無人機組裝與調試 課件 項目1任務4 多旋翼無人機飛控系統(tǒng)組裝調試

多旋翼無人機飛控系統(tǒng)組裝調試任務四飛控系統(tǒng)是無人機完成起飛、空中飛行、任務執(zhí)行和返場回收等過程的核心系統(tǒng)，飛控系統(tǒng)對于無人機相當于駕駛員對于有人機的作用。在此之前，我們已經組裝與調試了多旋翼無人機飛行平臺、動力系統(tǒng)、通訊鏈路系統(tǒng)，現(xiàn)在需要對較為重要的飛控系統(tǒng)進行組裝調試，任務中我們將以小組為單位，團隊分工協(xié)作，嚴格按照組裝調試標準與工藝流程進行操作。任務導入1.通過任務驅動小組配合，提升團隊合作精神；2.通過在飛控裝配與調試中的安全操作規(guī)范學習，培養(yǎng)安全生產的職業(yè)操守；3.通過任務強化提升訓練，養(yǎng)成自主學習的探究精神。1.能夠完成多旋翼無人機飛控安裝與接線操作；2.能夠按照裝配步驟與調試要求完成飛控參數(shù)校準；3.能夠完成多旋翼無人機飛控裝調質量檢查。知識目標技能目標素養(yǎng)目標學習目標1.掌握無人機飛控基礎知識（定義、組成、分類、原理）；2.了解多旋翼無人機飛控選用原則（飛行模式、接口、燈語、固件版本）；3.了解多旋翼無人機常用飛控的使用方法。多旋翼無人機飛控組裝與調試，需要我們首先將各部件進行裝配，然后再進行調試。在裝調過程中，飛控各部件該如何區(qū)分？它們之間又是如何連接的？如何才能保證裝配質量？為了能夠解答這些問題，需要我們首先對無人機的飛控基礎知識進行學習，掌握多旋翼無人機飛控的接線與調試流程，然后按照任務實施步驟與要求，完成多旋翼無人機飛控組裝調試，最終實現(xiàn)高質量的裝調成果。任務分析無人機飛控基礎知識多旋翼無人機飛控選用原則多旋翼無人機飛控基礎知識PART01PART02PART03知識教學概覽01PartOne無人機飛控基礎知識飛控又稱飛行控制器，是在各任務階段對無人機進行輔助或全自主控制，并對無人機機載系統(tǒng)及功能部件起到協(xié)同控制工作的部件。飛控的定義飛控的功能主要有無人機姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無人機自主飛行、無人機任務設備管理和應急控制等。最主要的功能為保持無人機自主飛行狀態(tài)且飛行姿態(tài)正常。功能飛控一般由陀螺儀、加速度計、地磁感應模塊、氣壓傳感器、超聲波傳感器、光流傳感器、GPS模塊及控制電路等部件組成。組成飛控的功能與組成飛控的分類飛控類型特點舉例開源代碼開源、適用性強、價格便宜APM，CC3D，PIX閉源代碼閉源、穩(wěn)定性高、安全性高、價格較貴大疆A3/NAZA多旋翼無人機飛控一般通過控制各個電機的轉速來實現(xiàn)對無人機姿態(tài)的控制，最終在無人機飛行姿態(tài)上體現(xiàn)為升降、平移、滾轉、偏航等飛行動作。知識拓展—飛控工作原理根據之前講解的無人機飛控基礎知識，每4人一組，每位同學都回憶一下，總結列出飛控的結構組成，分類及工作原理。小組討論隨堂互動02PartTwo多旋翼無人機飛控選用原則是否開源尺寸大小是否閉源綜合因素閉源飛控的優(yōu)點是參數(shù)調試過程簡單，可以快速上手，可靠性較高且性能穩(wěn)定，但價格較為昂貴。有特定應用方向需求，并且不具備較強開發(fā)能力時，可選擇閉源飛控。在選用多旋翼無人機飛控時，一般會根據機架尺寸、預算、功能需求、可靠性等因素進行綜合考慮。開源飛控的二次開發(fā)能力更強，具有較強的可擴展性，使用者可以基于飛控做不同應用方向的功能開發(fā)。一般預算較為有限或對飛控有二次開發(fā)需求時，會選擇開源飛控。在選用飛控時，在確定用途后，一般會根據無人機整體尺寸大小與內部可安裝空間，去選擇合適的飛控。多旋翼無人機飛控選用原則根據之前講解的多旋翼無人機飛控選用原則，每4人一組，每位同學都回憶一下，總結列出飛控選用原則有哪些。小組討論隨堂互動03PartThree多旋翼無人機飛控基礎知識為飛控供電，調節(jié)與穩(wěn)定電壓，測量電壓電流等。

電流計采集飛行姿態(tài)、加速度、高度等關鍵信息；控制無人機飛行；交互及控制無人機子系統(tǒng)（如通訊系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、任務系統(tǒng)等）。主控通過衛(wèi)星定位無人機所處地理位置，為飛控提供經緯位置、速度、磁航向等信息。

GPS模塊用于聲音提示飛控狀態(tài)。

蜂鳴器控制遙控器與飛控的連接與斷開。

安全開關飛控系統(tǒng)組成用于飛控狀態(tài)的燈光提示LED顯示燈用于無人機上下行鏈路數(shù)據通訊。

數(shù)傳模塊飛控飛行模式序號飛行模式飛行模式含義1定高模式根據氣壓計數(shù)據保持當前飛行器高度，但不會定點，無人機會在水平方向漂移，可以用遙控器來移動或保持位置。2懸停模式在定高模式的基礎上，加載GPS定位，無人機在水平方向和垂直空間均不會偏移。3簡單模式無人機在解鎖時確定無人機機頭方向，之后不管無人機如何旋轉，無人機不管機頭朝向，始終認為解鎖時的方向為起點。4自動模式無人機會自動執(zhí)行地面站設定好的任務，如：起飛、按順序飛向多個航點和降落等。5返航模式當切換到返航模式時，返回解鎖前的位置并降落。返航前，無人機會先飛到至少15m的高度，如果當前高度高于15m，則直接保持當前高度返航。6繞圈模式無人機圍繞指定位置旋轉，無人機機頭方向始終對準目標。遙控器可實時改變圓心和高度，但不能降落，圓的半徑可以通過高級參數(shù)設置進行修改。7引導模式引導模式也稱為指點飛行模式，此模式需要地面站軟件和無人機之間進行通信。在任務規(guī)劃器軟件地圖界面，會提示輸入一個高度，然后無人機將飛到指定位置和高度并保持懸停。8跟隨模式地面站設備需要包含GPS模塊和數(shù)傳模塊，收到指令后無人機將跟隨地面站指令飛行。9自穩(wěn)模式無人機將自動保持水平狀態(tài)并且維持目前飛行朝向;和運動模式不同的是，無人機滾轉和升降控制姿態(tài)角度更小，通常無法偏轉超過45°。10特技模式也稱為手動模式，基于速率控制，僅維持遙控器與無人機之間最直接的控制關系。就像沒有安裝飛控的無人機，需要持續(xù)不斷地手動修正調整。飛控接口的名稱與功能飛控的接口名稱不同，作用也不相同。這里以Pixhawk飛控接口為例。通用接口有：電源接口、接收機接口、GPS接口、USB調參接口等。LED指示燈含義LED指示燈類型LED指示燈名稱LED指示燈狀態(tài)含義FMUPWR飛控板供電正常時，此燈常亮B/E飛控板處理器指示燈，正常時閃爍，錯誤時常亮I/OPWR電調供電正常時，此燈常亮B/E輸入輸出處理器指示燈，正常時閃爍，錯誤時常亮ACT輸入輸出一切正常時常亮飛控指示燈含義飛控指示燈狀態(tài)飛控指示燈含義紅燈和藍燈閃初始化中，請稍等；陀螺儀初始化黃燈雙閃錯誤，系統(tǒng)拒絕解鎖；解鎖前檢查失敗藍燈閃已加鎖，GPS搜星中，自動導航，懸停，還有返回出發(fā)點模式需要GPS鎖定；加鎖，未發(fā)現(xiàn)GPS鎖定綠燈閃已加鎖，GPS鎖定已獲得。準備解鎖；從加鎖狀態(tài)解鎖時，會有快速的兩次響聲提示。加鎖，獲得GPS鎖定（加鎖時還會伴隨快速雙響）綠燈長亮加單次長響GPS鎖定并且解鎖，準備起飛；解鎖，獲得GPS鎖定（解鎖時還會伴隨一聲長響）藍燈常亮解鎖沒有GPS鎖定黃燈閃遙控故障保護被激活；電臺故障保護激活黃燈閃加快速重復響電池故障保護被激活黃燈藍燈閃加高-高-高-低響GPS數(shù)據異?；蛘逩PS故障保護被激活無人機地面控制站主要功能是遠程控制無人機自主完成飛行任務，一般包括任務規(guī)劃、任務實施、任務更改、任務回放、實時監(jiān)測等功能。地面站功能地面站作為無人機系統(tǒng)的指揮中心，其控制范圍包括飛行器飛行姿態(tài)、飛行航跡、任務載荷功能、通信鏈路上下行以及飛行器發(fā)射和回收。地面站簡介地面站與調參軟件飛控固件是指飛控內主控計算機運行的程序文件。本任務中常見的飛控固件有Ardupilot固件和PX4固件等。飛控固件簡介不同的飛控固件，獲取方式也不相同。獲取方法一般有兩種，一種是地面站獲取，一種是網頁獲取。飛控固件獲取飛控固件飛控固件加速度計校準方法：不同飛控的加速度計校準方法大體相同。一般均需要按照地面站提示，進行加速度計多個位置角度的校準。本任務中所使用的飛控加速度計校準步驟為：開始校準→將飛控水平放置→左側朝上→右側朝上→機頭朝下→機頭朝上→正面朝下→完成校準。加速度計校準磁羅盤校準方法：飛控磁羅盤校準方法大體相同。一般會根據地面站提示，將飛控與GPS方向保持一致，然后分別繞滾轉軸、俯仰軸、航向軸轉動，直至校準完成。磁羅盤校準失控保護為保證飛行安全，飛控一般均具備失控保護功能。當觸發(fā)失控保護后，無人機將按照預設程序執(zhí)行返航或者降落等指令。失控保護功能一般在控制信號丟失后觸發(fā)。根據之前講解的多旋翼無人機飛控基礎知識，每4人一組，每位同學都回憶一下，總結列出飛控系統(tǒng)組成，飛行模式，燈語含義，加速度計和磁羅盤校準方法等。小組討論隨堂互動多旋翼無人機飛控系統(tǒng)組裝調試任務實施任務實施1.檢查飛控組裝調試的物料是否齊備，詳見《任務實施檢查單》；2.檢查多旋翼無人機飛控各部件外觀是否損壞；3.觀看微課視頻，學習多旋翼無人機飛控組裝調試操作。任務準備班級姓名學號組號組長指導教師小組成員姓名：學號：任務分配成員1成員2成員3成員4序號名稱型號/材質數(shù)量是否齊全1飛控PIXHAWK2.4.81個是否2內存卡Type-A1張是否3GPS——1個是否4蜂鳴器——1個是否5遙控器——1個是否6接收機AT9Spro1個是否7電腦——1臺是否8數(shù)據線Type-A1根是否任務操作步驟表操作階段序號操作步驟名稱飛控接線與電腦連接1飛控接線2地面站軟件安裝3飛控與電腦連接4固件下載與升級5飛控初始化飛控參數(shù)校準6加速度計校準7磁羅盤校準8遙控器校準飛控參數(shù)設置9飛行模式選擇10失控保護設置飛控裝調檢查11飛控裝調檢查將GPS模塊連接至飛控將蜂鳴器連接至飛控步驟1：飛控接線進入MP地面站官網（/planner/）下載程序，本次使用地面站版本為1.3.77。地面站軟件下載打開下載好的安裝包，按照步驟勾選“默認”選框，然后點擊“下一步”即可，直到安裝成功，如圖1-4-6b所示，生成桌面快捷方式，雙擊即可打開地面站軟件。地面站軟件安裝步驟2：地面站軟件安裝⑥點擊“連接”按鈕，顯示連接成功（連接按鈕顯示綠色，綜合儀表盤有數(shù)據和地平線的變化）。⑤選擇波特率（電腦飛控用數(shù)據線直連選擇115200，數(shù)傳連接選擇57600）。②將SD卡插入飛控。①打開地面站軟件。步驟3：飛控與電腦連接③使用Type-A數(shù)據線將飛控連接至電腦（接收機、GPS模塊、安全開關亮燈）。④選擇端口號（確保端口正常識別）。010203040506波特率表示單位時間內傳送的碼元符號個數(shù)，它是對符號傳輸速率的一種度量，用單位時間內載波調制狀態(tài)改變的次數(shù)來表示。波特率若無法識別端口，需要安裝驅動程序。下載驅動精靈軟件，電腦連接飛控后打開驅動精靈，軟件會自動查找缺失的驅動程序，找到后進行安裝即可。端口識別飛控連接知識拓展—飛控與電腦連接注意事項步驟4：固件下載與升級序號操作步驟1斷開連接；2初始設置；3安裝固件；4選擇“四旋翼模型”，點擊“升級”選框；5在彈窗上點擊“Yes”（您確認要升級到ArduCopterV4.1.5Quad嗎？）；6在彈窗上點擊“NO”（IsthisaCubeBlack）。注意，當提示“IsthisaCubeBlack”時一定要點擊“No”,不可以點擊“yes”，因為pixhawk不屬于CubeBlack；7在彈窗上點“NO”（ISthisalinuxboard?）；8在彈窗上點擊“NO”（UploadChibios）；9固件升級完成；10檢查確認，查看版本號。4.飛控插入電腦后會出現(xiàn)端口號，稍后消失后會再次出現(xiàn)。如果在端口消失時點擊刷入固件，可能會提示找不到端口號。遇到這種情況，可以等待端口穩(wěn)定后再進行刷寫。3.刷寫固件前，請拔掉SD卡，等刷寫成功后將飛控斷電，再插入SD卡。2.電腦不能使用XP系統(tǒng)，因XP系統(tǒng)只能安裝低版本地面站，可能導致固件無法正常刷寫。1.刷寫固件時最好選擇最新版本，否則可能導致固件刷寫失敗。知識拓展—固件下載與升級注意事項5.刷寫已寫入的固件是無法成功的。點擊“初始設置”點擊“必要硬件”點擊“機架類型”選擇“四旋翼”步驟5：飛控初始化選擇“X型機架”3.點擊“加速度計校準”1.點擊“初始設置”2.點擊“必要硬件”5.校準成功6.校準水平：飛控水平放置，點擊“校準水平”步驟6：加速度計校準7.檢查加速度計是否校準成功4.按照提示校準飛控的6個面序號加速度計校準操作1飛控水平放置2飛控左側朝上3飛控右側朝上4飛控機頭朝下5飛控機頭朝上6飛控正面朝下步驟7：磁羅盤校準序號操作步驟1點擊“初始設置”2點擊“必要硬件”；3點擊“磁羅盤”；4磁羅盤#1是GPS外置羅盤，勾選“使用這個磁羅盤”、勾選“外部安裝”，然后在下拉菜單內選擇“NONE”；5磁羅盤#2是飛控內置羅盤，不勾選“使用這個磁羅盤”，就是只使用外置羅盤，不使用內置羅盤；只使用外置羅盤的好處是，外置羅盤不容易受干擾；6點擊“開始”按鈕，會出現(xiàn)進度條前進，mag1是GPS模塊的外置羅盤；7校準磁羅盤（飛控與GPS模塊重疊在一起且方向一致，分別繞飛控的滾轉軸、俯仰軸、航向軸方向轉動飛控，直到進度條走完）；8重新上電；9檢查：飛行數(shù)據-綜合儀表盤用杜邦線將接收機S-BUS接口與飛控RC接口連接，連接時注意線序遙控器和接收機開機狀態(tài)下，確認接收機為S-BUS輸出模式后，長按接收機對頻按鈕，燈光閃爍，等待幾秒后燈光常亮，則表示對頻成功步驟8：遙控器校準—接收機對頻3.點擊“遙控器校準”1.點擊“初始設置”2.點擊“必要硬件”5.點擊“校準遙控”，將設置的搖桿和通道都打到行程極限6.油門通道保持低位步驟8：遙控器校準—具體過程7.完成校準4.檢查遙控器舵向和飛控反饋一致點擊“初始設置”點擊“必要硬件”點擊“飛行模式”切換遙控器飛行模式開關步驟9：飛行模式選擇

保存模式步驟10：失控保護設置序號操作步驟1點擊“初始設置”2點擊“必要硬件”；3點擊“故障保護”；4選擇“EnabledalwaysRTL”（啟用RTL）5遙控器設置：先將三通道微調打到最低且油門搖桿最低位；進入失控保護三通道,F/S長按“push鍵”，記錄此時油門位置；然后退回主界面將三通道微歸零6設置故障保護：遙控器打開，油門最低時記錄界面顯示的脈寬值（一般為脈寬1000+），然后將遙控器關閉記錄界面顯示的脈寬值（一般為脈寬910±），將故障保護PWM設置為9757測試失控保護：先使用遙控器解鎖飛控，然后輕推油門，之后關閉遙控器，在軟件界面上查看故障保護功能是否觸發(fā)檢查固件版本是否刷入正確：找到儀表盤下方“信息”按鈕，點擊“信息”按鈕，查看固件版本。檢查加速度計是否校準成功：飛控放置水平，綜合儀表盤水平，晃動飛控綜合儀表盤與反饋方向是否一致。檢查飛控接線是否正確規(guī)范：飛控是否安裝牢固，接線是否符合規(guī)范。檢查飛控初始化設置是否正確：機型，機架類型是否設置成功。步驟11：飛控系統(tǒng)裝調檢查（上）檢查遙控器是否校準成功：檢查遙控器通道邏輯和飛控舵量顯示是否一致：檢查遙控器失控保護是否設置正確：先解鎖，然后輕推油門，之后關閉遙控器，最后打開遙控，切換一下飛行模式。檢查磁羅盤是否校準成功：檢查地面站軟件界面的綜合儀表盤，顯示的飛行數(shù)據是否正常。檢查飛行模式是否選擇正確：切換遙控器5通道開關到低、中位，地面站高亮欄是否為Althold；開關到高位，地面站高亮欄是否為Loiter步驟11：飛控系統(tǒng)裝調檢查（下）

在了解多旋翼無人機飛控系統(tǒng)各部件組成及功能，掌握多旋翼無人機常見飛控系統(tǒng)使用的基礎上。檢查多旋翼無人機飛控系統(tǒng)組裝調試的物料是否齊備，檢查各裝調部件外觀是否有損壞，并填寫《任務實施檢查單》。在確保物料齊備和部件完好的后，嚴格按照組裝調試標準工藝流程，完成多旋翼無人機飛控系統(tǒng)的組裝調試工作。實訓練習任務實施評價序號實施流程操作內容要點是否完成1飛控接線是否安裝牢固，接線是否規(guī)范。是否2地面站軟件安裝地面站是否安裝成功，軟件能否正常打開。是否3飛控與電腦連接飛控連接地面站，連接按鈕是否顯示綠色，綜合儀表盤是否有數(shù)據，地平線是否有變化。是否4固件下載與升級找到儀表盤下方“信息”按鈕，點擊“信息”按鈕，查看固件版本。固件下載與升級版本是否成功并對應。是否5飛控初始化機型，機架類型是否設置成功。是否6加速度計校準飛控放置水平，綜合儀表盤水平，晃動飛控綜合儀表盤與反饋方向是否一致。是否7磁羅盤校準檢查地面站軟件界面的綜合儀表盤，顯示的飛行數(shù)據是否正常。是否8遙控器校準檢查遙控器舵向和飛控反饋是否一致：升降舵推桿，地面站升降舵讀條向下為正常；油門舵推桿，地面站油門舵讀條向上為正常；副翼和方向舵推桿，左右均與地面站對應顯示是否對應。是否9飛行模式選擇切換遙控器5通道開關到低位，地面站高亮欄是否選擇Althold（定高模式）；切換遙控器5通道開關到中位，地面站高亮欄是否選擇Althold（定高模式）；切換遙控器5通道開關到高位，地面站高亮欄是否選擇Loiter（留待模式）。是否10失控保護設置先解鎖，然后輕推油門，之后關閉遙控器。（故障保護顯示返航，室內顯示降落）。是否11飛控裝調檢查逐一檢查飛控安裝，地面站安裝，飛控識別電腦，飛控初始化，加速度計校準，磁羅盤校準，遙控器校準，飛行模型選擇，失控保