内蒙古工业大学无人机实训室设备配置方案 - 中航恒拓

内蒙古工业大学

无人机实训室设备配置方案

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内蒙古工业大学无人机实训室设备配置方案

中航恒拓智能科技河北有限公司
概述
随着科技的飞速发展和智能化时代的到来，无人机技术以其独特的优势在农业植保、地理测绘、物流配送、电力巡检、影视拍摄等多个领域展现出广阔的应用前景。无人机实验室的设立，旨在培养一批掌握无人机组装、调试、维修、检测、编程及行业应用技能的高素质技术技能型人才，以满足社会对无人机专业人才的迫切需求。同时，随着人工智能技术的发展，人工智能 + 无人机也逐渐得以应用，如何使人工智能技术惠及千家万户，如何进一步促进无人机智能化也是今后研究的热点，实训室的建立，亦可满足相关领域的教学与科研工作。
无人机专业和实训室建立的重要意义
服务国家发展战略
无人机技术是国家创新驱动发展战略的重要组成部分。通过培养无人机技术专业人才，可以推动无人机技术在各个领域的应用与创新，助力国家科技实力的提升和经济结构的优化。
促进产业升级
无人机产业链的上下游涉及众多企业，包括无人机制造商、服务商、运营商等。该专业的设立可以为这些企业提供专业人才支持，促进产业升级和转型，推动无人机产业的健康发展。
提升就业竞争力
随着无人机应用领域的不断扩大，市场对无人机专业人才的需求也日益增加。通过系统的学习和实践，学生除了可以掌握无人机组装、调试、维修、检测及行业应用等技能外，还可掌握无人机与人工智能系统的设计与研发，提升自身的就业竞争力，拓宽就业渠道。
满足市场需求
无人机应用领域日益扩大，市场对具备实战能力的无人机专业人才的需求不断增加。该专业的设立可以针对这一市场需求，培养一批具备实战能力的专业人才，为无人机产业的发展提供有力的人才保障。
公司实力

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中航恒拓智能科技河北有限公司成立于2014年7月，是一家专注于人工智能系统研发的高新技术企业。历经多年发展，中航恒拓在机器视觉、空间建模、智能控制等方面均取得了一定的成就。公司拥有强大的技术研发能力，除在河北石家庄拥有高规格的研发、生产基地外，2016年起先后在北京、浙江杭州、广东深圳、河北保定等地成立研发中心，拥有高性能数据中心，可满足深度学习模型训练、推理等需求，同时依托多所高校成立联合实验室。  

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研发团队核心成员来自国内外知名高校，其中博士硕士占比超50%，多人拥有高级职称，团队拥有二十余年无人机与人工智能研发经历，核心成员曾在英特尔、中国科学院等知名企业和单位任职十余年，为公司提供坚实技术保障，拥有一批具有自主知识产权的技术与产品，团队成员先后发表高水平论文数十篇，申请专利及软件著作权百余项。

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公司产品和解决方案深受市场欢迎，多家科技馆引入产品作为启发青少年科技创新积极性的重要展示项目。2021年，高精度室内定位自主飞行无人机解决方案亮相中国科学技术馆机器人大秀场，为观众呈现了精彩绝伦的表演，取得了广大观众一致好评。2024年，承担广东科学中心修缮改造项目之“航空航天”展馆重点展项设计与实施之中“无人机表演秀”展项的研发任务，提供亚毫米级超高精度无人机室内自主定位及飞行解决方案，取得了较好的视觉展示效果。

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先后与多家高校联合，研发有更高技术水准且更具应用价值的产品和解决方案。与北京理工大学联合研发脑机接口控制系统，成功研制面向多域、多任务的“脑控”智能系统，将空地协同机器人系统与无人机系统进行智能融合，形成“脑控”空地协同无人系统，该项目2020-2022连续三年参展世界机器人大会，获评为2023世界机器人大赛十大技术创新成果，受到中国教育电视台、北京电视台、凤凰新闻等媒体多次报道。新加坡国立大学依托于OWL Mini 3系列无人机构建10机蜂群系统。

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于2017年与中航无人机合作成立无人机教育品牌，专门致力于教育、科研无人机领域，主要提供面向教育教学及科研、竞赛的人工智能+无人机解决方案及相关配套产品。教育类主要产品及服务包括面向教育的无人机实训平台、无人机创客实验室解决方案、无人机实训实验室解决方案、职业院校无人机应用技术专业建设方案、无人机产教融合实训基地建设等，为各类教育机构提供无人机教育、实训实践、竞赛及学科建设一站式服务。先后与清华大学、北京航空航天大学等知名院校在内的全国数百所院校和科研单位合作，设立无人机专业、成立无人机实验室，为用户提供了大量教学无人机设备和无人机专业师资培训，为我国低空经济的发展做出一定的贡献。

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助力清华大学建设具有自身特色的无人机创新实验室，为相关技能竞赛、师资培养、教学服务提供必要的支撑，实验室的硬件以及技术环境进行设计和科学理论的就位，进一步促进学校科技智能教育的发展，促进学校教学能力的提升，为学校的教学发展增添一抹科技亮色。

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产品荣登清华大学官网首页。  

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建设方案
本方案旨在构建具备前沿技术支撑的无人机实训室设备配置方案，通过系统化部署实现教学、实训、科研与产业转化的无缝衔接。根据内蒙古工业大学实际情况及根据专业需求，无人机实训室设备配置方案建设方案主要分为无人机实训室、等功能区域。


无人机实训室

无人机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。该实训室的主要功能包括为相关课程提供教学与实训支持，实训室配备了各种无人机型号及其零部件、专业的装配工具、调试设备和测试仪器，旨在为学生提供一个真实的无人机装调工作环境。其主要功能包括：支持无人机结构与系统、无人机维护技术等课程的教学与实训，使学生掌握无人机的构造原理、装配流程、调试技巧和维修方法；提供无人机装调实训平台，让学生亲手进行无人机的组装、调试和测试，积累实践经验；同时，实训室还承担无人机故障排查与维修的教学任务，帮助学生提升解决无人机实际问题的能力。通过无人机装调实训室的学习与训练，学生能够全面掌握无人机的装调技能，为未来的无人机应用与维护工作打下坚实的基础。

主要功能
实训室注重理论与实践的结合，通过多媒体工具进行理论讲解，并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，通过无人机装调实训室的学习与训练，学生能够全面掌握无人机的装调技能，为未来的无人机应用与维护工作打下坚实的基础。
无人机拆装与维护
能够使学生了解无人机基本构造与原理，掌握无人机组装维护、维修保养等相关理论知识与实操能力。
该 5KG 载荷无人机具备多任务执行能力，可搭载喊话器实现 5 公里内远距离扩音（130 分贝）、照明灯提供夜间照明，通过吊舱搭载的 700 万像素相机完成高清拍摄与变焦监控，还支持航拍扩展套件进行多角度拍摄及图传显示，能适应多种工作场景需求。
无人机故障检测与维修
接头采用插拔接口设计，可同时设置多种不同的无人机故障，设置动力电源故障、分电板故障、电机供电故障、电机信号故障、接收机故障、飞控供电故障、电机转向故障，故障可通过插拔接口或者开关进行恢复复原。
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。
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。
主要课程与实验
无人机结构与系统
该课程旨在使学生深入了解无人机的结构组成、各部件功能以及整体系统的工作原理。通过理论学习与实践操作相结合，学生能够掌握无人机的基本构造和系统设计原理。
■ 实验1：识别无人机各部件外观
■ 实验2：无人机相关软件安装与基本操作
■ 实验3：C++与Git
■ 实验4：遥控器使用
无人机组装与调试
这是一门实践性很强的课程，学生将亲手进行无人机的组装与调试工作，通过实际操作，学生将掌握无人机的组装流程、调试技巧以及测试方法，确保无人机能够正常、稳定地运行。
■ 实验1：无人机组装
■ 实验2：无人机零部件更换
■ 实验3：无人机零部件调试
■ 实验4：起飞前设置（固件、参数、传感器、电机、螺旋桨）
无人机故障调试与维护
能够进行以下故障检测实验。
■ 实验1：无人机配电系统故障检测实验
■ 实验2：无人机电源管理模块故障检测实验
■ 实验3：无人机遥控通讯系统故障检测实验
■ 实验4：无人机电机缺项故障检测实验
■ 实验5：无人机电调信号故障检测实验
■ 实验6：无人机电调供电故障检测实验
■ 实验7：无人机动力系统综合检测实验
■ 实验8：IMU惯性测量单元校准故障检测实验；
■ 实验9：无人机飞控故障故障检测实验
■ 实验10：无人机系统综合故障检测实验
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
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。
无人机地面站
了解Mission Planner地面站及操作。
■ 实验1：Mission Planner 地面站基本操作
■ 实验2：飞控启动过程与连接地面站
■ 实验3：加速度计校准
■ 实验4：遥控器校准
■ 实验5：电调校准
■ 实验6：磁罗盘校准
■ 实验7：飞行模式选择
■ 实验8：飞行前检查与故障排除
■ 实验9：飞控代码编译与下载
■ 实验10：了解飞控代码架构
无人机维护技术
此课程专注于无人机的日常维护、保养及故障排查与维修技术。学生将学习如何对无人机进行定期检查、清洁、润滑以及更换易损件，同时掌握无人机常见故障的诊断与排除方法。
■ 实验1：遥控系统通讯异常检测与维修
■ 实验2：通讯链路故障检测与维修
■ 实验3：无人机动力系统故障检测与维修
■ 实验4：飞行控制系统故障检测与维修
■ 实验5：固件丢失或异常维修
■ 实验6：无人机保养
主要实验装备
室内教学拆装调无人机实训平台

室内教学拆装调无人机实训平台HT380是一款专为教学而生的无人机实训平台，外观设计精美，机身采用高强度碳纤维和航空铝材质，配以M3内六角碳钢螺丝，牢固可靠，不易损坏，寿命长，可用于反复拆装，能够清晰展示无人机各零部件外观，使学生了解无人机基本构造与原理。配套多自由度桌面调试系统，无人机可通过快拆接口连接到调试器，配套专业遥控器，学生可在室内桌面上进行飞行调试，调参，避免炸机。

提供完备的使用说明书、拆装调试手册、全系列视频教程等学习资料，不仅可进行无人机相关教学以及零部件调试、故障检测维修、地面站调试与设置等学习，还可以用于学科竞赛、二次开发和改装。

5KG载荷无人机

该 5KG 载荷无人机具备多任务执行能力，可搭载喊话器实现 5 公里内远距离扩音（130 分贝）、照明灯提供夜间照明，通过吊舱搭载的 700 万像素相机完成高清拍摄与变焦监控，还支持航拍扩展套件进行多角度拍摄及图传显示，能适应多种工作场景需求。

无人机故障检修实训平台

无人机故障检修实训平台功能全面，涵盖了硬件配置、飞行模式、传感器集成、功能扩展、实训平台结构、安全设计、故障设置与检测以及故障检测与维修等多个方面，能够为学生提供丰富的实训内容和良好的学习体验，有助于培养学生的无人机故障检测与维修能力。

该平台能够还原四旋翼无人机系统构成，直观展示无人机内部线路的连接方式，帮助学生深入了解无人机的硬件结构和电气连接。支持多种无人机故障情景，包括动力电源故障、分电板故障、电机供电故障、电机信号故障、接收机故障、飞控供电故障、电机转向故障等，接头采用插拔接口设计，可同时设置多种不同的无人机故障情景，设置的故障可通过插拔接口或者开关进行恢复复原，方便学生进行故障模拟和维修练习。

多旋翼航拍教学开发平台

HT500系列是专为教学而生的无人机开发实训平台采用碳纤维可折叠机身，既可用于教学开发，也可以用于室外飞行训练、调试，通过配套地面站软件可进行PID参数调节、传感器校准、参数设置、航线规划等实训环节，开源飞控，可二次开发，可搭载航拍模块作为多旋翼航拍教学开发平台。

该机型还可以搭载其他模块实现自主飞行，亦可挂载寻迹、小球投放、钩瓶、激光打靶、航拍、机械臂、机械爪等各类设备，整机结构牢固，承载能力强，符合国际机器人挑战赛无人机自主飞行赛项、中国工程机器人大赛无人机赛项等竞赛的要求，是高校及职业院校教学与竞赛的好选择，还可以用于无人机创客空间、飞行培训等，实现一机多用。

无人机综合调试与检测实训平台

无人机综合调试与检测实训系统整机功能丰富，既可满足课程教学使用，还可以满足竞赛、研究等需求，可做到一机多用。系统集成了无人机地面站系统、高精度示波器、万用表等多种部件，可满足无人机调试、信号波形查看、各传感器数据查看等需求，还能够满足无人机调试与试飞、不同飞行模式飞行体验等需求，拥有无人机升降平台，能够确保试飞过程中的安全，满足新机组装后验证、维修零件后验证、PID参数调节、抗风性能测试，还能够通过集成的拉力传感器、振动传感器实现零部件疲劳测试、整机及单电机拉力测试、结构震动测试等功能。

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。


无人机装调飞测一体化实训操作平台

无人机装调飞测一体化实训操作平台采用高强度钣金一体化成型，提供具有安全防护的飞行调试区域，配备无人机起降环，采用高强度纤维材料，能够与室内教学拆装调无人机实训平台搭配，在保证安全的前提下测试和观察组装或维修后的无人机飞行状态，降低无人机调试时的风险。面板集成数显拉力测量模块，可测量整机升力，测量范围为≥0~5kg。

平台提供控制终端和配套的地面站软件，可满足无人机原理学习、组装维护、综合调试、软件参数设置等需求，可供无人机组装与调试、无人机维护修理等课程使用，还可以满足无人机地面站相关课程学习使用，实现一机多用。

无人机电池安全防爆柜

这款无人机电池安全防爆柜采用全钢四层结构，内部尺寸为长 510mm、宽 380mm、高 1500mm，可分层存放无人机电池。其核心功能是通过坚固的全钢材质和多层设计，为电池提供安全储存空间，有效隔离和防范电池可能发生的爆炸、起火等风险，保障电池存放过程中的安全性。

无人机智能电池管理系统

无人机智能电池管理系统采用集成式手提航空箱设计，面板包含4路充电组接口，每组包含2-6S充电接口，最多可同时充放 4路2-6S锂聚合物电池。

支持多种安全保护设计，电源输入反接、欠压、过压保护和输出充电反接保护。

实时显示充电状态、每片电池的充电电流、电池电压和充电电量，对电池状态情况一目了然。

可选工作模式，支持轮流充电、同时充电、放电、电压检测；拥有极高的平衡效率，即使不平衡的电池组，在1C充电条件下，充电时间亦不到1小时。

系统功率低，效率高，自身功耗不超过1W，拥有极高的电能使用效率，充电时充电器不发热。

支持电池分析功能，可查看每片电池的起始电压，充电容量，停止电压。

设备清单
序号 设备或部件名称 单位 数量 品牌 型号
1 室内教学拆装调无人机实训平台 架 21 中航恒拓 HT380
2 无人机拆装耗材套装 套 21 中航恒拓 HT-Lib380
3 拆装调无人机实训平台备用电池 块 42 中航恒拓 5200mAh
4 5KG载荷无人机 架 8 中航恒拓 HT-M100
5 无人机故障检修实训平台 套 21 中航恒拓 GZ100
6 多旋翼航拍教学开发平台 架 8 中航恒拓 HT500
7 无人机综合调试与检测实训平台 台 1 中航恒拓 TS100
8 嵌入式及无人机案例实验箱 套 21 中航恒拓 STM32 Drone ARM
9 无人机组装维修工具套件 套 21 中航恒拓 HT-Tools
10 无人机装调飞测一体化实训操作平台 台 21 中航恒拓 ZT100
11 无人机电池安全防爆柜 台 2 中航恒拓 FB150
12 无人机智能电池管理系统 台 10 中航恒拓 HT-Charger
配套课程资源
无人机装配调试
实训手册及视频课程，视频课程主要包括室内教学拆装调无人机实训平台组装上机臂及电机、组装上机臂20mm铝柱、组装下机臂、组装脚垫及机腿、组装电池板、安装机臂、安装电源模块及连接电调线、焊接电调线及BB响、安装LED灯及飞控、连接电调信号线和安装上主板、安装接收机并连接飞控线、固定电调和接收机天线、安装无人机桨叶、安装安全拉杆。
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。
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。
飞控与地面站
视频课程及PPT课件，主要包括MISSION PLANNER地面站简介与操作、飞行控制器介绍、飞控启动过程、加速度计校准、遥控器校准、电调校准、罗盘校准、飞行模式、飞行前检查与故障排除、飞控代码编译与下载、了解飞控代码。