CrazyFlie 避障傳感器飛行器

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資料介紹

04025C104KAT2A 莫仕	× 2
0402YD475MAT2A 京瓷AVX	× 1
SML-P12YTT86RR 羅姆半導體	× 1
RC0402FR-7D10KL 國巨	× 13
RC0402JR-072KL 國巨	× 1
EEPROM 1-Wire 112-BYTE EEPROM，SOT23 T&R 美信集成	× 1
PCA9555DBR 德州儀器	× 1
VL53L1CXV0FY/1 意法半導體	× 13
04023C104KAT2A 莫仕	× 12
C0402C105K9PACTU 基美特	× 12

描述

CrazyFlie 避障傳感器甲板

Crazyflie是一款輕型微型飛行器；或者簡單來說，來自一家名為Bitcraze的公司的迷你無人機。該無人機平臺廣泛用于微型無人機和群機器人的機器人研究社區。它是一個開源平臺，硬件和固件資源都可以在 GitHub 存儲庫中免費在線獲得，用戶有機會設計一個“甲板”，這是一個位于主要無人機平臺 PCB 頂部的可插拔擴展板。

這是關于什么的？

這種硬件設計是這樣一個定制甲板的 PCB，其尺寸與 CrazyFlie 2.x 無人機相匹配。它包括用于飛行時間傳感器的主甲板 PCB 和 PCB。該平臺可用于檢測 CrazyFlie 無人機周圍的障礙物并幫助導航更輕松，而無需依賴無人機的視線。

CrazyFlie 使用小型鋰離子電池運行，最大飛行時間為 7 分鐘，有效載荷最小。它使用的功率越大或越重，飛行時間就越短。但是，庫存無人機平臺周圍沒有任何障礙物感應能力。如果要飛行，飛行員需要與無人機有清晰的視線。否則無人機可能會撞到墻壁或障礙物。

如果有人插入一個小型相機來捕捉導航視圖，電池會消耗得更快，無人機將無法再飛行。一個人如何導航這架微型無人機，而不必經常看到它？

我手頭有這個研究問題來設計一種可以在倒塌的建筑物內自行導航的微型飛行器。顯然，出于安全原因，人類控制器/飛行員幾乎不會一直與無人機有清晰的視線。為了延長飛行時間，相機甚至不是一種選擇。唯一可行的替代方案是在無人機頂部構建一種小型光探測和測距（LiDAR），它重量輕且不消耗太多能量。這個 LiDAR 實施將幫助我們生成周圍環境的地圖。但是我們找不到這樣的設備來滿足市場的要求。

幸運的是，CrazyFlie 支持自定義套牌，我們可以自己制作。這正是我們所做的。我們不得不進一步升級庫存固件以支持這個新的避障甲板。最后，這項工作發表在澳大利亞機器人與自動化會議（ACRA 2020）上。

它是如何工作的？

CrazyFlie 無人機平臺可以支持多個擴展甲板。他們的官方網站上有幾個這樣的卡座，用于各種傳感和驅動功能，例如 RGB LED 卡座、微型 SD 卡卡座、無線充電卡座等。這些卡座使用I2C協議與主 PCB 通信。I2C 協議使用稱為 SDA（數據）和 SCL（時鐘）的兩條線在稱為主設備的主設備和稱為從設備的第二設備/傳感器之間來回通信。在我們的例子中，CrazyFlie 主板將是“主”，而所有其他甲板將是“從”。每個從設備都有一個設備 ID（7 或 10 位長），主設備用來尋址它們。當被要求時，只有相應的奴隸應該回答。

在此設計中，我們在甲板周圍安裝了十三 (13)個 VL53L1X飛行時間 (ToF) 傳感器，面向不同方向，覆蓋360度視圖。這些傳感器來自 STMicroelectronics，它們可以以 50 Hz 的速率精確測量長達 4 米的距離。這些傳感器中的每一個都共享相同的 I2C 地址（即 0x29）。這是問題所在。當主設備調用這個地址時，哪個從設備會接聽？這是正確的！由于所有從 ToF 設備具有相同的地址，因此會產生沖突。作為一種解決方法，我們使用 I2C 總線擴展器——PCA9555。該擴展器最多可支持 16 個通道。這對我們來說是理想的，因為我們只使用其中的 13 個。此擴展器將幫助我們一次僅處理一個 ToF 傳感器，而不會產生任何沖突。