不用导航系统 这款无人机能够“自制”地图飞行|无人机|导航|自动飞行_新浪科技_新浪网
不用导航系统 这款无人机能够“自制”地图飞行
无人机自制地图的过程记录
　　无人机技术的应用前景一直是备受关注的一个话题。最早的无人机是作为航拍的工具，以“上帝视角”记录令人惊叹的航拍照片和视频。而后随着技术的不断进步，无人机的应用范围越来越广，在农业上可以帮助农民进行农作物检测和农药喷洒；在建筑业可以对建筑物进行3D扫描建模；再到军事上入海侦测跟踪海底潜水艇等等。无论是军用领域还是民用领域，无人机技术都发挥了独特的作用。
　　但是，这些作用绝大多数离不开无人机的一个技术区域——导航系统，也就是通常所说的运用卫星导航原理的GPS定位系统。据英国《每日邮报》报道，在人口密集度大、环境相对杂乱比如湿地和树林的区域，GPS技术由于受干扰过大，往往会使无人机“晕头转向”，甚至有信号被切断的意外。除此之外，GPS的导航并不是非常精细，对于一些地形复杂、障碍物多的区域地图记录有限，和普通的人机交互的飞行器遇到的问题一样，为了避免被挟持无人机需要一个类似“防火墙”的系统。这些局限都限制了无人机的应用推广。
　　“我们通常所说的无人机，实际上大多数都是受人们控制飞行的，而不是真正意义上的自动飞行器，大体积的无人机则需要一个飞行团队来控制。”宾夕法尼亚大学的Vijay Kumar教授在TED演讲中说道，他在演讲中不仅提出了“自动无人机”概念，并展示了他和学生研发的能够自动飞行的无人机。
自动飞行无人机和它的创始人
　　这种无人机由我们平常见到那种普通的拥有小型直升机、四个螺旋桨的无人机改造而成，“我们稍微改造了一下在超市买到的那种体积很小的无人机，去掉导航系统，加上自主研发的感应器和处理器等，总共不过几磅重。”Vijay Kumar介绍道。
自动飞行无人机和它的创始人
　　没有卫星导航，这些无人机如何准确地从一个地点飞到另一个地点呢？这与无人机飞行的原理有很大关系。无人机一般有四个螺旋桨，当四个螺旋桨转速相同时，就平衡地飘浮在空中，如果其中一个螺旋桨进行加速那无人机会朝那个方向加速飞去，而如果任意两端的螺旋桨的转速大于其他两端的转速，无人机就能进行旋转。通过四个螺旋桨速度的变化，无人机可以不断改变自己的飞行速度和方向。
无人机螺旋桨工作原理
　　Kumar和他的学生团队正是利用了这个原理，他们创造了一种新的算法程序，使得装在无人机上的处理器在判断四个螺旋桨需要执行哪些动作后，快速把它们组合起来，然后决定给螺旋桨下什么指令。“我们的处理器可以实现一秒钟600次指令，来稳定控制这个无人机，所以它的反应是非常灵敏的。”Kumar介绍道。
　　除此之外，他们还在无人机上安装了一个微型动态监控摄像机，通过每秒记录一百幅画面来辅助处理器快速做出反应，不仅告诉无人机它们自己的位置和障碍物的具体位置，甚至遇到障碍物突然移动的情况，处理器也可以快速预测怎么才能最有效地钻过去。“我们的处理器会创造一个光滑优雅的运动曲线，来提醒无人机绕开障碍物，而无人机也能够记住自己走过的所有轨迹。”Kumar说。
　　除了处理器和摄像机，Kumar和他的学生团队还给无人机装上了激光测距仪和激光扫描仪，使得无人机在进入一个完全陌生的环境时，可以利用这些来自己制作描绘周围环境的地图，而这个地图与我们普通所见的地图不同，包括窗户、玄关、人和家具等很多细节，同时还能弄清相对于这些东西无人机自己的位置在哪里，甚至能找到出路。
　　“与普通的无人机不一样的是，这种无人机所有的运动都是自主的，我们所做的只是给它们一个蓝图。”Kumay提到，而普通无人机往往需要有人来辅助完成协调系统。这款无人机的原理来自于一种沙漠蚂蚁，Kumar介绍说，这种蚂蚁一起搬运重物时，没有任何中央调控，也没有明确交流，却能够靠着感应邻近的蚂蚁和抬着的重物来形成一种默契，以同样的速度和同一个方向去挪动重物。
沙漠蚂蚁搬运重物
　　目前这款无人机已经实现在日本核反应大楼中探测放射性强度，但Kumar也表示这种无人机由于体积很小，在搬运大型重物和探测广阔环境时可能需要数量非常多，这样难免会出现相互干扰的情况。但他也提到控制在一定数量范围内时，它们会自己“组队”，并依据环境不断变换适合的队形，作为报警器去陌生环境寻找入侵者和建造摩天大楼等。
　　而最大的改变并不是以上这些，目前调控无人机往往必须经过严格的培训，并取得无人机飞行的认证，但这一类自动化技术运用在无人机上后，将使得它们能够真正实现自主飞行，不需要人们的操作，这意味着普通人在未来也能够运用无人机。
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无人机的仿真方法，在ros环境下，有三种仿真方式，一种是mavros配合sitl的仿真，其次是 package，还有一种就是就近ETH新出的一个环境仿真包。
sitl的设置比较麻烦，而且飞机的控制使用指令来的。
hector_quadrotor开发的比较完善，可以使用xbox作为飞机的遥控器
rotorS是新出的包，里边给出了几种商用的飞机模型，控制指令是ros meassage。
hector_quadrotor
这个包既可以直接apt-get
sudo apt-get install ros-hydro-hector-quadrotor-demo
执行该指令会把该包的依赖包一起安装好，另外也可以源安装
mkdir ~/hector_quadrotor_tutorial
cd ~/hector_quadrotor_tutorial
wstool init src https://raw.github.com/tu-darmstadt-ros-pkg/hector_quadrotor/hydro-devel/tutorials.rosinstall
下载完之后就是编译
catkin_make
source devel/setup.bash
运行，启动节点
roslaunch hector_quadrotor_demo indoor_slam_gazebo.launch
使用xbox控制飞机
roslaunch hector_quadrotor_teleop xbox_controller.launch
首先安装依赖包
sudo apt-get install ros-indigo-desktop-full ros-indigo-joy ros-indigo-octomap-ros python-wstool python-catkin-tools
下载源文件
cd ~/catkin_ws/src
git clone git@github.com:ethz-asl/rotors_simulator.git
git clone git@github.com:ethz-asl/mav_comm.git
然后编译即可
catkin_make
roslaunch rotors_gazebo mav_hovering_example.launch mav_name:=firefly world_name:=basic
这里介绍mavros配合sitl的仿真，另外介绍了如何使用mavros，给出了一些例程，并根据起launch文件，找到了例程中的代码的写法。
在教程中给出了连接一个USB camera， pixhawk，并确保基本的安装能够工作。
- 安装stable ROS和ubuntu设置
- 连接USB，测试连接状态
- MAVROS也就是ROS——PX4 mavlink bridge在GPU和飞控之间传输数据，我们需要手动开启mavlink 数据流
nsh& sh /etc/init.d/rc.usb
launch the file test_rig.launch, tplease read the detail content.
(launch之前需要修改udp的地址吧)
roslaunch test_rig.launch
这时会看到mavros的连接至pxihawk的信息，会如果连接camera正常会弹出image_view窗口。
代码arm飞机需要如下步骤
- roslaunch mavros apm.launch
- rosrun mavros mavsafety arm
- rosrun mavros mavsys mode -c GUIDED that resulted: Mode changed
- and ran my code (with just yaw rotation -& twist.angular.z)
控制代码例程
参考test_mavros packages
launch files start
main launch file
iris_empty_world_offboard_ctl.launch
sub-launch 1
rotors_gazebo/launch/iris_empty_world.launch
sub-launch 2
px4/launch/iris.launch
sub-launch 3
mavros/launch/node.launch
sub-launch 4
test_mavros/launch/base_node.launch
test_mavros/launch/base_node.launch-&
这里sitl_test_node的主函数中只是运行了SitlTest::spin(argc, argv);进入该函数是
testsetup::OffboardControl offboard_control
offboard_control.spin(argc, argv)
那么这个OffboardControl在文件offboard_control.h中定义实现。
class OffboardControl::spin
初始化函数，设置参数。
swtich mode
该类的构造函数中topics
geometry_msgs::PoseStamped&
/mavros/setpoint_position/local
geometry_msgs::TwistStamped
/mavros/setpoint_velocity/cmd_vel
/mavros/local_position/local
OffboardControl::local_pos_cb
文章主要介绍了使用ROS/Gazebo仿真器作为飞机外部的仿真器
ROS包含很多packages,这些包可以完成多种任务。他允许你去建模无人机的飞行环境，这其中包括室内环境，室外环境，运行自己的飞控的算法。
Gazebo支持多种不同的旋翼模型，另外可以支持一些传感器和其他行为。
如图所示为ROS/Gazebo继承SITL的内部结构示意。
precondition
OS requirements
- 兼容 ros indigo
- ubuntu 14.04.2兼容SITL
installation
ardupilot installation
git clone https:
git checkout RangeFinderSITL2
ros installation
按照的教程来安装ros indigo
- workspace creation
Follow these .
install needed packages
Execute the following commands in your console to install pre-built ROS packages:
sudo apt-get install ros-indigo-octomap-msgs
Execute the following commands in your console to clone all necessary ROS packages:
cd ../src #Navigate in your ROS user source files directory
git clone https://alexbuyval@bitbucket.org/alexbuyval/arducopter_sitl_ros.git
git clone https://github.com/PX4/mav_comm.git
git clone https://github.com/alexbuyval/rotors_simulator.git
git clone https://github.com/ethz-asl/glog_catkin.git
git clone https://github.com/catkin/catkin_simple.git
cd rotors_simulator
git checkout sonar_plugin
wstool init src
wstool set -t src mavros --git https://github.com/alexbuyval/mavros.git
wstool update -t src
rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro indigo -y
Compile your catkin workspace. It may take some time.
catkin_make
设置构建工具的环境变量
为找到sim_vehicle.py，应该设置环境变量。在～/.bashrc中添加
export PATH=$PATH:$HOME/ardupilot/Tools/autotest
开启ROS/Gazebo和仿真器
进入ardupilot目录，执行
cd ~/ardupilot/ArduCopter
sim_vehicle.py -f arducopter_sitl_ros --console
如果一切执行正常的话，会弹出gazebo对话框，可以使用rqt node graph 查看当前运行的节点，查看当前使用的topics
控制阶段例程
可以使用一个简单的控制代码，在一个标志上方盘旋如ar_track_alvar节点，检测病计算视觉标志的位置，另外该节点结合来自与手柄joystick的控制信息使用PD控制器。所以可以使用joystick实现高度控制和看不见标志的时候手动控制。另外需要package um_pixhawk ，git 该package
git clone https:
运行该控制节点
roslaunch um_pixhawk hovermarker.launch
然后arm 飞机，设置为alt-hold模式，使用joyst，在Saiteck ST290Pro joyst中按下键4设置AltHold模式，键2arm飞机，如果使用不同joystick那么需要修改joystick设置文件，那么copy mavros/mavros_extras/launch/st290_joy.yaml 文件，并修改为自己的joystick模型。
参考知识库
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& &本文是 FreeBuf 所编译的
用树莓派来 DIY 无人机的教程，发布于 ZDNet。FreeBuf 是一家出色的安全媒体及技术交流平台，我们这次来推荐一篇他们所分享的极客故事。读完之后，你肯定也想动手来做一台这样的无人机。如果你想DIY一台属于自己的无人机，那么接下来可以阅读这篇文章，阅读完毕之后也许对你会有启发。这个项目主要用到的零件主要来自（一个使用Linux系统的开源四轴飞行器项目）。本文的作者并不为这家公司工作，如果对该场景感兴趣也可以关注以树莓派相关联的基础项目，例如以及 & &。另外在一些相关网站上也更多的教程可以观看。在今年 Robotics是向爱好者提供了相对廉价而又易上手的一次机会，可以在芯片上烧录程序同时可以不断添加新硬件，这一切可以看做得益于树莓派以及其它的一些微控制器。当然网上的信息以及资料也起到了很大的作用。Erle Robotics，这是一个使用Linux系统的开源四轴飞行器项目。他们的口号是：“Building the next generation of educational drones”。作者也在之前的提到了这个问题，并且该项目提供了相对廉价的部件，为DIY树莓派提供了帮助。零件Erle Robotics PXFminiRaspberry Pi Zero（树莓派零）HobbyKing Spec FPV250Erle Robotics PXFmini 电源模块工具电烙铁胶带螺丝刀应用程序/在线APM flight stack基于Debian的Linux系统演示教程接下来将会演示如何在 Raspberry Pi Zero基础上组装一个Linux系统的无人机，值得注意的是成本不到200美刀。无人机系统采用实时性能优良的Linux 内核，基于Debian系统。无人机的&PXFmini飞控系统电路板采用的APM飞控程序，当然来自 Erle Robotics项目。 & &步骤1：组装无人机套件时间：30分钟准备好零件之后就开始组装它们吧，可以参考上面的图片准备零件。首先将黑色的无人机框架和马达组装一起，然后利用胶带将调速控制器和马达绑在一起。然后将电源部件以及地面无人机控制台部件连接调速控制器，并最终将其连接在电源部件上，并将这些部件固定在黑色的无人机框架上。如果想要将电源部件连接到电源，这里需要注意几点，如果想要快速的利用连接器和电源部件和电源连接在一起，一定要小心短路。还可以将电源模块另一端去掉，再焊接电池以及连接器，这样做我们可以轻易通断无人机电池与电源部件了。最后利用尼龙搭扣将电池以及电源部件安装在无人机下面。步骤2：准备无人机飞控部分时间：30分钟&PXFmini飞控系统电路板与 Raspberry Pi Zero连接，下图为参考。 & &Raspberry Pi Zero以及 PXFmini上面需要选择对应的软件来进行控制。该程序需要能给无人机提供一些所需要用到的功能服务，例如无人机的启动服务功能。 & &如果你购买了 Erle Robotics的PXFmini板，那么就可以Debian的图像文件系统，你可以利用PXFmini转存图像，然后用SD卡将文件取出。步骤3：安装飞控部分时间：5分钟 & &安装飞控部分（Raspberry Pi Zero + PXFmini），在无人机上需要将JST GH线连接电源模块以及PXFmini。这样做就可以将电力供应到飞控部分了。而接下来你安装 飞控中的PWM调制器，将你的ESC线连接到ESC 1（同时连接到一号马达），之后连接到 PWM 通道1上，接下来采用同样的方法ESC 2连接到PWM 2 上。 & &步骤4：安装螺旋桨让它飞起来！时间：15分钟其中两个螺旋桨顺时针转动（标有“R”）以及另外两个是逆时针旋转的。把顺时针螺旋桨连接马达3和4，逆时针旋转螺旋桨连接马达1和2。这是一个非常重要的步骤，因为这样做可以保证接下的安装是正确的。现在你需要决定如何控制你的无人机。，这一点非常的重要。WiFi +手柄：创建自己的WiFi网络与USB适配器（Erle Robotics图像支持默认情况下），通过地面控制站控制无人机。WiFi + ROS：是一个不错的选择。你可以；利用这个系统来建立可视化飞行模式和控制无人机。可以参考这个视频：RC:你需要购买一个有RC接口的PPM-Sum接收机，并将它接入飞控模块中（PPM-SUM输入通道）。视频观看：via: ，
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