一、任务
设计一基于多旋翼飞行器的送货无人机，能够根据不同的要求，向指定的目标地点运送货物。图 2 为作业区域示意图，有起飞降落点和多个具有不同特征的目标地点。
送货无人机上需安装一可升降吊舱，吊舱重量 50±5g，升降范围 60±10cm；起飞、飞行过程中，吊舱紧贴无人机机腹；到达目标地点上方，无人机下降悬停，并将吊舱降至距离地面一定高度，送货操作完成后恢复到巡航高度飞行。无人机上需安装扬声器，可播放语音提示信息；无人机安装垂直向下的激光笔，用以标识航迹。
- 二、 要求
无人机可按照现场设置的目标位置信息，对 2 个指定位置的目标地点完成送货作业。目标地点位置信息坐标可用无人机上携带的键盘设置。- 无人机在“十”字起降点垂直起飞，升空至 150±10cm 的巡航高度；（5 分）
- 根据现场设置的送货目标，先后依次飞行抵达目标地点上方，无人机降低飞行高度到 80±10cm；（16 分）
- 无人机放出吊舱，吊舱降至距地面 20±5cm 高度，并保持稳定悬停 5 秒，完成送货作业，期间播放提醒目标点收货的语音；悬停期间，标识无人机位置的激光笔光斑落在以目标中心为圆心、半径 15cm 的圆内；（20 分）
- 作业完成后飞行到起降点稳定准确降落，无人机几何中心点与起降点中心距离偏差不大于±10cm；（4 分）
- 送货过程必须要在 180 秒内完成，用时越少越好。（5 分）
- 无人机在作业区外学习识别某一种指定目标特征（颜色、形状），然后寻找具有此特征的两个目标地点，完成送货作业。
- 无人机从起降点起飞到 150cm 巡航高度，先后寻找 2 个上述已识别的目标，飞行抵达目标地点上方，降低飞行高度到 80±10cm 左右；（20 分）
- 放出下降吊舱至距地面 20±5cm 左右高度，稳定保持悬停 5 秒完成送货作业，期间播放提醒目标点收货的语音；送货期间，标识无人机位置的激光笔光斑落在以目标中心为圆心、半径 15cm 的圆内；送货完成即恢复巡航高度；(10 分)
- 送货作业完成后无人机降落到起降点；送货过程用时越少越好，需在 270 秒内完成；（5 分）
- 无人机找到放置在 A 附近区域的红色圆框，并从圆框中穿越而过。（10 分）
- 其他自主发挥。（5 分）
- 设计报告。 （20 分）
三、说明
1. 送货作业现场说明
（1） 参赛队在赛区提供的场地测试，不得擅自改变测试环境条件。
（2） 送货作业区域铺设亚光喷绘布为淡灰色（R-240、G-240、B-240），目标地点的形状有三种（圆、正方形、三角形，最大边长或直径为 25cm），颜色有红、蓝两种（红 R-255、G-0、B-0，蓝 R-0、G-0、B255）；作业区上、右两侧有 1.8cm 宽黑色标志线；应考虑到材料及颜料导致颜色存在差异的可能性
（3） 测评将现场准备图 1 所示 6 种送货目标的特征样板，如“红色三角形”、“蓝色正方形”等，以备给无人机识别。
（4） 送货目标中的数字并非给无人机识别用，仅为了描述、记录方便，颜色与目标底色相近。
（5） 作业区域中标志“A”所在附近区域可放置供无人机穿越的圆框，见图 3，圆框可采用外径约 110cm的红色呼啦圈，呼啦圈固定在地面支架上，圆心高度约 150cm，支架为黑色。
（6） 400cm×500cm 作业区四周及顶部设置安全网，安全网支架在安全网外。
（7） 测试现场避免阳光直射，但不排除顶部照明灯及窗外环境光照射，参赛队应考虑到测试现场会受到
外界光照或室内照明不均等影响因素；测试时不得提出光照条件要求。
2. 飞行器要求
（1） 参赛队使用无人机时应遵守中国民用航空局的相关管理规定。
（2） 无人机最大轴间距不大于 45cm。
（3） 无人机桨叶必须全防护，否则不得测试。
（4） 无人机上的激光笔垂直向下安装，不得移动、转动。
（5） 起飞前，无人机可手动放置到起降点；可手动一键启动后起飞，起飞后整个飞行过程中不得人为干预；若采用无人机以外的启动或急停操作装置，一键启动起飞操作后必须立刻将装置交给工作人员。
（6） 调试及测试时必须佩戴防护眼镜，穿戴防护手套。
3. 测试要求与说明
（1） 吊舱可用软线悬吊 50g 砝码来模仿。
（2） 提醒目标点收货的语音可自行设定，时长 1~3 秒。
（3） 要求 1 送货前，可连续输入两个目标地点的位置信息；如，若以起降点为原点，编号 11 号目标的位置可为（200，275）；目标的位置信息格式可自己定义。
（4） 在要求 2 送货前，将现场指定形状及颜色的样板（如“红色三角形”），在场外手持给无人机学习识别将要送货的目标特征。
（5） 要求 1 的送货过程必须在 180 秒内完成，超时不得分。
（6） 要求 2 的送货过程必须在 270 秒内完成，超时不得分。
（7） 要求 1 的（1）~（4）必须连续完成，期间不得人为干预；要求 2 的（1）~（3）必须连续完成，期间不得人为干预。
（8） 每次测试全过程中不得更换电池；两次测试之间允许更换电池，更换电池时间不大于 2 分钟。
（9） 飞行期间，无人机触及地面后自行恢复飞行的，扣 5 分；触地后 5 秒内不能自行恢复飞行视为失败，失败前完成动作仍计分。
（10） 平稳降落是指在降落过程中无明显的跌落、弹跳及着地后滑行等情况出现。
GPT-4o给出的设计方案：
一、无人机硬件选择
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飞行控制器（Flight Controller）
- Pixhawk等开源硬件，支持多种传感器接口和稳定飞行控制算法。
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动力系统
- 合适的电机和螺旋桨组合，能够提供足够的升力，支持架载50±5g的吊舱。
- 选用轻量化、多旋翼配置，确保载荷能力及稳定性。
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传感器
- GPS模块：提供准确的定位信息。
- 超声波/激光雷达：用于实现悬停高度控制和避障。
- IMU（惯性测量单元）：用于姿态稳定和控制。
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通信模块
- 遥控与地面站通讯模块，如2.4GHz频段的遥控器和地面站数据链路。
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负载装置
- 可控升降吊舱，利用伺服电机控制，实现精准货物投送。
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语音播报模块
- 使用微型扬声器和预录音模块实现目标点收货语音提示。
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摄像头与计算模块
- 搭载高清摄像头用于图像识别及激光笔光斑识别，配合计算平台（如Raspberry Pi）进行图像处理。
二、自动飞行与导航
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起飞与巡航
- 无人机在起飞点垂直起飞至150±10cm的巡航高度，利用IMU和GPS进行姿态和定位控制。
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定位和降落
- 自动飞行至目标点上方，利用GPS和视觉传感器精确定位。
- 利用超声波或激光雷达到目标上方80±10cm高度。
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货物投送
- 吊舱下降至距离地面20±5cm高度，保持悬停5秒时间投放货物并播报语音信息。
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激光笔光斑识别
- 图像识别模块实时检测摄像头图像数据，识别激光笔光斑位置并对其进行追踪。
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返回与降落
- 自动飞回起飞点，悬停在距地面20±5cm高度，降落，确保起降点中心距差≤10cm
该题目考查的知识点：
该题目主要考察以下几个重要的知识点：
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无人机飞行控制与导航:
- 理解和实现无人机起飞、巡航、悬停、降落等基本飞行控制。
- 利用GPS、IMU等传感器模块实现精确定位和稳定飞行。
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负载管理:
- 设计和实现带有吊舱的负载管理系统，确保能够平稳起吊和投放货物。
- 确保无人机在携带和投放货物过程中的平衡和稳定。
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自动化任务执行:
- 根据预设程序控制无人机自行为不同目标点进行任务操作。
- 实现无人机全自动的导航、降落、投送和返回。
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语音播报和交互:
- 设计并实现无人机在货物投放后的语音提示功能。
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图像识别:
- 使用摄像头和计算模块进行实时图像处理和分析。
- 实现对地面目标（如标志、光斑等）的识别和追踪。
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传感器数据融合:
- 综合使用多种传感器的数据，如GPS、IMU、超声波/激光雷达，并进行数据融合以提高无人机的控制精度和稳定性。
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系统集成:
- 将上述各个功能模块进行集成，确保硬件与软件协同工作，实现系统整体功能。
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通信与控制:
- 无线通信模块的应用，实现无人机与地面站的通讯。
- 利用地面站监控和控制无人机任务执行过程。
