御风250！四旋翼无人机（基于PX4）(激光雷达版)

一 套件背景

御风250（激光雷达版）主要面向科研教育，该无人机实现未知环境中实时导航，规划与控制。

该套件包括 飞控 、 板载计算机 与 激光雷达 三个核心模块，能够部署常见的SLAM算法、规划算法与控制算法，是一个用于验证算法的良好平台。

目前，无人机的计算平台主流设计方案是「大脑」+「小脑」，在「大脑」-板载计算机上处理实时性要求相对较低的建图、定位与规划等算法；在「小脑」-飞控中完成实时性要求高的控制与组合导航等算法。

由于整个系统的复杂性，如何有机地组织各个模块一直是其中的 难点 。

目前主流的设计思路如下：

1.1 导航功能

在板载计算机中运行激光雷达SLAM算法（课程配套FAST-LIO算法），实现位姿估计，并且将结果发送到飞控，飞控中运行EKF算法融合外部定位。具体流程为：

• 运行激光雷达定位算法FAST-LIO，以ROS节点的方式发布雷达坐标系下的位姿；

• 在板载计算机中编写另一个ROS节点，订阅激光雷达得到的位姿，并且将其转换到飞机导航坐标系，以MAVROS消息流发布转换后的位姿。

• 飞机端通过Mavlink协议获取外部定位结果，内部以uORB消息流传入飞控的EKF2导航算法进行融合。

1.2 规划功能

在板载计算机中运行规划算法（课程配套EGO-Planner），实现在有障碍环境中的实时路径规划，并且将规划指令发送到无人机，控制无人机运动。具体为：

• 在板载计算机中运行Ego-Planner规划算法，得到雷达坐标系下规划的路径指令，包括三维位置、速度、加速度、偏航角、以及偏航角速度，以ROS节点发布；

• 另一个ROS节点订阅Ego-Planner规划结果，转化到飞机导航坐标系并且使MAVROS协议发送到飞控；

• 飞机端通过Mavlink协议获取外部指令，内部以uROB消息形式发送到飞控的控制器，作为控制器的期望值，实现无人机运动控制。

1.3 控制功能

简单的控制算法（如PID，LQR）可以在飞控中实现，对于复杂的控制算法（如MPC）可以将位置闭环，甚至姿态闭环在板载计算机中运行，最终发布角速度指令到飞控。本套件仅考虑在飞控中实现控制，飞机支持多种飞行模式：

• 自动飞行 Offboard模式：飞机使用外部指令作为期望值，能够实现复杂环境下的自主导航。

• 自动飞行 Mission模式：支持一键起飞，一键降落，自主返航等功能。

• 手动飞行模式：可以使用遥控器控制无人机运动，支持定点，定高，姿态等。

此套件实现以上各功能，支持二次开发，可自行开发更多功能。

二 套件优势

2.1 代码开源

整个套件实现全套自主导航功能，通过实测，代码全部开源。有Demo参考，能够有效初步调试时坐标变换不清晰导致的异常结果。

2.2 赠送配套课程

• 《御风250（激光雷达版）环境配置与代码逻辑讲解》
• 《零基础入门四旋翼建模与控制(MATLAB仿真)[理论+实战]》
• 《基于PX4实现的四旋翼建模与控制[理论+源码+实战]》

2.3 多传感器融合，提升系统安全性

具体包括：IMU，磁力计，气压计，GPS，光流，下视TOF，激光雷达。

2.4 设计保护罩，减小炸机损失

设计激光雷达保护支架，有效保护激光雷达，减小意外炸机带来的损失。

2.5 已完成飞控参数调节，飞行效果良好

三 配套设施汇总