APM на Pixhawk, сравнение версий, и общий анализ автопилота, аппаратная часть.

Я думаю, в рунете по крайней мере, это первый более-менее осмысленное сравнение версий автопилота PХ4/PIXHAWK, особенно учитывая его малую распостранненость на наших просторах. Многие знают и использовали APM, сам лично коммитил несколько hardware changes в него, но он уже все, не рекомендован к использованию в новом дизайне. Устарел морально и технически. Последний релиз автопилота будет 3.2, после чего в новых версиях APM перестанет быть поддерживаемым.

Итак, начнем. Для правильного понимания - стоит знать что все это ветки(форки) PX4, в том или ином виде модернизированного в соответствии с новыми реалиями и пожеланиями аппаратных разработчиков, на текущий момент есть 4 основых работающих аппаратных ветки:

PX4:

Оригинал, собственно всех последующих веток. Это первый глобальный редизайн и смена вычислительной платформы, после 16битного APM. На мой взгляд - САМЫЙ удачный коснтруктив в плане ввода-вывода. Со своей стороны прикладываю сейчас массу усилий стандартизировать ввод-вывод на pixhawk fire, но разработчики усиленно сопротивляются, т.к. не хотят консолидировать все вокруг одного унитарного коннектора требующего брейкаута. Но, вернемся к PX4. Актуальная аппратная ревизия: 1.7.1 Используется схема "2  гироскопа", для уменьшения погрешностей и увеличения вибрационной стойкости системы.

Технические характеристики:

Процессор: STM32F405 (Cortex M4F), 168МГц
Память: ОЗУ/ПЗУ: 192KB RAM / 1024 KB Flash
Сенсоры: MPU-6000, L3GD20, HMC5883L, MS5611

Преимущества:
+ очень удобная платформа, работает под стандартным NUTTX, с слоями FMU адрукоптера.
+ Есть в готовом формфакторе готовая плата специально под замену в AR.Drone (что превращает в общем-то игрушку в нормальный БПЛА)
Недостатки:
- требует "стекирования" ввода-вывода плат
- Нежный преобразователь питания

Для PX4 в наличии достаточно много допплат, но, для использования PX4 требуется в обязательном порядке две платы - PX4FMU и PX4IO(ну на самом деле можно без IO обойтись, но это ОЧЕНЬ трудоемко, проще стеком IO модуль воткнуть).
Важно - в текущей версии APM нет работающей реализации Optical Flow, поэтому на OF модуль можно забить. Полностью поддерживается, но, в силу не самого удобного использования - лично я не стал-бы брать PX4, а брал-бы Pixhawk

PIXHAWK:

Собственно основная текущая аппаратная платформа APM'а. Де факто - практически то-же самое что и PX4, просто чуть обновленнее, и в намного более удобном конструктиве. Конструктив автоматически решает все проблемы с барометром, конструктив кейса решает вопросы с пылью и прочей нечестью на самой плате, т.к. достаточно неплохо ее защищает. Реально смотря на вещи - это ПЕРВЫЙ рабочий продукт, которым реально пользоваться практически сразу, все остальные так или иначе - полуинженерные "образцы", даже не смотря на популярность(например АРМ2.5 мегапопулярен, но конструктив откровенно неудачный).

У "орла" есть свои проблемы - отвратительные коннекторы, и реально проблемная беда с монтажем. Дизайнер проектировавший корпус очень плохо подумал о том как его будут крепить не на самоклейки. Лично я пришел к использованию оного БЕЗ корпуса, но рекомендовать не буду. У меня и плата покрыта защитным лаком, и прочие методы защиты электроники выполнены, естественно с отдельной защитой барометра.

Технические характеристики:

Процессор: STM32F427 (Cortex M4F), 168МГц (Основной) + STM32F103 (Фейлсейф)
Память: ОЗУ/ПЗУ: 256KB RAM / 2048 KB Flash
Сенсоры: L3GD20H, LSM303D, MPU 6000, MS5611

Очень хорошо видны отличия от PX4 - новее процессор, нормально работающий до 180МГц (т.е. при нехватке производительности частота будет увеличена со стороны ПО), больше памяти, и новее сенсоры. Так-же дублированы как гироскоп, так и аккселерометр, опять-же для получения более точных данных, и уменьшения виброзависимости.

Общий коснтруктив намного более удобен в использовании и является текущей "горячей" аппаратной платформой для APM.

Преимущества:
+ Одноплатный дизайн
+ Очень большие возможности, в текущих версиях не реализованы до конца.
+ ОЧЕНЬ хороший ассортимент "плюшек", как то внешние USB порты, выносные LED и т.п. и т.д.

Недостатки:
- Противные разъемы Hirose DF13, реально мелочь, но сильно портит впечатление
- Неудобный монтаж в корпусе, не предусмотрены варианты монтажа с виброразвязкой

Отмечу огромное количество клонов, именно КЛОНОВ от китайцев. И тут важно - покупать ТОЛЬКО ревизию 2.4.3. Например покупка ревизии 2.3 - это тупик в никуда. Таких плат было десяток, и на ней есть явные ошибки. Обращайте внимание так-же, что китайцы не воткнули упрощенные сенсоры, они могут. Ниже пример платы  хорошего китайского клона

PIXHAWK FIRE:

На нем стоит остановиться подробнее. Плата - по сути набор сенсоров на "шилде" для Beagle-Bone-Black (далее ВВВ). Но, и это важно - сама по себе ВВВ это очень мощная вещь - 512МБ RAM, 1ГГц Cortex А8 (сравните с M4 в том-же "орле"), 2GB Flash и т.п. + сладкое вида "ускоритель вычислений с плавающей запятой".Т.е. ВВВ по вычислительной мощности ОЧЕНЬ хорош, и та-же Raspbery Pi по сравнению с ВВВ просто олдскул и детская игрушка.
_планируется_ на плате по три сенсорных массива каждого типа - 3 акселлерометра, 3 гироскопа, и 3 магнетометра, плюс естественно барометр, MEAS 5611(лучше которого де факто нет, максимум что будет добавлено в новой версии, которую не так давно презентовал MEAS - это сильно улучшенная термокомпенсация, т.к. текущая схема - дает нарастающий дрифт)

Собственно это "первый вестник" будущих автопилотов. Мощные процессоры, много памяти, и серьезная борьба с алиасингом, с датчиками на разных частотах автоколебаний механических. На текущий момент - больше "вкус как оно будет", не более того. Продукционные релизы, будут одноплатными. Но речь идет о том, что это +2 года от текущего момента в лучшем случае.

AUAV-X1

Наиболее правильно назвать эту вещь от arsovtech не форком Pixhawk - а PX4 версии 2. Мой, на текущий момент, фаворит, с разработчиками которого работаю и взаимодействую. Абсолютно правильная модульная концепция - с вариативностью выбора как программной среды, так, и это главное - с модульностью набора датчиков! Что позволяет, даже, сделать выносной датчик, что, сильно, ОЧЕНЬ сильно упрощает виброразвязку системы. Все текущие варианты - с креплением крупной платы, к которой идут провода(тоже вибропроводники) на виброразвязке - ущербны, и не позволяют КАЧЕСТВЕННО виброразвязать систему.

Технические характеристики:
Процессор: STM32F427VI (Cortex M4F), 168МГц (Основной) + STM32F100 (фейлсейф)
ОЗУ/ПЗУ: 256KB RAM / 8192 KB Flash
ПЯТЬ(!!!) вариантов сенсоров:
MS5611
L3GD20 / LSM303D
MPU6000 / MPU6500 / MPU9250
MAX21100
Просто коннектор для подключения сенсорной платы.

Реально - это будет идеальный вариант именно для серьезного использования. Не из-за каких-то особенностей, а именно за счет сильно более правильного подхода - это нормальное решение которое ты интегрируешь, а не играешься, переставляя туда-сюда. Сильно снижено энергопотребление (де факто - в три раза). Удобный монтаж, и удобный конструктив выносной сенсорной платы, что упрощает и улучшает виброразвязку в разы.



На этом краткий обзор закончу, в следующей части - програмные среды APM в текущей реализации, ну и, конечно, картинку для затравки: