[Elettronica] Multirotori: Sistemi di controllo “Flight control board”


Share

I multirotori che siano quadricotteri, tricotteri, esacotteri etc. per poter volare, oltre al frame, ai motori, alle pale, agli esc. hanno bisogno che a bordo sia presente anche una sorta di cervello elettronico comunemente chiamato Sistema di controllo o Flight Control Board. Visto il continuo aumento d’interesse per questo tipo di velivoli, i sistemi di controllo sono spuntati come funghi! Cerchiamo quindi di fare un po’ di chiarezza elencando di seguito i sistemi più diffusi per uso hobbystico.

Iniziamo con le schede/board “KK” costruite intorno ai microprocessori “Atmel Atmega” dotati di memoria flash interna capace di memorizzare il contenuto del programma. Questa particolarità permette loro di cancellare il programma salvato in memoria e di riscriverne una nuova versione in pochi secondi, senza doverlo rimuovere dalla scheda su cui è installato, ma semplicemente collegandolo ad un pc. Per quanto riguarda la messa a punto di tutte le altre funzioni e il fine tuning, è possibile effettuare tali operazioni direttamente sulla scheda stessa. Questo tipo di schede realizzate e pensate per funzionare con il codice di programmazione “KK”, creato da “KapteinKuk” (Rolf R Bakke), hanno un costo di acquisto veramente molto basso e sono disponibili in diverse versioni: KK base (la più economica) e la KK 2.0 – KK 2.1 – KK 2.X. etc (leggermente più care). Le versioni KK base sono dotate solo del sistema giroscopico e non presentano l’accelerometro ragion per cui non sono in grado di autolivellare il drone quando portiamo lo stick del throttle del nostro radiocomando al centro. Sono quindi schede che, pur svolgendo un ottimo lavoro, richiedono un impegno continuo del pilota per governare il drone, e sono ideali per coloro che vogliono imparare a volare con un drone usando quasi esclusivamente i propri pollici.

Le versioni più evolute e leggermente più costose come le varie KK 2.0 – KK 2.1 – KK 2.X. etc., oltre ad essere in grado di supportare diverse configurazioni di multirotori (che vanno dai tre agli otto motori), possono gestire anche i “Singlecopter 2M 2S” e “Singlecopter 1M 4S”. Esse presentano sia il sistema giroscopico per gestire la modalità di volo acro sia gli accelerometri per il sistema autolivellante, il quale consente al drone di autostabilizzarsi quando portiamo lo stick del throttle del radiocomando al centro. Queste schede sono vendute con il software già installato, non hanno quindi bisogno di essere collegate ad un pc, evitando così di far impazzire chi è alle prime armi. Tutti i settaggi dei paramentri ed il fine tuning possono essere effettuati direttamente sulla scheda per mezzo di mini tasti e visualizzati su un piccolo schermo “LCD” anch’esso presente sulla scheda stessa. Salendo di versione 2.0, 2.1, 2.X etc., le caratteristiche base rimangono pressochè invariate; a cambiare è invece il tipo di miniprocessore utilizzato il quale, al salire di versione, presenterà una maggiore potenza e capacità di memoria. Nel complesso sono ottimi prodotti “entry level” che svolgono il proprio compito in maniera eccellente, presentando solo funzioni di base che permettono all’utilizzatore di imparare a governare il proprio multirotore usando tanto i pollici e poco l’elettronica; ragion per cui se si desidera imparare a volare sia in modo convenzionale che acrobatico, facendo affidamento solo sulla propria abilità, sono la scelta giusta.

Parliamo ora delle schede che supportano il software “MultiWii”, un progetto open source molto popolare, che negli ultimi tempi ha riscosso un successo enorme. In questo caso è possibile intraprendere due tipi di percorso che portano allo stesso risultato. Il primo è quello più difficile, ovvero quello di costruire da soli la scheda; operazione fattibile qualora si abbiano, le giuste conoscenze. ll secondo, più facile e pratico, è quello di acquistare una scheda già pronta all’uso, che molto spesso ha il firmware già installato all’interno del microprocessore. Tra le schede più diffuse troviamo sicuramente quelle Arduino con microprocessori della “Atmel” con costi compresi tra i 20 ed i 50 euro, a seconda del modello scelto.

Personalmente ritengo le schede Crius e Arduino tra le più valide, anche se in commercio esistono decine di cloni che svolgono il loro lavoro in maniera egregia. Il catalogo Arduino, ad esempio, spazia dalla versione entry level “Arduino Uno” alla “Arduino Yun” considerata, al momento, il top della gamma. La cosa interessante di queste schede è la loro flessibilità di utilizzo: laddove, ad esempio, le periferiche a nostra disposizione non siano sufficienti per i nostri progetti, possiamo ricorrere all’acquisto di una delle numerose “shield”, grazie alle quali è possibile aumentare le potenzialità della nostra scheda di base. Per capire il potenziale di queste schede, basti pensare all’accordo raggiunto con la “Intel” che ha commercializzato la scheda “Galileo”, compatibile con tutte le “shield” Arduino che é in grado di eseguire qualsiasi programma scritto per quest’ultimo. La “Galileo”, usata inizialmente quasi esclusivamente nel settore della robotica, sta spuntando ultimamente anche su qualche multirotore.

Tralasciando ora il discorso delle preferenze personali e delle marche disponibili sul mercato, le schede entry level in grado di supportare “MultiWii” hanno un costo che si aggira intorno ai 25 euro e sono in grado di garantire l’autolivellamento del drone, la gestione dell’orientamento (tramite il magnetometro) e quella del livello quota con sensore barometrico. Raddoppiando la spesa è possibile acquistare delle schede più performanti su cui è possibile collegare anche un modulo GPS per il position hold, per la navigazione automatica, il ritorno a casa etc.. Oltre al modulo GPS è possibile aggiungere ulteriori ausili utili per il pilotaggio, che trasformano il multirotore in un apparecchio in grado di volare e muoversi praticamente in piena autonomia. Come scritto in precedenza, questo tipo di schede vengono fornite con il firmware già installato,  ma per poterle sfruttare al meglio e secondo le proprie esigenze, hanno bisogno di dover essere collegate sempre ad un pc sul quale vi sia installato l’ambiente di sviluppo Arduino (IDE), il quale ci permette di scrivere, compilare e modificare i file sorgente di MultiWii ed i vari parametri di configurazione. Quindi, ogni operazione di fine tuning e set up deve essere effettuata sempre tramite un pc o, se lo si desidera, per mezzo di uno smartphone o tablet, dopo aver installato su questi ultimi delle apposite applicazioni Android. Nel complesso il sistema è molto buono e grazie ad internet è possibile trovare in rete moltissime guide valide in grado di farci apprendere, senza molte difficoltà, il funzionamento del sistema stesso. Da non sottovalutare ,in ultimo, il fatto che, trattandosi di un software open-source in costante sviluppo, è possibile confrontarsi in rete con altri utilizzatori o addirittura con gli stessi sviluppatori. Sul sito ufficiale di Arduino è disponibile la sezione Download, dalla quale è possibile scaricare l’IDE per il sistema operativo che utilizziamo (Windows, Linux e Mac OS X).

Alzando ancora l’asticella del prezzo rispetto alle schede “KK” e “Multiwii”, troviamo in commercio quelle in grado di supportare il software opensource “APM:Copter” ,completamente gratuito e in costante sviluppo e aggiornamento. Va detto subito che ogni aggiornamento, prima di essere rilasciato, viene testato da decine di piloti/collaboratori che lo provano con decine e decine di voli, ragion per cui vengono pubblicati solo aggiornamenti “sicuri”. Come per le precedenti schede, sono disponibili sul mercato moltissimi prodotti utili ai nostri scopi: si parte dalle più economiche “Crius” e i loro relativi cloni passando poi per le APM (sicuramente le più diffuse al momento, ma ormai spremute al massimo delle loro capacità e giunte quindi “forse” a fine carriera) fino ad arrivave alle ben più costose e performanti nuove schede a 32 bit come le “VR Brain” e “Pixhawk”, che rappresentano quasi certamente il futuro di questa categoria. Ovviamente sono tutte schede che, per poter essere sfruttate al meglio, hanno bisogno di essere corredate di una buon sistema GPS. Le funzioni, i set up, i fine tuning e le modalità di volo assistito e manuale (mi pare siano in totale 13 modalità contro le 3 dei sistemi DJI Naza M-Lite e M-V2), che il sistema “APM:copter” offre, sono innumerevoli e per essere compresi, utilizzati e sfruttati in maniera ottimale, necessitano di essere comunque studiati a fondo e con molta attenzione. Ad esempio tra i tantissimi strumenti offerti troviamo: la telemetria (dopo ogni volo è possibile scaricare il log della telemetria ed analizzare il perchè si sia verificato un determinato comportamento in fase di volo, così saremo in grado di intervenire in maniera mirata solo sul parametro interessato) e l’autotune (una volta che il nostro drone è in volo e a distanza di sicurezza, inserito l’autotune, quest’ultimo in maniera autonoma eseguirà delle correzioni di volo; in questo modo il software imparerà quale sia il tune migliore per impostare i giusti parametri di stabilizzazione). Una volta settate in maniera corretta, le schede offrono una stabilità e una precisione di volo spettacolari e diventano difficilmente battibili anche da prodotti molto più blasonati e costosi.

Le schede sono quindi dei prodotti eccezionali, con delle potenzialità praticamente infinite, il cui limite è fissato solo dalla passione e dalla fantasia dell’utilizzatore finale. Sono adatte a tutte quelle persone che non vogliono solo far volare in maniera “robotizzata” e “standardizzata” il proprio multirotore, ma che amano le sfide e amano testare i propri limiti, che adorano comprendere e capire come funzionino i vari settaggi, i numerosi tool a disposizione, provare le varie modalità di volo, imparare a leggere e a capire la telemetria del proprio multirotore e tanto altro ancora. Se fate parte di questa categoria di utenti, sono i prodotti adatti a voi e difficilmente troverete di meglio in commercio!

Passiamo ora a parlare delle schede di volo “Naza” prodotte dall’azienda DJI. Si tratta di prodotti con software proprietario quindi non open source. I punti di forza di queste schede sono: la facilità di utilizzo (essendo praticamente pronte al volo), il facile settaggio, la stabilità e la precisione di volo, la tenuta della quota, la facilità dell’installazione (grazie al loro design all-in-one) e in ultimo, ma non certo per importanza, il loro prezzo diventato negli ultimi tempi altamente competitivo. Disponibili nelle versioni M-Lite senza GPS, M-Lite con GPS e M-V2 con GPS, sono espandibili a seconda delle proprie esigenze con l’aggiunta di diversi accessori acquistabili separatamente e sono in grado di gestire multirotori dai tre agli otto motori. Da non dimenticare poi che è possibile aggiornare il loro firmware con gli aggiornamenti che la DJI rilascia sul proprio sito semplicemente collegando la centralina al proprio pc per mezzo di un un cavo usb.

Ogni centralina ha al suo interno un giroscopio a tre assi, un accelerometro a tre assi e un barometro in grado di misurare l’altitudine del modello per il controllo del pilota automatico. Con il sistema GPS plug and play, le centraline garantiscono un ottimo volo stabile e stazionario e offrono l’utile opzione del ritorno a casa automatico. Da non dimenticare poi che dispongono anche della funzione IOC (controllo orientamento intelligente) utile se si è dei piloti di droni alle prime armi. Le modalità di volo supportate sono tre: manuale, atti e gps. Per facilitarne l’utilizzo, la DJI le ha dotate anche del sistema di collegamento PPM e S-bus; quest’ultimo garantisce la massima flessibilità nell’organizzare l’impianto di bordo e allo stesso tempo riduce i cavi di collegamento grazie alla tecnologia di trasmissione seriale dei dati tra il ricevitore e servi/esc. Un solo cavo S-Bus può portare i segnali di tanti canali quanti ne ha il vostro trasmettitore. Se non si dispone già di una RX e di una TX e si vuole un set facile da collegare, già settato e con sistema S-bus la DJI, ha commercializzato il set: DT7 V2 Radiocomando 2.4 GHz con ricevente DR16.

Si tratta di una RX e di una TX che lavorano perfettamente abbinate alle schede di controllo della DJI per mezzo di un solo cavo S-Bus. La TX è una 7 canali fornita di due interruttori a leva (uno a DX e uno SX), di uno slider utile per controllare l’inclinazione di un gimbal e di una batteria lipo interna, ricaricabile per mezzo di un cavo usb. La RX è una 16 canali D-Bus di piccolissime dimesioni il cui raggio operativo è di circa 1000 metri, dotata di tecnologia di trasmissione hopping spread spectrum a 2.4 Ghz e ha un peso di soli 10 grammi. E’ un sistema entry level molto valido il cui costo è di circa 120 euro ed è compatibile con i prodotti: Naza-M Lite, Naza-M, Naza M-V2, WooKong-M e A2 e può essere aggiornato a livello firmware utilizzando un apposito assistant software.

Chiusa la parentesi RX-TX, torniamo a parlare dei sistemi Naza. Come già scritto, sono sistemi flessibili che ben si adattano alle varie esigenze dell’utilizatore, in maniera molto semplice, intuitiva e sicura, essendo ormai ben collaudati da diversi anni. Sono prodotti rivolti a tutte quelle persone che non hanno intenzione di affrontare le problematiche legate al pilotaggio del multirotore, che non vogliono studiare tutte le infinite funzioni legate alle schede “APM:copter” e “MultiWii” e a cui non interessano i continui sviluppi di software e hardware che i progetti open-source offrono, ma amano i sistemi “plug and play” .

Un prodotto molto simile, quasi sovrapponibile per caratteristiche alle schede Naza, è la scheda “ZYX-M Multi rotor flight control ZYX25”. Prodotta dalla “Tarot R/C” è dotata di un microprocessore a 32 bit, di un modulo GPS, di un giroscopio a tre assi, di un accelerometro a tre assi e di un barometro in grado di misurare l’altitudine del modello. Il prezzo sul sito del produttore, su cui è possibile acquistare direttamente, è di circa 105 euro spese di spedizione escluse. In rete gli utilizzatori ne sono molto soddisfatti e la descrivono come un prodotto molto valido.

Share

Gettermachine

Informazioni su Gettermachine

Credo che il modellismo abbia fatto sempre parte del mio DNA, ricordo infatti che sin da piccolo avevo la passione di lavorare con degli attrezzi, costruire oggetti, aprire giocattoli per verificare come fossero fatti al loro interno e per capirne il loro funzionamento. A consacrare questa mia passione fu una macchinina radiocomandata con motore a miscela che mi fu regalata per il mio decimo compleanno nel lontano 1986. Negli anni, questa mia passione si è sempre più consolidata fino ad abbracciare diversi settori modellistici e collezionistici, gokin, A/F, prop repliche, busti, auro r/c etc. Dal 1991 sono sulla rete come vortice11 e gettermachine, e dal 2006 ho dato vita al forum MetalRobot e ai siti gokin.it, metalrobot.it e onroadrc.it!