ड्रोन और UAV की प्रोग्रामिंग

ड्रोन की प्रोग्रामिंग में क्या शामिल है

हम UAV के स्वायत्त मिशनों का लॉजिक लिखते और ग्राहक की तकनीक पर फ़्लाइट-कंट्रोलर सेट करते हैं: ड्रोन उसका रहता है, हम फ़र्मवेयर, मार्ग और हवा में व्यवहार तैयार करते हैं। काम में हवाई-सर्वेक्षण के मार्गों और वस्तुओं के चक्कर की योजना, निरीक्षण के लिए रुचि-बिंदुओं की सेटिंग, सेंसरों की कैलिब्रेशन, विफलता-मोड और भू-क्षेत्र शामिल हैं। हम PX4 या ArduPilot स्टैक को किसी ख़ास फ़्रेम, गिम्बल और पेलोड के लिए कॉन्फ़िगर करते हैं, टेलीमेट्री को MAVLink के ज़रिए ग्राउंड-स्टेशन से जोड़ते हैं। अलग से घर-वापसी, संपर्क-टूट और उपग्रह-संकेत खोने पर व्यवहार के परिदृश्य सेट करते हैं ताकि उपकरण अनियंत्रित उड़ान में न चला जाए। इस स्तर पर ड्रोन की प्रोग्रामिंग हार्डवेयर जोड़ना नहीं, बल्कि ऑटोपायलट का कॉन्फ़िगरेशन और उन मिशनों को लिखना है जिन्हें यह ऑटोपायलट अमल करता है।

स्वायत्त मिशन कैसा होता है

मूल में ऑटोपायलट वाला फ़्लाइट-कंट्रोलर है, जो GPS, इनर्शियल सेंसर, बैरोमीटर और कम्पास पढ़कर उपकरण को तय ट्रैजेक्टरी पर बनाए रखता है। मिशन वेपॉइंटों के अनुक्रम के रूप में वर्णित होता है, हर बिंदु पर ऊँचाई, गति और क्रिया के साथ: फ़ोटो लेना, मँडराना, गिम्बल घुमाना, ऊँचाई बदलना। ग्राउंड-स्टेशन और ऑटोपायलट कमांड व टेलीमेट्री का आदान-प्रदान MAVLink प्रोटोकॉल पर करते हैं, इसलिए ऑपरेटर स्थिति, चार्ज और स्टेटस रीयल-टाइम में देखता है। स्थिरीकरण और नेविगेशन के एल्गोरिद्म मोटरों के नियंत्रण-संकेत सेकंड में दर्जनों बार फिर से गिनते हैं, हवा और बहाव में दिशा बनाए रखते हुए। हमारा हिस्सा — यह परिदृश्य बनाना, पैरामीटर और सक्रिय होने की सीमाएँ ऐसे लिखना कि ग्राहक का उपकरण मार्ग को पूर्वानुमेय ढंग से अमल करे।

ड्रोन के ऑटोपायलट कहाँ से बढ़े

आधुनिक खुले ऑटोपायलट 2000 के दशक के अंत के दो प्रोजेक्टों से बढ़े। DIY Drones समुदाय मई 2007 में उभरा, और होर्दी मुन्योज़ ने 2007 के अंत में ही Arduino के लिए स्थिरीकरण-प्रोग्राम लिखा, जिससे ArduPilot बढ़ा — संस्करण 1.0 उन्होंने क्रिस एंडरसन के साथ 2009 में निकाला, और तभी उनके उपकरण ने पहली Sparkfun AVC प्रतियोगिता जीती। समानांतर में स्विट्ज़रलैंड में लोरेन्ज़ मायर ने ETH Zurich में शोध-प्रोजेक्ट Pixhawk शुरू किया: लगभग 2008 में काम शुरू हुआ, और 2009 में नियंत्रण व कंप्यूटर विज़न पर पहली खुली सामग्री आई। 2011 तक मायर की टीम ने स्टैक शून्य से पूरी तरह फिर लिखा — यूँ PX4 उस रूप में आया जो वर्तमान प्लेटफ़ॉर्म का आधार बना। ये दो धाराएँ, ArduPilot और PX4, आज ड्रोन की प्रोग्रामिंग की व्यवहार-रीति तय करती हैं।

सॉफ़्टवेयर और सटीकता क्यों तय करते हैं

हवाई-सर्वेक्षण और निरीक्षण उपयोगी नतीजा केवल सटीक भू-संदर्भ पर देते हैं: कुछ मीटर की स्थिति-निर्धारण गलती ऑर्थोफ़ोटो-योजना को खिसका देती और 3D-मॉडल बनाना बिगाड़ देती है। मिशन की सटीकता ऑटोपायलट की सेटिंग से तय होती है — सेंसरों की कैलिब्रेशन, नेविगेशन-फ़िल्टर के पैरामीटर, फ़्रेम-ओवरलैप के साथ मार्ग की सही ज्यामिति। उतनी ही अहम है वैधता: सही तय किए भू-क्षेत्र, ऊँचाई-सीमाएँ और संपर्क-टूट पर व्यवहार उपकरण को अनुमत क्षेत्र में रखते और उल्लंघन व दुर्घटना का ख़तरा घटाते हैं। ड्रोन ख़ुद भौतिक रूप से उड़ता और शूटिंग करता है, पर डेटा की गुणवत्ता और उड़ान की सुरक्षा प्रोग्राम और उसकी सेटिंग तय करती है, न कि केवल फ़्रेम और कैमरे की विशेषताएँ। इसीलिए विफलता-सहनशीलता के एक पैरामीटर में गलती ख़ुद हार्डवेयर के चुनाव से महँगी पड़ती है।

स्टैक: PX4, ArduPilot, MAVLink

कार्यशील स्टैक दो ऑटोपायलट और एक परिवहन-प्रोटोकॉल के इर्द-गिर्द बनता है। PX4 — रीयल-टाइम के ऊपर मॉड्यूलर वास्तुकला, अपने मॉड्यूल और कंप्यूटर विज़न जोड़ने के लिए सुविधाजनक; ArduPilot — परिपक्व स्टैक, उपकरण-प्रकारों के व्यापक समर्थन और विकसित मिशन व विफलता-लॉजिक के साथ। MAVLink ऑटोपायलट को ग्राउंड-स्टेशन और बाहरी मॉड्यूलों से जोड़ता है: सघन बाइनरी संदेश टेलीमेट्री, कमांड और मिशन-पैरामीटर रेडियो-चैनल पर ले जाते हैं। इसके ऊपर हम QGroundControl और Mission Planner जैसे ग्राउंड-स्टेशनों के साथ काम करते हैं, और प्रोग्रामेटिक नियंत्रण के लिए MAVLink-कमांडों से ऑटोपायलट से जुड़ते हैं। PX4 और ArduPilot के बीच ठोस चुनाव ग्राहक का कार्य और उसका कंट्रोलर तय करता है, आदत नहीं — दोनों प्लेटफ़ॉर्मों के लिए हम उसकी तकनीक पर मिशन लिखते और पैरामीटर सुधारते हैं।

मुख्य उपकरण कब आए

MAVLink प्रोटोकॉल लोरेन्ज़ मायर ने ETH Zurich में विकसित किया और उसे Pixhawk प्रोजेक्ट के तहत 2009 में LGPL लाइसेंस पर जारी किया। ArduPilot को MAVLink का समर्थन 2011 की शुरुआती बीटा-संस्करणों में मिला, और PX4 ने उसे लगभग मार्च 2012 में रिलीज़ के समय शामिल किया; इसी समय MAVLink को ग्राउंड-स्टेशन QGroundControl ने अपनाया। 2017 में MAVLink 2.0 संस्करण आया — इसने कमांड-प्रतिस्थापन से बचाव के लिए संदेश-हस्ताक्षर और 280 बाइट तक विस्तारित पैकेट जोड़े। PX4 ख़ुद एक स्वतंत्र प्लेटफ़ॉर्म के रूप में 2011 में Pixhawk स्टैक के पूर्ण पुनर्लेखन के बाद बना, और तभी RTOS NuttX को आधार बनाया गया। ये तारीख़ें व्यवहार में अहम हैं: वे तय करती हैं कि ग्राहक के ऑटोपायलट की सेटिंग में फ़र्मवेयर और संदेशों के कौन-से संस्करण आधार माने जाएँ।

यह कार्य हमें क्यों सौंपा जा सकता है

हमारी डेवलपमेंट टीम का IT में कुल अनुभव 45 साल से अधिक है, और ऑटोपायलट हमारे लिए सबसे पहले सॉफ़्टवेयर और उसका कॉन्फ़िगरेशन है, न कि हार्डवेयर का जादू। हम मिशन को इंजीनियरिंग कार्य की तरह देखते हैं: पैरामीटर दर्ज करते हैं, फ़र्मवेयर के संस्करण रखते हैं और असली उड़ान से पहले उपकरण का व्यवहार सिमुलेशन में और ज़मीन पर जाँचते हैं। विफलता-परिदृश्य, भू-क्षेत्र और घर-वापसी पहले से परखे जाते हैं ताकि पहली असली उड़ान परिकल्पनाओं की जाँच न बने। हम ड्रोन नहीं बनाते और दूसरों की तकनीक को अपनी नहीं बताते — हम PX4, ArduPilot और MAVLink के सहारे ग्राहक का उपकरण प्रोग्राम व सेट करते हैं। नतीजे में ग्राहक को वादा नहीं, बल्कि दोहराने योग्य सेटअप मिलता है, जिसे लॉग से जाँचा और अगले उपकरणों पर दोहराया जा सके।