高職創(chuàng)新無人機(jī)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案_第1頁(yè)
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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上空中機(jī)器人高職實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案(初稿)河北恒拓電子科技有限公司2017年8月17日一、背景空中機(jī)器人又叫無人機(jī),近年來在軍用機(jī)器人家族中,無人機(jī)是科研活動(dòng)最活躍、技術(shù)進(jìn)步最大、研究及采購(gòu)經(jīng)費(fèi)投入最多、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)最豐富的領(lǐng)域。近些年來,空中機(jī)器人從軍用走向了民用,同時(shí)也衍生出了多種多樣的形態(tài)和用途。目前使用最為廣泛的是多旋翼飛行器,多旋翼飛行器以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、超強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性、獨(dú)特的飛行方式以及軍事和民事領(lǐng)域展現(xiàn)出的巨大應(yīng)用價(jià)值,引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者以及科研機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注,并迅速成為目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)之一,越來越多的人員對(duì)其研究以及學(xué)習(xí)。我國(guó)從事無人機(jī)行業(yè)的單位有300多

2、家,其中規(guī)模比較大企業(yè)有160家左右,形成了配套齊全的研發(fā)、制造、銷售和服務(wù)體系。目前在研和在用的無人機(jī)型多達(dá)上百種,小型無人機(jī)技術(shù)逐步成熟,戰(zhàn)略無人機(jī)已試飛,攻擊無人機(jī)也已多次成功試射空地導(dǎo)彈。 中國(guó)2014年無人機(jī)銷量約2萬架,預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)無人機(jī)年銷量將達(dá)到29萬架。未來幾年將保持50以上的增長(zhǎng),2014年中國(guó)民用無人機(jī)銷售規(guī)模已經(jīng)達(dá)到40億元。從發(fā)展前景來看,無人機(jī)已經(jīng)應(yīng)用在航拍、快遞、災(zāi)后搜救、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域,表明無人機(jī)的發(fā)展?jié)摿薮蟆D壳埃覈?guó)民用無人機(jī)共有130余家研制單位和15000架使用量,民用無人機(jī)的種類也逐漸豐富,包括固定翼無人機(jī)、旋翼無人機(jī)、飛艇無人機(jī)等。而上述成

3、果,在很大程度上是高空、高速、中遠(yuǎn)程、長(zhǎng)航時(shí)、大載荷等軍用無人機(jī)技術(shù)逐漸向民用“滲透”的結(jié)果。我國(guó)民用無人機(jī)研制單位分為兩類:一類是軍工集團(tuán)下屬單位和科研院所;二是越來越多民企開始涉足無人機(jī)研制。二、理念和必要性隨著無人機(jī)尤其是多旋翼飛行器技術(shù)的不斷發(fā)展,無人機(jī)的用途已經(jīng)深入各行各業(yè),尤其我國(guó)無人機(jī)行業(yè)發(fā)展速度很快,對(duì)于人才的需求急劇增加,據(jù)估算,我國(guó)2018年需要的無人機(jī)操作維護(hù)人員至少達(dá)到20萬人。無人機(jī)技術(shù)教育教學(xué)將更顯得尤為重要。面對(duì)不斷發(fā)展的技術(shù)和市場(chǎng)需求,高校應(yīng)當(dāng)緊隨技術(shù)潮流,開設(shè)更多的適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的課程與實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)更多的單片機(jī)與無人機(jī)技術(shù)人才以及技術(shù)學(xué)科更好的建設(shè),無人機(jī)創(chuàng)新

4、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)顯得尤為重要。本方案根據(jù)高等學(xué)校的特點(diǎn),結(jié)合本公司產(chǎn)品情況進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)室設(shè)施不僅可以滿足各種專業(yè)學(xué)生從電路、單片機(jī)技術(shù)入門,結(jié)合自己在課堂上學(xué)到的理論知識(shí),從空中機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐,到飛行器模擬飛行,再到真實(shí)飛行以及全部過程,以及以無人機(jī)為平臺(tái)的研發(fā)和其他項(xiàng)目的探索,還可以滿足單片機(jī)、嵌入式相關(guān)課程教學(xué)與開發(fā)的需求,亦可滿足高校相關(guān)項(xiàng)目、課題的研究,還更好的促進(jìn)了學(xué)科建設(shè)的發(fā)展,做到即增加學(xué)校的科研能力又促進(jìn)了學(xué)科建設(shè)更培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的學(xué)生,可謂一舉三得。三、 空中機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo) 建設(shè)具有特色的空中機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室,以此為依托促進(jìn)學(xué)校的學(xué)科建設(shè)和增強(qiáng)學(xué)校的研發(fā)能

5、力,培養(yǎng)空中機(jī)器人優(yōu)秀人才,為社會(huì)輸送更多的無人機(jī)應(yīng)用人才,同時(shí)開展空中機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)教育教學(xué)的研究和研發(fā)。教師可以依托實(shí)驗(yàn)室的硬件以及技術(shù)環(huán)境進(jìn)行課程設(shè)計(jì),進(jìn)一步完善學(xué)科建設(shè)和相關(guān)項(xiàng)目的研發(fā),促進(jìn)學(xué)校科研能力和教學(xué)能力的提升,為學(xué)校的教學(xué)發(fā)展不僅硬件方面得到提升還能增進(jìn)學(xué)生的動(dòng)手和思考能力。在憑借恒拓系列開源系列空中機(jī)器人等相關(guān)技術(shù)支持環(huán)境下,搭建軟件、硬件和通信平臺(tái),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下,將嵌入式理論知識(shí)、電子技術(shù)知識(shí)與社會(huì)發(fā)展技術(shù)需求對(duì)接,通過空中機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、邏輯分析能力并提高對(duì)理論知識(shí)的理解,同時(shí)可以進(jìn)行學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。另外,近年來大學(xué)生競(jìng)賽數(shù)量、種

6、類越來越多,其中空中機(jī)器人的有關(guān)競(jìng)賽也越來越受廣大高校的歡迎,實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)可以完善空中機(jī)器人競(jìng)賽人員培訓(xùn)和選拔體系,不僅能更進(jìn)一步增加學(xué)校的科研能力還能培養(yǎng)一批高素質(zhì)技能人才隊(duì)伍。同時(shí)社會(huì)上無人機(jī)相關(guān)人才缺口很大,實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的培養(yǎng)定向人才,校企緊密合作,為市場(chǎng)輸出高水平的人才。簡(jiǎn)單概括創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室具備一下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):1)建設(shè)具有特色的空中機(jī)器人開發(fā)實(shí)踐平臺(tái);2)建立高水平的空中機(jī)器人研發(fā)教師學(xué)生團(tuán)隊(duì);3)建立可復(fù)制推廣的空中機(jī)器人開發(fā)實(shí)踐開發(fā)課程體系;4)完善空中機(jī)器人等相關(guān)專業(yè)的建設(shè);5)參加各類相關(guān)競(jìng)賽并爭(zhēng)取優(yōu)異成績(jī),增強(qiáng)學(xué)校的知名度。6)促進(jìn)學(xué)校相關(guān)教育科研項(xiàng)目的發(fā)展和對(duì)無人機(jī)及相關(guān)行業(yè)人才

7、的輸出。理論深入與實(shí)踐結(jié)合是高等院校教學(xué)體系的重要部分,空中機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室作為高職院校教學(xué)、科研和研發(fā)的重要基地,肩負(fù)著為教學(xué)、科研和競(jìng)賽提供保證的任務(wù),增強(qiáng)教師隊(duì)伍教學(xué)能力的同時(shí),在培養(yǎng)學(xué)生、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面有著不可替代的作用,同時(shí)也是學(xué)校辦學(xué)實(shí)力的標(biāo)志,以及教學(xué)水平、科研水平和管理水平的重要體現(xiàn)。 方案1、 空中機(jī)器人是嵌入式、傳感器、單片機(jī)、圖像處理等一系列技術(shù)的一個(gè)具體應(yīng)用,嵌入式技術(shù)是無人機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)支撐技術(shù),恒拓是單片機(jī)技術(shù)方案應(yīng)用的先行者。恒拓科技在自己的空中機(jī)器人中各處均體現(xiàn)了各種技術(shù)的綜合應(yīng)用,并且在自己的產(chǎn)品中提供了各種二次開發(fā)的功能。 2、 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)體系搭建的教學(xué)

8、需求。無人機(jī)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室首先要滿足高校教學(xué)的第一需求,所以平臺(tái)不只是簡(jiǎn)單的硬件合成,要求所有硬件驅(qū)動(dòng)暢通的前提下,既能滿足單個(gè)方面的教學(xué)和科技需要,又能建立綜合的技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并建立豐富的可滿足學(xué)校教學(xué)的實(shí)驗(yàn)體系,恒拓本著服務(wù)于教育,提高學(xué)生品質(zhì)宗旨,了解高校教學(xué)需求,強(qiáng)調(diào)軟硬兼顧,綜合發(fā)展。 3、 傳感器技術(shù)是未來各個(gè)只能領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)。傳感技術(shù)是讓空中機(jī)器人實(shí)現(xiàn)某一功能的一個(gè)基礎(chǔ)技術(shù),為空中機(jī)器人實(shí)現(xiàn)所需要的功能奠定了基礎(chǔ),因此傳感器在空中機(jī)器人上的應(yīng)用顯得更加突出,特別是在目前很多行業(yè)都趨向于工業(yè)化的背景下。 4、 空中機(jī)器人是一個(gè)面向應(yīng)用的、多學(xué)科的綜合技術(shù),應(yīng)用市場(chǎng)巨大。一般本

9、科、專科教學(xué)應(yīng)更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用,而不是過多的強(qiáng)調(diào)傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等基礎(chǔ)技術(shù),否則知識(shí)點(diǎn)太多,學(xué)生分身乏術(shù)。我國(guó)一般院校更多的應(yīng)該著重發(fā)展應(yīng)用教學(xué),多了解應(yīng)用案例以及多方面的實(shí)用情況,以案例帶動(dòng)教學(xué)和在實(shí)際的應(yīng)用中讓學(xué)生更深入的了解所學(xué)所想更適合目前中國(guó)各種相關(guān)學(xué)科和專業(yè)的教學(xué)實(shí)際情況。所以,恒拓的解決方案中除了在無人機(jī)自身的設(shè)計(jì)和應(yīng)用外,更強(qiáng)調(diào)實(shí)際行業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中以及學(xué)術(shù)研究中應(yīng)用實(shí)訓(xùn)。一、 實(shí)驗(yàn)室的區(qū)域及功能1) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)區(qū)提供所有的零部件,同時(shí)配備3D打印機(jī),學(xué)生可以動(dòng)手將所有部件按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書組裝成一架完整的無人機(jī),也可以自行設(shè)計(jì)部分外觀和結(jié)構(gòu),通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通過組裝讓學(xué)

10、生熟悉無人機(jī)結(jié)構(gòu)與原理,了解相關(guān)組成部件。2) 維護(hù)與飛行區(qū)將組裝好的飛機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn),對(duì)機(jī)架、電池、螺旋槳、電機(jī)、電調(diào)、飛行控制器以及遙控器等進(jìn)行維護(hù),提高學(xué)生對(duì)飛機(jī)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和對(duì)自身能力的提升。3) 調(diào)試和儀器區(qū)當(dāng)飛行器出現(xiàn)鼓掌無法正常工作時(shí),學(xué)生借助相關(guān)測(cè)試儀器,快速判斷出故障位置并進(jìn)行響應(yīng)修理,突出鍛煉學(xué)生的動(dòng)手和思考能力。4) 研發(fā)區(qū)通過實(shí)驗(yàn)室提供的開源飛行控制器系統(tǒng)和其他解決方案,學(xué)生可以針對(duì)科研項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽進(jìn)行二次開發(fā),對(duì)后續(xù)的教學(xué)和競(jìng)賽發(fā)展做出鋪墊以及對(duì)學(xué)生能力質(zhì)的提升有著不可或缺的作用。二、 培訓(xùn)大綱本培訓(xùn)大綱對(duì)不同階段不同能力的同學(xué)學(xué)習(xí)上設(shè)置了對(duì)等的培訓(xùn)內(nèi)容對(duì)各個(gè)

11、學(xué)生不同時(shí)間的自身發(fā)展有著重要的引導(dǎo)作用。一)、初級(jí)階段1多旋翼飛行器工作原理1.1多旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式1.2多旋翼飛行器的工作原理2多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)與組裝2.1多旋翼飛行器的部件與結(jié)構(gòu)2.2Hawk 2飛行控制器詳解2.3飛行器的組裝3飛行器的調(diào)試及起飛3.1調(diào)試軟件3.2飛行器的校準(zhǔn)3.3飛行安全指引3.4起飛前的準(zhǔn)備二、中級(jí)階段4基于STM32的基礎(chǔ)程序開發(fā)4.1開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介4.2單色及三色LED顯示4.3OLED顯示4.4USB虛擬串口的使用4.5讀取MPU6050的數(shù)據(jù)4.6讀取HMC5883L羅盤數(shù)據(jù)4.7MS5611氣壓數(shù)據(jù)讀取4.8M24128 EEPROM的讀取4.9PWM

12、采集4.10PWM輸出4.11ESP8266 Wi-Fi使用4.12Micro SD卡讀寫4.13A/D電壓采集4.14超聲波數(shù)據(jù)采集和測(cè)距4.15GPS數(shù)據(jù)采集4.16無線串口使用三、高級(jí)階段5高級(jí)飛行算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5.1姿態(tài)解算算法概述5.2旋轉(zhuǎn)矩陣5.3四元數(shù)5.4IMUupdata算法解析5.5IMU姿態(tài)解算5.6串級(jí)PID實(shí)驗(yàn)5.7飛行程序6飛行器的調(diào)試及起飛6.1調(diào)試軟件6.2飛行器的校準(zhǔn)6.3飛行安全指引6.4起飛前的準(zhǔn)備三、 項(xiàng)目主要器材 Enzo2 v1.0飛行平臺(tái)(ENZO+機(jī)械爪的四旋翼競(jìng)賽用機(jī),為華北五省機(jī)器人大賽官方推薦產(chǎn)品) Hawk 3飛行平臺(tái)(2017電子設(shè)計(jì)

13、競(jìng)賽產(chǎn)品) ENZO飛行平臺(tái)(2015電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽產(chǎn)品) HawkA飛行平臺(tái) 附屬教材書籍 3D打印機(jī) 無人機(jī)室內(nèi)飛行測(cè)試場(chǎng)地 PCB制板設(shè)備 Windows版無人機(jī)助手(PC地面站)軟件 Android/IOS版無人機(jī)助手(手機(jī)地面站)軟件以上器材及資料為空中機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)配備,用戶可結(jié)合本單位需求,進(jìn)行增減。我公司除提供上述所有器材外,另負(fù)責(zé)上述器材的安裝調(diào)試,對(duì)實(shí)驗(yàn)室?guī)熒M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用前培訓(xùn),實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用中問題進(jìn)行解決,針對(duì)科研項(xiàng)目和比賽項(xiàng)目進(jìn)行方向指引和一定的技術(shù)指導(dǎo)和后續(xù)的技術(shù)支持。l HT Hawk-2開源飛行控制器提供資料 快速入門指南 使用說明書 配套軟件和驅(qū)動(dòng)程序 姿

14、態(tài)解算資料 安裝視頻教程 相關(guān)例程 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 Keil版代碼Enzo開源飛行控制器提供資料 快速入門指南 使用說明書 配套軟件和驅(qū)動(dòng)程序 姿態(tài)解算資料 安裝視頻教程 開放SDK和Keil版代碼l HT Hawk-A開源飛行控制器提供資料 快速入門指南 使用說明書 配套軟件和驅(qū)動(dòng)程序 姿態(tài)解算資料 安裝視頻教程 PIX原版代碼 Keil版代碼l HT-X4-453-407系列飛行器開發(fā)板提供資料 快速入門指南 使用說明書 配套軟件和驅(qū)動(dòng)程序 安裝視頻教程 相關(guān)例程六、Hawk A飛行控制器介紹本公司為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)配備了一系列的產(chǎn)品,一下是針對(duì)一些產(chǎn)品的介紹和說明l HT Hawk-A開源飛行控制

15、外觀HT Hawk-A開源飛行控制器簡(jiǎn)介HT Hawk-A是一款適用于多旋翼飛行器的開源飛行控制系統(tǒng),使用Cortex M4核心,配有協(xié)處理器,功能更強(qiáng)大,性能更可靠,同時(shí)支持PIX固件,支持四、六、八旋翼飛行器和其他種類的飛行器,是為飛行器愛好者們開發(fā)的一套高品質(zhì)開源自動(dòng)駕駛系統(tǒng),給用戶提供卓越的飛行體驗(yàn)。主要特征l 重量與尺寸名稱規(guī)格主控尺寸長(zhǎng)*寬*高 73mm*33mm*15mm(主控,不含外殼)重量14g(不含外殼、拓展模塊和OLED顯示屏)l 基本參數(shù)支持飛行器類型四軸、六軸、八軸、最大軸距1500mm支持電調(diào)類型490Hz以下PWM電調(diào)最大輸出通道14支持接收機(jī)類型S.BUS、PP

16、M、PWM工作電壓4.7-5.5v典型功耗0.65W工作溫度-1535工作濕度10%-90%貯存溫度-2540貯存濕度10%-95%l 飛行特征最大傾斜角35度最大偏航速度100度/秒懸停精度水平1.5米,垂直0.5米最大垂直速度6米/秒最大水平速度20米/秒最大航點(diǎn)數(shù)255抗風(fēng)能力4級(jí) l 硬件規(guī)格處理器 STM32F427VIT6(32Bit ARM Cortex-M4F,180MHz/252 MIPS,帶浮點(diǎn)運(yùn)算器) 協(xié)處理器 STM32F103VCT6(32Bit ARM Cortex-M3,72MHz) RAM 256KB FLASH 2MB 加速度計(jì) MPU6000 地磁傳感器 S

17、T LSM303D 陀螺儀芯片 ST L3GD20H 氣壓計(jì) MEASMS5611 顯示屏 OLED顯示屏 指示燈 全色LED智能指示燈 USB接口 Micro USB接口,USB虛擬串口,可以當(dāng)做串口使用 通信接口 GPS接口,數(shù)傳接口,電子羅盤 信號(hào)輸入 支持S.BUS、PPM、PWM信號(hào)輸入 電源 外置安全開關(guān);二極管防反接; 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲;電源電感濾波;USB輸入靜電保護(hù) 存儲(chǔ)卡接口 Micro SD卡接口 四、 Hawk 2飛行控制器介紹l HT Hawk-2開源飛行控制器簡(jiǎn)介HT Hawk-2是一款適用于多旋翼飛行器的開源飛行控制系統(tǒng),使用Cortex M3核心,功能更強(qiáng)大,性能更

18、可靠,同時(shí)支持PIX固件,支持四、六、八旋翼飛行器和其他種類的飛行器,是為飛行器愛好者們開發(fā)的一套高品質(zhì)開源自動(dòng)駕駛系統(tǒng),給用戶提供卓越的飛行體驗(yàn)。Hawk 2飛行控制器采用STM32F103VCT6主控,配置為STM32F103VCT6 + MPU6050 + HMC5883L + MS5611, 支持Wi-Fi無線透?jìng)髂J?,支持Micro SD/TF卡飛行日志存儲(chǔ),支持HentoGCS恒拓地面站,支持超聲波定高,提供十九個(gè)開源代碼例程,提供配套書籍。l HT Hawk-2開源飛行控制器外觀l 重量與尺寸名稱 主控尺寸長(zhǎng)*寬*高 63mm*33mm*8mm(不含外殼和OLED顯示屏)重量14

19、g(不含外殼和OLED顯示屏)l 基本參數(shù)支持飛行器類型四軸、六軸最大軸距1200mm支持電調(diào)類型490Hz以下PWM電調(diào)最大輸出通道6支持接收機(jī)類型PWM工作電壓4.7-5.5v典型功耗0.67W工作溫度-1535工作濕度10%-90%貯存溫度-2540貯存濕度10%-95%l 飛行特征最大傾斜角30度最大偏航速度100度/秒懸停精度-最大垂直速度5米/秒最大水平速度10.2米/秒最大航點(diǎn)數(shù)-抗風(fēng)能力4級(jí)l 硬件規(guī)格 名稱 規(guī)格 處理器 STM32F103VCT6(32Bit ARM Cortex-M3,72MHz) 加速度計(jì) MPU6050 地磁傳感器 HMC5883L 氣壓計(jì) MS561

20、1 FLASH芯片 M24128-BWDW6TP 顯示屏 可選OLED顯示屏(提供12864顯示屏接口) 指示燈 全色LED智能指示燈 USB接口 Micro USB接口,USB虛擬串口,可以當(dāng)做串口使用 通信接口IIC接口、GPS接口、Radio接口、SONAR接口WI-FIESP8266存儲(chǔ)卡接口Micro SD卡 五、 HT-500B四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本介紹l HT-500B四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本配置部件參數(shù)名稱規(guī)格備注機(jī)架型號(hào)HT450T對(duì)稱電機(jī)軸距450mm單臂長(zhǎng)度185mm電機(jī)型號(hào)HT2212-920KV定子尺寸25*25mmKV值920rpm/V 重量35g電調(diào)型號(hào)好盈樂天工作電流30A工作電壓3S LIPO兼容信號(hào)頻率30-450Hz驅(qū)動(dòng)PWM頻率8KHz重量(含散熱器)25g螺旋槳材質(zhì)碳纖維尺寸1047重量9g控制器型號(hào)HT-Hawk A v1.30可選Hawk2主板型號(hào)HT-X4-45

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