看到一篇不錯(cuò)的關(guān)于無(wú)人機(jī)飛行控制的科普貼,分享給大家。 2 F. Y9 ~( f* i d
無(wú)人機(jī)作為新興行業(yè),用戶以小白居多, 那么,如何從眾多小白中脫穎而出,化身為老司機(jī)呢? 你只需要跟著小曼魔鬼般的步伐走起來(lái),今天我們先講最核心的飛控篇。 掌握這些干貨,足以吹牛裝逼充大神了~ 10年前,無(wú)人機(jī)行業(yè)考慮的是如何讓飛機(jī)穩(wěn)定飛起來(lái)、飛得更快、飛得更高。 無(wú)人機(jī)的應(yīng)用也主要是在軍事等神秘領(lǐng)域。 如今,隨著芯片、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展, 無(wú)人機(jī)開始向智能化、終端化、集群化的趨勢(shì)發(fā)展。 幾年的時(shí)間讓無(wú)人機(jī)從遠(yuǎn)離人們視野的軍事應(yīng)用飛入了尋常百姓家, 更多的小白用戶開始接觸到無(wú)人機(jī),只需要通過短暫的學(xué)習(xí), 也可以進(jìn)行穩(wěn)定安全的操作,體驗(yàn)了一把飛行和航拍的樂趣~ 不可否認(rèn),飛控技術(shù)的發(fā)展是這十年無(wú)人機(jī)變化的最大推手。 但是,你真的了解飛控是什么嗎? 下面小曼為你仔細(xì)解讀多軸飛行器的飛控是如何運(yùn)行的。 飛控是什么? 飛行控制系統(tǒng)(Flight control system)簡(jiǎn)稱飛控, 可以看作飛行器的大腦。多軸飛行器的飛行、懸停, 姿態(tài)變化等等都是由多種傳感器將飛行器本身的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳回飛控, 再由飛控通過運(yùn)算和判斷下達(dá)指令,由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作和飛行姿態(tài)調(diào)整。 飛控可以理解成無(wú)人機(jī)的CPU系統(tǒng),是無(wú)人機(jī)的核心部件, 其功能主要是發(fā)送各種指令,并且處理各部件傳回的數(shù)據(jù)。 類似于人體的大腦,對(duì)身體各個(gè)部位發(fā)送指令,并且接收各部件傳回的信息, 運(yùn)算后發(fā)出新的指令。例如,大腦指揮手去拿一杯水,手觸碰到杯壁后, 因?yàn)樗珷C而縮回,并且將此信息傳回給大腦,大腦會(huì)根據(jù)實(shí)際情況重新發(fā)送新的指令。 2 W4 Z* P, U! {4 Q9 \7 c" ^. D
飛控的主要組成部分 無(wú)人機(jī)飛控一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動(dòng)設(shè)備三大部分, 實(shí)現(xiàn)的功能主要有無(wú)人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無(wú)人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類。 0 Y& b7 }" a* w! C
傳感器 多軸無(wú)人機(jī)機(jī)身大量裝配的各種傳感器, 包括GPS、氣壓計(jì)、陀螺儀、指南針以及地磁感應(yīng)等, 可以采集角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等,是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 - x- y2 x% X( g( Q
機(jī)載計(jì)算機(jī) 機(jī)載計(jì)算機(jī)作為無(wú)人機(jī)的CPU,是飛控的中樞系統(tǒng), 類似于人體大腦的中樞神經(jīng),負(fù)責(zé)整個(gè)無(wú)人機(jī)姿態(tài)的運(yùn)算和判斷; 同時(shí),也操控著傳感器和伺服作動(dòng)設(shè)備。 8 h5 K2 t3 t# s' ~
伺服作動(dòng)設(shè)備 無(wú)人機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是伺服作動(dòng)設(shè)備,是導(dǎo)航飛控系統(tǒng)的重要組成部分。 其主要功能是根據(jù)飛控計(jì)算機(jī)的指令,按規(guī)定執(zhí)行動(dòng)作。 對(duì)于固定翼無(wú)人機(jī)來(lái)說,主要通過調(diào)整機(jī)翼角度和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度,實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行控制。 多軸無(wú)人機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括螺旋槳、電調(diào)和電機(jī)。 多軸無(wú)人機(jī)飛控通過電調(diào)傳輸?shù)铰菪龢目刂菩盘?hào), 來(lái)控制電機(jī),帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的懸停、 升降、前進(jìn)等飛行狀態(tài)的調(diào)整。 此圖是無(wú)人機(jī)朝紅色箭頭方向前進(jìn)時(shí),四個(gè)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向。 你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)角線上的一對(duì)螺旋槳(M1和M3)方向一致, 相鄰螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相反。關(guān)于螺旋槳的飛行原理,小曼在后面的文章中會(huì)單獨(dú)介紹。 ! e6 |, }, f" k3 k7 m- _+ B$ m
飛控的種類 目前飛控的主要種類有兩種“開源飛控”、“自研飛控”。 接觸過無(wú)人機(jī)行業(yè)的人都知道,如何使飛控更加安全, 更易操控是無(wú)人機(jī)研發(fā)的大難點(diǎn)! 那么,我們的攻城獅們又是如何舉步維艱的走到今天的呢?
' ], W( x- z! @9 ?9 {開源飛控 “開源飛控”是市面上最常見的飛控,其來(lái)源于“DIY DRONE”時(shí)期, 最開始是為了滿足歐美“極客”、“創(chuàng)客”對(duì)于自由飛行的夢(mèng)想。 開源飛控即公開通用的源代碼數(shù)據(jù)庫(kù),程序猿都可以免費(fèi)使用。 這樣也存在一定的弊端:一套初級(jí)的源代碼不可能適用于所有飛行器; 也會(huì)為后續(xù)的維護(hù)和開發(fā)留有先天性不足。
5 t8 }9 d, u! h5 n2 J0 B% `自研飛控 由于開源飛控的先天性不足,要想進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn), 正規(guī)的無(wú)人機(jī)企業(yè)必須要開發(fā)自己的飛控系統(tǒng)。 目前幾家知名的無(wú)人機(jī)公司都是從自研飛控起家的, 基本上都經(jīng)歷了多年的技術(shù)沉淀。 即使是后來(lái)居上的曼塔智能, 無(wú)論是之前的產(chǎn)品朱雀、還是新推出的產(chǎn)品S6, 采用的都是自研飛控。 自研飛控十分耗時(shí)耗力,但帶來(lái)的好處是硬件和軟件實(shí)現(xiàn)完美匹配, 有著更高的安全性和穩(wěn)定性,為后續(xù)的開發(fā)和改進(jìn)做出更多積累。 3 \2 o7 @3 C U) W3 |
飛控的發(fā)展趨勢(shì) 每個(gè)飛控系統(tǒng)都可能成為未來(lái)的信息終端 目前這個(gè)階段有點(diǎn)像 80 年代的人們使用大哥大, 當(dāng)個(gè)寶貝一樣但卻沒有發(fā)揮其很大的作用;而現(xiàn)在的手機(jī)已經(jīng)終端化, 僅僅是遍布全球的終端,人們從終端獲取全球有益信息的同時(shí)也在貢獻(xiàn)著自身的價(jià)值。
. Q# a) T! Z' \0 r' W$ k8 X未來(lái)無(wú)人機(jī)在各類應(yīng)用中更像是布撒的一系列終端設(shè)備, 飛控作為無(wú)人機(jī)的核心會(huì)在終端化過程中扮演重要作用, 無(wú)論在消費(fèi)、農(nóng)業(yè)、巡視等各領(lǐng)域,飛控將成為數(shù)據(jù)終端的核心, 大量的飛行狀態(tài)、任務(wù)數(shù)據(jù)、載荷狀態(tài)會(huì)被記錄、回傳、分發(fā), 用戶或其他利益相關(guān)方會(huì)通過付費(fèi)等商業(yè)模式獲取終端的有用信息。 ; }7 n4 E# p5 ~: I' H. h3 I# i
飛控通信網(wǎng)絡(luò)化 隨著智能手機(jī)增長(zhǎng)率的放緩以及無(wú)人機(jī)終端化的趨勢(shì), 移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商們也敏銳捕捉到了商機(jī),紛紛推出了面向無(wú)人機(jī)應(yīng)用的移動(dòng)通信解決方案。 這類方案目前采用成熟商用 2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò),通過定義套餐、開發(fā)貼片 SIM 卡組件、天線定制等方式, 使無(wú)人機(jī)作為終端接入商用網(wǎng)絡(luò)。雖然還存在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、覆蓋區(qū)域不全等因素, 但隨著無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)價(jià)值的增加、移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展驅(qū)動(dòng)以及無(wú)人機(jī)管控壓力的增大, 在不久的將來(lái)借助運(yùn)營(yíng)商的飛控網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)不可阻擋。 5 @% P- e( X1 _6 i( P
形成無(wú)人機(jī)+大數(shù)據(jù) 在大數(shù)據(jù)時(shí)代,沒有人否認(rèn)原始數(shù)據(jù)的重要性。無(wú)人機(jī)+大數(shù)據(jù)喊了也有一段時(shí)間了, 但目前受到終端化剛起步、網(wǎng)絡(luò)化未完全落地、數(shù)據(jù)來(lái)源少等因素, 無(wú)人機(jī)的大數(shù)據(jù)時(shí)代還沒有真正來(lái)臨。 在未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展過程中不應(yīng)空泛強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)的意義, 而更應(yīng)通過飛控的數(shù)據(jù)搜集能力獲取高頻率的有效信息進(jìn)行分析, 得到能夠給行業(yè)帶來(lái)價(jià)值的「可視化」數(shù)據(jù),直接為行業(yè)服務(wù)。 |