PX4用户指南-入门-基本概念

PX4用户指南-入门-基本概念

说明：

• 提供了无人机和使用PX4的基本介绍（主要面向新手用户，但对有经验的用户也是一个很好的介绍）。
• 如果您已经熟悉了基本概念，则可以继续使用基本组装来了解如何连接特定的自动驾驶仪硬件。
• 要加载固件并使用QGroundControl设置车辆，请参阅基本配置。

什么是无人机

• 无人机是无人驾驶的“机器人”车辆，可以远程或自动控制。

• 无人机用于许多消费，工业和军事用途和应用。

• 这些包括（非详尽）：航空摄影/录像，载货，赛车，搜索和测量等。

• 存在用于空气，地面，海洋和水下的不同类型的无人机。

• 这些（更正式地）被称为无人驾驶飞行器（UAV），无人驾驶航空系统（UAS），无人驾驶地面车辆（UGV），无人驾驶地面车辆（USV），无人驾驶水下航行器（UUV）。

• Unmanned Aerial Vehicles (UAV), Unmanned Aerial Systems (UAS), Unmanned Ground Vehicles (UGV), Unmanned Surface Vehicles (USV), Unmanned Underwater Vehicles (UUV).

• 无人机的“大脑”被称为自动驾驶仪。 它由在车辆控制器（“飞行控制器”）硬件上运行的飞行软件包组成。

Dronecode平台

• PX4是Dronecode平台的一部分
• Dronecode平台是一个完整的无人机开发端到端平台，采用通用的行业友好开源许可证。
• 其中包括PX4飞行软件包，QGroundControl地面控制站，Dronecode SDK和Dronecode Camera Manager。

PX4 自动驾驶仪

• PX4是强大的开源自动驾驶飞行软件包。
• PX4的一些主要功能包括：
• 控制许多不同的车辆框架/类型，包括：飞机（多旋翼飞机，固定翼飞机和垂直起降飞机），地面车辆和水下交通工具。
• 适用于车辆控制器，传感器和其他外围设备的硬件选择。
• 灵活强大的飞行模式和安全功能。

QGroundControl

• Dronecode地面控制站称为QGroundControl。
• 您可以使用QGroundControl将（闪存）PX4加载到车辆控制硬件上
• 您可以设置车辆，更改不同的参数，获取实时航班信息以及创建和执行完全自主任务。
• QGroundControl可在Windows，Android，MacOS或Linux上运行。 从这里下载并安装它。

车辆/飞行控制器板

• PX4最初设计为在Pixhawk系列控制器上运行，但现在可以在Linux计算机和其他硬件上运行。
• 有关更多信息，请参阅：飞行控制器选择

传感器

• PX4使用传感器来确定车辆状态（稳定和启用自动控制所需）。
• 该系统最低限度地需要陀螺仪，加速度计，磁力计（罗盘）和气压计。
• 需要GPS或其他定位系统来启用所有自动模式和一些辅助模式。
• 固定翼和VTOL车辆还应包括空速传感器（非常值得推荐）。
• 有关更多信息，请参阅：
  • Sensors
  • Peripherals

ESC和马达

• 许多PX4无人机使用由飞行控制器通过电子速度控制器（ESC）驱动的无刷电机
• ESC将来自飞行控制器的信号转换为传递给电机的适当电力水平。
• 有关PX4支持的ESC / Motors的信息，请参阅：
  • ESC & Motors
  • ESC Calibration
  • ESC Firmware and Protocols Overview (oscarliang.com)

电池/电源

• PX4无人机通常由锂聚合物（LiPo）电池供电。
• 电池通常使用电源模块或电源管理板连接到系统，电源模块或电源管理板为飞行控制器和ESC（电机）提供单独的电源。
• 有关电池和电池配置的信息，请参阅电池配置和基本组装中的指南（例如Pixhawk 4接线快速入门>电源）。

无线电控制（RC）

• 无线电控制（RC）系统用于手动控制车辆。

• 它由一个遥控装置组成，该遥控装置使用发射器与基于车辆的接收器通信操纵杆/控制位置。

• 一些RC系统还可以从自动驾驶仪接收遥测信息。

• PX4不需要用于自主飞行模式的遥控系统。
  

• RC系统选择说明如何选择RC系统。

• 其他相关主题包括：

  • 无线电/远程控制设置 - QGroundControl中的远程控制配置。
  • 飞行101 - 学习如何使用遥控器飞行。
  • FrSky遥测 - 设置RC发射器以从PX4接收遥测/状态更新。

数据/遥测无线电

• 数据/遥测无线电可以在地面控制站（如QGroundControl）和运行PX4的车辆之间提供无线MAVLink连接。
• 这使得可以在车辆飞行时调整参数，实时检查遥测，在飞行中改变任务等。

舷外/伴侣电脑

• PX4可以通过串行电缆或wifi从单独的车载配套计算机进行控制。
• 配套计算机通常使用MAVLink API（如Dronecode SDK或MAVROS）进行通信。
• 使用Robotics API需要软件开发技能，并且超出了本指南的范围。
• 车外模式 - 用于从GCS或配套计算机对PX4进行车外控制的飞行模式。
• Robotics API（PX4开发人员指南）

飞行模式

• 飞行模式为用户（飞行员）提供不同类型/级别的车辆自动化和自动驾驶辅助。

• 自主模式完全由自动驾驶仪控制，无需导航/遥控输入。

• 例如，它们用于自动执行诸如起飞，返回原位和着陆等常见任务。

• 其他自主模式执行预编程任务，跟随GPS信标，或接受来自车外计算机或地面站的命令。

• 手动模式由用户（通过RC控制杆/操纵杆）在自动驾驶仪的帮助下控制。

• 不同的手动模式可以实现不同的飞行特性

• 例如，某些模式可以实现特技技巧，而其他模式则无法翻转并且可以保持位置/航向抵抗风。

• 并非所有的飞行模式都适用于所有车型，并且某些模式只能在满足特定条件时使用（例如，许多模式需要全局位置估计）。

• 可在此处找到可用飞行模式的概述。

• 飞行模式配置中提供了有关如何设置遥控开关以打开不同飞行模式的说明。

安全设置（故障保护）

• PX4具有可配置的故障安全系统，可在出现问题时保护和恢复您的车辆！

• 这些允许您指定可以安全飞行的区域和条件，以及触发故障安全时将执行的操作（例如，着陆，保持位置或返回指定点）。

• 主要的故障安全区域如下：

  • 低电量
  • 遥控（RC）断开
  • 位置断开（全局定位估计质量太低）。
  • 远程控制断开（例如失去与配套计算机的连接）
  • 数据链路丢失（例如丢失与GCS的遥测连接）。
  • Geofence Breach（限制车辆在虚拟围栏内飞行）。
  • 任务故障保护（防止先前的任务在新的起飞地点运行）。
  • 交通避免（由来自例如ADSB转发器的转发器数据触发）。

• 有关更多信息，请参阅：安全（基本配置）。

头部和方向

• 所有车辆，船只和飞机都具有前进方向或基于其前进运动的方向。
  

• 重要的是要知道车辆前进方向，以使自动驾驶仪与车辆运动矢量对齐。 尽管不是很明显，但尽管多面体从各个方面都是对称的，但却有一个头部。 通常制造商使用彩色支柱或彩色臂来指示航向。

• 在我们的插图中，我们将使用红色着色为多旋翼飞行器的前螺旋桨显示航向。
• 您可以在飞行控制器方向中深入了解航向