所謂開源飛控就是建立在開源思想基礎上的飛行自主控制器專案(Open Source AutoPilot),同時包含開源軟體和開源硬體,而軟體則包含飛控硬體中的韌體和地面站軟體。
一 開源飛控發展第一代開源飛控系統使用Arduino或其他類似開源電子平臺為基礎,擴充套件連線各種MEMS感測器,能夠讓無人機能平穩地飛起來。
主要特點是模組化和可擴充套件能力。
第二代開源飛控系統大多擁有自己的開源硬體、開發環境和社群,採用全整合的硬體架構。
主要特點是高度整合、高可靠,其功能已經接近商業自動駕駛儀
第三代開源飛控系統將會在軟體、人工智慧以及雲應用方面進行革新。加入叢集飛行、影象識別、自主避障、自動跟蹤飛行等高階飛行功能,向機器視覺、叢集化、開發過程平臺化的方向發展。
二 開源飛控介紹Arduino飛控
Arduino 是最早的開源飛控,由Massimo Banzi、David Cuartielles、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis 和 Nicholas Zambetti於2005年在義大利互動設計學院合作開發而成。Arduino公司首先為電子開發愛好者搭建了一個靈活的開源硬體平臺和開發環境,使用者可以從Arduino官方網站取得硬體的設計文件,調整電路板及元件,以符合自己實際設計的需要。
Arduino可以通過與其配套的Arduino IDE軟體檢視原始碼並上傳自己編寫的程式碼,Arduino IDE使用的是基於C語言和C++的Arduino語言,十分容易掌握,並且Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OSX和Linux三大主流作業系統上執行。
隨著該平臺逐漸被愛好者所接受,各種功能的電子擴充套件模組層出不窮,其中最為複雜的便是集成了MEMS感測器的飛行控制器。為了得到更好的飛控設計原始碼,Arduino公司決定開放其飛控原始碼,他們開啟了開源飛控的發展道路。著名的開源飛控WMC和APM都是Arduino飛控的直接衍生產品,至今仍然使用Arduino開發環境進行開發。
APM飛控
APM(ArduPilotMega)是在2007年由DIY無人機社群(DIY Drones)推出的飛控產品,是當今最為成熟的開源硬體專案。APM基於Arduino的開源平臺,對多處硬體做出了改進,包括加速度計、陀螺儀和磁力計組合慣性測量單元(IMU)。由於APM良好的可定製性,APM在全球航模愛好者範圍內迅速傳播開來。通過開源軟體Mission Planner,開發者可以配置APM的設定,接受並顯示感測器的資料,使用google map 完成自動駕駛等功能,但是Mission Planner僅支援windows作業系統。
目前APM飛控已經成為開源飛控成熟的標杆,可支援多旋翼、固定翼、直升機和無人駕駛車等無人裝置。針對多旋翼,APM飛控支援各種四、六、八軸產品,並且連線外接GPS感測器以後能夠增穩,並完成自主起降、自主航線飛行、回家、定高、定點等豐富的飛航模式。APM能夠連線外接的超聲波感測器和光流感測器,在室內實現定高和定點飛行。
PX4和PIXHAWK
PX4是一個軟硬體開源專案(遵守BSD協議),目的在於為學術、愛好和工業團體提供一款低成本、高效能的高階自駕儀。
這個專案源於蘇黎世聯邦理工大學的計算機視覺與幾何實驗室、自主系統實驗室和自動控制實驗室的PIXHawk專案。PX4FMU自駕儀模組執行高效的實時作業系統(RTOS),Nuttx提供可移植作業系統介面(POSIX)型別的環境,軟體可以使用USB bootloader更新。
PX4通過MAVLink同地面站通訊,相容的地面站有QGroundControl和Mission Planner,軟體全部開源且遵守BSD協議。
由3DR聯合APM小組與PX4小組於2014年推出的PIXHawk飛控是PX4飛控的升級版本,擁有PX4和APM兩套韌體和相應的地面站軟體。該飛控是目前全世界開源飛控產品中硬體規格最高的產品,也是當前愛好者手中最炙手可熱的產品。
PIXHawk擁有168MHz的運算頻率,並突破性地採用了整合硬體浮點運算核心的Cortex-M4的微控制器作為主控晶片,內建兩套陀螺和加速度計MEMS感測器,互為補充矯正,內建三軸磁場感測器並可以外接一個三軸磁場感測器,同時可外接一主一備兩個GPS感測器,在故障時自動切換。
基於其高速運算的核心和浮點演算法,PIXHawk使用最先進的定高演算法,可以僅憑氣壓高度計便將飛行器高度固定在1米以內。它支援目前幾乎所有的多旋翼型別,甚至包括三旋翼和H4這樣結構不規則的產品。它使飛行器擁有多種飛航模式,支援全自主航線、關鍵點圍繞、滑鼠引導、“FollowMe”、等高階的飛航模式,並能夠完成自主調參。
PIXHawk飛控的開放性非常好,幾百項引數全部開放給玩家調整,靠基礎模式簡單除錯後亦可飛行。PIXHawk整合多種電子地圖,愛好者們可以根據當地情況進行選擇。
Openpilot
OpenPilot是由OpenPilot社群於2009年推出的自動駕駛儀專案,旨在為社會提供低成本但功能強大的穩定型自動駕駛儀。這個專案由兩部分組成,包括OpenPilot自駕儀與其相配套的軟體。其中,自駕儀的韌體部分由C語言編寫,而地面站則用C++編寫,並可在Windows、Macintosh OSX和Linux三大主流作業系統上執行。
OpenPilot的最大特點是硬體架構非常簡單,從它目前擁有的眾多硬體設計就可以看出其與眾不同之處。官方釋出的飛控硬體包括CC、CC3D、ATOM、Revolution、Revolution nano等,衍生硬體包括Sparky、Quanton、REVOMINI等,甚至包含直接使用STM32開發板擴充套件而成的FlyingF3、FlyingF4、DescoveryF4等,其中CC3D已經是300mm以下軸距穿越機和超小室內航模的首選飛控,而DiscoveryF4被大量用於愛好者研究飛控,Quanton更是成為了Taulabs的首選硬體。
Multiwiicopter
Multi Wii Copter(MWC)飛控是一款典型的Arduino衍生產品,是專為多旋翼開發的低成本飛控,它完整地保留了Arduino IDE開發和Arduino裝置升級和使用的方法。由於成本低、架構簡單、韌體比較成熟,因此該飛控在國內外擁有大量愛好者。除了支援常見的四、六、八旋翼以外,該飛控的最大特點是支援很多奇特的飛行器型別,比如三旋翼、阿凡達飛行器(BIcopter avatar style)、Y4型多旋翼(其中兩軸為上下對置)等,使得該飛控的開發趣味性較強,容易博得大家的喜愛。
APM(ArduPilotMega)是在2007年由DIY無人機社群(DIY Drones)推出的飛控產品,是當今最為成熟的開源硬體專案。APM基於Arduino的開源平臺,對多處硬體做出了改進,包括加速度計、陀螺儀和磁力計組合慣性測量單元(IMU)。由於APM良好的可定製性,APM在全球航模愛好者範圍內迅速傳播開來。通過開源軟體Mission Planner,開發者可以配置APM的設定,接受並顯示感測器的資料,使用google map 完成自動駕駛等功能,但是Mission Planner僅支援windows作業系統。
目前APM飛控已經成為開源飛控成熟的標杆,可支援多旋翼、固定翼、直升機和無人駕駛車等無人裝置。針對多旋翼,APM飛控支援各種四、六、八軸產品,並且連線外接GPS感測器以後能夠增穩,並完成自主起降、自主航線飛行、回家、定高、定點等豐富的飛航模式。APM能夠連線外接的超聲波感測器和光流感測器,在室內實現定高和定點飛行。
PX4和PIXHAWK
PX4是一個軟硬體開源專案(遵守BSD協議),目的在於為學術、愛好和工業團體提供一款低成本、高效能的高階自駕儀。
這個專案源於蘇黎世聯邦理工大學的計算機視覺與幾何實驗室、自主系統實驗室和自動控制實驗室的PIXHawk專案。PX4FMU自駕儀模組執行高效的實時作業系統(RTOS),Nuttx提供可移植作業系統介面(POSIX)型別的環境,軟體可以使用USB bootloader更新。
PX4通過MAVLink同地面站通訊,相容的地面站有QGroundControl和Mission Planner,軟體全部開源且遵守BSD協議。
由3DR聯合APM小組與PX4小組於2014年推出的PIXHawk飛控是PX4飛控的升級版本,擁有PX4和APM兩套韌體和相應的地面站軟體。該飛控是目前全世界開源飛控產品中硬體規格最高的產品,也是當前愛好者手中最炙手可熱的產品。
PIXHawk擁有168MHz的運算頻率,並突破性地採用了整合硬體浮點運算核心的Cortex-M4的微控制器作為主控晶片,內建兩套陀螺和加速度計MEMS感測器,互為補充矯正,內建三軸磁場感測器並可以外接一個三軸磁場感測器,同時可外接一主一備兩個GPS感測器,在故障時自動切換。
基於其高速運算的核心和浮點演算法,PIXHawk使用最先進的定高演算法,可以僅憑氣壓高度計便將飛行器高度固定在1米以內。它支援目前幾乎所有的多旋翼型別,甚至包括三旋翼和H4這樣結構不規則的產品。它使飛行器擁有多種飛航模式,支援全自主航線、關鍵點圍繞、滑鼠引導、“FollowMe”、等高階的飛航模式,並能夠完成自主調參。
PIXHawk飛控的開放性非常好,幾百項引數全部開放給玩家調整,靠基礎模式簡單除錯後亦可飛行。PIXHawk整合多種電子地圖,愛好者們可以根據當地情況進行選擇。
Openpilot
OpenPilot是由OpenPilot社群於2009年推出的自動駕駛儀專案,旨在為社會提供低成本但功能強大的穩定型自動駕駛儀。這個專案由兩部分組成,包括OpenPilot自駕儀與其相配套的軟體。其中,自駕儀的韌體部分由C語言編寫,而地面站則用C++編寫,並可在Windows、Macintosh OSX和Linux三大主流作業系統上執行。
OpenPilot的最大特點是硬體架構非常簡單,從它目前擁有的眾多硬體設計就可以看出其與眾不同之處。官方釋出的飛控硬體包括CC、CC3D、ATOM、Revolution、Revolution nano等,衍生硬體包括Sparky、Quanton、REVOMINI等,甚至包含直接使用STM32開發板擴充套件而成的FlyingF3、FlyingF4、DescoveryF4等,其中CC3D已經是300mm以下軸距穿越機和超小室內航模的首選飛控,而DiscoveryF4被大量用於愛好者研究飛控,Quanton更是成為了Taulabs的首選硬體。
Multiwiicopter
Multi Wii Copter(MWC)飛控是一款典型的Arduino衍生產品,是專為多旋翼開發的低成本飛控,它完整地保留了Arduino IDE開發和Arduino裝置升級和使用的方法。由於成本低、架構簡單、韌體比較成熟,因此該飛控在國內外擁有大量愛好者。除了支援常見的四、六、八旋翼以外,該飛控的最大特點是支援很多奇特的飛行器型別,比如三旋翼、阿凡達飛行器(BIcopter avatar style)、Y4型多旋翼(其中兩軸為上下對置)等,使得該飛控的開發趣味性較強,容易博得大家的喜愛。
KK飛控
KK飛控是源於南韓的一款開源飛控專案,也是第一種廣為福斯接受的多旋翼飛控,在開源飛控發展的初期,該飛控的橫空出世對整個四旋翼行業是一種震撼。
該飛控只使用三個成本低廉的單軸陀螺,配合一臺最簡單的四通道遙控裝置,就能控制常見的三、四、六旋翼飛行器,並且支援“十字”型,X型、H型和上下對置等多種佈局。該飛控使用三個可調電阻調整感度作為調參方法,保留了早期航模陀螺儀的特徵。作為多旋翼飛控起始的重要見證,這款“古董”級經典飛控,依然擁有眾多玩家。
Paparazzi
Paparazzi(PPZ)是一個軟硬體全開源的專案,它始於2003年,開發目標是建立一個配置靈活且效能強大的開源飛控專案。PPZ的一大特點是,該開源飛控方案中除了常見的飛控硬體、飛控軟體和地面站軟體之外,還包含地面站硬體,包括各種調變解調器、天線等裝置。從功能上講,PPZ已經接近一個小型的無人機系統了。
該開源專案的另一個特點是採用ubuntu作業系統,它將全部地面站軟體和開發環境集成於該系統下,官方稱之為Live CD。一張CD加飛控硬體就可完成從開發到使用的全部工作。
PPZ目前最流行的硬體版本是Paparazzi(PPZ)Lisa/M v2.0。該硬體擁有大量的擴充套件介面,並且使用可擴充套件的單獨的IMU感測器板。這也是早期開源飛控比較流行的做法,這樣可以像DIY臺式計算機那樣,隨著感測器升級而不斷升級IMU硬體。
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