无人机集群编队避障

方案概述

基于P600三机集群编队开发套件的集群编队避障解决方案,通过集成Swarm_Formation集群编队避障算法,成功实现了集群编队与避障功能的深度融合。该方案在原有编队套件的基础上,引入了激光雷达作为环境感知单元,不仅完整保留了编队套件的所有功能,还显著提升了集群编队在复杂环境中的自主避障能力。该解决方案为集群编队套件在复杂算法适配方面提供了成功范例,为相关领域的研究者提供了宝贵的集群避障研究思路和实践参考。

核心功能/特点

编队飞行:提供一字队形、三角队形、矩形队形、圆形队形、绕圆队形以及队形变换;提供主从跟随飞行、任务自主分配、位置修正等辅助功能。
集群编队避障:无人机结合三维激光雷达实时感知周围环境并构建局部地图,基于无人机自身位置以及障碍物信息规划避障路径,在避障过程中通过调整队形间距以及适度的弹性拉伸来保持编队完整性,避免因单机避障导致编队混乱。
安全保护:在无人机集群各个阶段对通信、定位、飞行模式等状态数据进行监控,对状态异常进行信息提示以及自主触发安全保护措施,保障无人机集群飞行安全以及避免用户误操作,降低炸机风险以及损失。
人机交互:提供地面站软件方便用户快速操作以及显示无人机集群状态,可显示无人机连接状态、飞行模式、位置、速度、姿态等数据;提供平面地图以及三维地图用于显示无人机集群实际位置;提供无人机集群编队任务控制界面可控制无人机集群起飞、飞行任务设置、编队队形设置、悬停、降落等控制方式。
仿真系统:提供无人机集群编队仿真系统,支持室内/室外定位模式以及三种无人机飞行模型,该仿真系统已适配无人机集群编队控制系统以及地面站软件,用户基于该仿真系统进行二次开发可无缝衔接到真实的无人机集群编队套件。
分布式智能:集群编队套件软件设计采用分布式自主智能的框架,每架无人机均搭载计算单元模块,无人机之间通过通信链路组网实现数据交互,无人机集群任务的控制以及规划运算都在自身计算单元上完成,地面站仅作为远程数据展示以及集群任务下发。
代码开源:对已购买集群编队避障套件的用户提供全套集群系统代码绝大部分代码开源(除地面站软件相关代码),提供二次开发接口,用户可基于此进行二次开发。
支持定制:可基于用户需求,承接基于集群编队避障套件的软硬件定制。

应用场景/方向

集群算法研究:用于多智能体协同控制、路径规划等算法的研究。
教学演示:作为教学工具,展示无人机技术以及集群协同原理。

技术参数

1.机载计算机

参数AllSpark2-Orin-NanoAllSpark2-Orin-NX(8G)
AI性能40TOPS70TOPS
GPU搭载 32 个 Tensor Core 的 1024 核
NVIDIA Ampere 架构 GPU
搭载 32 个 Tensor Core 的 1024 核
NVIDIA Ampere 架构 GPU
GPU最大频率625 MHz765 MHz
CPU6 核 ARM® Cortex®-A78AE v8.2 64 位 CPU
1.5MB L2 + 4MB L3
6 核 ARM® Cortex®-A78AE v8.2 64 位 CPU
1.5MB L2 + 4MB L3
CPU最大频率1.5GHz2GHz
DL加速器/1x NVDLA v2
DLA最大频率/614MHz
视觉加速器/1x PVA v2
外部存储128G SSD固态盘,M.2 KEY M ,Nvme协议
显示接口1个micro HDMI显示接口,支持1920*1080P输出
CSI接口2路MIPI CSI 2 Lane接口
以太网口2路100Mbps网口
WiFi内置WiFi mini PCIe 模块,支持外接天线
USB接口1个USB3.2 Type A口,一个USB3.2 Type C口(使用Xavier NX模组时只支持USB2.0),一个micro USB,用于系统程序烧写
GPIO4路GPIO ,CMOS 3.3V
CAN收发器CAN收发器,支持CANH,CANL通信
UART4路UART(CMOS3.3V ,含1路Debug UART)
I2C1路I2C,CMOS3.3V
SPI1路SPI ,CMOS3.3V
电源输入XT30M,10~26V@3A
整机自身功率6~25W
重量约188g
尺寸102.5mmx62.5mmx31mm

2.无人机机架

参数大型无人机
类型旋翼无人机
轴距600mm
最大起飞重量4.0Kg
最大载重1.5kg
最大水平飞行速度12m/s
最大上升速度5m/s
最大下降速度3m/s
悬停飞行时间空载70min;1.5kg负载30min

3.通信链路

参数Homer
接口串口x3;网口x3
频段5.1GHz~5.9GHz
最大带宽80Mbps
最大距离2.5km
最大节点数12
尺寸88mmx78mmx20mm

4.定位系统

参数RTK
定位精度2~4cm
适用场景室外
定位数据三维位置定位数据

5.三维激光雷达

参数MID360
激光波长905nm
人眼安全级别Class 1 (IEC60825-1:2014) 人眼安全
量程 (@ 100 klx)40 m @ 10% 反射率
70 m @ 80% 反射率
近处盲区0.1 m
FOV水平 360°, 竖直 -7°~52°
测距随机误差≤ 2 cm (@ 10m)
≤ 3 cm (@ 0.2m)
角度随机误差< 0.15º
点云帧率10 Hz
数据网口100 BASE-TX 以太网
IMU内置 IMU 型号:ICM40609
工作环境温度-20℃ 至 55℃
防护等级IP67
功率6.5 W
供电电压范围9 ~ 27 V DC
尺寸65×65×60 mm
重量265g

项目案例

附上B站视频链接
https://www.bilibili.com/video/BV1ZLHDenED7/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=38d256ba17bbb6c47e601c2539dc3892

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