Transcript 开源paparzzi项目 - ExBot易科机器人实验室

无人机开源技术及商业市场
分析
龙诗科
电话：15210606047
邮箱：
[email protected]
BeiHang University
内容
开源paparazzi项目介绍
开源飞控技术
无人机发展方向
开源paparzzi项目
问题的提出
如何构造一套验证GNC算法的硬件平台？
 商业飞控成本高
 商业飞控核心技术封装
 完全自主开发周期长
 开源飞控发展迅猛
 用户多，教程资源多
 开发周期短
 能够按照自己意愿加入算法
课题意义
选择paparazzi 作为硬件平台，填补实验室
在硬件平台方面的空白
开源paparzzi项目
Paparazzi 项目源于2003年，始于法国，其涵盖了飞行器的硬件和软件。
硬件集成了自动驾驶仪、GPS、传感器、无线传输模块、接收机；软件包
含了整套自动飞行控制算法以及可以不断升级的地面站软件。
开源paparzzi项目
1自动驾驶仪板；主控芯片为意法半导体STM32Fxxx系列微控制器；
2传感器；自动驾驶仪几乎可以与任何类型的传感器连接；包括：
姿态传感器：可集成在自动驾驶仪的主板上，也可接入外部的IMU；
GPS接收器：用于飞行控制自主导航阶段以及对姿态航向参考系统（AHRS）
的状态估计进行补充；
其他传感器：压差（空速），气压（高度），声纳（海拔），电流（能量消
耗），温度和湿度（气象测量）等；
3通讯：包括无线调制解调器（数据链）和遥控接收器（安全链接）；
链路（从飞机到地面）用于获取有关无人机的状态信息并提供有效载荷数据，
以帮助操作员监控任务进度；链路（从地面到飞机）的数据链或遥控部分用
于发送命令到飞机和有效载荷进行交互。
4执行机构（舵机）；
5推进系统（电动机/速度控制或内燃机）；
6电池；
7有效载荷（例如：摄像机和视频发射器）。
开源paparzzi项目
地面控制站（ GCS ）
地面控制站用于操作员与
无人机系统进行交互。提
供无人机的反馈活动，能
够指挥和控制飞机，以及
为系统提供控制的方法。
该软件套件的开发需要在
基于Debian GNU / Linux
操作系统的i386架构上才
可以运行。
目前，Ubuntu是对
paparazzi开源项目
一种很好的支持选择
开源paparzzi项目
地面控制站（ GCS ）
文件配置
机身配置文件
飞行计划配置文件
设置文件
遥控器配置文件
无线数传配置文件
编译
sim：模拟飞行
ap：程序下载和无
线连接
运行
执行
结果显示
开源paparzzi项目
自动驾驶仪部分在默认情况下提供以下功能：
1) 手动控制与无线电控制；
2) 具有增稳功能；
3) 3D自主导航，包括航路点导航、圆形导航、高度保持及滑翔；
4) 高层次的飞行计划执行（起飞，降落，巡航，调查等）；
5) 故障安全机制（信号丢失安全返回行为等）；
6) 遥测信息的实时返回（传感器数据，导航数据，状态信息等）；
7) 远程控制（数据链），从地面站（导航控制，航点的修改、调
试等）控制；
8) 新功能可以通过只更改配置设置添加或者修改代码。
开源paparzzi项目
地面站部分主要有以下功能：
1)实时监控飞机状态，
记录数据信息并且能
够实时画图，可视化
程度高，可以将实际
飞行情况存储下来，
以便重复播放，并且
地面站本身也是一个
编译软件，可以对芯
片进行程序下载。
开源paparzzi项目
地面站部分主要有以下功能：
1)实时监控飞机状态，
记录数据信息并且能
够实时画图，可视化
程度高，可以将实际
飞行情况存储下来，
以便重复播放，并且
地面站本身也是一个
编译软件，可以对芯
片进行程序下载。
开源paparzzi项目
地面站部分主要有以下功能：
2)地面站可以实现状态切换功能，手动/增稳/自动
三种状态切换，丢失信号自动返回。
3)可以进行导航计算、轨迹制导、控制算法、滤波
算法、底层驱动等方面的研究和算法验证，是一个
进行科学研究的很好平台。
开源paparzzi项目
Paparazzi 为何如此强大？
因为paparazzi是作为科研项目的产物，底层拥有一个非常庞
大的代码库。高度可配置，根据上层的xml配置文件来选择
底层的c文件进行编译
配置文件模块
机身配置
飞行计划
配置
设置配置
遥控器配
置
无线传输
配置
开源paparzzi项目
编译过程
用户建立
Paparazzi软件套
件
用户创建/编辑配
置文件
用户初始化固件
（Paparazzi 中心
或者命令行）
开始建立进程
利用配置文件生
成适当的C头文件
和源代码列表
利用生成的文件
编译成机载代码
用户连接自动驾
驶仪，并下载进
去新的机载固件
准备飞行
代
码
生
成
和
编
译
过
程
开源paparzzi项目
通信部分
Paparazzi 服务器之间的通信
飞机
发送遥测无线信息
接受数据链信息
数据链
数据是通过信息进行
发送，分为三类：
——遥测信息
——地面信息
——数据链信息
无线连接
遥测
GCS
展示图形数据
控制数据链
链接
连接硬件无线设备到网络
地面
遥测
地面网路
地面
地面
遥测
信息（调试）
展示网络信息
地面
服务器
记录原始信息文件
发出同步信息
开源paparzzi项目
算法软件部分
轨迹跟踪
Parrotchasing算
法
互补滤波
AHRS
卡尔曼滤
波
控制
能量控制
四元数法
姿态求
解方法
模块
PID控制
DCM法
欧拉角法
自适应控制
轨
迹
算
法
机
器
视
觉
其
他
算
法
开源paparzzi项目
算法软件部分
飞行计划控制器
高
度
轨
迹
点
高度控制器
高度
GPS接收机
位置
传感器
角度
爬升率
导航控制器
当前位置
爬升控制器
爬升率
状态估计器
航向
航向控制器
滚转
陀螺仪
角速率
姿态
姿态稳定控制器
副翼
命令值
测量值
俯仰
升降
飞机执行器
油门
抖动速率
限幅
油门
开源paparzzi项目
实际硬件部分
无人机飞控板
开源paparzzi项目
实际硬件部分
SRV0：电机
SRV2：右副翼
SRV4：方向舵
UART1:无线数传
R/C:遥控接收机
SRV1：左副翼
SRV3：升降舵
UART4:GPS
开源paparzzi项目
实际硬件部分
硬件实物图
开源paparzzi项目
实际硬件部分
开源paparzzi项目
实际硬件部分
开源paparzzi项目
实际硬件部分
开源paparzzi项目
四旋翼平台
开源paparzzi项目
新手入门paparazzi
一定要用好三个社区：
Paparazzi 官网Wiki http://wiki.paparazziuav.org/wiki/Main_Page
Paparazzi 国外论坛 http://lists.paparazziuav.org/
Paparazzi github 地址 http://github.com/paparazzi/paparazzi/releases
开源paparzzi项目
首先安装Linux系统，建议用Ubuntu12.04
安装地面站 http://wiki.paparazziuav.org/wiki/Installation
sudo add-apt-repository -y ppa:paparazzi-uav/ppa &&
sudo add-apt-repository -y ppa:terry.guo/gcc-arm-embedded
&& sudo apt-get update
&& \sudo apt-get -f -y install paparazzi-dev gcc-arm-none-eabi &&
cd ~ && git clone https://github.com/paparazzi/paparazzi.git && \
cd ~/paparazzi
&& git checkout master
&& sudo cp conf/system/udev/rules/50-paparazzi.rules /etc/udev/rules.d/
&& \echo -e "export PAPARAZZI_HOME=~/paparazzi\
nexport PAPARAZZI_SRC=~/paparazzi" >> ~/.bashrc
&& source ~/.bashrc && \
make clean && make && ./paparazzi
开源paparzzi项目
学习如何写配置文件
参照 http://wiki.paparazziuav.org/wiki/Airframe_Configuration
建议用默认的配置文件，根据自己的机型改动其中的某些部分
开源paparzzi项目
Paparazzi 项目的控制原理
参照 http://wiki.paparazziuav.org/wiki/Control_Loops
其中包括固定翼和四旋翼的控制原理。
Paparazzi以固定翼起家的，开源飞控中，paparazzi飞固定翼是最强的
开源paparzzi项目
Paparazzi 项目的缺点
用户多为科研人员，一般用户上手较难。
需要知道多种语言，才能很好的融入自己的算法
（Ocaml语言、xml语言、makefile语言、C语言）
地面站不够美观实用，不能够在线调参
社区资源和用户相对较少
内容
开源paparazzi项目介绍
开源飞控技术
无人机发展方向
开源飞控技术
开源飞控技术大同小异
硬
件
篇
开源飞控技术
开源飞控技术大同小异
硬件篇
开源飞控技术
开源飞控技术大同小异
控制：PID
软
件
篇
姿态估计：LCF、NCF、
KF、EKF、UKF
功能框架不一
开源飞控技术
开源飞控技术大同小异
软
件
篇
内容
开源paparazzi项目介绍
开源飞控技术
无人机发展方向
无人机发展方向
无人机发展遍地开花：
更精确，更智能，更持久，更互联
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
地面系统
不同跨平台地面站，手机App，操作更人性化，更简单等
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
遥控遥
测系统
手机串口通信、wifi通信、蓝牙，雷达等
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
起飞着陆
系统
一键自主起飞、自主定点着陆等
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
垂直起降，先进传感器（激光、雷达）等
机体系统
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
混合动力，生物燃料，纳米电池等
推进系统
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
智能控制，避障，数据互联，人工智能，自主跟踪，识别等
飞控系统
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
导航系统
室内导航定位，Wi-Fi定位，视觉定位，光流，SLAM，差分GPS等
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
无人机发展方向
任务载荷
航拍、送货、航测、3D测绘、喷洒农药、虚拟仪器等
无人机系统
地面系统
遥控遥
测系统
地面
地面遥控
遥测站
地
面
辅
助
系
统
使用保障人员
地
面
监
控
系
统
起
飞
着
陆
系
统
遥控遥
测系统
机载
数据采
集控制
机载
飞机系统
起
飞
着
陆
系
统
机
载
机
体
系
统
任务载荷
推
进
系
统
飞
控
系
统
导
航
系
统
结束
谢谢大家!参与此次无人机公共帐号
举办的沙龙活动！