[铁血开放平台]四轴团队

欧阳国生简介


热爱各类硬件DIY,
项目和硬件开发经验:
  AutoCAD、3Ds Max:熟练使用AutoCAD设计翼型,3DsMAX建模,挑战杯作品“夸父”太阳能飞翼。
  51单片机:51开发板实现航模飞机自动稳定。
  AVR、Arduino:热爱航模,研发各类航模应用2年,自学机器人自动控制,姿态控制。
其组建的“四轴”团队使用ardupilot mega开发板二次开发航拍无人机、空中机器人。

现担任1015航天爱好者协会北院会长

以及 信息科学协会的技术指导

         

 

研发核心团队简介

 

太阳能系是能源的先头兵,而我们“四轴”团队,便是社团中,新型无人机的带头人。我们南理1015学子不甘为人后,组成团队,努力研究。经一年固定翼的理论知识积累和实际测试,我们取得了不小的成功。今年是中国的四轴元年,在年末,我们有幸赶上这班车。目前我们自主开发的四轴无人机已实现半无人飞行,仅需协助它起飞降落,空中自动控制,脱离遥控实现无人驾驶。

未来新的2012年,我们将继续开发固定翼,六轴、八轴无人机,向着无人机实用化,微型化发展。

 

 

核心团队成员分工

    欧阳国生(自动控制系统编程,无线视频、数据传输系统开发)  

    杨嘉贺、辛可诚(飞行控制和调试)

    马紫龙(三维建模,机体数控加工)

    王以标、黄志刚(机体测试及改造)

    吴保啊(视频录制及后期处理,网络推广)

 

 

 

目前我们研究小组所达到高度

 

· 无人自动控制飞行,包括指点飞行和自动驾驶。飞机上天后不用担心控制,我们只需要在地面站上告诉你想去的地方,无人机将进行计算并自动飞向目标。无论飞多高,多远,单片机会根据传感器的数据计算自己的方位和姿态,自动驾驶!在这半年内,我们的固定翼无人机已经进行了100多个起落测试,充分证明自动飞行可靠实用。通过进一步硬件升级和编程调试,无人机将能实现自动降落,空中避障,空投等实用功能。

· 通过无线视频传输,我们就可以实时在地面饱览飞机上的景色。无论飞机飞多高,多远,地面站笔记本就可完成遥测,这将对灾情搜救,航拍侦查十分有利! 我们已用固定机翼无人机为英雄校区和北院做了测试性航拍,效果很理想。想必在增加高清摄像头后,搭载在新研发的四轴飞行器上,航拍效果定会更上一层。

 

· 新研制的四轴无人机可以垂直起降、贴地飞行、悬停、旋转和平飞。无人机将自动调整高度来适应地形。只要地面站给一个命令,四轴将根据GPS气压计自动悬停。 上图为悬停时英雄校区神箭广场航拍。

 

 

· 地面站的指点飞行。我们可以通过地面站程序,加载谷歌地图,在地图定出我们需要无人机到达的3航点,无人机就可以执行地面站给出的命令。 上图为我们多次在北院测试的航点,无人机执行航点命令是绕着这个正方形飞行。

· 一站式地面控制系统。笔记本作为地面控制站平台,集成无线视频信号接收模块、无线数据传输模块、电源管理系统,真正做到一站式单人操作地面控制。目前地面站由于缺乏资金改造,外形十分简陋,外带出校外不便。

· 硬件上采用国外先进的无人机开发板和软件上arduno通用可编程语言开发,兼容行业领先的机器人标准,例如 Willow Garages's 机器人操作系统和 MAVLink 通信协议。这就保证我们开发的无人机将继续处于航空机器人的前沿,从多无人机集群到人工智能控制和最新的Android便携设备。当我们需要把开发系统大批量做成产品时,就可以从开发板快速转化为产品。

 

 

 

 

 

 

    

 

 

机载太阳能方面发展与展望

 

    针对电池提供电力续航能力较弱的问题,我研究小组开始着手普通电池与太阳能电池并联供电的研究。虽然使用成本较高,但相信飞行器的部分能源使用太阳能取代化石燃料已成为一种大方向,未来发展的趋势,更是符合我们“绿色、创新”的研究宗旨。

   其实目前我组所研究四周飞行器有一致命缺陷——即电池如发生意外断电必然完全随坏飞机。所以我组仍准备着手将太阳能电池作为副输出方式,太阳能提供维持机身悬停的电力,即无需普通电池飞机也可从高空缓慢降落。既可以保证飞机的安全,,也可以大力加强续航能力,从而达到长久航拍的目的。

 

 

待解决的困难

 

1控制半径。我们已开始着手研究Zigbee数据传输方式,把无人机上面的数据传输回地面站进行计算,减少无人机单片机计算压力,同时可利用数传设备直接实现遥测和操控,脱离航模遥控。但一直犹豫资金问题,购买的都是低廉国产设备,往往测试效果不如意。   

 2无人机续航能力。众所周知,电池在机动车上长期无法取代化石燃料的地位的最大原因便是,电池耗电快,充电慢。绿色,却无法保证续航。太阳能电池板是一个好选择,我也身处太阳能系,正好是给我们研究的机会。但如果考虑以后包括量产等一系列问题,昂贵的成本是一个难题。

    3、安全问题。航模的螺旋桨是操控失误的安全杀手,而我们四轴具有四个螺旋桨,上下无法封闭,封闭左右会引起空气动力等一系列问题,有待解决。

4、设备问题。由于财力,无法购置高像素摄像头与超声波传感器。其实我们的无人机技术已经达到完全无人机的技术,只需一台超声波传感器,便可实现自动起降,也就是真正意义的简单无人机。其实我组研究的飞行器已经很稳定,即飞控增稳。可由于资金问题,暂时无法购置高性能航拍摄像头和数传,但相信以后,我们的航拍将会飞得更远,更久,更清晰!

 

 

研究发展方向

能源系统改进

在一开始我们就在考虑呢如何增强续航能力。使用低能耗电机、高效率桨叶,制作更高效的电源转换模块,减轻机身重量,飞碟流线型,减小机体与空气接触面积减小阻力,等等。改进无人机的电能使用效率效果良好。

另一个方案是采用可持续功能的能源,太阳能对于无人机来说简直是不二之选。高空无遮挡阳光,太阳能板又可以飞机负载,所以由此萌生的挑战杯课题就往太阳能长航时飞行器发展,最后获得省级二等奖。现在技术可以直接运用,应用到无人机上,发展出长航时无人机。

    

高性能航拍。我们已用固定翼飞机为北院和英雄进行了简单航拍(有视屏)但由于技术和设备上的不足,视频仍然不够清晰。但我们已经做到了最好,画面虽不够清晰,却已达到了平稳的地步。

    

远距离数据传输。可靠数传系统,实现完整功能的无人机,即自行起飞降落,远程设置飞行高度。

 

更稳定可靠无人驾驶。编程算法改进并加入更多传感器实现惯性导航。相对于GPS这种外部导航,惯导是种内部导航方式误差比较大,以前洲际导弹目标误差可以有500米,但是近日的发生的事件令我们有了新的想法,伊朗通过利用美军无人机GPS导航系统存在缺陷,将一架美国Q-170“哨兵无人机指引至伊朗领土。无人机飞行中常常丢失GPS信号,这给我们敲响了警钟,不能过分依赖GPS

 

 

安全性和美观化改造,通过给旋翼增加涵道等结构提高飞行器的抗风能力,增大升力,且可防止旋翼与环境障碍发生碰撞,提高其安全性和美观性。

 

机械手臂。四轴的稳定性无需再介绍,假如加上了机械手臂,是否可以做更多的事情呢?无需多说,实践高于理论,望诸位领导拭目以待!

 

 

posted on 2012-02-10 22:04  信息科学-腾讯校园之星协会联盟(ISA-TCS)  阅读(1739)  评论(1编辑  收藏  举报