PX4 无人机自驾仪用户手册 基本概念（一）

作者：Alex（荣令金），北京大学硕士，研究方向无人机控制系统

邮箱：[e-mail]

出处：蜂鸟无人机 微信公众号

导读

关于PX4，官网提供了《PX4用户手册》和《PX4开发者手册》两个文档，本篇内容来自前者。

《PX4用户手册》 >> 《第一章 PX4简介》 >> 《第一节 PX4基本概念》

本章（第一章 PX4 简介）蜂鸟无人机将向您介绍无人机配置和控制方面最基本的概念。

不论是对新手还是对有经验的用户而言，本节都是非常好的快速了解PX4自驾仪相关概念的教程。

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PX4自驾仪

PX4是平台无关的自动驾驶仪软件（或称为固件），可以驱动无人机或无人车。它可以被烧写在某些硬件（如Pixhawk v2），并与地面控制站在一起组成一个完全独立的自动驾驶系统。

PX4地面控制站被称为QGroundControl，是PX4自驾系统不可分割的一部分，可以运行在Windows，OS X或Linux等多个平台。

使用QGroundControl，您可以将PX4固件烧写到硬件，设置机器，改变不同的参数，获得实时航班信息，创建和执行完全自主的任务。

图1 QGroundControl 主界面

 

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机器头朝向

不论是船还是飞行器都应该有机器头朝向或定义其前向运动的方向为机器头方向。

图2 不同飞行器头机体坐标

 

清楚机器头方向，以保证自驾仪同机器运动向量相一致极为重要！

尽管对于多轴无人机来讲自身因为有较高的对称性而导致机器头方向不明显，但通常制造商会通过使用有颜色的桨或机臂来标示机器头朝向。

图3 不同飞行器头朝向

 

本文的插图我们使用红色桨来标示多轴飞行器头朝向。

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PX4连接

为了能够对您的PX4无人进行配置、控制及交互，需要先对其进行连接。对于Pixhawk硬件有三种类型的连接：

1. 遥控连接 – 通过无线电实现遥控器对飞控的连接。

2. 数据连接 – 使用数传、WiFi或者USB线对QGroundControl地面站和无人机进行的连接。

3. 机外连接 – PX4和外部能够控制PX4的微机之间的数据连接。

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遥控

对于无人机最基本的控制形式就是使用遥控器。目前有很多类型的遥控器，这里我们将通过使用最流行的飞行器遥控器进行讲解。

图4 左图右手油门，右图左手油门

 

遥控器“MODE 1”和遥控器“MODE 2”之间的区别是根据不同人的用手偏好，将油门通道放在左侧或右侧。建议您进行尝试后再决定购买以上两种类型遥控器中的哪一种。

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基本的飞行

为了控制您的飞行器，您需要知道并深刻理解基本的横滚（Roll）、俯仰（Pitch）、偏航（Yaw）和油门（Throttle）指令及这些指令在三维空间施加到飞行器上所产生的运动效果。

图5 横滚、俯仰、偏航、油门指令对应通道

 

以上指令被施加可悬停飞行器如直升机、多旋翼上和被施加到前向飞行飞行器如固定翼飞行器上，飞行器会产生不同的响应。

• 可悬停飞行器基本运动 - 直升机、多旋翼或垂直起降无人机的垂直飞行部分。

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图6 控制指令对四旋翼控制效果图

 

需要牢记的是对于可悬停飞行器（多轴无人机，直升机）而言，

1. 横滚指令会产生左移/右移飞行效果；

2. 俯仰指令会产生前进/后退飞行效果；

3. 偏航指令会产生基于飞行器中心点左旋转/右旋转飞行效果。

• 前向飞行器基本运动 - 固定翼无人机，垂直起降无人机的前向飞行部分。

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图7 控制指令对固定翼控制效果图

 

需要牢记的是对于前向飞行飞行器（固定翼无人机）而言，

1. 横滚指令会产生左旋转/右旋转及转弯飞行效果；

2. 俯仰指令会产生上升/下降飞行效果；

3. 偏航指令会产生尾翼的左旋转/右旋转及转弯飞行效果。

使用以上4种基本的命令您可以在空中任何方向操控您的无人机进行飞行。最重要的是您将可以进行飞行器中最重要的飞行操作 - 起飞和降落。