无人机专业实训室建设内容.docx
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无人机专业实训室建设内容
无人机实训室项目
可行性报告
威海市职业中等专业学校
二〇一七年十二月二十七日
一、无人机实训室建设背景
1.1建设背景
随着“中国制造2025”的提出,我国加快推进以智能制造为核心的工业4.0战略,而作为智能制造与通用航空融合发展的无人机未来发展前景广阔。
无人机是利用无线电遥控设备和自备程序控制装置操纵的不载人飞机。
目前,无人机除了在军事领域中执行侦察、监视、火力打击、通信等多种任务外,在民用领域亦可完成灾害评估、地质勘测、航拍航测、警用高速公路巡查、森林防火、海事巡逻等多种任务。
另外,在泥石流、地震、风暴等自然灾害中,无人机通过及时快速的传递信息,也发挥了极其重要的作用,已经成为我们人类对抗自然灾害不可或缺的工具。
由此可见,无论在军事还是民用领域或是抵御自然灾害中,低空无人机的应用越来越广泛,因此也带来了大量的无人机操控及应用人才的需求。
未来5—10年无人机将迎来产业化浪潮,进入黄金发展期,对应的无人机相关专业人才,尤其是技术型人才和管理人才的需求也将出现井喷。
随着通用航空和无人机相关政策的出台,无人机行业更是获得了巨大的发展机遇。
国务院办公厅印发了《关于促进通用航空业发展的指导意见》,提出扩大低空空域开放力度,并简化了审批流程,加大资金支持,强化人才培养,支持大专院校和职业学校开设通用航空类专业,培养相关专业技术和管理人才。
1.2机电技术应用(无人机方向)
我校拟采购的无人机实训室是供机电技术应用专业(无人机方向)班级学生使用,由于无人机行业迅速发展,并且作为智能产品落地比较快,中职学校没有相关专业,但是已作为相关专业的发展方向,例如机电技术应用、电子信息专业、自动化专业、机电工程专业等,本专业的学生在原有专业基础上还学习到了无人机的制作、装配、飞行、自主驾驶以及无人机航拍航测、数据处理等应用技术,增加了本专业毕业生的就业竞争力。
我校实训建设方案有着鲜明的特点,以产业、行业分类为主要依据,兼顾学科分类进行专业划分和调整后的《普通高等学校高等职业教育(专科)专业目录(2015)》。
围绕《工业制造2025》的要求,“装备制造”大类专业新增“无人机应用技术专业(专业代码560610)”。
开设有无人机装配技术、无人机调试与维护技术、无人机检修技术和无人机操控技术课程,并加入无人机的二次开发课程及训练项目。
不仅培养了无人机操控人员,更造就了适应于未来无人机产业发展的人才。
二、需求分析及解决方案
2.1需求分析
(1)专业对应产业的发展状况
无人机属于新兴产业,在航拍、快递、灾后搜救、数据采集等领域无人机都已经崭露头角。
无人机产业链的蓬勃发展,近年来有多家民企开始布局无人机行业,据调查包括研发、生产、运营在内,我国目前有300至400家民用无人机企业,从业人员超过万人。
(2)产业发展用人需求情况概述
全球70%的中小型无人机都是中国制造。
加快推进无人机产业化也被写入《中国制造2025》,作为航空装备发展的重要部分。
未来我国2016-2020年需要约50万架民用无人机,未来市场空间有5000多亿元。
据国家信息产业部估算,我国2020年需要的无人机操作维护人员可达20万。
(3)培养社会急需人才,提高学生就业率,保证生源。
无人机人才为国内紧缺型人才之一,具备无人机专业技术人才在我国几乎属于空白。
各大无人机企业对人才的需求量相当大,中等职业院校应用专业人员除了动手能力强、容易沟通外,其操作能力也比较强。
在工作上,更善于发现问题、分析问题。
供不应求的无人机操作和维修专业毕业生,成了众多单位抢着要的“香饽饽”。
无人机实训室系统培养无人机定向人才,为无人机市场输出人才,学生可以从事无人机相关岗位,或者直接创业。
(4)提高学生实践能力,打造一流无人机应用技术人才。
中等职业学校建设无人机实训室,是应时代发展需要。
在美国,市场的快速发展迫使FAA(美国联邦航空局)加快了制定规章的步伐,商用无人机新规的发布,成为无人机融入美国国家空域的重要拐点;在中国,多家机构牵头,正在推进无人机标准化的进程。
当前国家出台政策对于无人机发展作出明确的指导,无人机专业毕业生就业前景乐观。
(5)职业院校技能大赛的需要。
近年来全国无人机竞赛数量、种类越来越多,也越来越受欢迎,作为一种成熟、高集成度系统成为现在学生竞赛的重要终端,实训室的建设可以完善无人机竞赛人员培训选拔的体系,培养大批高素质、高水平的竞赛人才。
2.2解决方案
我校无人机实训室本着建成集“教、产、学、研一体化”为一体的教学环境和校内生产性实训基地的理念,从理论学习、模拟飞行、实践教学、行业应用实践教学等4个层面开展教学工作,其基于无人机行业应用工作过程的项目实训教学充分体现了职业教育的特点。
我校实训室能完成从理论学习、模拟飞行、组装调试、室内飞行、行业应用全过程的教学任务,使学生对抽象的无人机技术知识有了直观生动的认识,通过无人机基本技能实训和实际项目综合训练,培养学生掌握现代通用航空制造技术,具有飞行器制造、飞行器维修维护等职业所必备的入职能力,在德、智、体、美全面发展的能从事无人机制造、维修、维护、操控等专业工作的技术员、操控师等高素质技术技能型人才。
三、无人机专业实训室建设内容
3.1实训室整体概述
整个无人机实训室功能建设包含6个部分,分别是组装、调修、飞行操控、行业应用、程序控制、改装升级。
1、组装:
即无人机装配,提供无人机所有零部件,学生可以动手将所有部件按照实验指导书组装成一架完整的无人机,通过组装让学生了解并熟悉无人机的硬件构造。
无人机硬件组装示意图
2、调修:
即无人机检测与维修,设备调试与维护为了让学生从零件到整机再到飞行整个过程系统性的让学生深入了解无人机的原理,进一步提升学生的自身技能。
无人机检修,故障检测是学生学习必不可少的环节,当飞机出现无法正常工作的状况时,借助测试仪器,让学生快速查出故障点,找出问题并修复故障。
检测仪器界面图
3、飞行操控:
即无人机模拟操控,学生在无人机实际飞行之前要进行模拟飞行训练,掌握无人机操控的基本技巧,减少实际飞行中的失误和炸机几率,通过模拟飞行训练软件可以让初学者选择各种机型、场景进行训练,也可以以游戏的形式进行练习,在愉快的环境下边做边学,掌握实际飞行前所需的技巧。
而后在学生掌握一定的模拟飞行技巧后,可以进行实际操控,将试飞活动安排在实操飞行场地中进行,安全的飞行环境不仅为学生提供更好的保护,同时可以让学生大胆的进行飞行训练。
模拟飞行图
无人机室内飞行室场地图
4、行业应用:
建设无人机室内飞行室,目的是让学生在室内学习无人机遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术等知识,同时可在室内模拟各行业应用(如农业植保、公安消防、电力巡线、环保调查、国土测绘、公安反恐、航拍摄影、森林防火、交通监控等)。
5、程序控制:
程控是指无人机二次开发,其目的是实现无人机脱离遥控器的情况下进行自主起飞、自主悬停,超声波避障功能,还支持定距巡航,定高悬空、甚至执行自主运输等复杂动作功能。
无人机未来的发展趋势将是程控智能化,更多的是程序应用控制,而二次开发是为学生提供的功能拓展及创新平台,可与无人机现代应用及未来发展紧密贴合。
无人机定高悬空和自主运输功能示意图
无人机超声波避障及循迹功能示意图
6、改装升级:
包括设计改装和升级改装。
当前,现代意义的定制化服务已经渗透到各行各业,在无人机领域,由于不同的应用场合,环境不同,技术要求也有所差别,产品要更出色地满足客户的利益期望,设计和改装将是未来无人机发展的一大方向;E360系列无人机所有软硬件全部开源,可拓展及改装性非常强,可支持学生DIY无人机。
3.2工程实训无人机组装、调试系统
3.2.1设备概述
工程实训无人机必须为全开源平台,学生可参与组装、检修、调试、飞行等步骤,基于该平台可进行二次开发,飞控部分留有开发接口且预留空间,能够参与无人机相关竞赛。
3.2.2设备特点
1.装;提供无人机所有零部件,学生可以动手将所有部件按照实验指导书组装成一架完整的无人机,通过组装让学生了解并熟悉无人机的硬件构造。
2.调;配备无人机调试指导书,对飞行器进行调试,熟练应用地面站软件。
3.飞;飞行技能练习掌握,外内室外均可操控。
4.用;能够利用飞行模块,如体感模块,云台模块,机械爪模块等与飞行器结合起来实现相应的功能。
5.做;结合3D打印机或传感器套件自己来做出需要的设备。
3.2.3实训项目
1.无人机组装调试
2.无人机维护与维修
3.无人机操控技术实训
4.飞行器制作与操控
5.创意设计
3.2.4设备配套资料
1.开源飞控
2.系统配套飞控详细介绍
3.Pixhawk程序解读
4.MEMS传感器
5.Pixhawk整体架构的认识
6.Pixhawk原生码rcS分析
7.Pixhawk硬件构架
8.PixhawkPX4FMU和PX4IO最底层启动过程分析
9.Pixhawk姿态与控制
10.飞行模式切换
3.3室内自主避障无人机平台与视觉循迹无人机平台程控系统
3.3.1自主避障无人机平台设备概述
自主飞行无人机图避障模块图
室内自主壁障无人机开发平台必须为全开源平台,自带超声波壁障模块,可同时对飞机的前后左右及飞机下方5个方位进行壁障飞行。
学生可参与组装、检修、调试、飞行等步骤,基于该平台可进行二次开发,飞控部分留有开发接口且预留空间,能够参与无人机相关竞赛。
3.3.1.1设备特点
1、一键启动后自主爬升到指定高度,然后继续向前飞行,飞行至据前方2米处悬停5秒,5秒结束后继续向前飞行至据障碍物1米处自动降落。
此过程中要求飞机完全自主飞行,不得使用遥控器进行控制。
2、一键启动后自主爬升到指定高度,飞机向右运动至据右方围挡1-1.2米范围内后保持据右方距离向前飞行,向前飞行至据前方围挡1-1.2米范围内后保持据前方距离向左飞行,向左飞行至据左方围挡1-1.2米范围内后保持据左方距离向后飞行,飞行至据后方围挡1-1.2米范围内后保持据后方距离向右飞行至左右中点时自动降落。
3、一键启动后自主爬升到指定高度,然后开始空中悬停,有障碍物接近时飞机向相反方向运动,当障碍物据飞机小于50厘米时,飞机自动降落。
4、一键启动后自主爬行到指定高度,向前飞至距障碍物1米开始悬停,悬停时间6秒,接着自主降落。
3.3.1.2实训项目
1、ARDUINO单片机编程
2、图像化编程
3、程控飞行(飞行器脱离遥控器控制依靠程序对飞行进行控制)
4、代码识读
备注:
基本的装、调、飞、用都可满足
3.3.2视觉循迹无人机平台程控系统设备概述
视觉循迹无人机开发平台必须为开源平台,学生可参与组装、检修、调试、飞行等步骤,基于该平台可进行二次开发,飞控部分留有开发接口且预留空间,能够参与无人机相关竞赛。
3.3.2.1设备特点
循迹飞行示意图
#功能1:
多旋翼自主飞行器摆放在如图所示的A区,通过遥控器手动起飞到1米的高度,然后切换至程控模式,飞行器自主飞行,沿黑线飞向B区,在B区中心降落并停机。
#功能2:
飞行器摆放在如图所示的A区,通过遥控器手动起飞到1米的高度,然后切换至程控模式,飞行器自主飞行,沿矩形CDEF逆时针飞行一圈,在A区中心降落并停机;飞行时间不大于45s。
3.3.2.2设备配套资料
1.无人机平台使用指南《新手遥控飞行指南》
2.无人机平台使用指南《程控飞行指南》
3.无人机平台使用指南《必备软件下载指南》
4.整体结构设计指南
5.无人机平台程控协议
6.采集模块通信协议
7.无人机平台视觉寻迹DEMO阅读指导
8.无人机平台飞控硬件接口改动说明
9.飞控入门开发指南
3.4室内自主避障空中机器人系统
3.4.1设备概述
3.4.1.1空中机器人概念
空中机器人是涵盖了机器人及无人机相关学科知识点,可以靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:
“一种可编程和多功能的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。
3.4.1.2设备特点
(一)空中机器人平台功能要求
1、是基于Arduino硬件的可编程控制平台,支持数十种传感器输入模块及多种输出模块,配合图形化编程软件满足各种情景需求,实现更多应用功能。
2、支持Mixly、ScratchforArduino图形化编程环境。
3、具有安全防护装置。
(二)空中机器人功能描述:
1、一键起飞,飞行控制,声光指示,定点投放,物品抓取。
2、超声波定高,视觉悬停;
3、可在无遥控器控制时实现根据手中体感装置控制飞机向前、后、左、右四个方向飞行。
4、可在无遥控器控制时实现一键启动后自主爬升到指定高度,然后继续向前飞行,飞行至据前方障碍物1米处进行悬停,悬停5秒,5秒结束后在原地自动降落。
此过程中要求飞机完全自主飞行,不得使用遥控器进行控制。
5、一键启动后自主爬升到指定高度,然后开始空中悬停,有障碍物接近时飞机向相反方向运动,当障碍物据飞机小于50厘米时,飞机自动降落。
6、可实现前后左右下方五合一超声波壁障自主飞行。
7、基于FPV视频眼镜可实现飞机第一视角飞行控制。
8、空中机器人基于红外可实现空中打靶,空中机器人与陆地机器人对战等项目。
3.4.1.3设备配套资料
1、认识空中机器人
2、空中机器人飞行展示
3、空中机器人为甚能飞
4、模拟飞行
5、实际飞行
6、飞行前准备
7、创意设计
8、空中投放
9、程控飞行
10、复杂路径飞行
11、提供基于米思齐图形化编程示例,配套编程库
12、提供教案及PPT视频资料,配套课件不少于80课时(每课时按45分钟)
3.4.1.4实训项目
1.什么是机器人及人工智能
2.无人机的起源与发展
3.多旋翼无人机的历史
4.多旋翼无人机的现在
5.多旋翼无人的未来
6.多旋翼能做什么
7.机器人创想课
8.无人机的组成
9.无人机飞行原理
10.无人机的螺旋桨
11.无人机飞行控制器与地面站软件
12.无人机的电机
无人机实训设备详细参数
序号
设备名称
单位
数量
参数
备注
1
工业级六旋翼无人机
套
1
基本参数:
电机轴距:
不大于1200mm
展开及拆收方式:
机臂折叠式
旋翼直径:
560mm
空机重量(不含电池):
7.8Kg(±5%)
最大起飞重量:
23Kg
锂聚合物动力电池:
24V/32000mah
控制距离:
9km
图像传输:
1080P/9km
数据传输:
数字信号/9km
尺寸
展开尺寸不大于(长宽高):
1962mm/1750mm/480mm
收纳尺寸不大于(长宽高):
600mm/600mm/480mm
飞行性能
巡航速度:
13~66m/s
升限:
6000米
抗风能力:
≤6级
飞行时间:
50分钟
作业半径:
9km
功能配置
飞行模式:
手动/GPS增稳/自动航线
自动/失控返航√
飞行姿态摄像√
螺旋桨折叠收纳√
2.云台载荷技术规格:
项目云台载荷
18倍变焦相机
光学变焦倍数:
18
重量(g):
550
尺寸(mm):
137×88×155
分辨率:
1080P
像元尺寸N/A
最大视场角:
90°×69°
帧频:
60hz
工作温度:
-20℃-60℃
方位角度:
-180°~+180°
俯仰角度:
-120°~+90°
横滚角度:
-35°~+35°
供电电压:
12V
输出接口:
AV/HDMI
3.地面站技术规格
笔记本式地面站
屏幕尺寸(寸)13
触屏√
虚拟键盘√
控制距离(Km):
9
重量(Kg):
2.0
续航时间(h):
2
Hdmi接口:
1
Usb接口:
2
AV接口:
0
4.附件设备技术规格
附件设备
项目规格
电池:
32000mAh
双路充电器:
1260W
增程天线:
25DB
三脚架:
H500MM
操作手册及软件:
一套
5.其他服务
其他
项目内容
质量保修期:
保修3年(头罩、螺旋桨易损件除外)
售后服务承诺
1、免费保修期:
整个系统(含设备、电池和系统)免费质保期为3年,自验收合格交付使用之日起计算。
2、服务响应及维修:
2.1、24小时应急服务,并不收取法定工作日和正常工作时间以外的附加费用;
2.2、维修响应时间在2小时之内,在6小时内到达采购人设备现场,排除故障,交付使用;
2.3、提供3年非人为损坏保修服务,提供7*24小时全面技术支持,提供免费演练指导服务;
2.4、若24小时内无法排除故障的,应免费提供同型号设备供用户使用。
3、升级服务
终身维护免费升级软件。
4、按照采购方确定的时间在用户所在地现场免费安装调试。
提供不低于三年非人为损坏免费保修服务。
2
国际比赛用固定翼
套
1
机架参数
机架材质:
轻木、碳纤维、玻纤
基本参数
最大外形尺寸:
1995mm×1710mm
起飞重量:
5.2kg
整机重量(含电池):
5kg
抗风能力:
≥6级
飞行时间:
≥10min
电池容量:
5000毫安
工作温度:
-20℃至50℃
最高时速:
150-160km/h
方向舵伺服机:
MKSBLS950
副翼伺服器:
SD9662A+
电机功率:
3200W
转速:
6200转重量600g
遥控器:
18SZ
售后服务承诺
1、免费保修期:
整个系统(含设备和系统)免费质保期为3年,自验收合格交付使用之日起计算。
2、服务响应及维修:
2.1、24小时应急服务,并不收取法定工作日和正常工作时间以外的附加费用;
2.2、维修响应时间在2小时之内,在6小时内到达采购人设备现场,排除故障,交付使用;
2.3、提供3年非人为损坏保修服务,提供7*24小时全面技术支持,提供免费演练指导服务;
提供不低于三年的非人为损坏保修服务。
3、升级服务
终身维护免费升级软件。
4、按照采购方确定的时间在用户所在地现场免费安装调试。
3
500级
直升机
套
5
基本参数
机身长:
865mm
机身高:
282mm
主旋翼长:
425mm
主旋翼直径:
978mm
尾旋翼直径:
206mm
电调:
大功率无刷调速器
电机:
高扭力无刷电机
副翼伺服器:
高速无刷舵机
尾翼伺服器:
高速无刷舵机
包含14通道遥控器、GPS模块、电源模块、图传模块、传感器模块、可适用电动及汽油机,具有精准定位悬停、自主起降、智能失控保护/自动返航功能、内置云台增稳功能。
售后服务承诺
1、免费保修期:
整个系统(含设备和系统)免费质保期为3年,自验收合格交付使用之日起计算。
2、服务响应及维修:
2.1、24小时应急服务,并不收取法定工作日和正常工作时间以外的附加费用;
2.2、维修响应时间在2小时之内,在6小时内到达采购人设备现场,排除故障,交付使用;
2.3、提供3年非人为损坏保修服务,提供7*24小时全面技术支持,提供免费演练指导服务;
2.4、若24小时内无法排除故障的,应免费提供同型号设备供用户使用。
3、升级服务
终身维护免费升级软件。
4、按照采购方确定的时间在用户所在地现场免费安装调试。
4
室外固定翼训练机
套
20
基本参数
翼展:
≥730mm
机身长:
≥905mm
起飞重量:
>700g
电调:
30A
舵机:
高速舵机
遥控器:
4通道
续航能力:
≥15min
桨尺寸:
≥8寸
售后服务承诺
1、免费保修期:
整个系统(含设备和系统)免费质保期为3年,自验收合格交付使用之日起计算。
2、服务响应及维修:
2.1、24小时应急服务,并不收取法定工作日和正常工作时间以外的附加费用;
2.2、维修响应时间在2小时之内,在6小时内到达采购人设备现场,排除故障,交付使用;
2.3、提供3年非人为损坏保修服务,提供7*24小时全面技术支持,提供免费演练指导服务;
2.4、若24小时内无法排除故障的,应免费提供同型号设备供用户使用。
2.5、免费保修期满后,应按其在地区同类产品的最优惠价格提供服务和零件。
3、升级服务
终身维护免费升级软件。
4、按照采购方确定的时间在用户所在地现场免费安装调试。
5
多轴无人植保机
套
1
基本参数
尺寸:
1400*450mm(展开)
850*450mm(折叠)
机身重量:
4.42千克(裸机不包含头罩,分线板)
碳板厚度:
2.5mm
机臂碳管:
30*27mm
脚架碳管:
20*17mm
起飞重量:
25kg
最大载重:
10kg
最大功耗:
6400w
悬停功耗:
3000w
最大推重比:
1.73(25kg)
作业速度:
7m/s
升限:
1000m
工作温度-20度—40度
机身套餐:
机身,机臂,脚架,药筒,分线板,头罩
打药系统:
水泵功率500w,
喷头:
四个,喷洒量:
0.5L/min(按照使用药量为准)
降压系统。
特性:
全身防水,ABS材质,自带散热。
实现作业功能:
a-b点作业,断点续喷,智能规划。
电池参数:
6S锂聚合物电池,电压22.2V,容量16000mah,放电倍率15C。
售后服务承诺
1、免费保修期:
整个系统(含设备和系统)免费质保期为3年,自验收合格交付使用之日起计算。
2、服务响应及维修:
2.1、24小时应急服务,并不收取法定工作日和正常工作时间以外的附加费用;
2.2、维修响应时间在2小时之内,在6小时内到达采购人设备现场,排除故障,交付使用;
2.3、提供3年非人为免费损坏保修服务,提供7*24小时全面技术支持,提供免费演练指导服务;
2.4、若24小时内无法排除故障的,应免费提供同型号设备供用户使用。
3、升级服务
终身维护免费升级软件。
4、按照采购方确定的时间在用户所在地现场免费安装调试。
提供不低于三年的非人为损坏免费保修服务。
6
T18SZ遥控器
套
2
基本参数
尺寸:
180mm*175mm*50mm
重量:
820g
屏幕:
彩色LCD触摸屏
通道:
18通道
接收机:
R7008SB(2.4GHzFASSTest)
保修:
非人为损坏免费保修一年
适用机型:
直升机、固定翼、多旋翼等。
7
无人机
模拟器
台
37
遥控器尺寸:
184*100*192mm
接收机尺寸:
41*23*14mm
重量:
0.88kg
传输频率:
2.4GHzISM波段(2400MHz~2483.5MHz)
信道带宽:
5.0MHz&250Kbps扩频方式DSSS&FHSS
邻道抑制比:
>38dbm发射功率:
<1OOmW(2Odbm)
工作电流:
90mA@12V工作电压:
7.4v一18.0v
遥控距离:
地面1000米空中l.5公里
通道数:
10通道
支持模型类型:
固定冀、多旋冀、滑翔机
横拟器模式:
可设置模拟器模式显示屏2.8寸
配套无人机模拟软件
8
教学拆装
基础机
套
37
基本参数:
机架:
250mm轴距
材质:
碳纤维
转速:
2300kv
电调:
20A无刷调速器
飞控:
可调手动模式、自稳模式、一键返航。
螺旋桨:
5寸
售后服务承诺
1、免费保修期:
整个系统(含设备和系统)免费质保期为
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