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2024-03-26 07:06

無人機(jī)實訓(xùn)室建設(shè)的探討

  推進(jìn)“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”,發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級,是國家核心發(fā)展戰(zhàn)略。建設(shè)新興科技領(lǐng)域新增專業(yè)是職業(yè)學(xué)校與時俱進(jìn),感知產(chǎn)業(yè)變化培養(yǎng)具有時代先進(jìn)性人才的具體體現(xiàn),無人機(jī)作為國家重點發(fā)展產(chǎn)業(yè),發(fā)展前景廣闊,行業(yè)人才需求緊迫。

根據(jù)工信部2017年發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范民用無人機(jī)制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》,到2020年,民用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,產(chǎn)值達(dá)到600億元,年均增速40%以上。到2025年,民用無人機(jī)產(chǎn)值達(dá)到1800億元,年均增速25%以上。而且民用無人機(jī)擁有規(guī)模不亞于軍用無人機(jī)的巨大市場。未來的無人機(jī)將集成更多的機(jī)器人技術(shù)和更先進(jìn)的算法,裝備更多的傳感器,加載更多的任務(wù)載荷設(shè)備,接入外部網(wǎng)絡(luò),智能化地完成各種復(fù)雜的任務(wù)。

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。典型的無人機(jī)系統(tǒng)由飛行平臺、動力裝置、航電系統(tǒng)、任務(wù)載荷系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)等組成。

近年來,不論是軍用無人機(jī)還是民品無人機(jī)均發(fā)揮著重要作用,受到各國政府高度重視,對其需求量呈不斷擴(kuò)大態(tài)勢。不過,中航無人機(jī)在競爭力方面略顯不足,存在一定程度的經(jīng)營風(fēng)險,還需進(jìn)一步突破窘境,才能盡快在景氣向上的賽道爭取更多的份額。隨著應(yīng)用場景的不斷拓展,工業(yè)無人機(jī)實現(xiàn)快速發(fā)展,預(yù)計到2021年中國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將首次超過消費級無人機(jī),成為民用無人機(jī)細(xì)分領(lǐng)域的主要市場。到2024年我國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模將增長至1507.85億元,占中國民用無人機(jī)市場規(guī)模比例由2015年的19%上升至約73%,2015年-2024年年均復(fù)合增長率達(dá)54.52%。

民用無人機(jī)用途極為廣泛,未來市場主要集中于農(nóng)林植保、影視航拍、電力巡檢等領(lǐng)域。借鑒美國對民用無人機(jī)監(jiān)管逐步放松的歷程,以及國內(nèi)民用無人機(jī)政策的規(guī)范和低空空域改革的深化,我國民用無人機(jī)行業(yè)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

國內(nèi)無人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀。我國民用無人機(jī)產(chǎn)品銷售和服務(wù)總體市場規(guī)模2018年達(dá)到110.9億元,到2020年將達(dá)到465億元,2025年將達(dá)到750億元;其中,航拍及娛樂仍是最大的應(yīng)用領(lǐng)域,市場規(guī)模有望達(dá)300億元。

無人機(jī)實訓(xùn)室是機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)實訓(xùn)室之一,主要面向無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)。對內(nèi),它主要承擔(dān)無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的實驗教學(xué)任務(wù),旨在培養(yǎng)掌握無人機(jī)飛行技術(shù)、無人機(jī)維修技術(shù)的專業(yè)高技能人才;對外,它則承擔(dān)相關(guān)區(qū)域的無人機(jī)民兵分隊的培訓(xùn)和裝備支持。

無人機(jī)實訓(xùn)室通常占地較大,分為室內(nèi)教學(xué)區(qū)和模擬飛行區(qū)兩個部分。室內(nèi)教學(xué)區(qū)進(jìn)一步細(xì)分為多個區(qū)域,如室內(nèi)飛場、記性展示區(qū)域、維修保養(yǎng)區(qū)域、器材儲備區(qū)等。此外,還可能包括展示區(qū)、裝配區(qū)、檢修區(qū)、儲物區(qū)、DIY區(qū)、調(diào)護(hù)區(qū)、調(diào)控區(qū)等。這些區(qū)域配備有各種類型的無人機(jī),以及各種保障設(shè)備,如電池充電器、急救箱和專業(yè)檢測設(shè)備,以滿足學(xué)生從無人機(jī)入門到飛行能手、維護(hù)組裝能手、編程能手等各個階段的實踐需求。

在實訓(xùn)室中,學(xué)生可以開展無人機(jī)操控技術(shù)、無人機(jī)構(gòu)造與組裝調(diào)試實驗實訓(xùn),學(xué)習(xí)無人機(jī)原理、組裝練習(xí)、飛行模擬訓(xùn)練,以及無人機(jī)編程等內(nèi)容。這些活動有助于提升學(xué)生的動手實踐能力、開發(fā)能力和就業(yè)能力。同時,實訓(xùn)室還可以滿足單片機(jī)嵌入式相關(guān)課程教學(xué)與開發(fā)的需求,以及開展以無人機(jī)為平臺的研發(fā)和其他項目的探索。


培養(yǎng)目標(biāo):掌握無人機(jī)集群控制及相關(guān)編程技術(shù),能夠運用無人機(jī)相關(guān)理論與技術(shù)快速分析與完成無人機(jī)集群控制、編隊飛行、編隊表演任務(wù)。以工程思維、計算機(jī)思維培養(yǎng),無人機(jī)控制為核心,將工程開發(fā)、編程、無人機(jī)、體育競技、人智能學(xué)習(xí)、自然科學(xué)、藝術(shù)等相結(jié)合,整合各學(xué)科的綜合知識,通過 PBL 學(xué)習(xí)法,從解決實際問題出發(fā),利用編程及工程開發(fā)等手段解鎖無人機(jī)、人工智能, 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、空間思維力、知識整合應(yīng)用能力。

 

教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

序號

課程設(shè)置

課程基礎(chǔ)掌握描述

掌握能力要求與素質(zhì)

1

人駕駛航空器與航空知識體系認(rèn)知

1.航空航天基礎(chǔ)概論;

2.無人駕駛航空器基礎(chǔ)認(rèn)知;

3.無人機(jī)系統(tǒng)認(rèn)知;

4.無人機(jī)維護(hù)及管理。

1.培養(yǎng)掌握航空航天基礎(chǔ)知識,培養(yǎng)航空航天科技素養(yǎng);

2.培養(yǎng)掌握無人機(jī)基本知識、基本原理;

3.無人機(jī)飛行基礎(chǔ);

4.設(shè)備自主維護(hù)及管理能力。

2

基礎(chǔ)編程學(xué)習(xí)

1.面向性編程原理學(xué)習(xí)認(rèn)知;

2.計算機(jī)編程邏輯學(xué)習(xí);

3.編程語言學(xué)習(xí)、認(rèn)知;

4.解釋型語言程序編譯;

5.無人機(jī)控制語言編譯。

1.識辨程序及理解程序能力;

2.常用編程語言仿寫能力,熟知編程邏輯及程序的基本設(shè)計方法和編寫修改能力;

3.無人機(jī)控制原理及飛行程序語言閱讀能力;

4.無人機(jī)系統(tǒng)編程及任務(wù)設(shè)備設(shè)定能力

3

面向無人機(jī)的

編程學(xué)習(xí)

1.技術(shù)文件閱讀;

2.各類程序文件閱讀

DEMO 示例程序、控制程序);

3.無人機(jī)程序的閱讀

4.無人機(jī)飛行程序編譯;

5.無人機(jī)編隊編程。

1.基礎(chǔ)語言編程能力;

2.熟練使用各類編譯工具;

3.具有通過編程進(jìn)行任務(wù)設(shè)定、達(dá)成的編譯能力;

4.具有通過編程進(jìn)行現(xiàn)實交互的能力;

5.通過面對對象無人機(jī)的編程,控制飛行、完成飛行任務(wù)的能力;

6.通過程序編譯完成任務(wù)搭載設(shè)備使用的能力。

4

售后服務(wù)

1.客戶使用培訓(xùn);

2.技術(shù)文件閱讀與審核

(說明書等交付文件);

3.相關(guān)例程及課程服務(wù)

DEMO、課程例程);

4.閱讀或修改無人機(jī)設(shè)計,無人機(jī)參數(shù)設(shè)置;

1.熟悉公司的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);

2.熟練掌握無人機(jī)各個部件;

3.具有無人機(jī)操作能力;

4.會使用常用編譯器及示例 DEMO;

6.熟悉無人機(jī)原理,了解相關(guān)課程知識;

7.熟悉相關(guān)的飛行操作及集群控制;了解安全飛行知識。

 

3.1、模塊介紹

功能模塊

主要功能

項目內(nèi)容

無人機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)

滿足無人機(jī)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)教學(xué)

提供無人機(jī)展覽、裝配、調(diào)試、仿真等實訓(xùn)條件

無人機(jī)實訓(xùn)

無人機(jī)編程基礎(chǔ)

物流無人機(jī)

無人機(jī)綜合調(diào)試實訓(xùn)系統(tǒng)

1+X證書

滿足1+X證書考試需求

室外實操教學(xué)六旋翼無人機(jī)飛行平臺

無人機(jī)電子執(zhí)照考訓(xùn)飛行平臺

多載荷行業(yè)應(yīng)用多旋翼無人機(jī)飛行平臺

AI視覺無人機(jī)開發(fā)平臺

自主定位

自主避障

自主導(dǎo)航

AI視覺無人機(jī)開發(fā)平臺

AI視覺無人機(jī)蜂群開發(fā)平臺

測試場地

人員、機(jī)器安全,驗證測試場地

安全飛行

定位、避障測試

五、實訓(xùn)室建設(shè)預(yù)算
總體預(yù)算1348400元。
 
六、配置標(biāo)準(zhǔn)
(一) 無人機(jī)模擬仿真教學(xué)實訓(xùn)室
 


序號 設(shè)施設(shè)備 功能要求 教學(xué)適用 數(shù)量 單價 (元) 總價
(元)
備注
 
1
 
臺式電腦
 
內(nèi)存 16G,4G 獨顯
 
支撐教學(xué)
 
40 臺
 
0
可結(jié)合現(xiàn)有 電腦機(jī)房共用 校方
自備
 
2
模擬仿真
教學(xué)軟件
1.無人機(jī)訓(xùn)練模式:無人機(jī)飛行訓(xùn)練模塊包含多機(jī)型仿真飛行訓(xùn)練功能,包含直升機(jī),八旋翼,垂起等多種機(jī)型,場景可定制更換。
2.無人機(jī)飛行有聲音提醒,場景內(nèi)有無人機(jī)電子圍欄,飛機(jī)飛出指定區(qū)域撞毀,可以一鍵重置飛行。
3.功能設(shè)計駕駛員和機(jī)長考試模式,飛機(jī)可實現(xiàn)GPS和姿態(tài)兩種模式飛行。
4.考核模式結(jié)束可查看詳細(xì)分?jǐn)?shù)。軟件包含定點自旋360°考核和水平八字考核.符合民航局考試要求。
可滿足直升機(jī),八旋翼,垂起等多種機(jī)型的日;静僮黠w行訓(xùn)練,滿足民航局無人機(jī)執(zhí)照考試訓(xùn)練。  
40 套
 
4500
 
180000 元
 
 
3
桌椅 L×W×H (mm)
1200×600×800
支撐學(xué)習(xí)訓(xùn)練 40 套  
0
可結(jié)合現(xiàn)有 電腦機(jī)房共用 校方
自備
合 計 小寫:180000元。
 
 
文化氛圍布置:
(1)《無人機(jī)模擬仿真教學(xué)實訓(xùn)室管理規(guī)定》張掛;
(2)《飛行器安全操作管理規(guī)定》張掛;
(3)《飛行操控步驟圖》張掛;
(4)《飛行應(yīng)急處置圖》張掛;
(5)《編隊飛行實景圖》張掛;
(6)《無人機(jī)簡介》張掛。
無人機(jī)模擬仿真實訓(xùn)室
無人機(jī)模擬仿真實訓(xùn)室
(二) 無人機(jī)組裝調(diào)試實訓(xùn)室
 

序號 設(shè)施
設(shè)備
教學(xué)適用和參數(shù) 數(shù)量 單價
(元)
金額
(元)
1 裝調(diào)教學(xué)多 旋 翼無 人 機(jī) 一、參數(shù)
機(jī)架軸距:550mm
折疊方式:傘折設(shè)計
材質(zhì):3k碳纖維+7075鋁
最大載重:1kg
控制距離(遙控器):1800米
最大上升速度:6米/秒
最大下降速度:4.5米/秒
最大水平速度:20米/秒
支持的電子調(diào)速器輸出:400Hz 刷新頻率
抗風(fēng)能力:5級風(fēng)
最大傾斜角度:35度
懸停精度:水平方向±2.5米,垂直方向±0.8米。
最大偏航速度:200度/秒
續(xù)航時間:20分鐘
電池電壓:4S(14.8V)5300mah
電池插頭:XT60
采用模塊化裝箱,配有工具包,包含組裝調(diào)試教程;
內(nèi)置功能:三模式自駕系統(tǒng);增強(qiáng)型失控保護(hù);低壓保護(hù);支持 S-BUS 接收機(jī);
二、功用
1.支持理論教學(xué)
2.支持裝調(diào)教學(xué)
3.支持維修教學(xué)
4.支持實操教學(xué)
10 38400 384000
2 裝調(diào)教學(xué)垂直起降無 人 機(jī) 一、參數(shù)
翼展:2160mm
機(jī)長:1310mm
材質(zhì):EPO,碳纖維復(fù)合材料
控制距離(遙控器):2000米
控制距離(電臺):10公里
巡航速度:18m/s
最大續(xù)航時間:150min
最大起飛重量:8.5kg
抗風(fēng)能力:6級風(fēng)
電池電壓:6S(22.2V)30000mah
電池插頭:XT90
采用模塊化裝箱,配有工具包
二、功用
1.主要滿足學(xué)生初步認(rèn)識垂起無人機(jī)、了解垂起無人機(jī)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能,可參與無人機(jī)組裝、檢修、調(diào)試、飛行等實訓(xùn)課程;
2.在裝調(diào)的基礎(chǔ)上,本設(shè)備可用于學(xué)生實操教學(xué),支持地面站實操教學(xué)。
1 147000 147000
3 維修維護(hù)工具包 包含工具:
M5.5、M6、M10、M12 (MM) 拆裝專用內(nèi)六角 套筒;
無人機(jī)專用焊接套裝 (包含合金電烙鐵、電 烙鐵底座、 電烙鐵支架、錫鉛合金焊錫絲、 樹脂助焊膏) ;
雙色鎳鐵合金斜口鉗;硬度:HRC60°~70°; 低碳鋼剝線鉗硬度:HR30N 55°~65°;   尖嘴鉗:  鉻釩合金鋼材質(zhì)
L 型扳手一套;
M2.5 內(nèi)六角螺絲刀;
多功能工具刀;
精密儀器專用鑷子;
高強(qiáng)度十字螺絲刀;
T6 螺絲刀;
10 800 8000
合計 小寫:539000元
 
 
文化氛圍布置:
(1)《無人機(jī)裝調(diào)與飛行教學(xué)實訓(xùn)室管理規(guī)定》張掛;
(2)《無人機(jī)飛行原理圖》張掛;
(3)《飛行器安全操作管理規(guī)定》張掛;
(4)《飛行操控步驟圖》張掛;
(5)《無人機(jī)裝調(diào)安全操作規(guī)定》張掛;
(6)《無人機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖》張掛;
 無人機(jī)組裝調(diào)試實訓(xùn)室效果圖

無人機(jī)組裝調(diào)試實訓(xùn)室效果圖
 
(三) 無人機(jī)外場飛行實訓(xùn)基地
 

序號 設(shè)施
設(shè)備
教學(xué)適用和參數(shù) 數(shù)量 單價
(元)
金額
(元)
1 民航局多旋翼無人機(jī)執(zhí)照考試訓(xùn)練機(jī) 一、機(jī)架
1.對稱電機(jī)軸距:1045mm
2.單臂長度:386mm
3.單臂重量(含電機(jī)、電調(diào)、螺旋槳):325g
4.中心架直徑:337mm
5.中心架重量(含起落架安裝基座和舵機(jī)):1520g
6.起落架尺寸:460mm(長)×511mm(下底寬)×305mm(高)
二、電機(jī)
1.定子尺寸:41×14mm
2.KV值:400rpm/V
3.最大功率:500W
三、電調(diào)
1.工作電流:40A
2.工作電壓:6S LiPo
3.兼容信號頻率:30Hz ~ 450Hz
4.驅(qū)動PWM頻率:8KHz
5.重量(含散熱器):35g
四、飛行參數(shù)
1.起飛重量:6.0Kg ~ 11.0Kg
2.整機(jī)重量:4.4Kg
3.動力電池:LiPo(6S、10000mAh~20000mAh、最小15C)
4.最大功耗:4000W
5.懸停功耗:1500W(@ 起飛重量9.5Kg)
6.懸停時間:15min(@15000mAh & 起飛重量9.5Kg)
7.工作環(huán)境溫度:-10 °C ~ +40 °C
五、槳葉
1.材質(zhì):高強(qiáng)度工程塑料
2.尺寸:15×5.2inch
3.重量:13g
六、飛控
1.重量:224g
2.功耗:最大 5W
3.最大抗風(fēng)能力:8m/s
4.最大偏航角速度:150 度/秒
5.最大傾斜角度:35°
6.最大升降速度:±6m/s
7.支持900MHZ電臺連接,用于地面站規(guī)劃教學(xué)
七、電池
1.電池容量:16000mah
2.電池電壓:22.2V 6S
3.電池類型:LiPo
4.電池充放電次數(shù)≥300 次
5.電池采用快速插拔連接方式,插頭防打火設(shè)計
八、充電器
1.功率:1080W
2.輸出電壓:2S-6S可調(diào)
3.輸出電流:0-20A可調(diào)
4.通道數(shù)量:2通道
5.電池電壓檢測:支持
6.電池內(nèi)阻檢測:支持
7.主從模式:支持
8.電流記憶:支持
9.工作模式:平衡、存儲、充電
10.顯示器:兩個
11.物理按鍵:8個
九、遙控器
用于訓(xùn)練機(jī)的控制,兩個遙控器設(shè)置成主副控,控制器可以來回切換
1.通道數(shù)量:14
2.揚聲器:支持
3.模型記憶數(shù)量:30臺
4.LCD顯示器:4.3寸
5.支持發(fā)射制式:所有FASST, FASSTest, FHSS接收
十、數(shù)傳電臺
用于超視距駕駛員地面站的訓(xùn)練和考試,可以與超視距訓(xùn)練機(jī)的飛控通訊連接,在地面站的配合下控制無人機(jī)超視距飛行訓(xùn)練
1.硬件接口:RS-232
2.通信頻率: 900 MHz
3.信號吞吐量: 11,5200 bps
4.通信距離(開闊地):64km (2dbi天線)
2 164400 328800
2 電子樁訓(xùn)練系統(tǒng)
 
1.衛(wèi)星接收:184通道,GPS L1C/A L2C,GLONASS L1OF L2OF,GALILEO E1B/C E5b,BDS,B1 B2,QZSS L1C/A L2C
2.數(shù)傳:雙路 2.4GHz,空速 100 KB/S,傳輸距離 2公里
3.定位精度:RTK 0.01m + 1ppm CEP
4.電源:天空端及移動端:7V~28V
5.導(dǎo)航刷新率:10Hz
6.尺寸:115mm*80mm*45mm
7.收斂時間:RTK < 10S
8.靈敏度:追蹤&導(dǎo)航 -167dBm,冷啟動 -148dBm,熱啟動 -157dBm,重新捕獲 -160dBm
9.天線:多星多頻
10.工作溫度:-40℃ ~ +85℃
2 74700 149400
3 訓(xùn)練
錐桶
一、參數(shù)
外形尺寸:30cmx30cmx65cm,空桶重量0.5kg,可灌砂,黃黑斜紋,一級工程塑料 制作,防風(fēng)耐用。
二、功用
錐形型橡膠桶
支持室外飛行訓(xùn)練
14 50 700
4 帳篷 1.尺寸: 2.5X2.5藍(lán)色加固黑架
2.防水指數(shù): 大于3000MM(夏季)
3.支架材質(zhì): 鋼
4.外帳材質(zhì): 牛津布
2 500 1000
5 風(fēng)向標(biāo) 1.長度:80cm
2.顏色:熒光橘紅白色相間   
1 500 500
合計 小寫:480400元
 
文化氛圍布置
(1)《無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用實訓(xùn)室管理規(guī)定》張掛;
(2)《無人機(jī)植保應(yīng)用技術(shù)》張掛;
(3)《飛行器安全操作管理規(guī)定》張掛;
(4)《無人機(jī)航空攝影應(yīng)用技術(shù)介紹》張掛;
(5)《典型垂直起降無人機(jī)》張掛;
(6)《無人機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖》張掛。
 
(四) 編隊飛行試驗室
 

序號 設(shè)施
設(shè)備
教學(xué)適用和參數(shù) 數(shù)量 單價
(元)
金額
(元)
1 編隊無人機(jī) 尺    寸:≥200*200*90mm
凈    重:190g
高    度:限高10m
軸    距:≥160mm
機(jī)間距:0.5m
最大水平速度:1m/s
最大上升速度:1m/s
最大下降速度:1m/s
抗 風(fēng) 性;4級風(fēng)
容      量:1500mAh
充電時長:45min
續(xù)航時間:≥12min
凈      重:≥60g
1組(10架) 149000 149000
合計 小寫:149000元
 
文化氛圍布置
(1)《編隊飛行試驗室管理規(guī)定》張掛;
(2)《編隊飛行場景》張掛;
(3)《編隊飛行原理圖》張掛;
(4)《編隊飛行畫面展示一》張掛;
(5)《編隊飛行畫面展示二》張掛;
(6)《編隊飛行畫面展示三》張掛。
編隊飛行試驗場景圖
編隊飛行試驗場景圖