学习记录（3）

1、无人机简介
分类：无人机通常主要分为三类，分别为固定翼飞机、单旋翼直升机和多旋翼直升机。三种无人机的物理实现方式各不相同，但都具有各自特有的优缺点。
航模与无人机：航模是需要完全依赖于地面操控人员的实时控制（遥控器）；无人机是通过机载的计算机系统自动对飞行进行相关的控制（平衡控制、路线选择等），除此之外，无人机可以继续划分为半离线无人机和离线无人机。
2、无人机姿态
无人机的飞行姿态主要有三种：横滚roll、俯仰pitch、偏航yaw。
四旋翼无人机的横滚：保持前进方向上的两个旋翼的两个升力相同（转速相同），改变水平方向上的两个旋翼的大小。例如，当左旋翼的升力大小小于右旋翼的升力大小时，无人机向左横滚。
四旋翼无人机的俯仰：原理与横滚的原理类似，但是改变的是前进方向上的两个旋翼所获得的升力的大小，进而控制无人机的俯仰。
四旋翼无人机的偏航：通过利用反扭距来实现偏航，反扭距就是旋翼在进行旋转时与空气所产生的反作用力的力矩，方向始终垂直旋翼，所以在一定的情况下需要进行消除，而在另一些情况之下则需要通过运用反扭距进行偏航的实现。
3、无人机相关术语
螺距：螺旋线方向两个相同螺纹之间的距离。
电机：利用电磁铁和永磁铁的电磁效应，进行电磁铁的旋转。电机可分为有刷电机和无刷电机。
有刷电机：具有电刷的电机，通过电刷来直接控制导片，改变电刷的电流方向，控制电磁铁可以进行不间断的旋转。
无刷电机：不具有电刷的电机，通过每过120度进行改变电流的方向的方式，来进行电磁铁不间断旋转的控制。
PWM信号：占空比信号，表示高电平时长占整个信号周期的比例。
4、PX4的架构
主要构成：数据存储(Storage)、外部通讯(External Connectivity)、驱动程序(Drivers)、飞行控制(Flight Control)、消息总线(Message Bus)。
数据存储：
数据存储主要分为三部分飞行任务存储部分(dataman)、飞机参数存储部分(param)和飞行日志存储部分(logger)。其中飞行任务存储部分通过调用dm_write和dm_read函数来读写飞行任务，通常用于读写飞行航迹点的坐标，保存的目标通常在sdcard；飞机参数存储部分通过param_get和param_set函数可以将这些参数存放到flash和sdcard中；飞行日志存储部分通过使用logger来记录飞行日志，将飞控程序中的uORB记录下来并保存。
外部通讯：
外部通讯采用的是Mavlink协议，进行与计算机上的地面站程序来进行通讯。我们可以通过需要生成不同编程语言所使用的源文件，如此，通讯协议可以被飞控程序、PC计算机、手机APP程序和其它程序同时使用。
驱动程序：(驱动程序是飞控程序中采集传感器数据的源头)
相机驱动可以控制相机的拍照功能，并可以对其指定拍照参数。对于最原始的拍照功能，飞控程序只需要对其发送“拍照”命令即可。
GPS驱动会根据当前插入的GPS协议进行自动切换并解析，通常有ashtech、mtk和u-blox等。
遥控器驱动目前常见的遥控器通讯协议为SBUS和PPM。
云台驱动(云台通常安装在多旋翼机架正下方，在云台上挂载相机或其它设备)，当飞机产生俯仰或翻滚角度时，云台会自动修正其三轴。飞控程序可以通过向云台发送相关指令控制其当前俯仰、翻滚、航向角度。
空速计、数传、光流、距离传感器驱动等。空速计可以测量当前空气流动速度；数传支持无线传输设备的数据发送与接收；光流定位系统驱动可以检测当前移动速度与位置；距离传感器可以检测传感器前方物体与其之间的距离，例如：超声波、雷达、双目摄像头、激光测距仪等等。
IMU传感器驱动是飞控驱动程序中最重要的部分，其通过初始化、校准、读取加速计、陀螺仪、磁罗盘这些传感器，为上层状态融合和导航系统提供最基本的数据支撑。
飞行控制：
传感器数据集成(Sensors Hub)：sensers模块收取了所有传感器的数据，包括加速计、陀螺仪、磁罗盘、空速计、高度计、电量计等等传感器的读数，并对这些数据进行初步过滤与处理，之后将处理后的数据向ekf2模块发送。
姿态位置估计(Position Attitude Estimator)：ekf2主要对传感器的数据进行融合，并采用卡尔曼滤波对其做进一步的处理，进而对飞机当前的姿态和位置做出估计。
状态集(State Machine)：commander处理飞机当前状态(正常、异常)和用户命令。在多种状态下进行切换，例如：飞控锁定/解锁、飞机模式切换、安全保护启动与关闭、启动传感器或遥控器校准功能等。
自动飞行(Autonomous Flight)：navigator配合dataman中存储的任务信息进行自动飞行功能，给定飞机当前的飞行目标点（将位置期望传递给位置控制模块），并以指定高度和航向飞行，到达目标点执行特定任务（例如：拍照、鸣笛等），并继续向下一点飞行。
位置控制(Position Controller)
姿态控制(Attitude Rate)
控制输出(Output Driver)：得到姿态控制最终输出的控制量，根据机型不同机型（四轴、六轴、八轴等）Mixer混控文件，输出实际多路控制PWM信号，输出到电调中，实现电机的控制。
消息总线：
飞控程序中内部消息传递采用的是异步消息机制uORB。它的设计理念很有趣，它可以实现不同模块中的数据快速通讯，并且以异步通讯为基本原则，也就是说在通讯过程中发送者只负责发送数据，而并不关心数据由谁接收，也不关心接收者是否能将所有的数据都接收到；而对于接收者来说并不关心数据是由谁发送的，也不关心在接收过程中是否将所有数据都接收到。

知秋君

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