陆空双模式无人机怎么做

Question

我想做一架具有海陆模式的无人机，具体是通过遥控器上的某个摇杆或者按钮来实现无人机飞行与开动，我应该具体学习哪些知识能做出来，或者说有现成的零件。后续，如果我想加点自己的做的东西，我又该怎么做。我0经验

Answer 1

此答案是由GPT4和本人亲自作答，如有帮助，还请采纳！

一、项目总体思路

陆空双模式无人机（Drone）的设计包含两种模式：飞行模式和地面行驶模式。通过遥控器上的一个摇杆或按钮来实现两种模式的切换。无人机在飞行模式下像普通无人机一样飞行；在地面行驶模式下，则像车一样在地面上行驶。这种设计既可以适应空中操作，也能在地面上移动，具有较强的实用性和趣味性。

对于0经验者，你可以按照以下步骤逐步实现该项目，并在过程中学习相关知识。项目可以分为以下几个关键部分：

1. 硬件设计与选择
2. 控制系统设计
3. 编程与控制逻辑
4. 后续扩展与个性化

二、硬件设计与选择

1. 无人机机架
   无人机机架是构建的基础。选择一个轻量级、坚固的四轴无人机机架。如果你需要加装车轮组件，建议选择较大的无人机机架，以便有足够的空间安装地面移动系统。

2. 飞行控制器（Flight Controller，FC）
   飞行控制器是无人机的“大脑”，负责处理飞行稳定性和控制信号。常用的飞行控制器有Pixhawk、ArduPilot等，这些控制器提供了良好的飞行算法支持，适合初学者。

3. 电机与ESC
   飞行模式需要无刷电机与电子调速器（ESC）来驱动螺旋桨。四个电机和对应的ESC是基础。对于地面模式，可以使用电机驱动小型车轮，也可以利用独立的直流电机驱动前后轮。

4. 车轮与悬挂系统
   你可以为无人机添加四个小车轮，前轮负责转向，后轮负责驱动。前轮的转向可以通过舵机控制，后轮可以由独立的直流电机控制，以提供足够的推力。

5. 遥控器与接收器
   使用标准的无人机遥控器，如FrSky、FlySky等，它们具有多个通道，支持通过按钮或摇杆来控制飞行和行驶模式的切换。

6. 电池
   对于双模式设计，选择容量较大的锂聚合物电池（LiPo），以满足飞行和地面行驶的功耗需求。

7. 传感器
   可以根据需要添加GPS、陀螺仪等传感器，以增强无人机的稳定性和地面导航能力。

三、控制系统设计

1. 飞行控制与地面控制的切换
   在遥控器上设置一个通道（Channel），通过切换该通道控制无人机的飞行模式和地面模式。比如，可以通过切换一个开关来控制是驱动飞行模式还是驱动车轮行驶。

2. 混合模式设计

   • 在飞行模式下，标准的四旋翼无人机飞行算法运行，控制无人机的起飞、降落、转向等操作。
   • 在地面模式下，飞行控制器停止驱动螺旋桨，激活地面行驶控制系统。前轮转向通过舵机控制，后轮通过直流电机进行推进。

3. 遥控器输入与通道分配
   遥控器通常具有多个通道。一个典型的分配如下：

   • 通道1-4：用于无人机的飞行控制（油门、偏航、俯仰、横滚）。
   • 通道5：模式切换开关（切换飞行和地面行驶模式）。
   • 通道6-7：在地面模式下用于前后轮控制（如前进、后退、转向）。

四、编程与控制逻辑

这里的关键是如何在飞行模式与地面模式之间进行切换。你需要为飞行控制器编写或修改固件代码，增加对地面行驶系统的控制。

控制流程设计

1. 模式切换
   当遥控器切换到地面模式时，飞行控制器停止发送油门信号给螺旋桨，激活车轮的控制逻辑；当切换回飞行模式时，停止车轮控制，重新激活飞行模式的控制逻辑。

2. 地面模式控制代码

   如果使用的是Arduino控制车轮系统，可以通过如下示例代码进行控制：

   #include <Servo.h>
   
   Servo steeringServo; // 控制转向的舵机
   int driveMotorPin = 9; // 驱动电机的控制引脚
   
   int modeSwitchPin = 7; // 模式切换开关的引脚
   int mode = 0; // 0 表示飞行模式，1 表示地面模式
   
   void setup() {
     steeringServo.attach(10); // 附加舵机引脚
     pinMode(driveMotorPin, OUTPUT);
     pinMode(modeSwitchPin, INPUT);
   }
   
   void loop() {
     mode = digitalRead(modeSwitchPin); // 读取模式开关状态
   
     if (mode == 0) {
       // 飞行模式
       // 飞行控制逻辑可以与飞行控制器通讯
       // 此处省略飞行模式的代码
     } else {
       // 地面模式
       int steeringInput = analogRead(A0); // 读取转向信号
       int speedInput = analogRead(A1); // 读取速度信号
   
       // 控制舵机转向
       int steeringAngle = map(steeringInput, 0, 1023, 0, 180);
       steeringServo.write(steeringAngle);
   
       // 控制驱动电机速度
       int motorSpeed = map(speedInput, 0, 1023, 0, 255);
       analogWrite(driveMotorPin, motorSpeed);
     }
   }
   

   代码解析：

   • 当遥控器切换到地面模式时，代码会读取转向信号并控制舵机，进而驱动车轮转向。同时，根据油门输入，调整电机速度，完成地面行驶。
   • 模式切换由modeSwitchPin控制，当读取为1时进入地面模式，0时恢复飞行模式。

3. 飞行模式控制
   飞行模式下的控制可以直接使用飞行控制器的原生固件，如ArduPilot的飞行模式，主要通过遥控器发送指令，飞控板处理飞行姿态的控制。

五、后续扩展与优化

1. 路径规划与自主控制
   在掌握基本的控制原理后，你可以进一步添加GPS模块和自动驾驶算法，使无人机具备一定的路径规划能力。在地面行驶模式下，可以实现预设路径的自动行驶。

2. 图像识别与避障
   可以为无人机加装摄像头和图像处理模块，通过OpenCV等图像识别算法实现自动避障，进一步提高无人机的智能化。

3. 远程控制与自动化操作
   可以利用Wi-Fi或4G模块实现远程控制，甚至在没有遥控器的情况下通过智能手机进行操控。

4. 防水设计与耐候性增强
   为了实现“海陆”模式，可以在无人机上使用防水材料，并设计封闭的电子舱，使其能够在雨天或潮湿环境下运行。

六、总结

要实现陆空双模式无人机，你需要掌握的核心知识包括：无人机基础飞行控制原理、遥控器与接收机的使用、地面机器人（小车）的控制原理、嵌入式编程等。初期可以通过使用现成的无人机和小车模块进行组合，然后通过编写简单的控制代码来实现两者的切换。逐步深入后，可以进行硬件和软件的自定义，打造具有独特功能的无人机。

你可以从以下几个步骤开始：

1. 购买一个基本的四轴无人机套件和小车控制模块。
2. 学习Arduino或其他单片机的编程。
3. 理解飞行控制器的使用，学习如何接入其他硬件（如车轮电机和舵机）。
4. 逐步实现飞行和地面行驶的切换，并加入更多的扩展功能。

这将是一个循序渐进的过程，通过逐步提升硬件和编程能力，你可以最终完成一个独特的无人机项目。