QUANSER | 集群无人机

集群无人机

A swarm of QDrones

作者：Murtaza Bohra，Quanser无人驾驶系统工程师

几个月前，我与人合作了一篇白皮书阐述了为什么思考（计算）和交谈（沟通）是集群生态系统里的两个至关重要的原则。此外，白皮书还提供了一些在集群系统中实现计算和通信框架的常用方法。下面是一个使用Quanser的QDrone（来自自动驾驶车辆研究实验室应用的飞行器）的实例。

系统

我们集群系统的构成是一个地面控制站（GSC）PC，路由器，Optitrack定位系统，以及一组无人机。下图表示了一个正运行通信的高级视图。GCS PC和所有的QDrone都连接到一个路由器，并通过无线通信相互通信。GCS PC运行MATLAB/Simulink，与此同时运行的还有Quanser的快速控制原型软件QUARC。所有的代码都是在Simulink的标准的图形用户界面上开发的。

架构

为了提高多机器研究效率，我们确定了研究人员在群组应用中所需要的关键功能，并以Simulink/QUARC的子系统的形式实现他们：

稳定器子系统提供了低等级的快速速率姿态稳定和对QDrone的读写访问。
控制器通过有限状态机来提供高等级位置控制和飞行安全。
任务服务器包含一个用户界面，用于为任意数量的机器设定所需的位置指令。它也从在Optitrack系统中获取位置预估的数据服务器中读取本地数据。
视觉传感器从摄像机中读取图像数据并进行处理。

最后，通过向QDrone和GCS PC发送和接收信息来将一系列块作为通信包装器。这是通过一个双向的TCP/IP流服务器/客户端设置完成的。

通过组合不同的功能，可以开发不同的应用。下图阐明了三种应用：手动飞行，目标跟踪以及集群。对于集群应用，我在伴有任务服务器和数据服务器在GCS PC上运行的QDrone上部署了控制器-稳定器子系统对。

集群

有了这个设置，我们可以开始组合子系统来让集群飞行。我在单一Simulink/QUARC模型中放置了稳定器和控制器，并在它周围（流客户端）放置了通信包装子系统。在单独的Simulink/QUARC模型中，我放置了一个任务服务器以及更多的通信包装器子系统（作为流服务器）。这在任务服务器和控制器-稳定器对建立通信渠道。这个功能在控制器-稳定器对中的应用是与目标无关的。因此，我能同一时间在以下视频里的所有六个QDrone中部署相同的代码，并为六个QDrone设置任务服务器来发送统一的三维闭合螺旋路径。

这种集群结构是拉格朗日式的，其中一些计算发生在GCS PC（路径规划和避碰），剩下的发生在每一个QDrone（位置控制，姿态稳定和飞行监控）。每个机器的行为都彼此独立。但是集群行为却是集体发生的。为了实现欧拉集群，所有的计算都发生在GCS-PC上，在PC上布置指令和任务服务器（带有正确配置的通信包装器）。此外，在所有的QDrone上设置了稳定器。

因此，不管你对集群采用何种方式，这个系统都工作，并且完美无缺的运行（当然，在经过测试和微调以后）。

Cheers.

翻译：Edison Zhong

本文地址：http://www.chinaai2.com/?p=16764

原文地址：https://www.quanser.com/blog/swarm-of-qdrones/