1、概述

无人机编队与协同控制是目前的一个研究热点。对此，本平台提供了一套基于室内定位系统的完整四旋翼编队实验解决方案。本平台采用光学运动捕捉技术（定位精度可达毫米级别)，并通过无线电网络实现多机间的通信，用户能够将Python开发的无人机编队算法直接生成代码下载到无人机中，在室内环境下进行多机编队算法的验证。

本平台主要提供以下三个方面的研究：

❉编队队形的设计：多个无人机在指令下运行至指定的位置，并最终实现既定的编队形态，除了需要考虑无人机气动力影响之外，还要考虑任务要求及无人机间信息交换的冗余度，同时保证无人机之间不会发生碰撞。

❉编队队形的保持：在无人机执行指令过程中能克服来自系统内部或者外在环境干扰，进而保持整个队形不变。

❉编队队形的变换：在无人机行进过程中能够适应来自系统内部或外在环境干扰而对编队做出适当且合理的改变。

2、系统特点

❉室内定位系统：采用室内光学运动捕捉技术，标配定位范围6m×6m，支持毫米级定位，能够同时捕捉20+架左右的无人机；

❉被控对象：本平台系统支持20+架Crazyflie进行编队实验（被控对象数目可根据实验室具体情况扩展）；

❉无人机飞控： Crazyflie的控制芯片STM32F405 拥有强大的处理器功能，并可以通过添加扩展板来增强，这为 Crazyflie 提供了额外的传感、定位或可视化功能可以进行扩展实验、改进和添加新功能。

❉基础开发平台：平台以Python作为主要开发语言，可进行多无人机轨迹规划设计，通过无线电或蓝牙下载到无人机控制芯片；

❉运动展示：Crazyflie配有闪烁LED灯，在展示飞行状态的同时可提升编队飞行的展示效果。

❉扩展开发语言：系统支持Python、C#、C/C++、JavaScript、Node.JS、Cylon.JS 或 Java ，适合有一定代码开发能力的学生，进一步锤炼代码编程能力；

❉应用方向：可用于多无人机的控制研究、运动规划、编队控制等。

3、系统架构

    图1硬件构成图

上图为平台系统硬件构成图，主要包括如下：

❉实时定位系统通过多个摄像头完成无人机的图形采集，将采集到的数据进行处理分析获得无人机精确的位置和姿态信息，并将处理结果发送给开发主机。

❉实时控制系统开发主机主要完成算法开发和Linux实时目标机功能：算法开发主要基于Python实现，结合我司提供的实时控制软件，可实现代码编写、编译和部署；开发主机可作为Linux实时目标机（虚拟机也可以），运行编写的Python代码。

❉无人运动平台包括若干无人机（标配为25个无人机），每个无人机上安装有高性能计算单元和丰富的外围传感器，兼容Python，能够基于Python进行控制器开放式硬件在环设计。

3、实验内容

❉数字仿真实验（四旋翼单机、多机数字仿真、任务规划、飞行视景等）；

❉实物飞行实验（四旋翼单机、多机控制实验、任务规划、协同控制等）；

❉定位系统实验（镜头标定、刚体搭建、目标获取、多机数据融合等）；

❉陆空协同控制测试实验（多车、多机协同编队运行实验）；

❉Crazyflie编队扩展实验（飞机组装、Ubuntu环境搭建、Python程序Demo演示）。

4、应用方向

❉编队队形的设计：多个无人机在指令下运行至指定的位置，并最终实现既定的编队形态，除了需要考虑无人机气动力影响之外，还要考虑任务要求及无人机间信息交换的冗余度，同时保证无人机之间不会发生碰撞。

❉编队队形的保持：在无人机执行指令过程中能克服来自系统内部或者外在环境干扰，进而保持整个队形不变。

❉编队队形的变换：在无人机行进过程中能够适应来自系统内部或外在环境干扰而对编队做出适当且合理的改变。