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实验室或功能区 无人机模拟飞行仿真实训室 - 方案文档

无人机模拟飞行仿真实训室

无人机虚拟仿真实训室是一个专为无人机应用技术专业设计的综合性实训平台,集成了先进的无人机模拟飞行软件和硬件设备。结合模拟仿真系统进行实践操作,实现个性化学习和自主训练,全面提升学生的无人机应用技能。

主要功能
为相关课程提供教学与实训支持,通过高度仿真的飞行环境帮助学生掌握无人机操作技能;进行模拟飞行训练,提升学生的飞行技能水平和应急处理能力。 训练无人机操作技能 通过训练,使学生能够熟练掌握无人机的起飞、降落、悬停、飞行、遥控操作等基本技能,确保在实际应用中能够灵活应对各种飞行任务。 培养应急处理能力 针对无人机可能遇到的失控、遇到障碍物、通信中断等紧急情况,进行专门的应急处理训练,提高学生在紧急情况下的应变能力和快速响应能力。 强化安全操作技能 强调安全意识和安全操作规程的重要性,确保学生在操作过程中严格遵守安全规定,保障自身和设备的安全。
训练无人机操作技能
通过训练,使学生能够熟练掌握无人机的起飞、降落、悬停、飞行、遥控操作等基本技能,确保在实际应用中能够灵活应对各种飞行任务。
培养应急处理能力
针对无人机可能遇到的失控、遇到障碍物、通信中断等紧急情况,进行专门的应急处理训练,提高学生在紧急情况下的应变能力和快速响应能力。
强化安全操作技能
强调安全意识和安全操作规程的重要性,确保学生在操作过程中严格遵守安全规定,保障自身和设备的安全。
嵌入式系统与自动控制开发
通过嵌入式及无人机案例实验箱,可实现嵌入式系统课程、嵌入式传感器、自动控制、无人机飞控开发等方向的实验教学。
无人机传感器系统开发
无人机等任何智能设备都离不开传感器技术,学生需要了解各类传感器的工作原理和特征并结合理论知识完成传感器系统软硬件开发,并将相关传感器与无人机结合以实现更多功能,能够培养学生的综合开发能力。
惯性导航系统开发
惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统,可用于无卫星定位时的持续导航定位。学生可以通过学习相关技术原理,并开发符合实际需求的软硬件系统并与无人机进行结合,培养学生的软硬件开发能力。
无人机动力匹配测试
通过无人机动力测试实验平台无人机可进行螺旋桨、电机的匹配度测试等功能。
无人机与机械爪
能够提供无人机和机械爪开发平台,可根据需求实现对应的功能,还可以满足一系列竞赛的要求。
无人机植保技术
专注于无人机在农业植保中的应用,包括植保无人机的选型、农药喷洒技术、作业规划与实施等。学生将学习如何高效、安全地进行农业植保作业,提高农作物产量和质量。
航拍航测专项学习与训练
学生通过航拍航测专项训练能够掌握航拍航测无人机相关基本操作要领和拍摄手法,并掌握基本的图像和视频后期处理方法,能够制作具有一定水平的图片和视频作品。
无人机物流运输技术
展示无人机在物流运输领域的应用,包括物流无人机的选型、配送路线规划、货物装载与卸载等,学生将了解无人机物流运输的基本原理和操作流程,探索无人机在物流行业中的创新应用。多旋翼物流教学无人机通过其高冗余度设计、强环境适应性与物流专项参数,为学员提供了从基础飞行到复杂物流任务的完整技能培养体系。同时,其碳纤维材质与模块化设计也为设备维护与教学扩展提供了便利。
主要实验装备
无人机执照考证仿真系统

无人机执照考证仿真系统通过在计算机上安装模拟软件并搭配专用遥控器,能够高度还原真实场景下的无人机操作。该系统突破了真实飞行在时空、成本与安全方面的限制,为无人机操作学习、技能提升与技术验证提供了一套高效、安全的实践解决方案。

嵌入式及无人机案例实验箱

嵌入式及无人机案例实验箱不仅可以满足传统的嵌入式及STM32相关课程的教学实验需求,还为课程设计提供了丰富的无人机飞控工程案例化实验。

该实验箱由四大部分组成,分别为STM32嵌入式实验板卡、平面对轴平衡调试平台、遥控控制器及配件、四轴飞行器。

通过嵌入式及无人机案例实验箱,可实现嵌入式系统课程、嵌入式传感器、自动控制、无人机飞控开发等方向的实验教学。嵌入式实验板卡的处理器采用STM32F407,可以实现丰富的嵌入式硬件外设实验,还可与平面对轴平衡调试平台配合完成对轴控制实验,实现无人机的飞控开发入门学习。


无人机传感器技术开发实训平台

无人机通常采用多种传感器,通过数据融合技术将来自不同传感器的数据整合成更准确的信息。传感器之间的协同工作可以实现无人机的高度自主飞行和复杂任务执行。无人机传感器技术开发实训平台提供多种传感器模块,主要包括惯性导航传感器模块、红外传感器、温湿度传感器、火焰传感器等。传感器模块套件配合单板计算机,实现各种传感器原理、应用、上位机软件编写等实验。

无人机GNSS INS惯性组合导航开发模块可用于学习无人机惯性导航。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

无人机动力系统测试实训平台

无人机动力系统测试实训平台是一款专业化的智能检测系统,集成高精度传感器阵列与模块化设计,可同步采集拉力、扭矩、转速、电压电流等数据,通过闭环控制系统实现电机效率、桨力效率的实时分析。平台配备双冗余应急保护机制,包括物理急停按钮与软件过载保护,确保测试安全。核心功能涵盖螺旋桨气动性能验证、电机KV值匹配度测试、动力系统能耗优化,支持定桨距/变桨距多场景模拟,为无人机研发提供从单机部件到整机动力链的全流程测试解决方案。

教学无人机机械抓取平台

HT500Z是面向教学与竞赛的机械抓取无人机实训平台,配备可拆卸机械爪模块,支持物品抓取、运输及定点投放功能。

系统内置航线规划与基础避障能力,可满足物流运输课程实训需求,也可用于无人机相关竞赛。平台采用模块化设计,支持二次开发,便于与教学体系对接。

小型农业植保无人机竞赛实训平台

HT-Z2是一款专为教学而生的小型农业植保无人机竞赛实训平台,配备微型配套水箱、两个雾化喷头,与大型植保无人机功能和原理均相同,可满足植保教学、新手培训以原理展示和学习等用途,支持二次开发与改装,适用于各类学科竞赛和课程设计等需求,还可用于蔬菜大棚等小范围农业生产场景以及小面积场地消毒等用途。

多旋翼航拍教学无人机开发平台

本平台专为院校无人机航拍与开发教学打造,采用碳纤维可折叠四旋翼机身,内置GPS高精度定位模块,兼顾便携与稳定性。搭载STM32全开源飞控(C++编写,支持二次开发),通过配套地面站可完成PID调参、传感器校准、航线规划等实训。配备三轴云台4K相机(1/1.7英寸索尼CMOS,320°航向轴)及高通八核图传遥控器(5.5英寸1080P高亮屏,15km双路数字图传),支持超高清航拍与第一视角任务飞行。提供纸质实训手册、飞控开发教程及11节视频课程,覆盖地面站操作、代码编译等环节,是飞行控制与航拍应用一体化教学的理想平台。

大载重中型六旋翼物流无人机实训平台

物流无人机作为智慧物流的重要组成部分,其应用场景和技术优势已逐渐渗透到物流行业的各个环节。该平台设计具备承载重物的能力,对角轴距 1850 mm,最大载重 20 kg,能够执行重型货物运输、物资投放等任务,满足学生对大型物流无人机操作训练、物流飞行方案和飞行计划制定、飞行安全保证等学习和训练等需求。

30kg级植保农用无人机飞行平台

30 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z50对角轴距 1300 mm,最大起飞重量 66.8 kg,药箱容积 30 L,可满足学生对农业植保无人机构造与原理的学习,掌握大型无人机的操作与维护保养。

多旋翼航拍教学无人机

多旋翼航拍教学无人机机身可折叠,具有全向避障功能,配备8个广角视觉传感器,能够在复杂环境中自动避障,减少碰撞风险。机身前方、后方、下方均具备视觉感知系统和红外感知系统,能够支持室内外稳定悬停、飞行,具备自动返航及三向环境感知功能。其抗风能力达到12m/s,适合在多种环境下稳定飞行。续航时间为43分钟,足够完成大部分拍摄任务‌。

支持多种智能拍摄模式,如焦点跟随、大师镜头、一键短片等,操作简单,适合不同水平的用户。通过红外传感系统及补光灯辅助可实现定位功能,满足无人机航拍技术教学及实训课程。


多旋翼航测教学无人机

多旋翼航测教学无人机可以让学生了解无人机的飞行原理、操作技巧以及航测的相关知识,提高学生的实践能力和专业素养。在农业、林业、电力、交通等行业,可用于巡检、监测等工作,提高工作效率和质量,降低人力成本。凭借其高精度的悬停和定位能力以及高像素的拍摄功能,可执行各种航测任务,如地形测绘、土地调查、资源监测等,为相关领域提供准确的数据支持。

地理测绘无人机应用平台

采用经纬 M300 RTK + DJI L1 的组合方案,采用机载 LiDAR 激光扫描与无人机航空倾斜摄影测量以及贴近摄影测量相结合的方式进行数据采集。DJI L1集成 Livox 激光雷达模块、高精度惯导、测绘相机、三轴云台等模块于一身,同时 DJI L1 激光雷达具备最远测距 450 米、最高支持 3 次回波的特性,激光穿透能力极强。可穿透植被冠层直接探测地表,获取地物及地面的点云数据,构建高精度 DEM。结合大疆Mavic 3系列和经纬M300 RTK + DJI L1组合方案,以“高精度、高效率、强适应”的技术优势,为智慧城市构建了从数据采集到决策应用的全链条解决方案。

球形集群编队表演无人机

球形集群编队表演无人机基于UWB制式基站进行定位,无需GPS即可实现各种环境下精确室内外定位。

机身搭载可编程256色灯光系统,能够实现不同颜色效果。系统通过PC端地面站实现编程编队、实时控制功能,支持飞行动作与灯光同步编程及实时动态仿真,预览编程实际效果,最多可同时控制 10 架无人机在线同步飞行。

无人机集群编队表演套装

F165 无人机集群编队表演方案基于 UWB 制式基站进行定位,无需 GPS,实现各种环境下精确室内外定位,具有中继器与 WIFI 链接两种通信形式,可适用于各种网络环境。支持手机 APP 编队飞行及 PC 端编程编队、实时控制功能,支持图形化/Python 双语言双平台进行单台或者编队飞行自主编程,软件平台高度集成,支持飞行动作与灯光同步编程界面及实时动态仿真,预览编程实际效果。图形化编程最多可同时控制 40 架无人机在线同步飞行,python 最多可编程 40 台无人机在线同步飞行,App 端最多控制超过 40 台无人机同步飞行,PC 端操作最多控制可超过 200 台无人机。

无人机集群编队表演套装一套包含 10 架无人机,四个基站和一个包装箱。

实验室设备清单
序号 设备名称 单位 数量 设备品牌 设备型号
1 无人机执照考证仿真系统 11 中航恒拓 SM-KZ
2 嵌入式及无人机案例实验箱 40 中航恒拓 STM32 Drone ARM
3 计算机 11 主流品牌 主流型号
4 无人机传感器技术开发实训平台 40 中航恒拓 HT-Sensors-EDU
5 无人机动力系统测试实训平台 1 中航恒拓 DT100
6 教学无人机机械抓取平台 2 中航恒拓 HT500Z
7 小型农业植保无人机竞赛实训平台 2 中航恒拓 HT-Z2
8 多旋翼航拍教学无人机开发平台 2 中航恒拓 HT500HP
9 大载重中型六旋翼物流无人机实训平台 2 中航恒拓 HT-WL20
10 30kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z30
11 多旋翼航拍教学无人机 4 DJI Mavic 3 Pro
12 多旋翼航测教学无人机 1 DJI Mavic 3E
13 地理测绘无人机应用平台 1 DJI M300 RTK
14 计算机 40 主流品牌 主流型号
15 桌椅 40 中航恒拓 主流型号
16 设备储存柜 2 中航恒拓 ---
17 球形集群编队表演无人机 4 中航恒拓 HT-BY100
18 无人机集群编队表演套装 10机群 1 中航恒拓 F165
主要课程与实验
无人机模拟飞行
通过在计算机上模拟无人机飞行,能够降低实际飞行中的风险,提升训练速度和效率。 训练内容主要包括:
■ 实验1:多旋翼起飞与降落训练;
■ 实验2:多旋翼对尾悬停训练;
■ 实验3:多旋翼对头悬停训练;
■ 实验4:多旋翼右侧悬停飞行训练;
■ 实验5:多旋翼左侧悬停飞行训练;
■ 实验6:多旋翼航线动作训练;
嵌入式系统及飞行控制系统原理与开发
基于ARM Cortex嵌入式系统,开发多旋翼无人机飞控系统。综合应用控制和传感器相关知识,在课程组提供的嵌入式系统开发板上,开发传感器采集模块、传感器数据融合和滤波模块、内环控制模块、外环控制模块、通信模块等,并将诸模块进行整合,形成一套完整的多旋翼无人机飞行控制系统。能够满足从单片机入门至传感器数据采集再到PID等全套实验需求。
STM32相关基础实验
■ 实验1:GPIO实验,点亮流水灯
■ 实验2:按键操作实验
■ 实验3:定时器与外部中断实验,实现LED定时闪烁与呼吸灯
■ 实验4:串口收发实验
■ 实验5:呼吸灯实验
■ 实验6:蜂呜实验
■ 实验7:电机驱动及空心杯电机实验
■ 实验8:TFT LCD实验
■ 实验9:ADC采样实验,并获取电池电压
■ 实验10:DAC输出正弦波实验
■ 实验11:WIFI实验
■ 实验12:MS5611实验
■ 实验13:SD卡实验,将SD卡中图片显示在TFT LCD
■ 实验14:SPI读取IMU数据实验
■ 实验15:IIC读取气压计 MS5611 数据
■ 实验16:PPM实验,遥控器定时器输入捕获
■ 实验17:PWM实验,通过外设输出PWM波控制蜂鸣器的音调
■ 实验18:磁力计数据获取实验
■ 实验19:陀螺仪积分获取角度
■ 实验20:传感器低通滤波实验
■ 实验21:加速度计3轴分解实验
■ 实验22:音频输出播放实验
■ 实验23:麦克风音频输入及信号处理输出实验
■ 实验24:ucos Mahony滤波实验
■ 实验25:ucos led实验
飞行控制系统相关实验
■ 实验1:陀螺仪实验,掌握陀螺仪数据及原理,获取角速度数据并计算角度。
■ 实验2:加速度实验,掌握加速度计原理,获取加速度数据并计算角度。
■ 实验3:磁力计实验,掌握磁力计原理,获取磁力计数据并计算角度。
■ 实验4:传感器校准实验,了解传感器误差来源,掌握传感器校准方法和软件实现。
■ 实验5:传感器低通滤波实验,掌握巴特沃斯低通滤波器设计,实现滤波器调参。
■ 实验6:姿态解析实验,了解无人机姿态表示方法,掌握 Mahony 滤波算法。
■ 实验7 DCM 方向余弦矩阵实验,了解方向预选矩阵,对 DCM 进行应用,获取运动加速度数据。
■ 实验8:无人机控制系统建模及实现。
■ 实验9:无人机对轴平衡调试试验。
■ 实验10:无人机定高飞行实验。
■ 实验11:无人机遥控飞行实验。
无人机传感器原理相关开发
常用传感器数据读取和应用。
■ 实验1:红外避障碍传感器数据采集与展示
■ 实验2:霍尔传感器数据采集与展示
■ 实验3:温度湿度传感器数据采集与展示
■ 实验4:火焰传感器数据采集与展示
■ 实验5:上位机软件开发
惯性导航原理与相关开发
了解惯性导航相关原理并开发上位机软件。
■ 实验1:获取IMU数据
■ 实验2:获取卫星定位数据
■ 实验3:IMU与卫星定位数据融合
■ 实验4:在地图中记录轨迹
■ 实验5:GPS与Move_Base导航
■ 实验6:上位机软件开发
无人机与农业
掌握植保无人机、农业检测无人机构造与原理,掌握无人机操作与维护保养。
■ 实验1:植保无人机的认知
■ 实验2:植保无人机起飞前检查
■ 实验3:植保无人机飞行操控
■ 实验4:植保无人机撒播技术
■ 实验5:植保无人机辅助设备操作
■ 实验6:紧急情况下植保无人机的操控
■ 实验7:植保无人机维护保养与储存
■ 实验8:农药使用安全常识及病毒害
■ 实验9:植保无人机喷洒效果检验及飞防作业的实施
■ 实验10:植保无人机的拆装
■ 实验11:植保无人机故障分析及检修
■ 实验12:植保无人机硬件程序刻录刷写及固件升级
■ 实验13:植保无人机售后服务
■ 实验14:植保无人机作业规划
无人机航拍及图像处理
了解掌握航拍无人机构造与原理,实现操作无人机进行航拍,熟悉航拍运镜和图像、视频处理。
■ 实验1:航拍运镜实践
■ 实验2:图片处理与调色实践
■ 实验3:视频调色实践
■ 实验4:视频剪辑实践
■ 实验5:人物追踪及跟拍实践
■ 实验6:航拍综合实战
■ 实验7:紧急情况下航拍无人机的操控
无人机物流技术
无人机物流飞行计划、航线规划、飞行安全保证。
配套课程资源
无人机模拟飞行训练
提供关于升降舵悬停练习、副翼舵悬停练习、升降舵+副翼舵悬停练习、四位悬停练习、八位悬停练习、自悬360度练习、正八字练习、无人机起降练习等视频教程。
嵌入式系统及无人机飞控开发
视频教程,主要包括BirdFlight软件系统初始化详解、四旋翼全模型控制原理详解、无人机位置控制、无人机视觉识别与位置控制教学、飞控工程之系统初始化流程、空心杯无人机安装开箱视频、空心杯无人机调试。
配套共包括28个实验教学实验指导书。
无人机传感器系统开发
各类传感器技术资料、开发指导以及例程。
无人机惯性导航开发
惯性导航系统开发手册、基本例程、相关资料文档、测试用上位机软件。
无人机算法入门课程
包括无人机算法、无人机与深度学习视频教程,主要包括零基础入门四旋翼建模与控制等。
无人机与农业
植保无人机、农业检测无人机构造与原理,无人机操作与维护保养等课程。
无人机航拍
航拍无人机使用说明、开发教程、配套软件、教学视频、竞赛指导等。
无人机物流技术
物流无人机操作与安全保证相关教程。
无人机编队表演
无人机编队表演配套软件。
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