[资讯] 如何造自己的无人机?

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爱范儿也能造无人机?是的。

继上次“爱范儿造手机”、“爱范儿造汽车”后,万能的爱范儿又来了,这回是目前科技界的新宠:无人机。然而,上两回还叫标题杀人法,这次却是真真正正的能造,好吧,不止爱范儿能造,就连我自己也能造。题图那台无人机就是我自组的:RD290 异形六轴机架、APM 飞控连 GPS、银燕 MT1806 无刷马达、华科尔 Devo 7 遥控连 RX710 接收啦啦啦……

组装后我简单飞了几次,然后搞不定 APM 飞控的调参,差点在自动回航时跑掉。结果我投降了,老老实实买了一台到手即飞无人机。

无人机是什么?



为什么无人机十分容易被低估?因为很多人不了解它与一般遥控飞机有什么分别。然而,两者分别其实很大,简单来说,无人机不光是一台遥控飞机,它其实是一台“会飞的机械人”、或是“会飞的平衡车”。

所谓的“无人”,是指在无人介入下,电脑也可以独立运作,自动飞行。

一般来说,遥控飞机会飞就行了,它们的结构可以十分简单;但无人机的不同之处,就是它有运算能力,而且能配合不同的传感器,执行不同自动飞行指令。所有无人机均内置飞行控制器(飞控),它是无人机的大脑,负责把各种传感器的数据:包轴陀螺仪、加速器、罗盘、GPS、气压计,以及较高阶的超音波感应器、红外线感应器等整合,然后再透过包括 PID 算法卡尔曼滤波 (Kalman filter) 等等不同的算法来运算,再分别修改四个马达的动力输出,来改变飞行形态。

无人机智能之处

无人机

无人机


要这种传感器呀算法呀有何用?无人机与一般遥控飞机的最大分别,就是它会自我稳定。以遥控直升机来说,即使它能做到悬停 (hover),但当你甩开遥控器,遥控直升机就会随风乱飘、甚至失速下坠。但是,无人机能透过传感器的数据自动定位,把自己固定在同一位置,即使你把遥控器丢在一旁,它仍然可以像被钉子钉在空中一样,用力推也不会动。

其次,我们可以透过影像串流技术,把无人机附近的实时环境传送到遥控端,同时无人机内置 GPS 和气压计等传感器,操控者可以透过地图,随时监测无人机位置、指向、距离和高度等,故此,无人机可以在完全受控的情况下,在人类视野范围外飞行。事实上,美国的军用无人机就是以这种方式,进行超视距攻击,而他们的机师的往往就像安坐家中,“玩电视游戏一样”

最后,就是无人机的可编程能力。在各种传感器的辅助下,我们可以让无人机在无人介入下,自动执行个各种指令,无人机可以实际一键自动飞回起点功能,甚至在无线信号中断、完全失去与无人机的联系下,无人机也懂得自动回家;除此之外,它也可以实现自动避障,或是跟踪功能,甚至是预设航道,让无人机在完全无人介入下,自动的跟随路线飞行

由于无人机的以上的各种特性,工程师可以透过编程方式,实现各种不同的功能,例如进行 3D 建模,或是配合生命探测器救灾等,发展潜力极大。

造到不难,造好很难

然而,虽然我把无人机的技术说得天花乱坠,但我们想造无人机,只要有点基本电子知识,已经几乎可以自己搞一台。你可以在网上轻易买到一堆无人机零件,然后再在网上看点自组教程就搞定;坊间的飞控如大疆 NAZA 之流的,设置也十分容易,可以轻松的就能做到一般市售级的功能。如果你想加入自己“自主研发”的牛 X 功能?只要你有编程能力,在网上找个像 APM 或 Pixhawk 等开源飞控来自己改一下,人有多大胆,地有多大产,就算要载人自动飞行,也行。

无人机

无人机


然而,“造得到”真的不难,但“造得好”十分困难。3D Robotics,一家以技术闻名的美国无人机公司,他们的 CEO Chris Anderson 曾表示
造无人机其实很困难……它们不像相机一样,可以在深圳街头买几个传感器,然后组装在一起就搞定。要把无人机造好是十分、十分、十分困难,而且,你不是单靠买几个零件,就可以搞定。

既然“造到”是十分容易,但为什么“造好”却十分困难?

压力山大无人机

先不要说像 Yuneec Typhooon H 那种黑级科技,我们先说最基本的功能。由于无人机动辄飞往 50 米以上的高度,所以它在安全问题上是接近零容忍的。

要知道电子设备这回事,偶尔总会抽抽风:一般的消费电子设备如智能手机和电脑,当机、黑屏绝对常见,但我们最多也是骂几句脏话,然后重启一下电脑或手机拉倒。然而,如果无人机在 100 米高空抽风呢?先不要说当机或停摆这种把无人机变成小型陨石的恐怖性,由于无人机需要大量使用无线电、感应磁场和卫星讯号,只要随便找磁铁干扰一下,GPS 定位错误,把你由南京定位去北京(这是比喻,不用认真),然后自稳系统启动,到时我们会见到一台流星极速往北暴走……。

无人机

无人机


所以对于无人机生产商来说,压力山大。他们要把品质管理做得极好,而且要在调参上做大量的准备,例如适应冷热温度、高低气压等不同飞行环境的参数,还要考虑受干扰时的除错算法等。

最可怕的是安全问题

自组无人机发烧友可能觉得这不是问题,他们飞上一百次,机器还是很正常、很安全。但商售级别无人机的安全系数,跟自组无人机完全不同:假设电子产品抽风机率为 0.1% 吧(这对电子产品来说很低了),自组发烧友不会有任何压力,但对于每月出货 5 万台的无人机公司来说,他们的产品在单纯的数据上,每一次飞行就等于 50,000 驾次的飞行,以 0.1% 来算,这批货当中就可能会有 50 台在几次飞行后抽风、或是可能有 500 台在十多次飞行后就遇上问题;而且,这 50,000 台无人机在十次飞行后,就可能遇上 500,000 个不同的场合和环境下,绝对可能在开发者预计之外的环境下,遇上完全想像不到的问题:例如在旅行时拍摄极光,遇上地磁风暴又如何?

电子设备不可靠并不可怕,可怕的是安全系数。每月有 50 颗磒石在你头上略过,那是十分可怕的情景啊!而且,先不要说掉下来误伤途人,光是由高空砸到地上,无人机自身的损毁程度可能比汽车还要严重,如果是无人机一去不回的话那就更麻烦。这种情况将会对无人机生产商的售后服务,带来极大的压力。

所以,无人机造到不难,造好很难。


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精彩评论1

原子葡萄  版主  发表于 2016-1-28 12:27:54 | 显示全部楼层
好贴顶上

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