si 
Pozemní, námořní nebo vzdušní roboti: jak vybrat platformu pro projekt s GPS
Pokud stavíte autonomní vozidlo (ať už pozemní Rover, dron nebo námořní robot), výběr správné platformy je klíčem k urychlení projektu. Tato příručka vám pomůže porovnat a rozhodnout se mezi 3 populárními platformami: Arduino, ArduPilot a ROS 2.
Než začneme: několik faktorů, které je třeba zvážit
Výběr správné platformy pro robota založeného na GPS není jen o budget a technické specificationsVěříme, že je třeba zvážit i další faktory, jako je doba uvedení na trh a škálovatelnost.
Rozpočet na hardware
- Systémy založené na Arduinu jsou nejlevnější a široce dostupné.
- Hardware kompatibilní s ArduPilotem (např. Pixhawk, CubePilot) nabízí solidní kompromis v ceně hardwaru, zejména pro letecké a lodní dopravní prostředky s vestavěným GPS, IMUa podporu kompasu.
- Projekty ROS 2 často vyžadují výkonnější palubní počítače (např. Jetson Xavier, Intel NUC) a další senzory (LIDAR, kamery), což zvyšuje počáteční investici, ale umožňuje vyšší autonomii a flexibilitu.
Technické dovednosti
- Arduino je nejjednodušší vstupní bod, pokud je pro vás programování volbou.
- ArduPilot odstraňuje programování z požadavků a poskytuje vám konfigurovatelného autopilota, který zahrnuje nástroje pro plánování misí, jako je QGroundControl nebo Mission PlannerJe nutné určité ladění a pochopení řídicích systémů.
- ROS 2 je nejvhodnější pro uživatele se zkušenostmi s Linuxem, ROS middlewarem, integrací senzorů a vývojem algoritmů (např. fúze senzorů, SLAM, AI). Maximální autonomie a flexibilita.
Lidský rozpočet
Zejména pro firmy platí, že čas jsou také peníze.
- Pokud máte rádi programování, Arduino vám umožní vyvinout robota v relativně krátkém čase, s mnoha online příklady. Výzva nastane, pokud budete chtít přidat další senzory. Docela daleko v projektu si uvědomíte: už si nepamatujete nic, co byste chtěli pojmout.
- Ardupilot s prostředím bez programování, pouze s nastavením parametrů, vám pomůže dostat se od nápadu k realitě co nejrychleji.
- ROS2 je nejvýkonnější a nejflexibilnější platforma, která má svou cenu: může chvíli trvat, než se dostanete tam, kam chcete.
Typ vozidla
- Pozemní vozidla (UGV):
Všechny tři platformy lze použít v závislosti na složitosti projektu.- Arduino se dobře hodí pro jednoduché kolové roboty (např. platformy s diferenciálním pohonem používané ve vzdělávacích nebo zemědělských monitorovacích aplikacích), kde robot sleduje GPS trasové body nebo protokoly.
pozici bez nutnosti pokročilé autonomie. - ArduPilot nabízí robustní podporu pro diferenciální pohon, Ackermannovo řízení a dobře se integruje s nástroji pro plánování misí.
- ROS 2 je ideální pro komplexní chování, jako je autonomní navigace v dynamickém prostředí, plánování tras nebo fúze senzorů s...
LIDAR a vidění.
- Arduino se dobře hodí pro jednoduché kolové roboty (např. platformy s diferenciálním pohonem používané ve vzdělávacích nebo zemědělských monitorovacích aplikacích), kde robot sleduje GPS trasové body nebo protokoly.
- Letecké prostředky (UAV):
ArduPilot vyniká díky svému vyspělému firmwaru pro řízení letu, vestavěné GPS a IMU integrační a bezpečnostní mechanismy (např. failsafe, geofencing). ROS 2 se používá v pokročilých aplikacích, jako je koordinovaný let, počítačové vidění nebo palubní zpracování umělé inteligence. - Námořní vozidla (USV):
ArduPilot podporuje režimy povrchových vozidel s kompenzací větru a sledováním trasových bodů. ROS 2 může robotovi pomoci s pokročilými úkoly, jako je sledování plánu hlídky a automatické vyhýbání se překážkám. Arduino lze také použít pro základní roboty pro sledování bójí nebo plovoucí platformy, které potřebují zaznamenávat data GPS a pohybovat se po předem definovaných trasách pomocí jednoduchých aktuátorů.
Porovnání funkcí: Arduino, ArduPilot, ROS 2
Pojďme se podívat na podrobnější technické srovnání těchto tří platforem.
|
vlastnost
|
Arduino
|
Ardupilot
|
ROS2
|
|---|---|---|---|
|
Snadné použití
|
Vyžaduje programování, ale je vhodné i pro začátečníky.
|
Není potřeba žádné programování, s rozsáhlými tutoriály
|
Pokročilý, vyžaduje znalost Linuxu
|
|
Integrace GPS
|
Ukázkový kód dostupný online
|
Plná podpora GPS a RTK
|
Podporuje GPS prostřednictvím fúze ovladačů/senzorů
|
|
Podpora fúze senzorů
|
Omezená, manuální implementace
|
Vestavěné rozšířené Kalmanovy filtry (EKF)
|
Pokročilé možnosti, ale vyžaduje programování (např. NavSat, robot_localization)
|
|
Podpora autonomie
|
Bez řídicí stanice, vyžaduje ruční programování
|
Plánování misí s grafickým uživatelským rozhraním, autonomní režimy
|
Plně přizpůsobitelná autonomie, ale je nutné ji naprogramovat
|
|
Škálovatelnost
|
Nízké
|
Střední
|
Vysoký
|
|
Možnost práce v reálném čase
|
Omezený
|
Autopilot v reálném čase
|
Podporuje práci v reálném čase přes DDS (Data Distribution Service), nutné ladění
|
|
Naše projekty
|
Velký, zaměřený na amatéry
|
Velký, zaměřený na drony/vozidla
|
Rostoucí, zejména v robotice/průmyslu
|
Praktické srovnání: Arduino, ArduPilot, ROS 2
Ale jak složité to vlastně je? Zkusme shrnout kroky na vysoké úrovni potřebné k integraci každé z platforem. Zkuste si představit, jestli je to něco, co byste mohli udělat.
- Arduino:
Připojte GPS modul k desce Arduino jeho propojením nebo zapojením UART portu. Přidejte knihovnu TinyGPS-Plus do svého náčrtu. V loop() čtěte příchozí data a parsujte je. NMEA věty a zavolejte gps.location.lat() / gps.location.lng(). Vypište souřadnice na sériový monitor nebo připojený LCD displej. Začněte programovat logiku řízení na základě polohy GPS. - ArduPilot:
Zapojte GPS modul do Pixhawk (nebo Cube) GPS port pomocí JST kabelů. Aktualizujte firmware ArduPilot pro váš typ vozidla. Věnujte nějaký čas ladění parametrů autopilota. Spusťte Mission Planner nebo QGroundControl: firmware automaticky dekóduje NMEA, odešle jej do vaší pozemní řídicí stanice a grafické uživatelské rozhraní zobrazuje aktuální zeměpisnou šířku/délku na mapě, není nutné žádné další programování a protokoly lze ukládat pro pozdější kontrolu. - ROS 2:
Připojte ArduSimple Připojte přijímač k vašemu PC nebo jednodeskovému počítači a spusťte uzel ovladače (např. gpsd_client). Tento uzel publikuje zprávy sensor_msgs/NavSatFix v tématu /fix. Libovolný uzel ROS 2 se může přihlásit k odběru /fix pro úkoly, jako je zaznamenávání nezpracovaných dat nebo podávání lokalizačních algoritmů. V terminálu můžete sledovat publikovaná data pomocí ros2 topic echo /fix a pomocí ros2 bag record /fix je zaznamenávat pro přehrání nebo offline analýzu.
Výběr správné platformy: několik příkladů
Každý projekt má jiné požadavky na GPS v závislosti na aplikaci, prostředí a požadované úrovni autonomie. Níže je uveden rozpis typických případů použití zaměřených na GPS a nejvhodnější platforma pro každý z nich.
|
Typ projektu
|
Doporučená platforma
|
Proč?
|
|---|---|---|
|
Jednoduchý GPS záznamník,
Ukázka navigace |
Arduino
|
Snadné nastavení, cenově dostupné, skvělé pro základní GPS a prototypování.
|
|
Autonomní dron,
Námořní vozidlo (trasové body) |
ArduPilot
|
Integrovaná GPS + IMU + kompas, nástroje pro plánování misí, RTK a podpora pro určování směru.
|
|
Multisenzorický výzkum,
Komerční robot |
2 ROS
|
Pokročilá fúze senzorů (GPS, IMU, LIDAR), vysoká úroveň autonomie a přizpůsobení.
|
|
Precizní zemědělství s RTK
|
Ardupilot + ROS 2
|
Pro přesné řízení dráhy stačí ArduPilot, pro AI nebo pokročilou fúzi senzorů lze přidat ROS 2.
|
|
GPS navigace Swarm nebo multi-robot
|
2 ROS
|
Podporuje distribuované systémy, komunikaci mezi roboty, sdílené mapy a koordinaci.
|
|
Plovoucí bóje,
Uzel senzoru sledovaného GPS |
Arduino
|
Arduino pro jednoduché
|
Kombinace platforem
Proč si vybrat jen jeden z nich, když je můžete kombinovat pro rychlejší úspěch? Možná by bylo dobré použít:
- Ardupilot na letovém regulátoru pro autonomní let a plánování misí.
- Doprovodný počítač s ROS 2 (na Raspberry Pi nebo Jetsonu) pro zpracování obrazu, mapování nebo autonomní rozhodování. Tento počítač může po dokončení vývoje převzít roli Ardupilota.
- Arduino pro přidání funkcí, které nejsou součástí Ardupilotu ani vašeho SBC, jako je ovládání LED signálů nebo čtení dalších senzorů.
Závěrečná doporučení a návody
- Pro začátečníky a vzdělávací účely je Arduino vynikajícím výchozím bodem.Umožňuje rychlé seznámení se s koncepty GPS s minimálními náklady, což je ideální pro učení a tvorbu prototypů.
- Pro spolehlivou a osvědčenou autonomní navigaci, zejména v dronech, lodích nebo vozidlech připravených k použití, poskytuje ArduPilot solidní základ. Jeho vestavěné funkce GPS, nástroje pro plánování misí a široká hardwarová podpora z něj činí ideální řešení pro mnoho reálných aplikací. Ardupilot je rozhodně nejrychlejší cestou k funkčnímu řešení.
- Pro pokročilé, modulární a škálovatelné systémy – zejména ty, které vyžadují fúzi více senzorů, vysokou úroveň autonomie nebo flexibilitu vývoje – je ROS 2 nejvýkonnější a nejpřizpůsobitelnější možností. Zejména pro pozemní roboty nebo multiagentní systémy. ROS2 je tou správnou cestou, pokud vyvíjíte profesionálního robota od nuly.
