发布日期：2022-12-23
无人机的设计和测试
Designing and Testing Unmanned Aerial Vehicles
作者：John Pineros，Quanser公司初级工程师
在过去的八个月里，我作为机械工程团队的一员一直致力于无人驾驶研究工作室的开发。我们工程师设计，测试，然后通过迭代手头的设计不断改进我们的工作。
设计方案
作为一名设计和测试工程师，我的第一任务是为新的四旋翼飞行器QDrone提出框架设计。我很快就发现，设计无人机说起来容易，做起来难。一开始，我做个概念草图和SolidWorks模型，但我意识到最好从构建一些原型开始，以便我更好的理解无人机是如何组装到一起的。
我们希望将QDrone设计成一款在飞行中具备灵活机动性和耐用性的强力装置。通常情况下，为了让无人机具备高效的机动性，设计者会移除所有不必要的重量来减少机械结构上的承重压力，同时降低电池的使用功耗。
所以我的设计迭代专注于减少多余的重量，测试不同材料的耐用性，同时减少进入IMU的震动。
合适的工具来加速测试
我也需要弄清楚如何来验证我所构建的是否工作。那就是如QUARC快速控制原型软件真正加速设计过程的地方了。QUARC让我可以快速访问I/O模块，像电池状态的模拟读取或者控制电机的PWM写入。很快我就能够生成一个简单但有效的模型来测试我最新的迭代设计。
我们的测试方法
测试的第一步集中在四旋翼的鲁棒性，所以我们控制QDrone尽可能快的撞向墙壁
我们为什么要这么做？因为当一个研究人员测试机器学习算法的时候，比如，QDrone前几次将会失败，我们想要确保研究人员能够相信这个系统足够可靠和鲁棒可以承受多次碰撞后任然可以继续工作。
我们也测试过框架和螺旋桨的耐久性。通过使用从破坏性测试中获取的知识，我们尽可能多的解决了可能发生的机械故障点。
设计的第二优先事项是确保无人机的动态响应。事实证明，这同样具备挑战性，但确是可以实现的。通过对电机从零循环到最大推力来进行电池的压力测试，是我们要进行的一个测试。通过使用QUARC，我们能够设计电池的压力测试，反过来说，根据我们循环推力从低到高，来研究QDrone的响应情况。利用QUARC，我可以在保证低压状态的持续时间的同时，改变每个周期处于高电压的持续时间。同样的，如我想要增加系统的计算负载，QUARC使得访问在Inte Aero计算机面板上的板载传感器变得更容易。
Figure 3：电池电压循环结果在电机高位时为0.2s的持续时间
在多次迭代设计和测试之后，我们最终获得了一个相当独特的QDrone设计，没有为了高机动性来简化无人机，也没有为了承受过多负载而过度设计。但是它也不过是整个研究实验室的一部分。想要了解更多有关多智能体协同控制系统的信息，欢迎你们来阅读我们的白皮书-思考和讨论多智能体研究。
翻译：Edison Zhong
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