1、精選優質文檔-傾情為你奉上空中機器人高職實踐創新實訓室建設方案（初稿）河北恒拓電子科技有限公司2017年8月17日一、背景空中機器人又叫無人機，近年來在軍用機器人家族中，無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及采購經費投入最多、實戰經驗最豐富的領域。近些年來，空中機器人從軍用走向了民用，同時也衍生出了多種多樣的形態和用途。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單的結構、超強的機動性、獨特的飛行方式以及軍事和民事領域展現出的巨大應用價值，引起了國內外學者以及科研機構的廣泛關注，并迅速成為目前國際上研究的熱點之一，越來越多的人員對其研究以及學習。我國從事無人機行業的單位有300多

2、家，其中規模比較大企業有160家左右，形成了配套齊全的研發、制造、銷售和服務體系。目前在研和在用的無人機型多達上百種，小型無人機技術逐步成熟，戰略無人機已試飛，攻擊無人機也已多次成功試射空地導彈。 中國2014年無人機銷量約2萬架，預計到2020年中國無人機年銷量將達到29萬架。未來幾年將保持50以上的增長，2014年中國民用無人機銷售規模已經達到40億元。從發展前景來看，無人機已經應用在航拍、快遞、災后搜救、數據采集等領域，表明無人機的發展潛力巨大。目前，我國民用無人機共有130余家研制單位和15000架使用量，民用無人機的種類也逐漸豐富，包括固定翼無人機、旋翼無人機、飛艇無人機等。而上述成

3、果，在很大程度上是高空、高速、中遠程、長航時、大載荷等軍用無人機技術逐漸向民用“滲透”的結果。我國民用無人機研制單位分為兩類：一類是軍工集團下屬單位和科研院所；二是越來越多民企開始涉足無人機研制。二、理念和必要性隨著無人機尤其是多旋翼飛行器技術的不斷發展，無人機的用途已經深入各行各業，尤其我國無人機行業發展速度很快，對于人才的需求急劇增加，據估算，我國2018年需要的無人機操作維護人員至少達到20萬人。無人機技術教育教學將更顯得尤為重要。面對不斷發展的技術和市場需求，高校應當緊隨技術潮流，開設更多的適應社會發展需求的課程與實驗，培養更多的單片機與無人機技術人才以及技術學科更好的建設，無人機創新

4、實驗室建設顯得尤為重要。本方案根據高等學校的特點，結合本公司產品情況進行設計，實驗室設施不僅可以滿足各種專業學生從電路、單片機技術入門，結合自己在課堂上學到的理論知識，從空中機器人技術實訓實踐，到飛行器模擬飛行，再到真實飛行以及全部過程，以及以無人機為平臺的研發和其他項目的探索，還可以滿足單片機、嵌入式相關課程教學與開發的需求，亦可滿足高校相關項目、課題的研究，還更好的促進了學科建設的發展，做到即增加學校的科研能力又促進了學科建設更培養了一批高素質的學生，可謂一舉三得。三、 空中機器人實踐創新實驗室建設目標 建設具有特色的空中機器人實踐創新實訓室，以此為依托促進學校的學科建設和增強學校的研發能

5、力，培養空中機器人優秀人才，為社會輸送更多的無人機應用人才，同時開展空中機器人應用技術教育教學的研究和研發。教師可以依托實驗室的硬件以及技術環境進行課程設計，進一步完善學科建設和相關項目的研發，促進學校科研能力和教學能力的提升，為學校的教學發展不僅硬件方面得到提升還能增進學生的動手和思考能力。在憑借恒拓系列開源系列空中機器人等相關技術支持環境下，搭建軟件、硬件和通信平臺，學生在實驗教師的指導下，將嵌入式理論知識、電子技術知識與社會發展技術需求對接，通過空中機器人實踐創新實驗室實現學生動手實踐能力、邏輯分析能力并提高對理論知識的理解，同時可以進行學生的畢業設計項目。另外，近年來大學生競賽數量、種

6、類越來越多，其中空中機器人的有關競賽也越來越受廣大高校的歡迎，實驗室的建設可以完善空中機器人競賽人員培訓和選拔體系，不僅能更進一步增加學校的科研能力還能培養一批高素質技能人才隊伍。同時社會上無人機相關人才缺口很大，實驗室系統的培養定向人才，校企緊密合作，為市場輸出高水平的人才。簡單概括創新實驗室具備一下幾點優勢：1）建設具有特色的空中機器人開發實踐平臺；2）建立高水平的空中機器人研發教師學生團隊；3）建立可復制推廣的空中機器人開發實踐開發課程體系；4）完善空中機器人等相關專業的建設；5）參加各類相關競賽并爭取優異成績，增強學校的知名度。6）促進學校相關教育科研項目的發展和對無人機及相關行業人才

7、的輸出。理論深入與實踐結合是高等院校教學體系的重要部分，空中機器人創新實訓室作為高職院校教學、科研和研發的重要基地，肩負著為教學、科研和競賽提供保證的任務，增強教師隊伍教學能力的同時，在培養學生、創新精神和實踐能力方面有著不可替代的作用，同時也是學校辦學實力的標志，以及教學水平、科研水平和管理水平的重要體現。 方案1、 空中機器人是嵌入式、傳感器、單片機、圖像處理等一系列技術的一個具體應用，嵌入式技術是無人機技術的基礎支撐技術，恒拓是單片機技術方案應用的先行者。恒拓科技在自己的空中機器人中各處均體現了各種技術的綜合應用，并且在自己的產品中提供了各種二次開發的功能。 2、 強調實驗體系搭建的教學

8、需求。無人機創新實驗室首先要滿足高校教學的第一需求，所以平臺不只是簡單的硬件合成，要求所有硬件驅動暢通的前提下，既能滿足單個方面的教學和科技需要，又能建立綜合的技術實驗平臺，并建立豐富的可滿足學校教學的實驗體系，恒拓本著服務于教育，提高學生品質宗旨，了解高校教學需求，強調軟硬兼顧，綜合發展。 3、 傳感器技術是未來各個只能領域應用的一項重要技術。傳感技術是讓空中機器人實現某一功能的一個基礎技術，為空中機器人實現所需要的功能奠定了基礎，因此傳感器在空中機器人上的應用顯得更加突出，特別是在目前很多行業都趨向于工業化的背景下。 4、 空中機器人是一個面向應用的、多學科的綜合技術，應用市場巨大。一般本

9、科、專科教學應更強調應用，而不是過多的強調傳感器、網絡技術、通信技術等基礎技術，否則知識點太多，學生分身乏術。我國一般院校更多的應該著重發展應用教學，多了解應用案例以及多方面的實用情況，以案例帶動教學和在實際的應用中讓學生更深入的了解所學所想更適合目前中國各種相關學科和專業的教學實際情況。所以，恒拓的解決方案中除了在無人機自身的設計和應用外，更強調實際行業和工業生產中以及學術研究中應用實訓。一、 實驗室的區域及功能1） 機械結構設計區提供所有的零部件，同時配備3D打印機，學生可以動手將所有部件按照實驗指導書組裝成一架完整的無人機，也可以自行設計部分外觀和結構，通過3D打印技術實現。通過組裝讓學

10、生熟悉無人機結構與原理，了解相關組成部件。2） 維護與飛行區將組裝好的飛機進行參數設置和校準，對機架、電池、螺旋槳、電機、電調、飛行控制器以及遙控器等進行維護，提高學生對飛機的進一步認識和對自身能力的提升。3） 調試和儀器區當飛行器出現鼓掌無法正常工作時，學生借助相關測試儀器，快速判斷出故障位置并進行響應修理，突出鍛煉學生的動手和思考能力。4） 研發區通過實驗室提供的開源飛行控制器系統和其他解決方案，學生可以針對科研項目、學科競賽進行二次開發，對后續的教學和競賽發展做出鋪墊以及對學生能力質的提升有著不可或缺的作用。二、 培訓大綱本培訓大綱對不同階段不同能力的同學學習上設置了對等的培訓內容對各個

11、學生不同時間的自身發展有著重要的引導作用。一）、初級階段1多旋翼飛行器工作原理1.1多旋翼飛行器的結構形式1.2多旋翼飛行器的工作原理2多旋翼飛行器結構與組裝2.1多旋翼飛行器的部件與結構2.2Hawk 2飛行控制器詳解2.3飛行器的組裝3飛行器的調試及起飛3.1調試軟件3.2飛行器的校準3.3飛行安全指引3.4起飛前的準備二、中級階段4基于STM32的基礎程序開發4.1開發環境簡介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的數據4.6讀取HMC5883L羅盤數據4.7MS5611氣壓數據讀取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超聲波數據采集和測距4.15GPS數據采集4.16無線串口使用三、高級階段5高級飛行算法的設計與實現5.1姿態解算算法概述5.2旋轉矩陣5.3四元數5.4IMUupdata算法解析5.5IMU姿態解算5.6串級PID實驗5.7飛行程序6飛行器的調試及起飛6.1調試軟件6.2飛行器的校準6.3飛行安全指引6.4起飛前的準備三、 項目主要器材 Enzo2 v1.0飛行平臺（ENZO+機械爪的四旋翼競賽用機，為華北五省機器人大賽官方推薦產品） Hawk 3飛行平臺（2017電子設計

13、競賽產品） ENZO飛行平臺（2015電子設計競賽產品） HawkA飛行平臺 附屬教材書籍 3D打印機 無人機室內飛行測試場地 PCB制板設備 Windows版無人機助手（PC地面站）軟件 Android/IOS版無人機助手（手機地面站）軟件以上器材及資料為空中機器人創新實驗室標準配備，用戶可結合本單位需求，進行增減。我公司除提供上述所有器材外，另負責上述器材的安裝調試，對實驗室師生進行實驗設備使用前培訓，實驗設備使用中問題進行解決，針對科研項目和比賽項目進行方向指引和一定的技術指導和后續的技術支持。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 配套軟件和驅動程序 姿

14、態解算資料 安裝視頻教程 相關例程 實驗指導書 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 配套軟件和驅動程序 姿態解算資料 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 配套軟件和驅動程序 姿態解算資料 安裝視頻教程 PIX原版代碼 Keil版代碼l HT-X4-453-407系列飛行器開發板提供資料 快速入門指南 使用說明書 配套軟件和驅動程序 安裝視頻教程 相關例程六、Hawk A飛行控制器介紹本公司為實驗室建設配備了一系列的產品，一下是針對一些產品的介紹和說明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，使用Cortex M4核心，配有協處理器，功能更強大，性能更可靠，同時支持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的一套高品質開源自動駕駛系統，給用戶提供卓越的飛行體驗。主要特征l 重量與尺寸名稱規格主控尺寸長*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 基本參數支持飛行器類型四軸、六軸、八軸、最大軸距1500mm支持電調類型490Hz以下PWM電調最大輸出通道14支持接收機類型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/秒最大航點數255抗風能力4級 l 硬件規格處理器 STM32F427VIT6（32Bit ARM Cortex-M4F，180MHz/252 MIPS，帶浮點運算器） 協處理器 STM32F103VCT6（32Bit ARM Cortex-M3，72MHz） RAM 256KB FLASH 2MB 加速度計 MPU6000 地磁傳感器 S

17、T LSM303D 陀螺儀芯片 ST L3GD20H 氣壓計 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，可以當做串口使用 通信接口 GPS接口，數傳接口，電子羅盤 信號輸入 支持S.BUS、PPM、PWM信號輸入 電源 外置安全開關；二極管防反接； 自恢復保險絲；電源電感濾波；USB輸入靜電保護 存儲卡接口 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，使用Cortex M3核心，功能更強大，性能更

18、可靠，同時支持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的一套高品質開源自動駕駛系統，給用戶提供卓越的飛行體驗。Hawk 2飛行控制器采用STM32F103VCT6主控，配置為STM32F103VCT6 + MPU6050 + HMC5883L + MS5611， 支持Wi-Fi無線透傳模式，支持Micro SD/TF卡飛行日志存儲，支持HentoGCS恒拓地面站，支持超聲波定高，提供十九個開源代碼例程，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*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 基本參數支持飛行器類型四軸、六軸最大軸距1200mm支持電調類型490Hz以下PWM電調最大輸出通道6支持接收機類型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/秒最大航點數-抗風能力4級l 硬件規格 名稱 規格 處理器 STM32F103VCT6（32Bit ARM Cortex-M3，72MHz） 加速度計 MPU6050 地磁傳感器 HMC5883L 氣壓計 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存儲卡接口Micro SD卡 五、 HT-500B四旋翼飛行器實驗平臺基本介紹l HT-500B四旋翼飛行器實驗平臺基本配置部件參數名稱規格備注機架型號HT450T對稱電機軸距450mm單臂長度185mm電機型號HT2212-920KV定子尺寸25*25mmKV值920rpm/V 重量35g電調型號好盈樂天工作電流30A工作電壓3S LIPO兼容信號頻率30-450Hz驅動PWM頻率8KHz重量(含散熱器)25g螺旋槳材質碳纖維尺寸1047重量9g控制器型號HT-Hawk A v1.30可選Hawk2主板型號HT-X4-45