《无人机DIY》——1.1 什么是无人机-阿里云开发者社区

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《无人机DIY》——1.1 什么是无人机

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本节书摘来异步社区《无人机DIY》一书中的第1章,第1.1节,作者:【美】John Baichtal(约翰 贝克托),更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.1 什么是无人机

我们首先来澄清一点:“无人机”(Drone)的定义并不是很清晰。

无人机的名称来自于雄蜂(honeybee drone),这种生物执行任务时全无头脑,受控于远处的蜂王。用经过编程的微控制器作为自动驾驶仪的机器,飞机工作方式也很类似,但这是依靠科技的帮助。

被描述为“无人机”的设备有两个大类。第一种是“自主式机器人”,其操纵者在必要的时候主动控制,在其余时间内由自动驾驶仪接管,理论上一名操纵者可以管理多个设备。但是,在有必要时,操纵者可以禁用自动驾驶仪,夺取控制权。

第二大类包括四轴直升机和其他“类直升机”飞行器。公众有时候称它们为无人机,但是它们大部分只是无线电遥控(RC)模型,而没有自主能力。这两种定义的合并可能是因为多旋翼(multirotors)飞行器最近已经成为自动驾驶仪驱动、基于微控制器的自主飞行的极佳平台。

爱好者们操纵大量的四轴直升机,创造了无人机相互竞争的新游戏,他们在自己的创造中加入了从摄像机到气压传感器和超声波测距仪在内的各种装置。同时,巨大的教育市场已经发展起来,青少年开始使用LEGO Mindstorms和VEX等拼装玩具组装自主式机器人。

我们正处于奇迹的孕育期,可以成为奇迹的一部分!让我们一起制作些无人机吧!

1.1.1 3种地形

无人机根据穿越的地形区分为:

无人驾驶飞行器(UAV);

遥控无人潜水器(ROV);

漫游车。

下面介绍这3种类型。

无人驾驶飞行器
无人驾驶飞行器一词指的是无人飞机(如图1.2所示的“捕食者”)和无人直升机。如果无人机在空中飞行,我们几乎都将其称作UAV。爱好者中最流行的UAV是四轴飞行器或者四轴直升机,因为这种飞行器很流行,本书将重点介绍此类UAV。

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UAV通常通过无线电波控制,如遥控手柄发出的信号。其他UAV使用WiFi或者蜂窝技术通信。许多UAV还携带GPS接收机,可以在地图上跟踪其飞行轨迹。

遥控无人潜水器
遥控无人潜水器是一种水下无人机,通常用一条数据线连接到小船或者潜水器上,这条数据线很有必要,因为无线电波在水中会受到很大的干扰。ROV已经被海洋探险家使用了很多年,在图1.3中可以看到ROV的一个例子。

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漫游车
漫游车(Rover)是具备额外功能的遥控车,它在地面到处游走,使用传感器探测障碍物。漫游车通常配备坦克履带或者凸块高花纹轮胎,如图1.4所示。这种配置帮助它们穿越不平坦的路面。在地面航行使得漫游车有能力使用各种传感器进行导航,包括超声波、RFID和碰撞传感器。在第13章中我们将制作一辆漫游车。

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1.1.2 无人机剖析

自制的无人机各不相同;话虽如此,大部分无人机都有一些共同特征。下面是常见的四轴直升机的各个组件。从图1.5中可以看到每个部件是如何融入整体的。

A. 推进器(螺旋桨)—四轴直升机的推进器通常包括2个标准推进器和两个反向旋转的“推式”推进器。

B. 马达—四轴直升机使用直流或者交流马达。马达有无数品种和价格,高价位的马达迎合的是富裕的制作者。在第6章中,我们将详细介绍最适合于爱好者们的一些马达。

C. 电子调速器(ESC)—ESC将直流电转换为交流电,用于无电刷马达,还触发马达的电源。每个马达都需要一个ESC。ESC的固件可以修改,以创建马达的不同行为。例如,ESC往往被配置为降低马达转速,而不是突然停止。

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D. 飞行控制器—飞行控制器用某些自主式功能协助手动飞行。例如,许多飞行控制器有用于保持无人机平衡的倾斜传感器。飞行控制器常常有某种预先编写的例程,在四轴直升机超出控制范围时执行。

E. 机身—机身(Airframe)是无人机底盘的正确名称。机身由许多不同元件组成,包括马达连杆和安放电子设备的外壳或者平台。

F. 电池组—往往是锂电池,无人机的电池组用于保持推进器运转,同时为机上的所有电子设备提供电力。

G. 摄像头云台—这是一个旋转平台,摄像头安装在上面。在飞行中,操作员可以利用伺服马达改变照相机的角度。

H. 着陆支柱—在底部携带摄像头云台或者其他突出物的四轴直升机需要着陆支柱—着陆时无人机停靠的小型支架。相反,没有携带云台的无人机往往不需要着陆支柱,而是直接以整个机身着陆。

I. 正面指示器—四轴直升机的操作者必须知道盘旋中的飞机的正面,而这可能不一定很明显。有多种解决方案,包括不同颜色的推进器、LED和反射材料,在图1.5所示的四轴直升机中,用彩球标记飞机的后面。重要的是对你有意义!

J. 第一视角摄像机—低分辨率摄像机,通过无线电波向地面发送图像。

K. 接收机—这个小盒子将无线电信号翻译为飞行控制器指令。

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