Ardupilot开源无人机之Geek SDK讨论

1. 源由

其实这个标题是有点大的，或者说这里更多的吸引眼球。

而真正的目的，还是想围绕具有广泛群众基础，成熟、可靠、安全的无人机开源项目，讨论一些无人机展望的话题，根据话题想做一个快速原型Demo。

所以，这个标题在个人看来并不重要，重点是期望在开源无人机项目上，考虑无人机的架构发展趋势，在应用和性能设计层面的思考，更好，更快的实现项目落地。

2. 假设

开放性的话题，可以天马行空，相对来说也不容易达成一些共识，或者怎么说都有道理。

因此，缩小一些范围或者具体化一些内容，使得在边界范围内进行讨论，会能够更加聚焦话题。

1. 电子硬件：能够支撑开源软件的硬件，比如：穿越机飞控
2. 开源软件：具备开源权限的软件代码，比如：ardupilot
3. 结构构型：能够匹配开源软件飞机结构，比如：多旋翼

3. 思考

3.1 结构构型

话说无人机结构构型，一拍脑袋：固定翼、多旋翼、VTOL、直升机等等

概念角度简单可以把有人飞机的人“去掉”，加之进行小型化，通常就是现在我们看到的，比较“时髦”的无人机，比如：全球鹰、DJI无人机、穿越机等

无人机首先实际解决的问题就是飞行，而这个问题最为直接的底层理论就是空气动力学，是飞机结构形态在飞行中遇到的控制问题。

显然，牛顿力学/空气动力学是能够初步一探这个问题的。感兴趣的朋友，倒是有学习笔记：

• 飞行动力学 - 基础点摘要整理

当然，这里讨论的话题并非围绕这个结构构型展开，因为研究飞行，飞行器结构构型有着悠久的历史，成熟的理论。

3.2 有限资源

承上启下，围绕本文标题和目标，谈谈有限资源的问题。

• 无人机结构并非本人专业。
• 物理/化学/数学，几乎万能。哪怕是芯片也无非是P/N沟道，电子跃迁等问题，电子在量子力学中更是使用了概率表达方式。
• 研发在一些老板眼中，也是万能。因为，研发可以去研究问题解决问题，也可以做前台，甚至去扫地。 – 呵呵，无非没有理解有限资源的利用问题。

好，回到有限资源上，我们最通俗表达：“专业的人解决专业的问题”。

毕竟去研究一个领域，需要大量的时间、精力、资源，会碰到大量的具体问题和解决方法。所以在领域方面，通常会有深度与广度的讨论：矛与盾，鱼与熊掌不可都得。

这就是典型的有限资源问题。名人名言：

• “吾生也有涯，而知也无涯。” —— 人的生命是有限的，而知识是无限的。用有限的生命去追求无限的知识显然是不可能的，因此需要有选择地学习和追求真正有价值的东西。
• “学无止境，力有所及。” —— 学习永无止境，但人的能力总有一个限度，需量力而行。
• “Art is long, life is short.” —— 技艺无涯，而人生短暂。

希望大家了解，有限资源使用一定有侧重面，大而全，十全十美的东西在人类有限生命时间内是不存在的。

因此，专注于重点，把握方向，有所取舍。 这才是在有限资源情况下的标准玩法，显然在某些场景下，取舍是很残酷的。

3.3 软硬件构架

当前，开源无人机飞行控制方面已经相对成熟。

当然也有一些极限飞行控制方面的问题，比如：穿越机操控性能方面 Fast Rate就很值得探讨。通常应用场景方面，其成熟度是完全能够满足的。

目前，更多急需拓展和面对的将会是传感器的扩展以及智能视频分析瓶颈、性能问题，这些在满足行业应用时更加突出。

因此，从架构层面，需要更好的引入支撑上述应用需求的支撑框架：

• 数据总线：引入主干总线，适用于高速、大数据分析

Ethernet (backbone高速总线，可用于视频及伴机电脑)
 ├──> TTL  (穿越机，传统飞控总线)
 └──> CAN (更加灵活，更多设备，更加可靠)

• 硬件设备：配合主干总线，以及BLHELi非开源软件设备带来的问题
• Ethernet switch
• 开源ESC：AM32

4.Ardupilot构架 - 2024kaga Update

围绕全球著名的Ardupilot开源飞控代码项目后续整体架构介绍（Andrew Tridgell ）：

5. 讨论

5.1 话题1：工作模式

在互联网日益发展的当今行业应用，分化为两个极端：在线 & 离线 & 在/离线(hybrid)

• 在线模式：作为端设备，与系统实时连接，执行任务
• 离线模式：根据模型、算法进行自主飞行控制，执行任务
• Hybrid模式：(在线/离线) 混合模式，具备执行任务的鲁棒性，确保高质量完成任务

通常无人机都是在Hybrid模式下工作，但是依赖的程度或多或少有所差异。

• 航模大部分时间通过RC控制链路执行在在线模式；当丢失RC信号后，进入离线模式（RTL/Land/Drop）
• 无人机、植保机通过电传信号，工作在Hybrid模式，通常电传传递的是任务指令，而非飞行操控指令；当丢失电传信号，进入离线模式（RTL/Land）
• 特殊应用类无人机离线模式，比如：自动拍照，跟拍无人机 （根据姿势、菜单选择操作姿态，比如：环绕、悬停、降落等）

5.2 话题2：关键要点

结合无人机软硬件架构，并满足上述工作模式需求，就需要解决以下几方面问题：

• 通讯：可靠/距离/性能
• 传感：种类/融合/可信度
• 智能：VIO/AI/SLAM
• 成本：应用&部署
• 开源：拓展

注：私有设备，尤其是非开源软件的私有设备，会存在巨大的不稳定性问题，比如：BLHELi事件。

5.3 话题3：产品设计

产品的概念比较广泛，通俗的可以理解：

• 单品：单一产品，与周边设备有明确的界限

比如：穿越机、记录类无人机等

• 系统：多个产品形成的系统解决方案

比如：救援无人机、巡检无人机等

参考：
【1】FPV整机- 穿越机&无人机&系统 之系统、产品研发
【2】无人机救援系统基本组成
【3】Ardupilot & OpenIPC & 基于WFB-NG构架分析和数据链路思考
【4】无人机跟随一维高度避障场景–逻辑分析

6. Geek SDK - OpenFire

通过上面的思考、讨论，想构建一套 Geek SDK，主要应用于智能化快速原型。

注：软件是弹性部署，因此不同的部署方式应对不同的需求！

6.1 开源技术

借鉴以下技术基础，搭建 OpenFire 原型，有兴趣的朋友可以到jetson-fpv Forum参与讨论。

这里jetson-fpv更多主要是软件，硬件是软件的载体，可以前端部署，也可后端部署。但是后端比较适合开发，且异常炸鸡损失比较小，非常适合原型Demo。

从实际应用角度，需要根据性能、需求考虑，期望能够有更多种形态的软硬件部署方式。

【1】ArduPilot开源飞控之MAVProxy简介
【2】ArduPilot开源飞控之MAVProxy深入研读系列 - 2蜂群链路
【3】ArduPilot开源飞控系统之简单介绍
【4】Ardupilot & OpenIPC & 基于WFB-NG构架分析和数据链路思考

6.2 品牌概念

OpenFire 品牌定位和想传达的含义：

• 开放之火 //强调“开放”和“火焰”的意象，适用于追求自由、创新和激情的品牌。
• 点燃未来 //带有更具象化的意义，适合科技、教育或启发类产品。
• 烈火之焰 //星星之火可以燎原，吞噬黑暗，炽烈重生；光芒万丈，焚尽束缚，燃起希望。

6.3 产品清单

OpenFire 品牌 - 拟产品清单：

• OpenIPC 摄像头 （数字摄像头、SSC338Q【20x20mm/25x25mm】，8812AU/EU【20x20mm/25x25mm】，天线【如棒棒糖、铜管天线】）,结构25转30适配

• OpenFire一代 OpenIPC数字接收机【结构适配，DJI/HDZero/HDO2等主流眼镜】

• OpenFire二代 OpenIPC智能接收机【RK3588、Jetson Orin等】

6.4 DEMO视频

• jetson-fpv开源项目
  

  全网首台 jetson-fpv | posenet | AKM ArduRover 4.5.7