空中机器人方案..docx

空中机器人技术
创新实验室
建设方案

目录
建设意义 2
建设规划 4
产品选用 7
配置计划 8
产品介绍 8
空中机器人竞赛工作流程 14
中国机器人大赛空中机器人赛事介绍 15

空中机器人又叫无人机器,近年来在军用机器人家族中,空中机器人是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来,美国以军用空中机器人为导向,快速发展,无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看,均居世界之首位。
对于机器人技术,传统的项目研究范围包含工业机器人、轮式移动机器人、人形双足机器人等。对于空中机器人和水下机器人的研究较少。从技术角度讲,空中机器人在本体结构优化设计、控制算法、可靠性、安全性上有更高的要求,对于传统的机器人研究活动是一个很好的补充。由于该领域涉及GPS导航、视觉定位、传感器融合、飞行控制等领域,具有较高科研价值和创新空间。
据了解,顺丰快递正在内测自主研发的八旋翼无人机,预计自主飞行半径约为10公里,飞行相对高度1000米,在四级风以下可以正常起降,最大载重量约3公斤。通过其运载包裹,主要用于偏远地区的配送。此外,身边的无人机话题不胜枚举。随着四旋翼飞机技术的日趋成熟,民用无人机的应用出现井喷式的发展,在航空拍摄、环境检测、电力和管线巡检、物流与农业植保等方面显示了强烈的需求预期。其实也揭示了无人机技术不再是实验室的宠物,而是在工业和消费市场阔步前进,产生越来越大的经济价值。因此,构建空中机器人实验室,并以此为契机,推进空中机器人技术的研究开发,并
逐步推出创新型应用领域,能为社会创造一定的经济价值。
随着空中机器人技术的推广,不少学生产生了浓厚的兴趣,并在业余时间开始研究四旋翼等无人机的。其实,空中机器人技术涉及运动学动力学、结构优化设计、可靠性技术、单片机控制器、嵌入式控制系统、传感器、执行器、通信技术、飞行控制技术、GPS导航、机器视觉等一系列理工科基础技术。在时代背景的影响下和开源社区的熏陶下,建立空中机器人技术创新实验室,来正确引导学生通过与课程结合深入研究空中机器人相关技术,将是创新教学的大胆实践。在落实有效使用教学设备,推动学生创新实践方面能发挥巨大的作用。

场地建设
分4个功能区:
A. 仿真教学区
该区针对刚入门学生进行第一阶段教学,教学任务是:学习无人机基本理论,通过飞行仿真系统,学会飞行基本原理、气流影响矫正、基本起降及手动飞行控制操作等。
该区域在安排在室内,尺寸5m*8m以上,适合30人小班教学。需要多台台式计算机的硬件支持。
B. 室内调试区
该区域针对有一定了解基础的学生进行第二阶段教学。教学任务是,熟悉无人机系统,以实验设备为例,了解结构原理,熟悉拆装及标定过程。熟悉控制系统原理及自主飞行程序开发模式及开发过程。并在此基础上,进行飞行控制测试及控制系统调试。该过程使用完整的飞机在测试架上运行。
该区域安排在室内,尺寸8m*8m,适合分为6个小组进行分工合作。该阶段,需要无人机开发平台实验设备和专用飞行测试架。
C. 室内飞行区
该区域主要针对无GPS定位情况下,进行姿态模式手动控制飞行训练和视觉图像追踪导航训练,如进行定高巡线飞行等。该阶段属于技术进阶的阶段。
该区域安排在室内,尺寸6m*8m*5m,适合高水平学生轮流测试使用。需要安装防护网等设施。
D. 室外飞行区
该区域主要是在GPS信号的开阔地,进行定点飞行,自主定义航线,完成预定义空中机器人任务动作,该阶段属于技术进阶阶段。
该区域安排在室外开阔场地,尺寸30m*30m*50m范围。
课程体系建设
第一阶段:基础知识
要求:
A基本空气动力学(概念:升力、阻力、速度、高度、姿态);
B基本操作(控制杆与自由度的关系:有人飞机、无人机);
C 基本技能(使用模拟飞行软件进行飞行,会使用航模遥控器)
教材:
X1 北航版《航空航天概论》
X2 无线电遥控模型飞机戴氏教学法
第二阶段:分系统知识
要求:
D 无人机常用动力系统(电动机、汽油机、涡喷发动机,锂电池)
E 导航飞控系统(捷联导航系统、自动驾驶仪系统)
F 载荷系统(航拍载荷、农药喷洒载荷、回收载荷)
教材:
X3 自编(无人机动力、载荷)
X4 GNSS与惯性及多传感器组合导航系统原理
第三阶段:实训和能力
目的:
G 初步掌握测绘航拍作业
H 初步掌握GPS定位下自主定点飞行控制作业
I 初步掌握农业喷洒作业
J 初步掌握基于视觉的多旋翼室内定位应用
教材:
X5 AOPA规定的国内外无人机法规
X6 部分无人机产品手册