什么是无人机陀螺仪？

Posted 2023-05-13

。为了使无人机完美飞行，IMU（惯性测量单元），陀螺仪稳定和飞行控制器技术必不可少。如今，无人机使用三轴和六轴陀螺仪稳定技术向飞行控制器提供导航信息，这使无人机更容易，更安全地飞行。

陀螺仪稳定技术是最重要的组件之一，即使在强风和阵风中，无人机也可以超顺滑地飞行。这种平稳的飞行能力使我们能够拍摄美丽星球的绝妙鸟瞰图。凭借出色的飞行稳定性以及航点导航，无人机可以生成高质量的3D摄影测量图和激光雷达图像。最新的无人机使用集成式云台，其中还包括内置陀螺仪稳定技术，使机载摄像头或传感器几乎没有振动。这使我们能够捕获完美的航空胶片和照片。

在本文中，我们研究什么是陀螺仪稳定，陀螺仪在无人机中的功能，包括三轴和六轴陀螺仪稳定之间的差异。我们列出了具有最佳陀螺仪稳定自主飞行模式和系统的最新顶级无人机。整篇文章中还有许多非常有用的视频。

无人机陀螺仪稳定

陀螺仪技术的主要功能是提高无人机的飞行能力。无人机的硬件，软件和算法可以协同工作，以改善飞行的各个方面，包括完美地悬停或急转弯。具有六轴万向架的无人驾驶飞机向IMU和飞行控制器提供信息，从而大大提高了飞行能力。

陀螺仪需要几乎立即作用于抵抗无人机（重力，风等）的力，以使其保持稳定。陀螺仪为中央飞行控制系统提供必要的导航信息。 参考技术A

无人机的飞控，就是无人机的飞行控制系统。

而飞控主要部分之一就有陀螺仪（飞行姿态感知），

陀螺仪和加速度计可以监测飞机的姿态，从而实现稳定的飞行，是自动飞行中最关键的部分。

希望对您有所帮助，不足之处欢迎补充。

参考技术B 无人机陀螺仪是一种用于稳定飞行并保持位置的装置。无人机陀螺仪可以检测到多旋翼的最小偏移。本回答被提问者采纳 参考技术C 陀螺仪数据校准

1.1 原理

一款飞控上的传感器是需要进行校准的，比如这里讲的陀螺仪。目前大多数的陀螺校准其实就是去掉零点偏移量，采集一定的数据，求平均，这个平均值就是零点偏移，后续飞控所读的数据减去零偏即可，如下所示：

这里乘以0.005其实就是除以200，表示采集的200个数据。

1.2 目的

零点偏移对陀螺、进而对飞控的影响是巨大的，举个例子，加入x轴有0.2度/秒的零偏，那通过这个x轴计算出来的角度，也不会是从0度开始，造成姿态角有偏差，所以飞行过程中会很难控水平。

1.3 一般方法

陀螺的校准比较简单，一般上电后，自己执行即可，然后保存这个零偏，另每次上电得到的零偏都不同，所以需要每次都校准一次。PX4原生飞控，这点做得很蠢，在QGC地面站的传感器校准页面中，需要用户自己点击进行校准，不会自动执行，当然这个很好改。

1.4 进阶

考虑到如果是小白用户，或者没细看说明书，通常有陀螺上电自动校准的话，是需要通电后保持静止的，否则校准得到的是一个错误值，所以最好能识别飞行器是否在静止状态，然后再进行校准。方法也很简单，就是判定两次采集的数据差的和是否超过一定阈值，超过阈值，说明在运动中，这里就不启用校准，LED红灯提示，飞控代码在此不断循环待机，直至静止状态。

无人机学习Pix4

pix4学习

IMU（惯性测量单元）

IMU用来检测当前飞机的姿态，飞控根据当前姿态做出调整，保证飞机飞行稳定。

• 俯仰角——pitch（前后翻滚）
• 横滚角——roll（左右翻滚）
• 偏航角——yaw（左右移动）

IMU一般包括：

• 陀螺仪
• 磁力计
• 加速度计

陀螺仪：有积分漂移，导致偏差大，需要磁力计和加速度计校准。

磁力计：靠近磁场会报错，

加速度计：对震动敏感，需要对飞控做减震措施。

飞机静止不动时，陀螺仪没有角速度，磁力计指向一个固定的方向，加速度计为0，

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PX4 无人机通常由锂聚合物（LiPo）电池供电。

PX4 可以通过串行接线或 WiFi 由独立的机载伴飞计算机进行控制。 机载计算机通常使用 MAVLink API（如 MAVSDK 或 MAVROS）进行通信。

Pixhawk 飞控板支持的最大 SD 卡大小为 32 GB 。PX4 使用 SD 储存卡存储 飞行日志，而且还需要内存卡才能使用 UAVCAN 外围设备，运行飞行任务。

所有车辆，船只和飞机都具有航向（机头朝向）或基于其前进运动的方向。

 

 安装方向

 基本上所有的飞控都会标示指向箭头（如下图所示）。 飞控应该顶部朝上安装在机架上，并使箭头指向与载具的前向一致

 带有内置加速度计或陀螺仪的飞行控制板对振动很敏感。一些板包括内置的隔振器，而另一些板带有安装泡沫，您可以使用它来将控制器与车辆隔离。

 Pixhawk 4接线

 Pixhawk 4应使用减震泡沫垫（包含在套件中）安装在框架上。其位置应尽可能靠近车辆的重心，顶部朝上，箭头指向车辆前部。

 将提供的带有集成罗盘、安全开关、蜂鸣器和 LED 的GPS连接到GPS MODULE端口。

GPS/指南针应安装在框架上，尽可能远离其他电子设备，方向标记朝向车辆前方（将指南针与其他电子设备分开会减少干扰）。

 

 使用 6 线电缆将套件随附的电源管理板（PM 板）的输出连接到Pixhawk 4的电源块之一。PM 输入2~12S将连接到您的 LiPo 电池。电源管理板的连接，包括电调和舵机的电源和信号连接，如下表所示。请注意，PM 板不通过FMU PWM-OUT 的+ 和 - 引脚为舵机供电。

手动控制车辆，则需要遥控 (RC) 无线电系统（PX4 不需要用于自主飞行模式的无线电系统）。

 数传电台遥测无线电可用于从地面站通信和控制飞行中的车辆（例如，您可以将无人机引导到特定位置，或上传新任务）。

车载电台应如下图所示连接到TELEM1端口（如果连接到此端口，则无需进一步配置）。另一个无线电连接到您的地面站计算机或移动设备（通常通过 USB）。

 

安装稳定的PX4版本

首先在顶部工具栏中选择 齿轮 图标 (Vehicle Setup) ，然后在侧边栏中选择 Firmware 。

通过 USB 将飞行控制器直接连接到您的计算机。直接连接到机器上有源 USB 端口（不要通过 USB 集线器连接）。

选择 PX4 飞行栈 X.x.x Release 为您的硬件（自动检测）安装最新版的PX4。

点击 OK 按钮开始更新固件。

然后，固件将进行一系列升级步骤 (下载新固件，删除旧固件等)。 每个步骤都打印到屏幕上，整个进度显示在进度条上。

 设置机架类型

机架设置步骤如下：

1. 打开 QGroundControl 并连接上飞机。

2. 在工具栏上选择齿轮图标 (载具设置)，然后在侧边栏选择 机架。

3. 先选择你的机架符合的大致分类，然后在下拉菜单中选择最匹配的机架类型。

4. 点击 应用并重启。 看到提示后点击 应用 保存设置并重启载具 (飞机)。

设置朝向

要设置方向：

1. 打开 QGroundControl 并连接上飞机。

2. 在工具栏选择 齿轮 图标 (机体设置)，然后在侧边栏选择 传感器。

3. 选择 Set Orientations 按钮。

4. 选择 自驾仪方向（AutoPilot Orientation）

5. 同样的选择 外置罗盘方向（External Compass Orientation）（只有当您的飞行器有外部罗盘时，才会显示此选项）。

6. 点击 OK。

罗盘校准

校准步骤如下：

1. 选择远离大型金属物体或磁场的位置。避免在办公桌顶部（通常包含金属条）或车辆旁边进行校准。如果您站在钢筋分布不均的混凝土板上，校准甚至会受到影响。

2. 打开 QGroundControl 并连接上飞机。

3. 在工具栏选择 齿轮 图标（机体设置），然后在侧边栏选择 传感器。

4. 点击 Compass 传感器按钮。

5. 点击确定开始校准。

6. 把你的飞机放置在下面显示的某一个方向，并保持静止。 随后提示（方向图像变为黄色）在指定方向旋转飞行器。 该位置标定完成后，屏幕上的相应图示将变成绿色。

7. 在机体的所有方向上重复校准步骤。

 陀螺仪校准

标定步骤如下：

1. 单击陀螺仪传感器按钮

2. 将车辆放在一个表面上并保持静止。

3. 单击确定开始校准。

4. 完成后，QGroundControl会显示一个进度条Calibration complete

 加速度计校准

校准步骤如下：

1. 打开 QGroundControl 并连接上飞机。

2. 在工具栏选择 齿轮 图标（机体设置），然后在侧边栏选择 传感器。

3. 点击 加速度计 传感器按钮。

4. 点击确定开始校准。

5. 按照屏幕上的图示引导，将机体翻转到指定位置。 看到 (图示位置变成黄色) 的提示，握紧机体并保持静止。 该位置标定完成后，屏幕上的相应图示将变成绿色。

6. 在机体的所有方向上重复校准步骤。

 水平平面校准

要调平地平线：

1. 打开 QGroundControl 并连接上飞机。
2. 在工具栏选择 齿轮 图标 (机体设置)，然后在侧边栏选择 传感器。
3. 点击 Level Horizon 按钮。
4. 将飞行器放置于水平方向：
   • 这是飞行器在水平飞行时的位置（飞行器通常会向上轻微翘起！）
   • 对于旋翼机，这是悬停位置。
5. 点击 OK 开始校准。
6. 等待校准过程结束。

 多旋翼 PID 调整

控制器是分层的，这意味着较高级别的控制器将其结果传递给较低级别​​的控制器。最底层的控制器是速率控制器，其次是姿态控制器，最后是速度和位置控制器。PID 调整需要按照相同的顺序完成，从速率控制器开始，因为它会影响所有其他控制器。

每个控制器（速率、姿态、速度/位置）和轴（偏航、滚转、俯仰）的测试程序始终相同：通过非常快速地移动操纵杆并观察响应来创建快速设置点变化。然后调整滑块（如下所述）以改进对设定点响应的跟踪。

• 速率控制器调整是最重要的，如果调整好，其他控制器通常不需要或只需要微调
• 通常，相同的调谐增益可用于横滚和俯仰。
• 使用 Acro/Stabilized/Altitude 模式来调整速率控制器
• 使用位置模式调整速度控制器和位置控制器。确保切换到简单位置控制模式，以便您可以生成阶跃输入。

 机架组装

DJI F450

https://docs.px4.io/master/zh/frames_multicopter/dji_f450_cuav_5plus.html