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开源飞控APM/PX4的发展史

开源(Open Source)该概念最早应用于软件,开源代码促进会(Open Source Initiative)它描述了可以公开使用的源代码软件,该软件的使用、修改和发行不受许可证的限制。 每一个开源项目均拥有自己的论坛,由团队或个人进行管理,论坛定期发布代码,比如px4bbs.com, ardupilotbbs.com,对此感兴趣的程序员可以下载并修改代码,然后上传自己的结果。管理者可以从许多修改中选择合适的代码改进程序,并再次发布新版本。这种循环形成了共同发展、共同分享的良性循环。 开源软件的发展逐渐与硬件相结合,产生了开源硬件。硬件和软件的区别在于,实物资源应该始终致力于创造实物商品。因此,生产开源硬件(OSHW)许可产品的人和公司有义务明确产品未经原设计师批准生产、销售、授权,未使用原设计师拥有的任何商标。其他人可以获得硬件设计源代码的特定格式进行修改。开源硬件在实现技术自由的同时,提供知识共享,鼓励硬件设计开放交流贸易。 开源硬件(OSHW)定义1.0是在软件开源定义的基础上定义的。该定义是由Bruce Perens和Debian作为开发者Debian创建了自由软件政策。开源飞行控制是基于开源思想的自动飞行控制器项目,包括开源软件和开源硬件,软件包括飞行控制硬件中的固件和地面站软件。爱好者不仅可以参与软件的研发,还可以参与硬件的研发。他们不仅可以购买硬件来开发软件,还可以自制硬件,让更多的人可以自由享受项目的开发成果。 开源飞行控制的发展可分为三代,使用第一代开源飞行控制系统Arduino或基于其他类似的开源电子平台,扩展和连接各种电子平台MEMS其主要特点是模块化和可扩展性。 大多数第二代开源飞行控制系统都有自己的开源硬件,采用全集成硬件架构,采用数字三轴MEMS由传感器组成IMU,它可以控制飞机完成独立航线飞行,安装广播电台与地面站通信,支持各种无人设备,以各种模式飞行,集成度高,可靠性高,接近商业自动驾驶仪标准。 第三代开源飞行控制系统将在软件和人工智能方面进行创新。它增加了先进的飞行功能,如集群飞行、图像识别、独立避障和自动跟踪飞行,并发展到机器视觉、集群和平台开发过程。 接下来,我们来看看无人机飞行控制的发展历史,重点介绍开源飞行控制、商业飞行控制和新疆相关产品只给出发布时间作为时间点的参考。 开源飞行控制由四轴飞机兴起。让我们来看看前辈们对四轴飞机的研发尝试。 1907 年,法国Breguet兄弟制造了第一架四旋翼直升机,没有任何旋翼直升机,也没有任何控制,所以飞行稳定性很差。

1921年,George De Bothezat美国空军部在俄亥俄州西南部城市代顿建造了另一架大型四旋翼直升机,进行了100多次飞行试验,但仍无法很好地控制其飞行,不符合美国空军标准。

1924 年,有一种叫做Oemichen的四旋翼直升机,直升机首次实现了1km 垂直飞行。

1956 年,Convertawing造了一架四旋翼直升机,该飞行器的螺旋桨在直径上超过了19 英尺使用两个发动机,并通过改变每个螺旋桨提供的推力来控制飞机。

由美国陆军开发的VZ-7,被称做Flying Jeep,有效载荷250KG,由425马力涡轮发动机驱动,容易起飞,但不能满足军事速度和高度要求。它于1960年退还给发明人,美国航空先驱柯蒂斯

在接下来的几十年里,四旋翼垂直起降机没有取得多大进展。近十年来,随着微系统、传感器和控制理论技术的发展,四旋翼垂直起降机引起了极大的兴趣。研究重点关注小型或微型四旋翼飞机的结构、飞行控制和能源动力。 商业级飞行控制首先出现,作者知道Micropilot MP2128和2028, 加拿大MicroPilot公司成立于1994年,仅用于生产行业应用的工业级无人机飞行控制,长期以来在市场考验中享有很高的声誉,但其价格超过消费级飞行控制价格的数量级,安华农业技术研究所曾花费数万元邀请加拿大技术人员到中国进行技术支持。商业飞行控制是多么昂贵。

随着linux和git发展为无人机行业带来了成熟的开源合作平台github、gitbook整理分散的无人机软硬件开发资源,开发者和用户可以快速实现飞行控制系统的开发。开源平台的共享机制使无人机产品更快地进入普通用户,促进无人机行业的整体发展。

始于2003年的Paparazzi(PPZ)这是一个完全开源的软硬件项目。这是一个完整的解决方案,包括飞机和地面站。据说大疆飞行控制的前身是ppz,真实性需要验证。 Arduino 2005年由开源飞行控制Massimo Banzi、David Cuartielles、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis 和 Nicholas Zambetti2005年在意大利交互设计学院合作开发。他们为电子开发爱好者建立了灵活的开源硬件平台和开发环境。用户可以获得硬件设计文档,调整电路板和元件,满足自己的需求,也可以通过支持Arduino IDE查看源代码并上传自己修改的代码。随着平台逐渐被爱好者所接受,各种功能的电子扩展模块层出不穷,其中最复杂的是集成MEMS飞行控制器的传感器。为获得更好的飞控设计源代码,Arduino公司决定开放其飞行控制源代码,开辟开源飞行控制的发展道路。著名的开源飞控WMC和APM都是Arduino飞行控制的直接衍生产品。

2009年OpenPilot由OpenPilot社区推出,官方发布CC、CC3D、ATOM、Revolution、Revolution nano等硬件。

Multi Wii Copter(MWC)飞行控制是典型的Arduino衍生产品是专门为多旋翼开发的低成本飞行控制,完全保留Arduino IDE开发和Arduino升级和使用设备的方法。由于成本低、结构简单、固件成熟,飞行控制在国内外拥有大量的爱好者。飞控支持四轴、六轴、八轴、三旋翼、阿凡达飞机等多种有趣的飞机类型Y4型等。

MikroKopter始于2006年10月24日,Holger Buss和Ingo Busker创造了它, 在2007年中,Mikrokopter便像一个“ 空中一样,空中的钉子稳定地停留在空中。这是德国开源四轴飞机的一个里程碑。 之后就出名了ardupilot,由3D Robotics创始人是克里斯·安德森(Chris Anderson)他是前《连线》主编、《长尾理论》的作者。 2007年,他给女儿带来了一套乐高无人机套件。然而,这个软件不是很强大,所以他希望在网络的帮助下与你一起改进,所以他建立了一个网络社区DIY Drones 。 2008年,一个叫Jordi Munoz年轻人凭借自己的直升机飞行控制赢得了第一次Sparkfun AVC比赛结束后,他把代码放在了比赛中DIY Drones上。Chris看完之后,很欣赏。 2009年,两人成立了3家知名无人机公司D Robotics。 2009年5月 – Jordi/3DRobotics 第一款红色发布Ardupilot板子。 2009年年末,Chris辞去了著名杂志《连线》主编的职务,专注于无人机事业。 2010年 – 3d Robotics 推出了APM1。 2011年 – 3D Robotics发布了APM2.2011年2月,大疆发布了风火轮F550和F330 2012年 – 3D Robotics发布了APM2.5/2.6.2012年1月携带精灵1gopro2012年2月推出风火轮,点燃了公众的热情F精灵2于2012年12月推出; 以一年一次的飞行控制硬件发布为主DR该公司的飞行控制产品形成了一个活跃的无人机爱好者社区,ardupilot飞控功能很强大,能飞固定翼、旋翼、直升机。然而,此时芯片行业已经STM32系列计算能力非常强的芯片,开发群体也日益壮大,APM2.5/2.6采用的avr atmeg8单片机也到了被淘汰的时候,传统的ardupilot到此结束,新的飞行控制操作系统时代开始了。

在ardupilot苏黎世联邦理工学院风靡全球 计算机视觉和几何实验组 的 Lorenz Meier于2009年发布了Mavlink并遵循协议LGPL开源协议。Mavlink该协议是一种基于串口通信的高层开源通信协议,主要用于微型飞机(micro aerial vehicle)的通讯上。Mavlink它是为小型飞机和地面站(或其他飞机)通信中经常使用的数据制定发送和接收规则,并添加验证(checksum)功能。

  ETH Zurich (苏黎世联邦理工大学)(苏黎世联邦理工大学)有一个项目叫做PIXHAWK, 后演变为PX4.瑞士苏黎世联邦理工大学(Lorenz Meier,MikeS) 软硬件开源项目(遵守BSD协议)旨在为学术、爱好和工业团体提供低成本、高性能的高端自驾。在这个时候,他们的重要成就是PX4FMU/PX4IO硬件是一种擅长强大操作的双处理器32 bit STM32F427 Cortex M4 核心 168 MHz/256 KB RAM/2 MB Flash处理器,还有一个协处理器32,主要定位于工业用途 bit STM32F其特点是安全稳定。因此,即使主处理器死机,也有协处理器来保证安全。因此,即使主处理器死机,也有协处理器来保证安全。 

分为飞控处理器PX4FMU输入输出接口板PX4IO。可单独使用PX4FMU,也可配合输入输出接口板PX4IO但由于没有统一的外壳,不易固定,再加上使用复杂,基本上属于一代实验版。 随着历史的演变,APM处理器已接近满载(APM使用8位处理器),无法满足更复杂的操作处理。3DR找到了PX4团队,有了PX4FMU/PX4IO系列经验,3DR/ETH很快将PX4FMU和PX4IO2013年11月,将其整合到一块板上,加入骨形外壳,优化硬件和布线。Pixhawk硬件。 pixhawk硬件的发布开启了飞行控制操作系统的新时代ardupilot被移植叫做apm for pixhawk,另一套是px4团队专门为pixhawk固件系统的开发。 大疆于2013年11月发布"悟’。2014年4月发布精华3标准版,2015年1月发布了精灵34k版。

早在PIXHAWK推出前,大疆就已经凭借精灵系列迅速占领了消费级航拍市场,无人机投资热潮此时正风起云涌。

一直专注于无人机飞控等技术的 3D Robotics 才意识到,要让自己的产品走出发烧友的圈子,必须做消费级航拍机。于是,为航拍而生的 Solo 问世了。在接下来的消费型无人机交锋中,3DR遭遇了滑铁卢。2015年4月,3DR烧掉了从风险投资哪里获得的1000万美元投资推出的solo惨败,裁掉了150名员工,并且决定不再涉足硬件市场,专心致力于商用无人机软件系统的开发。

      Dronecode项目于2014年由Linux Foundation推出,容纳APM、PX4量大飞控平台,3DRobotics、高通、英特尔、昊翔Yuneec等都是其核心会员。Dronecode基金会采用了会员制,使用Dronecode代码的且为项目贡献比较大的(包括代码和资金支持),会按贡献级别成为会员。Dronecode所得赞助资金均为两个项目共有,用于开源项目的开发、维护和提升。一开始看似和和睦睦,不过分歧一直存在,一个GPL协议更偏向于个人用户,一个是BSD协议更偏向于商业和实验用途,因此商业公司更喜欢PX4,比如高通和英特尔。
   BSD开源协议是一个给于使用者很大自由的协议。基本上使用者可以为所欲为,它鼓励代码共享,但需要尊重代码作者的著作权。由于允许使用者修改和重新发布代码,也允许使用或在源代码上开发商业软件发布和销售,因此BSD对 商业集成很友好。很多的公司企业在选用开源产品的时候都首选BSD协议,因为可以完全控制这些第三方的代码,在必要的时候可以修改或者二次开发。GPL协议和BSD等鼓励代码重用的许可很不一样。GPL的出发点是代码的开源/免费使用和引用/修改/衍生代码的开源/免费使用,但不允许修改后和衍生的代码做为闭源的商业软件发布和销售。简单说,使用GPL V3协议的开发者必须将自己的代码公开,而BSD则不需要公开代码。
   根据ArduPilot官方的公告表示,Dronecode目前的规章制度和发展方向都是围绕更重要的客户来搭建的,他们认为这些“大客户”虽然为Dronecode带来了很多的资金支持(会员赞助费),但也一定程度上影响了整个基金会的发展方向,Dronecode的发展战略会越来越倾向于PX4,这对于ArduPilot是不能接受的。
   2016年Dronecode方面发布了一封内部公开信,信中说想要每半年做一个发行版提供给组织成员时,但这对于GPL协议的ArduPilot来说,没有实际意义,研发成本有些高也高。8月,ArduPilot负责人Philip Rowse向Dronecode内部发送了一封邮件,公布了ArduPilot即将离开Dronecode的决定。
   而对产业界来说,PX4的项目获得了英特尔、高通等巨头的支持,在资金和资源上会有更多的富余,发展可能更加顺畅,更加有利于推动开源无人机产业的发展。对于想要长远发展的中小企业,PX4看上去会更有前景。
  唯一让人遗憾的是,以后可能看不到ArduPilot和PX4的合作了,客观来说,这两个开源项目都各有利弊,一直以来都是互相合作,取彼之长补己之短,让开源项目更具活力,此次如若ArduPilot脱离之后即中断与PX4的合作,难免让人有些遗憾。
 2016年9月大疆发布了御

    2016年10月大疆发布精灵4pro
    2016年11月大疆发布MG-1S农业植保机
    2017年3月大疆发布MG-1S RTK版农业植保机
    2017年5月大疆发布了晓

  2017年10月22日,由赫星科技有限公司和Ardupilot社区联合主办,由台湾无人机应用发展协会,深圳无人机协会,北京高博特传媒有限公司协办,首届Ardupilot全球无人机开发者大会在厦门国际会展酒店顺利举办。
   2017年12月11日起,PX4创始人在上海深圳北京 举办Dronecode Meetup见面会,宣告了Auterion的创立,Auterion总部位于瑞士苏黎世,由PX4和Pixhawk的创始人Lorenz Meier和35岁以下的麻省理工学院创新者以及硅谷加州大学伯克利分校MBA和无人机专家Kevin Sartori共同创立。Auterion希望将专业化水平提高一个非常好的水平,就像Red Hat对于Linux的意义一样。
  2018年10月15日,ArduPilot全球无人机开发者大会在苏州举办。来自开源无人机社区大神们,就无GPS环境下的无人机导航、水下机器人、无人机集群、无人机硬件开发、固定翼控制系统调试、Ardupilot的使用LUA脚本、无人机生态系统、人工智能导航、无人机教育等方面进行了深入的分享,并在现场进行答疑互动。

  时间走的很快,开源飞控行业迎来了更多优秀的飞控硬件,赫星开发的pixhawk2.1,Cube外壳是金属的,板载电源设计的冗余度很高, IMU,FMU,底板分离、三套IMU,两套气压计,IMU恒温;PX4团队与Holybro共同开发了Pixhawk4;CUAV发布了PIXHAWK5, V5 AutoPilot在处理器和传感器方面都做了提升,处理器采用STM32F765处理器,其主频高达216MHZ并且含有2MB FLASH/512K RAM,传感器选用了ICM-20602/ICM-20689/BMI055/IST8310,并且做三度冗余。

2018年12月18日,总部位于瑞士苏黎世的Auterion 为其开源商用无人机操作系统筹集了1000万美元的资金,并推出了无人机操作系统,作为PX4开源标准的企业版。

Auterion是PX4生态系统的最大贡献者,并将继续投资开源社区。构建于PX4之上的企业操作系统,以。通过利用开源标准,最大限度地提高互操作性,实现安全,网络安全和合规的操作,并为客户的投资提供未来保障。操作系统使制造商能够使用通用基础设施在全球和安全标准上构建他们的产品,以便他们能够专注于核心差异化,并在将新产品推向市场时节省时间和资源。同样,组件,软件,模块和服务供应商有权快速创建独特且具有竞争力的解决方案,确保兼容的生态系统允许开发人员集成其产品。 同样,Auterion云使无人机服务提供商能够放心地飞行,监控设备,并为关键任务应用支持各种无人机和无人机技术。无人机操作从手动ad-hoc流程转变为大规模操作。 px4正在成为下一个Android系统,ardupilot已经在多种无人设备的应用上越走越远。 很难说未来哪一个做的更好,让我们拭目以待吧!

参考资料:蓬莱道人 :https://blog.csdn.net/MOU_IT/article/details/80352234 楼竞扬:https://www.jianshu.com/p/0045b02502d7

标签: lorenz力传感器k

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