1、Crazyflie無人機協同控制實驗平臺概述

無人機編隊與協同控制是目前的一個研究熱點。對此，本平臺提供了一套基于室內定位系統的完整四旋翼編隊實驗解決方案。本平臺采用光學運動捕捉技術（定位精度可達毫米級別)，并通過無線電網絡實現多機間的通信，用戶能夠將Python開發(fā)的無人機編隊算法直接生成代碼下載到無人機中，在室內環(huán)境下進行多機編隊算法的驗證。

本平臺主要提供以下三個方面的研究：

?編隊隊形的設計：多個無人機在指令下運行至的位置，并最終實現既定的編隊形態(tài)，除了需要考慮無人機氣動力影響之外，還要考慮任務要求及無人機間信息交換的冗余度，同時保證無人機之間不會發(fā)生碰撞。

?編隊隊形的保持：在無人機執(zhí)行指令過程中能克服來自系統內部或者外在環(huán)境干擾，進而保持整個隊形不變。

?編隊隊形的變換：在無人機行進過程中能夠適應來自系統內部或外在環(huán)境干擾而對編隊做出適當且合理的改變。

2、Crazyflie無人機協同控制實驗平臺系統特點

?室內定位系統：采用室內光學運動捕捉技術，標配定位范圍6m×6m，支持毫米級定位，能夠同時捕捉20+架左右的無人機；

?被控對象：本平臺系統支持20+架Crazyflie進行編隊實驗（被控對象數目可根據實驗室具體情況擴展）；

?無人機飛控： Crazyflie的控制芯片STM32F405 擁有強大的處理器功能，并可以通過添加擴展板來增強，這為 Crazyflie 提供了額外的傳感、定位或可視化功能可以進行擴展實驗、改進和添加新功能。

?基礎開發(fā)平臺：平臺以Python作為主要開發(fā)語言，可進行多無人機軌跡規(guī)劃設計，通過無線電或藍牙下載到無人機控制芯片；

?運動展示：Crazyflie配有閃爍LED燈，在展示飛行狀態(tài)的同時可提升編隊飛行的展示效果。

?擴展開發(fā)語言：系統支持Python、C#、C/C++、JavaScript、Node.JS、Cylon.JS 或 Java ，適合有一定代碼開發(fā)能力的學生，進一步錘煉代碼編程能力；

?應用方向：可用于多無人機的控制研究、運動規(guī)劃、編隊控制等。

3、系統架構

    圖1硬件構成圖

上圖為平臺系統硬件構成圖，主要包括如下：

?實時定位系統通過多個攝像頭完成無人機的圖形采集，將采集到的數據進行處理分析獲得無人機精確的位置和姿態(tài)信息，并將處理結果發(fā)送給開發(fā)主機。

?實時控制系統開發(fā)主機主要完成算法開發(fā)和Linux實時目標機功能：算法開發(fā)主要基于Python實現，結合我司提供的實時控制軟件，可實現代碼編寫、編譯和部署；開發(fā)主機可作為Linux實時目標機（虛擬機也可以），運行編寫的Python代碼。

?無人運動平臺包括若干無人機（標配為25個無人機），每個無人機上安裝有高性能計算單元和豐富的外圍傳感器，兼容Python，能夠基于Python進行控制器開放式硬件在環(huán)設計。

3、實驗內容

?數字仿真實驗（四旋翼單機、多機數字仿真、任務規(guī)劃、飛行視景等）；

?實物飛行實驗（四旋翼單機、多機控制實驗、任務規(guī)劃、協同控制等）；

?定位系統實驗（鏡頭標定、剛體搭建、目標獲取、多機數據融合等）；

?陸空協同控制測試實驗（多車、多機協同編隊運行實驗）；

?Crazyflie編隊擴展實驗（飛機組裝、Ubuntu環(huán)境搭建、Python程序Demo演示）。

4、應用方向

?編隊隊形的設計：多個無人機在指令下運行至位置，并最終實現既定的編隊形態(tài)，除了需要考慮無人機氣動力影響之外，還要考慮任務要求及無人機間信息交換的冗余度，同時保證無人機之間不會發(fā)生碰撞。

?編隊隊形的保持：在無人機執(zhí)行指令過程中能克服來自系統內部或者外在環(huán)境干擾，進而保持整個隊形不變。

?編隊隊形的變換：在無人機行進過程中能夠適應來自系統內部或外在環(huán)境干擾而對編隊做出適當且合理的改變。