Izdelava razvojne platforme štirikolesnega vozila za izvajanje avtonomnih zračnih manevrovCizelj Koprivnik, Filip (Avtor) Zdešar, Andrej (Mentor) Černe, Gregor (Komentor) razvojna platformaavtonomno voziloMJX Hyper Go 14210Arduino NanoRaspberry Pi 5inercijski navigacijski sistemROS 23D-modeliranjevarnostni protokoli.Avtokrobat je projekt, katerega cilj je razviti prvi avtonomni avtomobil na svetu, sposoben izvajanja zračnih manevrov. V okviru tega projekta je bila moja naloga zasnovati razvojno platformo, ki omogoča nadgradnje in s tem postopno približevanje zastavljenemu cilju. Diplomska naloga opisuje načrtovanje in realizacijo strojne ter programske osnove takšnega sistema. Platforma mora temeljiti na štirikolesnem vozilu, ki dosega hitrosti, potrebne za izvajanje zračnih manevrov, ter je hkrati dovolj trpežno, da prenese sile ob pristankih. Vključevati mora gradnike in strojno opremo modularne arhitekture, pripravljene na nadaljnji razvoj algoritmov za avtonomne zračne manevre, ter nosilno konstrukcijo, primerno za namestitev teh gradnikov in njihovo zaščito. Poleg tega mora omogočati nadgradnje za optimizacijo sistema, vse skupaj pa pri ustrezno nizki ceni. Kot osnovo smo uporabili daljinsko vodeni model MJX Hyper Go 14210, ki izkazuje visoke hitrosti in robustnost šasije. V vozilo sem vgradil visokonivojski krmilnik Raspberry Pi 5 ter ploščico Arduino Nano 33 BLE Sense Rev2, ki zbirata podatke s senzorjev in krmilita aktuatorje. Za odometrijo so uporabljeni kombinirani pospeškometer in žiroskop BMI270, magnetometer BMM150 ter magnetni kodirnik MagAlpha TBMA‑Q‑LT 730; platforma je pripravljena tudi za vizualno odometrijo s kamero. Nosilna konstrukcija je bila načrtana v programih Tinkercad in Autodesk Fusion 360 ter izdelana s 3D-tiskalnikom. Končna zasnova se prilega pod originalni pokrov vozila in nudi kompaktno zaščito: Med pomembnejšimi implementiranimi lastnostmi bi izpostavili ojačenje sprednjega dela, preoblikovanje nosilca kamere in optimiziranje pritrdilne točke. Razvito je bilo tudi tiskano vezje, za enostavno in robustno povezovanje senzorjev, aktuatorjev, DC–DC pretvornika in napajalnega vodila. Na programski strani smo uporabili tako Arduino kot Raspberry Pi – na Arduinu se izvajajo časovno kritične operacije (zajem podatkov, varnostni mehanizmi, preslikave vrednosti), medtem ko je Raspberry Pi na voljo za uporabnika razvojne platforme. V sklopu diplomske naloge smo na Arduino ploščici implementirali več nizkonivojskih funkcij. Te vključujejo komunikacijo z vsemi omenjenimi senzorji, elektronsko regulacijo hitrosti pogonskega motorja ter krmiljenje servomotorja za zavijanje. Poleg tega so bili implementirani varnostni protokoli za primer napak v delovanju. Mikrokrmilnik Arduino skrbi tudi za komunikacijo z računalnikom Raspberry Pi, preko katere se pošiljajo in sprejemajo vse ključne informacije za izvajanje visokonivojskih algoritmov. Varnostni protokoli zajemajo zaznavanje izgube signala ter napake senzorjev ali kamere – takrat vozilo varno zaustavijo. Razvito je bilo tudi vozlišče ROS 2 v Pythonu, ki skrbi za komunikacijo med Arduinom in okoljem ROS 2. Za preverjanje delovanja platforme je bilo izvedenih več implementacij. PID-regulator hitrosti je na podlagi meritev kodirnika vzpostavil povratno zanko vodenja pogonskega sklopa. Kolesna odometrija je bila dopolnjena z vizualno lokalizacijo prek ArUco značk, podatki pa združeni z algoritmom na osnovi Kalmanovega filtra. Razvit je bil tudi algoritem talnega vodenja, ki vozilu omogoča premikanje do izbranih točk ob upoštevanju orientacije. Testiranja potrjujejo, da platforma zanesljivo podpira razvoj algoritmov od nizkonivojskega krmiljenja do visokonivojske avtonomne navigacije. Nadaljnje delo lahko vključuje izboljšavo metod senzorske fuzije in razširitev varnostnih protokolov z dodatnimi redundancami in diagnostiko.20252025-12-22 14:05:37Diplomsko delo/naloga177392VisID: 63163COBISS_ID: 267346691sl