入图片描述
传感器校准:

前往左侧边栏中的“传感器”选项卡。
点击“加速计”选项卡，并按照说明操作。
- 选择“Autopilot Orientation”为“Roll90”。
点击“罗盘”（Compass）选项卡，并按照说明操作。
点击“校准压力”（Calibrate Pressure）并等待校准完成。
完成后，传感器选项卡将不再显示为红色。

**配置电机方向 : **
车辆电机的旋转方向取决于车辆和电机的组装方式，因此每个电机的正反转方向必须在软件中进行配置。

首先，前往左侧边栏中的“电机”选项卡，然后按照自动（推荐）或手动配置的步骤进行操作。

在车辆上电之前，请确保所有身体部位和衣物远离推进器。
警告：在空气中不要让推进器运转超过30秒，否则会损坏塑料轴承。

自动配置

调整车辆的浮力，使其为中性或稍微正浮力。
将车辆放入水中，确保有足够的空间让它轻微移动，避免碰到墙壁或底部。确保垂线有一些松弛，以便车辆能够自由移动。
前往左侧边栏中的“电机”选项卡。
点击“自动检测方向”按钮，等待车辆完成电机方向检测过程。
检测过程进行时会显示结果，成功或失败会有相应提示。如果检测失败，您可以尝试重新检测，或者手动配置电机方向。

手动配置
前往左侧边栏中的“电机”选项卡。
阅读并理解设置页面上的说明。
点击页面上的开关，使车辆上电。
逐个移动每个滑块，确保根据“电机设置”页面上的说明，旋转的电机正如描述的推送空气。如果某个电机旋转方向错误，点击“反转电机方向”部分下相应的复选框，以纠正电机旋转方向。
完成设置后，点击开关使车辆解除上电状态。

电压和电流测量设置

前往左侧边栏中的“电源”选项卡。
在“电源传感器”部分，选择“模拟电压和电流”，并根据制造商的规格输入相应数值。

如果使用 Blue Robotics Power Sense 模块，请选择“Blue Robotics Power Sense Module R2” 作为电源传感器的配置文件。

SOS 漏水传感器设置

前往左侧边栏中的“安全”选项卡。
选择泄漏检测器插入的输出通道，并将“逻辑干燥时”设置为“低”。

设置低电压失控保护

在左侧边栏中的“安全”选项卡上，将电池失控保护设置为“警告”。
设置触发警报的期望电压或电量。请记住，您需要足够的电量返回起始点。

锂电池不应过度放电，因为这会损坏其内部化学结构。不要让每个电池单体的电压降到低于 3.0 伏特。

摄像头倾斜设置（如有需要）

选择左边的“摄像头”选项。
“云台倾斜”设置用于控制摄像头的倾斜。
在“输出通道”中选择连接伺服舵机的通道。有效的输出通道包括未使用的主电机输出（1-8）和辅助输出 1-4（9-12）。
在“云台设置”底部的“类型”下，选择“伺服舵机”。

如果需要，您可以勾选“稳定”复选框，这将根据车辆的俯仰角启用摄像头的自动稳定功能(云台)。
通常我们会将其保持未勾选状态。

灯光设置

在“灯光”选项卡中配置灯光的输出通道。
选择您已经将灯光插入的输出通道，如下所示。

此设置仅适用于可以通过伺服 PWM 脉冲控制的灯光，例如 Blue Robotics Lumen 灯光。

（3）SD 卡格式化

在自主飞行控制器内部的 SD 卡（例如 Pixhawk）是 ArduSub 存储其数据闪存日志的位置。它应该格式化为 FAT/exFAT/FAT32 分区。如果 SD 卡损坏或使用了不同的文件系统，您应该对其进行格式化。

以下步骤将帮助您进行格式化：

将 SD 卡从自主飞行控制器中取出，并使用适配器将其连接到计算机上。
打开计算机的文件资源管理器，找到连接的 SD 卡。
在 SD 卡上右键单击，选择“格式化”选项。
在弹出的格式化对话框中，选择文件系统为 FAT32 或 exFAT（根据需要选择）。
确保勾选“快速格式化”选项（Quick Format）。
点击“开始”按钮，开始格式化 SD 卡。
格式化完成后，安全地将 SD 卡从计算机中弹出，并将其重新插入到自主飞行控制器中。

请确保在格式化 SD 卡之前备份其中的重要数据，因为格式化将清除所有数据并重新初始化该存储设备。

教程：
windows linux
在这里插入图片描述

五、首次测试使用：

在将潜航器放入水中之前，有几件事情需要检查：

首次潜水应选择水体浅、平静、清澈的地方进行，推荐使用游泳池或测试水槽。
在更受控制的环境中进行测试将提供良好的机会，可以检查潜航器的配重是否正确，并确认控制器设置正确，车辆表现如预期。
连接电池/电源: 为了准备好进行首次潜水，潜航器需要供电。

选择以下一种方式：
将充电充满的电池插入车辆的电源分配系统，或者
在阅读并理解制造商说明书后，打开电源。
设置顶部控制
连接以下设备到顶部计算机：
潜航器垂直线（通过适当的接口，如果有的话）
手柄
控制器功能
ArduSub 固件默认提供了以下在这里插入图片描述
按钮设置：
按钮功能可以通过以下步骤重新分配：