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无人机漫谈(一):我们研发什么

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楼主
发表于 2019-1-27 19:21 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

无人机是一个很复杂的系统,有点类似于我们平常使用的手机,都是软件和硬件的结合体,手机上面需要各种芯片、操作系统、传感器、电源系统、通信模块等,这些在无人机上面也都存在。但是,通常做无人机研发的公司不会去研发上面的那些模块,这跟华为小米不会去做电池、摄像头、屏幕、各类芯片是一个道理,因为这些都有成熟的供应商,去研发这些产品不但耗时耗力,而且与你的目标背道而驰。接下来我就从一架无人机的一般组成以及开发无人机的主要技术两方面进行阐述。

我们以常见的四旋翼无人机为例,那么你要自己开发一套无人机需要:1、飞控计算机一套(集成了IMU、三轴磁力计、气压计);2、机架结构一套;3、电机、电调4套;4、电源模块一个;5、遥控器(接收机)一套;6、通信电台一对;7、螺旋桨4个;8、GPS模块一个;9、地面站一台;10、电池一块。以上基本构成了一套无人机系统,至于需要的电线以及连接器可根据需要制作。以上就是普通玩家DIY一架无人机需要的基本模块,而所有的部件都可以买到现成的产品,后续会出一些文章教大家如何使用开源飞控组装并调试自己的无人机,大家只需要花费3000元左右便可以得到一架可以自动飞行的无人机。还有一些高级玩法会集成距离传感器、摄像头用来精确测量高度、距离信息,实现视觉定位、精准避障,这些我们会在后续的文章中慢慢阐述。下面这张图中的飞机就是经过简单DIY后实现自动飞行时的状态。

那大部分硬件都可以买到现成的产品,无人机开发的是什么呢?主要是无人机的制导、导航以及飞行控制算法,当然根据实际产品需要设计飞控板卡、设计气动外型减少阻力等也是开发研究的一部分内容。在这里我们重点看下无人机的制导、导航以及飞控算法都是些什么东西,在英文里这三个词分别是guidance、navigation、control,通俗点讲,制导就是告诉你要去哪,导航呢就是告诉你你在哪,而控制就是告诉你怎么做才能去那。所以在无人机实现自动飞行时,我们要根据任务设定航线,而航线规划完成后经过制导律计算成无人机的位置或者速度期望,现在比较常用的有L1制导律,我们后续会单独讲,目前出现的避障也属于制导的范畴。而导航呢,其实就是根据无人机上的各个传感器,包括IMU、磁力计、GPS、激光传感器等通过融合得到飞机的位置、速度、姿态、角速率、加速度信息,通常使用EKF算法实现,目前也出现了一些基于视觉进行位姿估计的无人机产品,这属于视觉导航的范畴。控制部分就是根据期望飞机状态与实际飞机状态的不同经过控制律计算输出各个电机的控制信号,使用最为广泛的控制律算法就是PID,也有一些比如自适应、H无穷、反馈线性化、自抗扰等算法可以使用。下面这张图全面的表述了一个无人机系统中各个模块之间的关系以及内容。

下一次的文章我们将具体讲述制导、导航、控制中的内容,敬请期待。限于作者水平,如文中存在错误,欢迎指正,互相学习。

从今天起,在每篇文章末尾会告诉大家一个冷知识,今天的是:鸟类迁徙依靠什么进行导航呢?答案是:日月星辰的位置以及地球的磁场。


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沙发
发表于 2019-1-27 22:32 | 只看该作者
3
发表于 2019-2-18 11:01 | 只看该作者
没完,还有很多没说。
4
发表于 2019-3-6 09:32 | 只看该作者
支持高水平原创贴~
5
发表于 2019-3-6 10:22 | 只看该作者
快出下一编~
6
 楼主| 发表于 2019-6-30 22:41 | 只看该作者

欢迎关注后续文章
7
 楼主| 发表于 2019-6-30 22:42 | 只看该作者
蓝l 发表于 2019-2-18 11:01
没完,还有很多没说。

欢迎关注后续文章
8
 楼主| 发表于 2019-6-30 22:42 | 只看该作者
zjhydx 发表于 2019-3-6 09:32
支持高水平原创贴~

谢谢,欢迎关注后续文章
9
 楼主| 发表于 2019-6-30 22:43 | 只看该作者

欢迎关注后续文章
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