Erle-Brain, un ordenador como la palma de tu mano para construir drones y robots. Manual de operaciones

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1 Erle-Brain, un ordenador como la palma de tu mano para construir drones y robots Manual de operaciones

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3 Índice 1. Introducción a Erle-Brain 3 2. Comienzo rápido con Erle-Brain Cómo conectarse a Erle-Brain Cómo conectarse a Erle-Brain utilizando APM en Windows Dispositivos adicionales Radio Control Power module Dongles Cómo conectar los ESCs Zumbador GPS Puerto Serial Montaje del autopiloto Especificaciones Consumo de energía Especificaciones mecánicas Recursos Licencia 19 A. App Store 20 A.1. Una App Store para drones y robots? A.2. Qué es Snappy Ubuntu Core? A.3. Que es ROS? A.4. Crea tu primera app A.5. Subiendo la aplicación a la app store B. Tienda de aplicaciones - Avanzado 25 B.1. Instalando un paquete oficial de ROS B.2. Compilando ROS desde el código fuente B.3. Creando una app desde un paquete ROS C. Creando chroot fuera de Ubuntu Snappy Core 28 2

4 1 INTRODUCCIÓN A ERLE-BRAIN Erle-Brain es un autopiloto para drones open hardware y open source. El sistema está compuesto por una BeagleBone Black y el PixHawk Fire Cape, tiene flasheada una imagen de Ubuntu Snappy Core, ROS preinstalado y la última versión de código listo para volar. Durante años, hemos estado trabajando en el mundo de la robótica, particularmente con drones. Hemos pasado por diferentes universidades y centros de investigación, y en todos ellos hemos visto que los drones son como cajas negras. En el mayor de los casos, el software que usan es desconocido, de código cerrado y no está documentado. Dadas éstas condiciones, Cómo vamos a educar a la siguiente generación en éstas tecnologías? Cómo vamos a empezar a programar drones si no tienes más de 1000 euros? Qué plataforma te permite comenzar con drones sin arriesgar una mano? Estamos llegando a la respuesta de todas éstas preguntas, nuestra tecnología en Erle Robotics y nuestro cerebro para drones y robots: Erle-brain. 3

5 2 COMIENZO RÁPIDO CON ERLE-BRAIN 2.1 CÓMO CONECTARSE A ERLE-BRAIN Hay varias formas de conectarse a Erle-Brain: USANDO UN DONGLE WIFI (FRECUENCIA DE 5 GHZ) Si has adquirido tu Brain con WiFi, verás que hemos adjuntado y configurado el dongle que creará automáticamente una red WiFi (modo hotspot), con nombres con el prefijo erle. Normalmente la dirección IP del Erle-Brain es , y tu máquina debería conseguir la IP (el servidor DHCP ha sido configurado para asignar una sola dirección IP). FRAME 1: USANDO UN DONGLE WIFI (FRECUENCIA DE 5 GHZ) Ten en cuenta de que tu portátil/teléfono/tableta/... tenga soporte para 5 GHz. Comprueba que tu tarjeta de red tiene soporte para AC. Erle-Copter crea una red llamada Erle-Snappy. La contraseña para la red es holaerle. Después, entra vía SSH a la placa por WiFi: SSH root. En Ubuntu Snappy Core la contraseña es ubuntu, si estás usando Debian la contraseña es A TRAVÉS DEL MINI USB Erle-Brain soporta un cliente USB. Usando éste mecanismo de conexión y el módulo de kernel Ethernet-over-USB, deberías poder conectarte vía SSH a la placa. Para hacerlo, conecta Erle-Brain usando un conector mini USB. Busca la nueva interfaz de red que debe haber sido creada en tu sistema operativo, y asigna la siguiente dirección IP: Suponiendo que tu nueva interfaz es el eth6 y estás en Linux o MACOS: Configurando la interfaz de red sudo ifconfig eth Ahora que estás en la misma subred, haz SSH en la placa por USB: 4

6 ssh WINDOWS Para conectar Erle-Brain en Windows, conecta el cable mini-usb. En dispositivos e impresoras podrás ver lo siguiente: En tu ordenador, la BeagleBone configura un puerto serial, en éste caso COM4. Se muestra en las propiedades del dispositivo: 5

7 Lanza la aplicación Putty. Ten cuidado, estás conectado mediante serial no mediante SSH, el baudrate es de : Pulsa en abrir Pulsa enter, si estás utilizando Snappy la contraseña es ubuntu, si estás usando Debian la contraseña es root. 6

8 2.2 CÓMO CONECTARSE A ERLE-BRAIN UTILIZANDO APM EN WINDOWS Conecta Erle-Rain a tu ordenador usando el cable mini-sub e instala los drivers. En Panel de control ->Impresoras y dispositivos verás algo como lo siguiente: Boton secundario y selecciona Configuración de red Cambiar la configuración de red Selecciona red USB. 7

9 Botón secundario y seleciona propiedades. Selecciona protocolo IP4 8

10 Rellena la siguiente información y acepta. Comprueba tu configuración de red, abre cmd e introduce el comando ipconfig. Intenta hacer ping a Erle-Brain 9

11 Descarga la última versión de APM Planner 2.0. Lanza APM Planner y activa advanced mode. Selecciona Communications >udp Link. Rellena la siguiente información: 10

12 Si ves algo como esto, entonces estás correctamente conectado. If you see this, you are correctly connected. Si no ves algo como lo anterior, es probable que tu Anti-virus y el cortafuegos de Windows esté bloqueado la conexión. Desactiva el Anti-Virus y el cortafuegos de Windows. Sistema y seguridad. Desactica el cortafuegos e intentalo de nuevo. 11

13 Conecta Erle-Brain vía WiFi a tu ordenador. SSID= erle_snappy, pass=holaerle. 11 de agosto de 2015 Haz ping a Erle-Brain, en esta ocasión a

14 Lanza APM Planner 2.0 y completa con la siguiente información. Si no ves algo como lo anterior, es probable que tu Anti-virus y el cortafuegos de Windows esté bloqueado la conexión. 13

15 3 DISPOSITIVOS ADICIONALES Se puede conectar hardware adicional a Erle-Brain gracias a los conectores (I2C, CAN, zumbador, seguridad,...). Esto permite la personalización de Erle-Brain para sus necesidades. 3.1 RADIO CONTROL Normalmente, el mando de radio control ha sido utilizado por aficionados para controlar los vehículos remotamente. Hoy en día, incluso el uso de autopilotos complejos en drones con variedad de hardware, el radiocontrol sigue siendo necesario, por razones de seguridad. Puedes realizar vuelos autónomos, pero es más divertido controlar el drone por tu cuenta. A parte de controlar el drone, el radio control te permite hacer más cosas, como: Seleccionar modos de vuelo del drone. Mover el gimbal de la cámara a la posición deseada. Accionar diferente hardware, como el EPM (electroimán). Erle-Brain es compatible con RSSI (PWM). Es realmente fácil conectar el recibidor de radio control, sólo tienes que añadir el conector al pin 14: 14

16 3.2 POWER MODULE El módulo de alimentación alimenta el autopiloto y sus accesorios, también informa el valor del voltaje y la corriente de Erle-Brain. Todo a través de un cable de 6 pines que encaja directamente con el conector de Erle-Brain. La placa tiene un regulador de salida de 5.3V y un máximo de 2.5A, se pueden introducir hasta 18 voltios (4S LiPo) y un máximo de 90 amperios. El power module está listo para usarse con un conector XT60. Conecta el power module a la entrada de alimentación de Erle-Brain, como se muestra en la siguiente imágen: 3.3 DONGLES Los dispositivos externos pueden ser conectados a la BeagleBone Black mediante el puerto USB. Estos dispositivos permiten el uso de diferentes tipos de comunicación como: WiFi, 3G, 4G y telemetría. A día de hoy, Erle-Brain lanza una red WiFi de 5GHz que es utilizada para comunicarse con una estación de control. Estamos integrando y dando soporte para redes 3G y 4G. 15

17 3.4 CÓMO CONECTAR LOS ESCS Comienza con el motor 1: Conecta el conector del primer canal en el raíl. El cable blanco debe estar en la parte de arriba. 3.5 ZUMBADOR El zumbador es un dispositivo útil para conocer los diferentes estados del drone. Se pueden distinguir los distintos estados: Armado, desarmado... Se puede utilizar también para generar sonidos personalizados. 16

18 3.6 GPS Es posible conectar un GPS. Por ejemplo: si quieres conectar el GPS ublox Neo-7M, se necesita conectar el GPS al puerto serial y la brújula digital al IC PUERTO SERIAL A través del puerto serial, puedes conectar sensores, recibidores de radio control, etc... Erle- Brain tiene dos puertos seriales disponibles (/dev/tty04 y/o /dev/tty05). Conecta el conector en el conector y ejecuta el autopiloto. 17

19 3.8 MONTAJE DEL AUTOPILOTO Ahora montaremos Erle-Brain en el chásis. El autopiloto tiene unas pequeñas solapas que permiten el amarre usando una goma circular. 18

20 4 ESPECIFICACIONES 4.1 CONSUMO DE ENERGÍA MODO consumo (ma) UBoot 235 Kernel Booting (Pico) 442 Kernel Idling 323 Punto de acceso WiFi 469 Autopiloto (APM) + ROS 397 Autopiloto (APM) + ROS + punto de acceso WiFi ESPECIFICACIONES MECÁNICAS Tamaño 95.6 x x 36.2 mm Capas 6 (BBB) + 6 (PXF) PCB Grosura 1.6 Peso 110 gramos 5 RECURSOS Hardware Tienda Foro Documentación online https://erlerobotics.com/blog/erle-brain/ https://erlerobotics.com/blog/tienda forum.erlerobotics.com Erle-Brain gitbook 6 LICENCIA A menos que se especifique lo contrario, éste contenido está bajo la licencia Creative Commons Attribution-NonComercial-Share Alike 3.0 Unported. Para ver una copia de la licencia visita o envía una carta a Creative Commons, 171 Second Street, Suite 300, San Francisco, California, 94105, USA. 19

21 A APP STORE A.1 UNA APP STORE PARA DRONES Y ROBOTS? Sí, exacto! La App Store para drones y robots es una tienda de aplicaciones para aplicaciones y comportamientos desarrollados por Snappy Ubuntu Core donde se anima a la gente a poner sus algoritmos a la venta. No obstante, hemos puesto especial interés en proporcionar soporte para ROS lo que significa que puedes crear aplicaciones utilizando este framework de desarollo. Comienza revisando las aplicaciones disponibles. A.2 QUÉ ES SNAPPY UBUNTU CORE? Snappy Ubuntu Core es un nuevo sistema operativo de Canonical que permitirá actualizar los robots y drones manteniéndolos seguros automáticamente, actualizar con nuevas capacidades desde la App Store, etc. Es una plataforma abierta que su intención es atraer a innovadores y expertos para colaborar y competir en la robótica. A.3 QUE ES ROS? El Sistema Operativo de Robots (ROS) es un meta-sistema operativo de código abierto para robots, mantenido por la Open Source Robotics Foundation (OSRF). Proporciona los servicios que se esperan de un sistema operativo, incluyendo abstracción de hardware, control del dispositivos de bajo nivel, paso de mensajes entre procesos, y administración de paquetes. También proporciona herramientas y librerías para obtener, compilar, escribir y ejecutar código sobre varios ordenadores. El sistema ROS se compone de un número independiente de nodos, en los que cada uno se comunica con el otro, usando el modelo de mensaje publicador/subscriptor. Hemos creado un conjunto de tutoriales ROS aquí. 20

22 A.4 CREA TU PRIMERA APP Instala Snappy tools: sudo add apt r e p o s i t o r y ppa : snappy dev / beta sudo apt get update sudo apt get upgrade sudo apt get i n s t a l l snappy t o o l s bzr Crea la estructura mínima de archivo para la aplicación: meta erle small. png package. yaml readme. md src s c r i p t. sh Contiene: meta/package.yaml name : erle date. e r l e vendor : E r l e Robotics com> icon : meta / erle small. png version : 1.0 a r c h i t e c t u r e : armhf b i n a r i e s : name : src / s c r i p t. sh maintainer : Víctor Mayoral meta/readme.md E r l e Robotics date snap example This snap outputs the date. ( com ) 21

23 src/script.sh #! / b i n / bash echo date : $ ( date ) CONSTRUYE LA APP Desde la raíz del snap (donde están meta y src): snappy b u i l d. La aplicación erle-date.erle_1.0_armhf.snap debe haberse creado. INSTALANDO LA APP sudo snappy i n s t a l l erle date. e r l e _ 1. 0 _armhf. snap Un nuevo directorio erle-date/ debe crearse en /apps. EJECUTANDO LA APLICACIÓN Snappy crea scripts para lanzar los binarios especificados en el paquete: $ erle date. e r l e. s c r i p t. sh Mon Feb 23 15:22:20 UTC

24 A.5 SUBIENDO LA APLICACIÓN A LA APP STORE Para subir una app accede a myapps.developer.ubuntu.com y regístrate: Selecciona New application: Lo primero que vamos a hacer es subir el snap que hemos creado. Arrástralo a la primera sección y espera hasta que se suba. Mientras, podemos completar otros aspectos de la aplicación como el departamento, o la URL de la app (en caso de que todavía no exista, recomendamos crear una rápidamente con las páginas de GitHub) 23

25 Otra parte importante es la licencia. Si deseas lanzar tu aplicación y código con una licencia de software libre, utiliza el desplegable para seleccionar lo que más convenga. De otra forma, puedes seleccionar la licencia de propietario y poner un precio desde 2.49 (2.99D) Después, puedes elegir en qué países estará disponible para descargar (óptimo para cumplir con regulaciones legales). No olvides subir el logo: En cuanto la aplicación sea aceptada, aparecerá en la tienda de aplicaciones y será mostrada en nuestro front-end. 24

26 B TIENDA DE APLICACIONES - AVANZADO B.1 INSTALANDO UN PAQUETE OFICIAL DE ROS Accede a Erle-Brain y dirígete a trusty donde está instalado ROS. Asumiendo que estás conectado a través del terminal miniusb (también se puede a través de WiFi, Ethernet,...) ssh # password ubuntu ( ErleRobotics ) : ~ / trusty$ ( ErleRobotics ) : ~ / trusty$ cd t r u s t y ( ErleRobotics ) : ~ / trusty$ sudo. / chroot. sh : / Nuestras imágenes de Snappy incluyen un sistema de archivos de Trusty para simplificar la instalación y el mantenimiento de ROS (Nota: Dentro de poco, ésto cambiará a una instalación de Vivid tan pronto como los paquetes estén disponibles). Este sistema de archivos te permite instalar fácilmente los paquetes de ROS usando: : / apt get i n s t a l l ros indigo <ros package name> Por ejemplo, vamos a instalar el paquete serial de ROS desde build farm: : / apt get i n s t a l l ros indigo s e r i a l 25

27 B.2 COMPILANDO ROS DESDE EL CÓDIGO FUENTE Asumiendo que hemos creado un nuevo paquete ROS (e.j.: ros_erle_takeoff_land) y deseas compilarlo nativamente. Aquí se explica cómo se haría: # asumiendo que ya e s t a s d e n t r o d e l c h r o o t de T r u s t y source / opt / ros / i n d i g o / setup. bash # s e t u p ROS env. v a r i a b l e s mkdir p catkin_ws / src cd catkin_ws / src c a t k i n _ i n i t _ w o r k s p a c e Creating symlink / root / catkin_ws / src / CMakeLists. t x t p o i n t i n g to / opt / ros / i n d i g o / share / c a t k i n / cmake / t o p l e v e l. cmake g i t clone https : / / github. com/ erlerobot / r o s _ e r l e _ t a k e o f f _ l a n d Cloning i n t o r o s _ e r l e _ t a k e o f f _ l a n d... remote : Counting o b j e c t s : 12, done. remote : Total 12 ( d e l t a 0 ), reused 0 ( d e l t a 0 ), pack reused 12 Unpacking o b j e c t s : 100 % ( 1 2 / 1 2 ), done. Checking c o n n e c t i v i t y... done Genial! Ahora ya estás preparado para compilar el paquete (toda la traza disponible aquí): c a t k i n _ m a k e _ i s o l a t e d i n s t a l l # or catkin_make i n s t a l l Base path : / root / catkin_ws Source space : / root / catkin_ws / src Build space : / root / catkin_ws / b u i l d _ i s o l a t e d Devel space : / root / catkin_ws / d e v e l _ i s o l a t e d I n s t a l l space : / root / catkin_ws / i n s t a l l _ i s o l a t e d ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~ t r a v e r s i n g 1 packages in t o p o l o g i c a l order : ~~ r o s _ e r l e _ t a k e o f f _ l a n d ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ The packages or cmake arguments have changed, f o r c i n g cmake i n v o c a t i o n ==> Processing c a t k i n package : r o s _ e r l e _ t a k e o f f _ l a n d 26

28 Hemos usado un espacio de trabajo catkin para este ejemplo, pero también puedes instalar el paquete en /opt/ros/indigo y hacerlo disponible desde fuera del sistema de archivos (Snappy Ubuntu Core). B.3 CREANDO UNA APP DESDE UN PAQUETE ROS Entonces, ahora tenemos un paquete de ROS compilado y queremos el paquete como una app. Cómo se hace? # Gestionando l a s dependencias cd ~/ t r u s t y / sudo. / chroot. sh source / opt / ros / i n d i g o / setup. bash # s e t u p ROS env. v a r i a b l e s cd / root / catkin_ws ros2snap r o s _ e r l e _ t a k e o f f _ l a n d Computing dependencies f o r mavros Computing dependencies f o r mavros e x t r a s Después de que las dependecias hayan sido calculadas, y que la estructura del snap se haya creado, crea la app: e x i t # s a l d e l c h r o o t su # obten p e r m i s o s de s u p e r u s u a r i o cd root / catkin_ws # c o p i a e l paquete en un l u g a r más amigable cp r i n s t a l l _ i s o l a t e d / /home/ ubuntu / e x i t cd ~ sudo snappy b u i l d i n s t a l l _ i s o l a t e d Un paquete con el nombre ros2snap_0.1_armhf.snap habrá sido creado. El mismo proceso puede ejecutarse fuera de Erle-Brain usando un chroot externo en tu máquina de desarrollo. Mirar éstas instrucciones. 27

29 C CREANDO CHROOT FUERA DE UBUNTU SNAPPY CORE Durante el desarrollo, alguien debería compilar o modificar las particiones existentes fuera de Erle-Brain, y usando su propia estación de trabajo (sistemas multi-núcleo de gran cantidad de memoria). Este artículo explica cómo crear un /textitchroot fuera de las imágenes que proporcionamos: INSPECCIONANDO LA IMÁGEN Lo primero es descargar una de las imágenes disponibles desde aquí. Una vez que tengas la imágen, inspecciona las particiones: fdisk -lu my-snappy.img Disk my-snappy.img: 4000 MB, bytes 4 heads, 32 sectors/track, cylinders, total sectors Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes Disk identifier: 0x Device Boot Start End Blocks Id System my-snappy.img1 * c W95 FAT32 (LBA) my-snappy.img Linux my-snappy.img Linux my-snappy.img Linux La primera partición corresponde a la partición de arranque (system boot), y la segunda contiene el sistema de archivos root de sólo lectura (sistema-a). La tercera contiene una copia del sistema de archivos root (sistema-b). Este es un mecanismo establecido por Canonical. La última partición (escritura), contiene el contenido escribible que normalmente se monta en /oem en el sistema de archivos (para más información sobre el sistema de archivos de Snappy Ubuntu Core, y sus particiones, ir a docs). 28

30 MONTANDO LAS IMÁGENES # mount the boot partition mkdir /mnt/system-boot mount -o loop,offset=$(( 512 * 8192 )) my-snappy.img /mnt/system-boot # mount the root filesystem mkdir /mnt/system-a mount -o loop,offset=$(( 512 * )) my-snappy.img /mnt/system-a Después, copiaremos un binario estáticamente construido (QEMU) para la imágen montada ARM. Es posible que primero necesites instalar QEMU en el host del sistema. No obstante, necesitamos montar o unir los directorios especiales del sistema del host al chroot. apt-get install qemu-user-static cp /usr/bin/qemu-arm-static /mnt/system-a/usr/bin/ mount -o bind /dev /mnt/system-a/dev mount -o bind /proc /mnt/system-a/proc mount -o bind /sys /mnt/system-a/sys Ahora viene la magia. Esto registra el formato ejecutable de ARM con el binario estático QEMU. Entonces, la ruta de qemu-arm-static, debe coincidir en donde esté localizado con los sistemas de maestro y esclavo: echo ':arm:m::\x7felf\x01\x01\x01\x00\x00\x00'\ '\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x02\x00\x28\x00:'\ '\xff\xff\xff\xff\xff\xff\xff\x00\xff\xff\xff\xff\xff'\ '\xff\xff\xff\xfe\xff\xff\xff:'\ '/usr/bin/qemu-arm-static:' > /proc/sys/fs/binfmt_misc/register 29

31 chroot en ello: chroot /mnt/system-a LIMPIANDO EL ENTORNO Una vez que hayas hayas acabado de usar la imágen, generalmente es una buena idea el limpiar todo: umount /mnt/system-a/dev umount /mnt/system-a/proc umount /mnt/system-a/sys umount /mnt/system-a umount /mnt/system-boot FRAME 2: STORE Salta al desarrollo de las apps de drones con Erle-Brain y benefíciate de ello y muchos otros tutoriales. 30

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