無人機研發包含哪些方面？

01-07

無人機研發包含哪些方面？飛控嵌入式軟體，飛控硬體開發，飛控演算法。還有哪些呢？

我從事的是工業級固定翼無人機，氣動設計和結構設計是重點。

主要分兩種，一種是根據客戶要求設計飛機，飛機賣給客戶。
另一種是設計屬於自己公司的飛機，接外面單作業。飛機綜合性能比較好。

第一種，比如客戶要求載荷5kg，翼展不得大於4m，續航大於1h，動力非油動。

1、氣動工程師完成氣動布局設計，流場分析，重心位置確定。（我不清楚這塊）

2、首先對氣動工程師確定的外形提出意見，例如機艙不夠大，重心不好配等等。

3、氣工進一步完善修改飛機外形，取折中方案。

4、結構工程師開始進行結構設計，選材，選工藝，找供應商，算成本，分析結構強度，重量，重心位置。

（期間可能多次與繼續與氣工交涉）

5、結構工程師協同硬體工程師選擇飛控，電子設備。（這步其實是與4同時進行）

（期間又可能因設備原因多次修改結構）

6、試產

7、改進（可能好多次），量產。

第二種就比較全面，過程跟第一種差不多，但要求以成本和工藝優先。

有些公司根本不懂的時候（不知道提出什麼合理的要求）就會直接買我們自己公司的飛機。

湊合看，不能涉及太多。

先直接上圖

我來說說演算法層面。無人機系統的研究可以大致分為三個層次，最底層是飛機的飛控系統，有了這個飛控系統，你就可以拿起遙控，飛機滿天浪了。中間層是飛機的環境感知，導航定位，避障等環節，最高成的設計是任務規劃，以及對應的路徑、軌跡規劃。

從底層開始說，話說這是無人機進入軟體的起點，存在各種開源的方案（pxihawk、ardupilot、APM）。然而一個成熟的開源方案和人們預期的穩定飛行仍然存在long and hard work。無數無人機公司死在了這裡，DJI笑了。有人說不就是PID嘛，這樣說也不是不行，飛控的核心任務就是將遙控的四個自由度（Roll（X），Pitch（Y），Yaw，油門（高度 Z））以及飛行模式轉化為電機的轉速控制。然而完成了核心任務，僅完成了一個好的系統的一小部分，就像我們買蘋果手機並不是因為通話質量。

同樣作為機器人，天上飛的和地面上跑的比起來要困難許多，地面上的機器人無需自穩，停在那就好了，而飛機想要實現自穩也是一個大的難題。飛機的控制需要位置的反饋，然而IMU特別不給力，一堆感測器仍然搞不定定位，我們需要GPS輔助它。不用GPS行嗎，理論上是可以的，可以讓SLAM上崗，但是SLAM的使用限制跟GPS比起來好不到哪裡去。飛機的定位既要作為飛控系統的反饋，同時還給導航提供基點。定位問題本身就是一個艱難的問題。我們沒辦找到一個成本較低，重量夠輕，室內外通用，不受光照、環境限制的一個通用定位系統。精靈4，mavic需要視覺（雙目x2）+GPSx2+IMUx2+超聲x2各種冗餘來保證飛機既能在風和日麗的天空中揮舞，也能在晚上柔和的日光燈下起飛。這裡邊視覺SLAM，視覺慣性SLAM到處是坑，論文一抓一大把。另外考慮避障，首先得重建環境吧，好用的當然是雷達，可是太重又太貴。單目基本上不可行，RGBD呢，頂多室內玩玩。那麼看來雙目加超聲算是比較通用好用的方案了。實踐告訴我們只定位，不建圖是註定玩不長的，然而圖太大同樣玩不長。那些密集的三維點重建對於避障是必需的，然而卻是飛機的CPU的負擔。

終於到高層了，運動規劃，軌跡規劃，感覺小case是不是。說完就要打臉。飛機的特定任務對於定位精度的要求是不同的，比如巡線，抓取。物體識別這一關過了，定位過不了啊。中層設計中的定位用來導航夠了，可是用來任務規劃還不夠。就算飛機自身定的超准，然後物體的定位夠准嗎？不過這些都是一些比較高層的視覺任務了，當然也是CV裡邊普遍的問題。這一層有些是飛機獨有的，但大部分是機器人或者移動機器人中普遍存在的問題。因此大部分做無人機的公司機構仍然把底層和中層的研究或者其中一部分作為其研究的重點，只有解決那些難題，我們才能在別人問你的飛機為咋上天呢這個問題的時候，理直氣壯的告訴他，飛機在充電，飛不了。

無人機系統，我喜歡分四大系統。飛行器，地面保障，載荷，通信。

其中飛行器系統包含飛機平台，飛控系統，動力，電氣等等。

其中飛控系統包含飛控硬體，軟體，外圍感測器等等。

其中飛控軟體包含嵌入系統，四大演算法(pid，捷聯，卡爾曼，導航)

你看看，你說的那倆佔多大比例？

作為無人機行業的領頭羊，大疆的研發思路對整個行業是有一定影響的，我們可以從專利的角度來研究大疆的研發情況，從而觀察整個無人機行業的發展過程和未來趨勢：