自動懸停的意思就是將無人機固定在預設的高度位置與水平位置上,其實也就是一組三維座標。不過,無人機是如何知道自己的位置的呢?...
自動懸停的意思就是將
無人機固定在預設的高度位置與水平位置上,其實也就是一組三維座標。不過,無人機是如何知道自己的位置的呢?其實說起來也很簡單,高度一般來說是通過超聲波傳感器(
測量與地面的距離,比較少見)或者是氣壓計(高度會影響
大氣壓的變化)來測量的,而水平位置的座標則由
GPS模塊來確定。
當然,GPS也可以提供高度信息,但對于主流的無人機來說,更傾向于使用氣壓計,因為低成本的GPS的數(shù)據(jù)刷新率太低,在高速運動的時候數(shù)據(jù)滯后會導致無人機高度跌落。
除了GPS模式來定位外,無人機還有一種“姿態(tài)模式”,依靠的是內部的
IMU(慣性測量單元,實際上就是一組
陀螺儀+加速度計傳感器)來識別自身的飛行狀態(tài)和相對位移。
智能調節(jié)系統(tǒng)消除外界干擾
通過各種傳感器知道自己的高度與水平位置之后,無人機要如何懸停在這個預設的位置上呢?這其實就是一套負反饋自動控制系統(tǒng)(意思就是偏離預設值就自動調整回來)。
以GPS模式為例,當無人機受到外界影響,高度有升高或者降低的趨勢時,控制單元就調節(jié)
馬達的功率進行反方向運動補償;如果無人機有被風橫向吹離懸停位置的趨勢,控制單元可以啟動側飛模式與之抵消——這些反應都是比較快的,只要外界影響不是大得離譜(專業(yè)多軸無人機一般抗四級風沒有問題),專業(yè)的無人機都可以應付,你所看到的就是它穩(wěn)穩(wěn)地定在那里沒有動。
在天氣不是很好,GPS搜星困難的時候,姿態(tài)模式就派上用場了。依靠無人機內部的IMU單元,系統(tǒng)可以識別當前的飛行姿態(tài),進行自動平衡補償,同樣可以實現(xiàn)高度和水平位置的鎖定。
無人機懸停精度如何?
一般來說,萬元以下的發(fā)燒玩家級無人機可以實現(xiàn)誤差在垂直0.8米、水平2.5米精度范圍內自動懸停,其他機型的懸停精度在產品參數(shù)表中都有標明。當然,這個級別的無人機也具備“專家模式”,你可以通過手動來進行高精度的微調。 2000元級的無人機也有帶GPS系統(tǒng)的機型,可以實現(xiàn)智能懸停,當然穩(wěn)定性會比發(fā)燒級要差一些;800~1000元級別的機型,一般還是可以依靠IMU單元來實現(xiàn)懸停,精度和穩(wěn)定度則更差一些;至于更入門的娛樂機型——就只能靠你靈巧的雙手來穩(wěn)住了。
無人機得知道自己在三維空間里的坐標,也就是知道自己在哪兒,才能找到需要懸停的位置,而這個坐標是靠GPS、氣壓計或者是超聲波傳感器、
攝像頭來實現(xiàn)的。GPS就很好理解了,大家都用過手機的GPS導航,無人機也一樣,可以方便地通過GPS讀數(shù)來了解自己所處的水平坐標。
除了水平坐標,還需要一個高度值才能確定無人機懸停的位置。雖然GPS也可以讀取高度參數(shù),但數(shù)據(jù)刷新率不夠理想,可能會導致無人機高度掉落,所以現(xiàn)在專業(yè)無人機一般都采用氣壓計來讀取高度參數(shù)(原理很簡單,大氣壓是隨高度變化而變化的)。
剩下的事就交給
飛控了,它會通過負反饋(高了就調低,遠了就調近)的自動控制方式來讓無人機穩(wěn)定在預設的坐標點上進行懸停。
另外,如果沒有GPS信號(天氣不好,搜不到衛(wèi)星的情況也比較常見),無人機也可以依靠自身的IMU(慣性單元)來實現(xiàn)姿態(tài)飛控模式,憑借飛控員的手動操作,讓它到達預定位置進行懸停。
超聲測距
通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波,根據(jù)接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。這與雷達測距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時刻的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。(超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據(jù)計時器記錄的時間t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s),即:s=340t/2)
超聲波指向性強,在介質中傳播的距離較遠,因而超聲波經常用于距離的測量,如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波
檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制,并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求,因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。