GPT-4o给出的设计方案

1. 概述

设计并制作一架带有航拍功能的多旋翼自主飞行器，满足自动飞行任务，具备稳定的飞行控制和姿态保持能力。飞行器需依次按特定路径飞行，并在空中悬停，完成指示任务。

2. 硬件结构

1. 多旋翼飞行器：

   • 骨架：重量轻且坚固，材料可以选择碳纤维或铝合金。
   • 驱动系统：无刷电机（brushless motor）和电子调速器（ESC）。
   • 电池：高容量锂聚合物电池（LiPo）。
   • 飞行控制器（FC）：具有姿态保持、导航和自动飞行功能，可选Pixhawk或其他支持开源固件的控制器。
   • 传感器模块：GPS、IMU（加速度计、陀螺仪）、气压计（高度计）。

2. 导航和定位系统：

   • 超声波传感器或激光测距仪：用于精确测量高度。
   • 摄像头/激光传感器：用于起降点识别和自主导航。

3. 通信模块：

   • 无线电遥控系统（RC）：用于手动控制和紧急状况下接管飞行。
   • 数据链路：实现飞行器与地面站的通信，上传任务指令和实时数据传输。

3. 工作原理

1. 开机及自检：

   • 飞行器通电，飞行控制器自检完成，定位系统获取初始位置。

2. 自动起飞：

   • 飞行器自主起飞，达到设定的高度h1（30cm-120cm），开始执行任务。

3. 路径飞行：

   • 根据预设的路径依次飞行至A区、B区、C区位置，实时监测并调整姿态，确保飞行稳定。

4. 悬停及任务执行：

   • 飞行器在指定位置悬停，进行任务执行，如拍摄、物品投放等。

5. 返航及降落：

   • 飞行器按路径返航，降落至起飞点，完成任务。

4. 关键技术实现（C代码示例）

初始化及传感器读取

#include <AP_HAL/AP_HAL.h>

void setup() {
    AP_HAL::hal.init(0, NULL); 
   
    // 初始化飞行控制器
    setup_flight_controller();
  
    // 传感器初始化
    setup_sensors();
}

void loop() {
    // 传感器数据读取
    read_sensors();
  
    // 自动飞行逻辑
    auto_flight();
}

void setup_flight_controller() {
    // 设置飞行模式
    set_flight_mode(AUTO);
    
    // 加载飞行任务
    load_mission();
}

void setup_sensors() {
    // 初始化GPS
    GPS.init();
    
    // 初始化IMU
    IMU.init();
  
    // 初始化高度传感器
    AltitudeSensor.init();
}

void read_sensors() {
    // 读取GPS
    GPS.update();
    
    // 读取IMU数据
    IMU.update();
  
    // 读取高度数据
    AltitudeSensor.update();
}

自动飞行任务

void take_off(float altitude) {
    // 起飞到指定高度
    set_takeoff_altitude(altitude);
    arm_motors();
    while (current_altitude() < altitude) {
        adjust_throttle(); 
    }
    hold_position();
}

void navigate_to(float x, float y) {
    // 导航到指定坐标点
    while (!at_position(x, y)) {
        adjust_heading(x, y);
        adjust_position(x, y);
    }
    hold_position();
}

void auto_flight() {
    // 起飞到h1高度
    take_off(100.0);
    
    // 飞行到A点
    navigate_to(A_X, A_Y);
    
    // 悬停并执行任务，如悬停30秒
    delay(30000);
    
    // 飞行到B点
    navigate_to(B_X, B_Y);
    delay(30000);

    // 返回起点并降落
    navigate_to(LAUNCH_X, LAUNCH_Y);
    land();
}