技术分享 | 如何让Pixhawk无人机实现精准降落?

lanjiadong

众所周知，我们经常使用的一键返航功能，主要依靠GPS定位。在无人机返航过程中，由于GPS定位的误差比较大，且无人机在降落过程中容易受到风力等环境因素影响，如果不加以人为控制，降落点和起飞点往往会有1米以上误差。当然对于普通用户而言，精度要求不高，对使用没有影响。但是如果要让无人机实现全自主飞行，适应自动返回充电平台充电等应用场景，精准降落就是必须要克服的问题。目前市面上常见的无人机(固定翼、多旋翼、直升机)精准降落方法主要有两种：
1. 基于RTK地面站的精准降落技术，通过RTK基站给无人机发送自身在大地坐标系下的精确位置。

2. 基于图像识别技术，使用无人机机载图像识别设备识别地面目标降落点，获得目标降落点与无人机的相对位置。如：二维码识别降落。

本节教程我们使用的方法是利用安装在无人机上的单目摄像头，识别地面上降落点的红外LED信标。

该模块可以应用于无人机精准降落、空地协同或者特定物体的追踪等。模块分为两个部分：单目相机和红外信标。单目相机运行基于色调特征的快速跟踪算法，当单目相机检测到红外信标上的红外光源时，单目相机可实时计算出相机视野内红外信标的水平位置。
此模块完全兼容开源平台PX4和ardupilot，并且出厂之前已经对模块调试完毕，用户只需配置几个特定参数，模块即可正常工作，真正做到即插即用。
该方法相较于之前的2种方法，它优点在于：相较于RTK方案，它实现成本更低，安装灵活方便；相较于图像识别，它调试更简单，对环境光照没有要求。以下是测试视频：

相机参数：

相机FOV	90°
相机焦距	3.6mm
供电范围	5V(飞控供电)
数据刷新率	50HZ
数据通信接口	I2C
相机尺寸	58mm*55mm*23mm
相机重量	51g（含外壳）

红外信标参数：

红外信标供电范围	10-15V(建议使用3S锂电池供电)
功耗	0.25A @ 12V
红外信标尺寸	104mm*54mm*12mm
红外信标重量	51g（含外壳）
最大可识别距离	20米

注：红外视觉引导模块必须需要RangeFinder模块配合才能工作。当RangeFinder有效测量距离小于20米，红外视觉引导模块的最大可识别距离取决于RangeFinder的最大有效量程。当RangeFinder有效测量距离大于20米，红外视觉引导模块的最大可识别距离为20米。我们测试使用的是TFmini plus激光定高模块，使用方法在本期另一篇教程中有介绍。

一、硬件准备：

---

已经组装调试好的pixhawk无人机一台

TB购买链接：F450无人机

TB购买链接：Z410无人机

红外视觉引导模块

TB购买链接：红外视觉引导模块

I2C扩展口

TB购买链接：I2C扩展口

TFmini plus激光雷达

TB购买链接：TFmini plus

3S 5200mah XT60锂电池

TB购买链接：锂电池

二、软件准备：

---

多旋翼Copter3.6及更高版本支持此传感器。我们测试使用的是Copter3.6.12固件

https://pan.baidu.com/s/13vgNVGWxnPtdHArzexRcOg

提取码:0h9r

Missionplanner1.3.62地面站免安装版下载链接：https://pan.baidu.com/s/1yLy7OK2PmpSmoB7bu3BA7w
提取码：5qrh

三、接线说明：

---

单目相机是通过I2C与飞控通讯连接的。相机线序：SCL蓝色  SDA白色  VCC红色(5V)  GND黑色(由飞控给相机供电)





红外LED信标线序：VCC红色 GND黑色（10-15V     建议使用3S锂电池供电）。红外LED信标可放置于地面，或则要求的移动平台上。

四、安装过程：

---

1.pixhawk2.4.8飞控上只有一个I2C口，用于连接外置罗盘。所以要用到I2C扩展口，连接外置罗盘和单目相机。



2.相机用双面胶粘在机身下方，尽量安装在中心位置。不要有阻挡。注意安装方向(如果相机不是安装在飞机中心位置，需要修改相机相对于无人机中心的参数，详见参数设置)



五、参数设置

---

PLND相关参数

PLND_ENABLED = 1 （开启视觉引导，需要先使能此参数，重启飞控后才可更改PLND相关的其他参数）


PLND_TYPE = 2  （传感器类型）


PLND_BUS = -1   (Pixhawk2.4.8 = -1 ; Pixhawk2 = 0)



PLND_EST_TYPE = 0  (0：传感器原始值   1：kalman滤波器估计值)



2.如果相机不是安装在飞机中心位置，需要修改以下参数
PLND_CAM_POS_X = 0 (默认是0。如果相机安装位置相较于无人机中心位置靠前，那么X轴偏移量填写正值。反之填写负值。 单位：m)PLND_CAM_POS_Y = 0 (默认是0。如果相机安装位置相较于无人机中心位置靠右，那么Y轴偏移量填写正值。反之填写负值。 单位：m)PLND_CAM_POS_Z = 0 (默认是0。如果相机安装位置相较于无人机中心位置靠下，那么Z轴偏移量填写正值。反之填写负值。 单位：m)，

3.TFmini plus激光雷达参数设置

---

详见下一篇教程

4.遥控器辅助通道设置：用于loiter模式下的跟踪控制

---

注：无人机在降落模式下，不管是否打开使能开关，无人机检测到红外信标之后，都会进入精准降落模式。

我们以8通道为例：

4.1 遥控器上，给8通道分配一个2挡开关，用于跟踪控制开关；

4.2 辅助开关设置

CH8_OPT = 39 （当使能开关打开，无人机处于Loiter，无人机会跟随红外信标移动）


六、注意事项：

---

精准降落需要在GPS定位后才能使用；

只要飞控设置了PLND的参数，当无人机在返航模式的降落阶段、或则是降落模式下，相机检测到红外LED信标，无人机就会进入精准降落模式，不需要人为操作；

如果无人机已经进入降落阶段，高度小于10米，但是水平距离与地面红外LED信标超过2米以上，红外信标有可能不在相机视野范围内，会导致精准降落失败；

设置遥控器辅助通道的作用，是用于视觉引导跟踪。

- End -

技术发展的日新月异，阿木实验室将紧跟技术的脚步，不断把机器人行业最新的技术和硬件推荐给大家。看到经过我们培训的学员在技术上突飞猛进，是我们培训最大的价值。如果你在机器人行业，就请关注我们的公众号，我们将持续发布机器人行业最有价值的信息和技术。