如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)懸停姿態(tài)模式？
時(shí)間: 2020-06-23 11:55:15
當(dāng)然，GPS也可以提供高度信息，但對(duì)于主流的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，更傾向于使用氣壓計(jì)，因?yàn)榈统杀镜腉PS的數(shù)據(jù)刷新率太低，在高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候數(shù)據(jù)滯后會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)高度跌落。除了GPS模式來(lái)定位外，無(wú)人機(jī)還有一種“姿態(tài)模式”，依靠的是內(nèi)部的IMU（慣性測(cè)量單元，實(shí)際上就是一組陀螺儀+加速度計(jì)傳感器）來(lái)識(shí)別自身的飛行狀態(tài)和相對(duì)位移。 如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)懸停姿態(tài)模式？智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)消除外界干擾通過(guò)各種傳感器知道自己的高度與水平位置之后，無(wú)人機(jī)要如何懸停在這個(gè)預(yù)設(shè)的位置上呢？這其實(shí)就是一套負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)（意思就是偏離預(yù)設(shè)值就自動(dòng)調(diào)整回來(lái)）。以GPS模式為例，當(dāng)無(wú)人機(jī)受到外界影響，高度有升高或者降低的趨勢(shì)時(shí)，控制單元就調(diào)節(jié)馬達(dá)的功率進(jìn)行反方向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；如果無(wú)人機(jī)有被風(fēng)橫向吹離懸停位置的趨勢(shì)，控制單元可以啟動(dòng)側(cè)飛模式與之抵消——這些反應(yīng)都是比較快的，只要外界影響不是大得離譜（專(zhuān)業(yè)多軸無(wú)人機(jī)一般抗四級(jí)風(fēng)沒(méi)有問(wèn)題），專(zhuān)業(yè)的無(wú)人機(jī)都可以應(yīng)付，你所看到的就是它穩(wěn)穩(wěn)地定在那里沒(méi)有動(dòng)。 如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)懸停姿態(tài)模式？在天氣不是很好，GPS搜星困難的時(shí)候，姿態(tài)模式就派上用場(chǎng)了。依靠無(wú)人機(jī)內(nèi)部的IMU單元，系統(tǒng)可以識(shí)別當(dāng)前的飛行姿態(tài)，進(jìn)行自動(dòng)平衡補(bǔ)償，同樣可以實(shí)現(xiàn)高度和水平位置的鎖定。無(wú)人機(jī)懸停精度如何？一般來(lái)說(shuō)，萬(wàn)元以下的發(fā)燒玩家級(jí)無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)誤差在垂直0.8米、水平2.5米精度范圍內(nèi)自動(dòng)懸停，其他機(jī)型的懸停精度在產(chǎn)品參數(shù)表中都有標(biāo)明。當(dāng)然，這個(gè)級(jí)別的無(wú)人機(jī)也具備“專(zhuān)家模式”，你可以通過(guò)手動(dòng)來(lái)進(jìn)行高精度的微調(diào)。2000元級(jí)的無(wú)人機(jī)也有帶GPS系統(tǒng)的機(jī)型，可以實(shí)現(xiàn)智能懸停，當(dāng)然穩(wěn)定性會(huì)比發(fā)燒級(jí)要差一些；800——1000元級(jí)別的機(jī)型，一般還是可以依靠IMU單元來(lái)實(shí)現(xiàn)懸停，精度和穩(wěn)定度則更差一些；至于更入門(mén)的娛樂(lè)機(jī)型——就只能靠你靈巧的雙手來(lái)穩(wěn)住了。 大疆的“悟”系列可以在沒(méi)有GPS信號(hào)的室內(nèi)通過(guò)“視覺(jué)定位”實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)懸停。 如何實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)懸停姿態(tài)模式？無(wú)人機(jī)得知道自己在三維空間里的坐標(biāo)，也就是知道自己在哪兒，才能找到需要懸停的位置，而這個(gè)坐標(biāo)是靠GPS、氣壓計(jì)或者是超聲波傳感器、攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的。GPS就很好理解了，大家都用過(guò)手機(jī)的GPS導(dǎo)航，無(wú)人機(jī)也一樣，可以方便地通過(guò)GPS讀數(shù)來(lái)了解自己所處的水平坐標(biāo)。除了水平坐標(biāo)，還需要一個(gè)高度值才能確定無(wú)人機(jī)懸停的位置。雖然GPS也可以讀取高度參數(shù)，但數(shù)據(jù)刷新率不夠理想，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)高度掉落，所以現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)無(wú)人機(jī)一般都采用氣壓計(jì)來(lái)讀取高度參數(shù)（原理很簡(jiǎn)單，大氣壓是隨高度變化而變化的）。剩下的事就交給飛控了，它會(huì)通過(guò)負(fù)反饋（高了就調(diào)低，遠(yuǎn)了就調(diào)近）的自動(dòng)控制方式來(lái)讓無(wú)人機(jī)穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的坐標(biāo)點(diǎn)上進(jìn)行懸停。另外，如果沒(méi)有GPS信號(hào)（天氣不好，搜不到衛(wèi)星的情況也比較常見(jiàn)），無(wú)人機(jī)也可以依靠自身的IMU（慣性單元）來(lái)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)飛控模式，憑借飛控員的手動(dòng)操作，讓它到達(dá)預(yù)定位置進(jìn)行懸停。大疆的“悟”系列高端產(chǎn)品在沒(méi)有GPS信號(hào)的室內(nèi)可以通過(guò)超聲波傳感器和攝像頭進(jìn)行“視覺(jué)定位”，在同類(lèi)產(chǎn)品中比較突出。而懸停精度方面，像大疆精靈2這類(lèi)產(chǎn)品水平精度可達(dá)2.5m，垂直精度可達(dá)0.8m（最高端的“悟”系列也只是把垂直精度提升到了0.5m）超聲測(cè)距通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。這與雷達(dá)測(cè)距原理相似。 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。(超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即:s=340t/2)超聲波指向性強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物 位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移 動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。為了使移動(dòng)機(jī)器人能自動(dòng)避障行走，就必須裝備測(cè)距系統(tǒng)，以使其及時(shí)獲取距障礙物的距離信息(距離和方向)。本文所介紹的三方向(前、左、右)超聲波測(cè)距系統(tǒng)，就是為機(jī)器人了解其前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境而提供一個(gè)運(yùn)動(dòng)距離信息。為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi):一 類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等;機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生 的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。GPS如何定位水平位置和垂直高度？GPS定位，實(shí)際上就是通過(guò)四顆已知位置的衛(wèi)星來(lái)確定GPS接收器的位置。GPS接收器為當(dāng)前要確定位置的設(shè)備，衛(wèi)星1、2、3、4為本次定位要用到的四顆衛(wèi)星: ??Position1、Position2、Position3、Position4分別為四顆衛(wèi)星的當(dāng)前位置（空間坐標(biāo)），已知d1、d2、d3、d4分別為四顆衛(wèi)星到要定位的GPS接收器的距離1、位置信息從哪里來(lái)？實(shí)際上，運(yùn)行于宇宙空間的GPS衛(wèi)星，每一個(gè)都在時(shí)刻不停地通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)向全世界廣播自己的當(dāng)前位置坐標(biāo)信息。任何一個(gè)GPS接收器都可以通過(guò)天線(xiàn)很輕松地接收到這些信息，并且能夠讀懂這些信息（這其實(shí)也是每一個(gè)GPS芯片的核心功能之一）。這就是這些位置信息的來(lái)源。