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ARTIGOS:Programe o AR.Drone - Robô voador com Linux

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"Como este é o artigo número 100 na internet, procurei escolher um assunto bem bacana e emergente. Nada melhor que o AR.Drone, que envolve programação, Linux, vídeo captura com visão computacional. Veremos neste documento algumas maneiras de dominar este brinquedo."

Introdução

O que é o Ar.Drone

É um quadricóptero com processador ARM9 468 MHz, 128 MB, Wifi b/g, USB high speed, câmera inferior e frontal e para finalizar GNU/Linux embarcado. O brinquedo tem SDK, é possível pilotá-lo com um aparelho PC, Android, iPad, iPhone e qualquer outro brinquedo nerd programável e com comunicação Wifi.

Ele pode ser utilizado tanto dentro como fora de casa. O protetor de isopor do casco protege o quadricóptero de impactos que ocorram durante vôos, além de possuir uma forma aerodinâmica, permitindo grande controle no exterior.

Com o Ar.Drone é possível jogar com outros utilizadores graças a sua rede Wi-Fi e o recurso de realidade aumentada. O AR.Drone inclui uma unidade de medida inerte, sensores ultra-som e uma câmera vertical, na qual você também consegue gravar vídeos e tirar fotos.

Atinge uma velocidade única: 18 km/h,tem uma autonomia de vôo de 12 minutos, hélices de alta eficiência, bateria de lítio polímero (3 células, 11,1 V, 1000 mAh - UL2054), seu tempo de carregamento da bateria é de 90 minutos, a frequência do vídeo atinge 60 FPS, permite a estabilização, mesmo com uma leve brisa e travamento automático das hélices no caso de contato.

Opensuse-ardrone-01.jpg

Onde comprar

Existem diversos locais para adquirir o AR.Drone, basta um pouco de pesquisa no Google e pronto, porém um dos meus aparelhos foi comprado no AliExpress, mas podemos encontrar no Brasil o AR.Drone com um preço um pouco salgado no Magazine Luiza mas com garantia e tudo mais.

Onde e/ou como consertar

O AR.Drone:

O Ar.Drone é muito simples de consertar, pois a manutenção do hardware com as ferramentas corretas permite a troca de motores, placa mãe e qualquer peça em minutos. Na página oficial existem diversos vídeo para reparar o brinquedo, Como exemplo, veja o vídeo a seguir da troca do motor:

Ardrone-arrumar.jpg

NASA e o filme Smurfs

O AR.Drone esta fazendo tando sucesso que a NASA já brinca com o ele, como também no filme dos Smurfs existem cenas com o AR.Drone.

Ardrone-nasa.png
Opensuse-ardrone-smurf.png

O desenvolvimento: hora do Jedi!

O AR.Drone, além de possuir Linux embarcado, disponibiliza um SDK com o código fonte completo. A partir dai surgiram diversas opções para programá-lo nas mais variadas linguagens de programação. Estou desenvolvendo um biblioteca de alto nível, mas não vou esperar terminá-la para escrever este texto. Mesmo porque estou cada vez mais atarefado...

Mencionarei neste documento 3 de inúmeras opções para dominar o AR.Drone no que tange a programação e desenvolvimento de soluções com esta aparelho. O SDK oficial, o linguagem URBI e uma iniciativa que permite programa o AR.Drone junto a tecnologia de visão computacional openCV. Viva \o/

Um breve resumo como funciona o AR.Drone:

O desenho abaixo resume bem a arquitetura de funcionamento do AR.Drone. A desaceleração em cada uma das hélices deriva em um determinado resultado. Sem contar no senso ultrassônico e para requintar as câmeras (inferior e frontal).

Como-funciona.png

Fica aqui a minha primeira dica: inicialmente conseguia conectar apenas com o meu iPad, isto pelo fato do AR.Drone gravar o mac-address do primeiro equipamento conectado. Para conectar outros dispositivos, foi preciso efetuar um telnet no brinquedo e modificar o arquivo config.ini e alterando o parâmetro owner_mac para zero.

owner_mac = 00:00:00:00:00:00

Existem inúmeros software para o iPhone, iPAD, Android e Nokia. Ressalto que no SDK, encontramos os respectivos exemplos para brincar. Não dá para detalhar o desenvolvimento em todas as plataformas em apenas uma artigo, então ficar para os próximos os assuntos referente à programação. Abaixo um resumo básico das configuração do AR.Drone.

Tilt:

Praticamente ajusta a velocidade horizontal, porém não devemos esquecer da sensibilidade do acelerômetro que interfere nesta aceleração.

Ardrone-tilt.png

VerticalSpeed:

Como o próprio nome diz, define velocidade Vertical e claro, por consequência o sobe e desce do aparelho.

Ardrone-vertical.png

Yam Speed:

Define a velocidade de rotação, ou seja sentido horário ou anti-horário (esquerda ou direita).

Ardrone-yam.png

Download e instalação do AD.DRONE open API

O SDK oficial devemos obter em https://projects.ardrone.org/

Lá encontraremos a última versão do SDK fórum de discussão entre informações técnicas. Após o download, descompacte os fontes com o comando tar -zxvf conforme o exemplo abaixo.

$ tar -zxvf ARDrone_SDK_Version_1_8_20110726.tar.gz
$ cd ARDrone_SDK_Version_1_8_20110726/Examples/Linux
$ make

Pronto, nesta etapa o SDK e as bibliotecas estão compiladas a pronto para uso, porém começaremos com algumas dicas.

Para conectar com o AR.Drone, coloque a sua interface de rede em modo Ad-Hoc, informe o nome da rede, desabilite a criptografia e defina o IP.

$ iwconfig wlan0 mode Ad-Hoc essid [Nome-Rede] key off
$ ifconfig wlan0 192.168.1.5 netmask 255.255.255.0 up

Agora para testar o programa exemplo, entre na pasta Examples/Linux e execute o binário ardrone_navigation.

$ cd Examples/Linux/
$ ./ardrone_navigation
Ardrone-painel-01.png

Se tudo estiver funcionando corretamente, teremos o lindo formulário e/ou painel acima. Clique em "USB Configuration" para mapear os controles do joystick, wiimote, teclado ou outro dispositivo. Ressalto que para tudo funcionar corretamente, devemos alterar o código-fonte inserindo o número do device obtido com o comando lsusb e o respectivo mapeamento.

Para visualizar o vídeo das câmeras do ARDrone, entre na opção "Show Drone Vídeo", finalizando para define a configuração de voo, clique em "Flight control settings". Abaixo algumas ilustrações:

Ardrone-control-joy-04.png


Ardrone-fly-control-03.png


Ardrone-show-video-02.png

URBI e AR.Drone:

A Gostai, uma empresa francesa especialista em robótica desenvolveu em código aberto um sistema operacional para robótica, compatível com o Linux, Windows, e vários outros sistemas operacionais em tempo-real, e utiliza uma linguagem de script para orquestração chamada urbiscript, que integra naturalmente paralelismo e programação baseada em eventos.

Urbi-ardrone.png

Esta plataforma de software está disponível para prover funcionalidade para uma ampla gama de dispositivos, incluindo o cachorro-robô da Sony, o Aibo, o Segway, o Lego Mindstorms NXT, AR.Drone e muitos outros. Mais detalhes, sugiro entrar no site Urbi Forge . Partiremos agora para o para o download e instalação desta opção.

Efetue o download e descompactação do pacote:

$ wget http://www.psykokwak.com/blog/images/ardrone/urbi-sdk-2.3-linux-x86-gcc4-ardrone-1.0.tar.bz2
$ tar -jxvf urbi-sdk-2.3-linux-x86-gcc4-ardrone-1.0.tar.bz2
$ cd urbi-sdk-2.3-linux-x86-gcc4-ardrone-1.0/
$ sh start

Se você estiver conectado com o ARDrone e tudo estiver funcionando corretamente, teremos o seguinte resultado no console. Isto significa que estamos prontos para enviar comando para o ARDrone, como o foco deste artigo é demonstrar as opção disponíveis, deixarei a parte de programação para o próximo documento.

Deixo aqui apenas a observação para ficarmos atento ao urbi específica no arquivo start, pois é ele que determina que módulo será executado e por consequência o comportamento do AR.Drone.

[00000121] *** ********************************************************
[00000121] *** Urbi SDK version 2.3 rev. 9a84600
[00000124] *** Copyright (C) 2005-2010 Gostai S.A.S.
[00000124] ***
[00000124] *** This program comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY. It can
[00000124] *** be used under certain conditions. Type `license;',
[00000124] *** `authors;', or `copyright;' for more information.
[00000124] ***
[00000124] *** Check our community site: http://www.urbiforge.org.
[00000124] *** ********************************************************
[00000152] ARDrone_0x83f7130
before setLocale()
before ardrone_tool_setup_com(NULL)
before ardrone_tool_init(...)
Starting thread navdata_update
Starting thread ardrone_control
before ardrone_input_add(NULL)
Input device myControl added
Thread navdata_update in progress...
Starting thread my_video
Thread navdata_update in progress...
Video stage thread initialisation 

A interface RAD da empresa Gostai foi o que mais me impressionou, pois com ela é possível arrastar os componentes e montar a sua interface gráfica com apenas alguns cliques. O download deve ser efetuado no link abaixo, logo após descompacte o arquivo e execute o script GostaiLab.sh.

Download: http://www.gostai.com/download/gostai_lab/

$ sh gostai-lab-2.5-linux.sh
$ cd gostai-lab-2.5-linux/bin
$ ./GostaiLab.sh

A interface é muito intuitiva, com o script urbi balltracking.u configurado no arquivo start mencionado anteriormente, elaborei uma prova de conceito onde o AR.Drone acompanha o coração vermelho do pinguim.

Ardrone-visao4.png


Ardrone-visao3.png

Para finalizar, Cutedrone

Cutedrone é uma biblioteca escrita em C++ para comunicação com o AR.Drone. Escrita em QT/C++ a biblioteca proporciona uma exemplo em python que permite movimentar o AR.Drone com a face. Mais informações aqui e neste link um vídeo demonstrativo...

Thumb ardroneface.png

Agradecimentos

"A todos os membros da comunidade de código aberto que levam a sério o ESPÍRITO HACKER e utilizam essa força para o bem, aos que defendem a "LIBERDADE DA INFORMAÇÃO", aos que me incentivaram desde 1998 em meus primeiros contatos com o Software Livre, aos que se sacrificam para divulgar informações, aos que amam os seus idealismos acima do capitalismo e que lutam para fazerem um mundo melhor sem prejudicar terceiros. A todos que defendem estes ideais, um MUITO OBRIGADO!"

Cabelo-suse.png

Sobre o autor: (Alessandro de Oliveira Faria A.K.A.CABELO )