در این قسمت فلایت کنترلر معروف پیکس هاوک Pixhawk و تاریخچه شکل‌گیری و تکامل آن پیش روی ماست. در قسمت‌های بعدی قصد داریم نگاهی به سرگذشت سایر فلایت‌کنترلر‌های متن باز نیز داشته باشیم. با ما همراه باشید.
فلایت کنترلر – کنترل کننده پرواز
در سیستم هر پهپاد فلایت کنترلر یا همان کنترل کننده پرواز ، نقش خلبان را دارد. وظیفه این خلبان آن است که با دقت و سرعت زیاد پارامترهای فیزیکی پرنده را بررسی کرده و در صورت لزوم آن‌ها را اصلاح کند. به عنوان مثال یک کوادکوپتر را در نظر بگیرید. پارامترهای فیزیکی مهم این پرنده شامل موقعیت، سرعت، شتاب و زاویه‌ها در همه جهت‌های فضایی و موارد دیگری مانند ارتفاع و جهت جغرافیایی از پارامترهای مهم این پرنده هستند.
فلایت کنترلر برای به دست آوردن مقدار این پارامترها در هر لحظه، به سنسور ها نیازمند است. از طرف دیگر در صورت نیاز به ایجاد تغییر در این مقادیر نیاز به وجود عملگر داریم. هر قطعه‌ای که با دستور فلایت کنترلر تغییری در یکی از پارامترهای فیزیکی پرنده ایجاد کند، عملگر محسوب می شود. عملگرهای اصلی در یک کوادکوپتر همان موتور ها هستند. فلایت کنترلر می‌تواند صرفا با کنترل سرعت چرخیدن ملخ‌ها، ارتفاع پرنده را بالا و پایین ببرد، آن را شناور نگه‌داشته و یا آن را به جهت‌های مختلف سر بدهد.
کنترل این همه پارامتر مختلف محاسبات سنگینی دارد. اگر دریافت دستورات گوناگون کاربر و مواجه‌شدن با شرایط پیچیده محیطی را هم در نظر بگیرید، بیشتر به بزرگی کار پی می‌برید. به علاوه سرعت انجام این کنترل‌ها بسیار بالاست و در کسری از ثانیه باید هزاران خط کد محاسباتی اجرا شود. بنابراین در مجموع می‌توان گفت فلایت کنترلر مغز سیستم پهپاد بوده و از تعداد زیادی قطعات حساس پیشرفته الکترونیکی و در اوج پیچیدگی ساخته‌شده‌است.
از زمان به‌وجود‌آمدن پهپادها تلاش‌های گوناگونی برای ساخت یک سیستم خودکار برای هدایت و کنترل آن ها صورت گرفته است. در میان گزینه‌های مختلف موجود در بازار تعدادی از برند ها و نام ها بیشتر از بقیه شناخته شده هستند. یکی از این نام های آشنا پیکس هاوک است که موضوع بحث ماست.
پیکس هاوک
پیکس هاوک یک سیستم خلبان خودکار متن باز(Open Source) است که برای پرنده‌های معمولی و ارزان‌قیمت ساخته شده است. این پروژه در سال ۲۰۰۹ و از آزمایشگاه ماشین بینایی و هندسه دانشگاه ETH کشور سوئیس کلید زده شد. این پروژه در سال‌های بعدی روند تکامل را پیموده و در بازار جهانی به طور گسترده در حال استفاده است.
داستان رشد و شکل‌گیری این فلایت‌کنترلر می‌تواند برای علاقه‌مندان و افرادی که تازه قدم در این مسیر گذاشته‌اند، جذاب باشد. متن زیر برداشتی از وبسایت شرکت آتریون و داستان منسوب به لورنز میر یکی از موسسین اصلی پروژه است.
۲۰۰۸ – تکاپو برای پرواز خودکار
داستان از تلاش برای دستیابی به پرواز خودکار شروع شد. لورنز می خواست با استفاده از فناوری ماشین بینایی، پرواز پهپادها را به صورت خودکار دربیاورد. بنابراین در کنار تحصیلات خود در مقطع کارشناسی ارشد در دانشگاه ETH زوریخ یک پروژه تحقیقاتی را کلید زد. طرح او بسیار بلند پروازانه بود. در آن زمان(سال ۲۰۰۸)، توان محاسباتی پهپادها و تکنولوژی که امروز برای ما عادی و مسلم است، به این شکل وجود نداشت. بنابراین لورنز ناچار بود تا سخت افزار و نرم افزار پهپاد را شخصا بسازد. با توجه به ابعاد و بزرگی کار، یک تیم ۱۴ نفره از دانشجویان هم دوره ای خود که بسیار با تجربه تر از او بودند را به کار گرفت تا کار را به سرانجام برساند.
افرادی باهوش تر از خود را به کار گرفتم تا بگویند چکار باید بکنم.
-لورنز میر
۲۰۰۹ – تولد پیکس هاوک و قضیه متن باز(Open source)
پعد از ۹ ماه کار شبانه‌روزی، تیم جدید، در رقابت‌های اروپایی ریز وسایل‌نقلیه‌هوایی( در رشته پرواز‌خودکار در فضای بسته) برنده‌شد. فلایت کنترلر استفاده شده، یک سیستم سفارشی ساز بود که از صفر تا صد برنامه نویسی شده بود. البته از درایور ها و چارچوب های (framework) متن باز(Open Source) در قسمت های پایه استفاده شده بود. این تیم که تیم پیکس هاوک Pixhawk نام داشت، برای کمک به توسعه ماشین بینایی و خودکنترلی ، نرم افزار خود را به صورت متن باز( Open Source) منتشر کردند.
در زمان کوتاهی نرم افزار پیکس هاوک مورد استقبال قرار گرفت. پروتکل ارتباطی MAVLink از سوی جامعه متن باز انتخاب شده و در سایر پروژه‌های خلبان خودکار نیز مورد استفاده قرار‌گرفت. پروژه های AutoQuad و Ardupilot از نمونه های معروفی بودند که این پروتکل را استفاده کردند. سپس برنامه رابط کاربری QGroundControl به میدان آمد. البته سال ها زمان نیاز بود تا دو توسعه دهنده جدید، معماری سیستم را به دست بگیرند و پیکس هاوک به جایگاه کنونی برسد.
۲۰۱۱ – پیدایش PX4
مدت بیشتری طول کشید تا نقص‌های سیستم الکترونیک اتوپایلوت و نرم‌افزار فلایت‌کنترلر برطرف شود. پس از مواجه شدن با مشکلات ناشی از درست نبودن و مقیاس‌پذیر‌نبودن معماری سیستم، لورنز و تیمش تصمیم شجاعانه‌ای گرفتند. در سال ۲۰۱۱ ، آن ها کل نرم‌افزار و سخت‌افزار ساخته‌شده طی سه سال را کنار گذاشتند و از اول بازطراحی کردند. این رویکرد مشکلات موجود را رفع کرد.
با چهارمین بازنویسی نرم‌افزار فلایت‌کنترلر PX ( کوتاه‌شده پیکس هاوک Pixhawk ) ، کیفیت کار به سطحی رسید که لورنز انتظار داشت و بالاخره PX4 متولد شد. دو سال بعد، اولین نسخه پایدار رونمایی شد. به موازات این جریان، تیم فنی، نسل اول و دوم سخت افزار را توسعه داد.
( نسخه دوم واحد مدیریت پرواز موسوم به Flight Management Unit – FMUv2 )
به افتخار تیم دانشجویی که این مسیر را آغاز کردند، این سخت‌افزار پیکس‌هاوک نامیده شد.
همکاری و شکل گرفتن یک مجموعه کامل پهپادی
تیم فنی برای تولید و عرضه سخت افزار با شرکت 3D Robotics مشارکت کرد. همچنین برای کمک به ArdoPilot برای سوار کردن پشته پروازی(flight stack) روی میان‌افزار پیکس‌هاوک PX4 همکاری و هم‌افزایی شکل گرفت. حاصل این بود که کاربران گزینه‌های بیشتری پیش روی خود داشته باشند.
خوشحالم که بخشی از این سفر باورنکردنی هستم. هنوز مشتاقم بدانم که در جامعه متن باز چقدر می‌توانیم چیز‌های بیشتری بسازیم و توسعه بدهیم.
لورنز میر
ادامه سرگذشت PX4 را در قسمت بعد تقدیمتان می کنیم. صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید و نظرات ارزشمندتان را برای ما ارسال کنید. از سایر مقالات مجله سایت نیز دیدن فرمایید.