基本概念

本主题提供了无人机和 PX4 使用的基本介绍（主要面向新手用户，但对有经验的用户也是很好的入门读物）。

如果您已经熟悉了基本概念，就可以继续学习 基本装配 了解如何为特定自动驾驶仪硬件布线。要加载固件并设置载具，请使用 QGroundControl见 基本配置.

什么是无人机？

无人机是一种可遥控或自主控制的无人驾驶机器人。

无人机可用于多种用途 消费、工业、政府和军事应用 (打开新窗口）.其中包括（并非详尽无遗）：航拍/摄像、运载货物、竞赛、搜索和测量等。

不同类型的无人机用于空中、地面、海上和水下。这些无人机（更正式地）被称为无人机（UAV）、无人机系统（UAS）、无人地面飞行器（UGV）、无人水面飞行器（USV）和无人水下飞行器（UUV）。

无人机的 "大脑 "被称为自动驾驶仪。它包括 飞行算法池 上运行的软件 载具控制器 (飞行控制器）硬件。

一些无人机还配有单独的车载 配套电脑.它们为网络、计算机视觉和许多其他任务提供了强大的通用计算平台。

PX4 自动驾驶仪

PX4 (打开新窗口） 是功能强大的开源自动驾驶仪 飞行算法池.

PX4 的一些主要功能包括

• 控制装置 多种不同的车架/类型包括：飞机（多旋翼飞机、固定翼飞机和 VTOL）、地面载具和水下载具。
• 硬件的最佳选择 载具控制器传感器和其他外围设备。
• 灵活而强大 飞行模式 和 安全功能.
• 与 配套计算机 和 机器人应用程序接口 (ROS 2, MAVSDK (打开新窗口）).

PX4 是更广泛的无人机平台的核心部分，该平台包括 QGroundControl 地面站、 Pixhawk 硬件 (打开新窗口）和 MAVSDK (打开新窗口） PX4 可与配套电脑、相机和其他使用 MAVLink 协议的硬件集成。PX4 由 Dronecode 项目 (打开新窗口）.

QGroundControl

Dronecode 地面控制站名为 QGroundControl (打开新窗口）.您可以使用 QGroundControl 将 PX4 载入（闪存）到 载具控制硬件此外，您还可以设置飞行器、更改不同参数、获取实时飞行信息，以及创建和执行完全自主的任务。

QGroundControl 可在 Windows、Android、MacOS 或 Linux 上运行。从以下地址下载并安装 这里 (打开新窗口）.

载具/飞行控制器电路板

PX4 最初设计用于在以下设备上运行 Pixhawk 系列 但现在可以在 Linux 计算机和其他硬件上运行。您应该根据载具的实际限制、您希望进行的活动以及成本来选择电路板。

欲了解更多信息，请参阅 选择飞行控制器.

传感器

PX4 利用传感器确定载具状态（稳定和实现自主控制所需的传感器）。系统 最低要求 陀螺仪、加速计、磁力计（罗盘）和气压计。需要 GPS 或其他定位系统来实现所有自动导航功能。 模式以及一些辅助模式。固定翼和 VTOL 飞行器还应配备空速传感器（强烈推荐）。

欲了解更多信息，请参阅

• 传感器
• 外围设备

输出：电机、伺服、执行器

PX4 的用途 产出 来控制：电机速度（例如通过 ESC)、副翼和襟翼等飞行表面、相机触发器、降落伞、夹具以及许多其他类型的有效载荷。

输出可以是 PWM 端口或 DroneCAN 节点（例如 DroneCAN 电机控制器).下面的图片显示了以下 PWM 输出端口 Pixhawk 4 和 Pixhawk 4 mini.

输出分为 MAIN 和 辅助 输出，并单独编号（即 MAINn 和 AUXn其中 n 从 1 到通常的 6 或 8）。它们也可以标记为 IO PWM 输出 和 FMU PWM 输出 (或类似）。

警告

飞行控制器可能只有 MAIN PWM 输出（如 Pixhawk 4 Mini)，或者可能只有 6 个输出，要么是 MAIN 或 辅助.确保您选择的控制器有足够的端口/输出，以满足您的需要。 机身.

通过将 QGroundControl 中的相关功能（"电机 1"）分配给所需的输出（"AUX1"），您几乎可以将任何输出连接到任何电机或其他执行器： 致动器配置和测试.请注意，每个帧的功能（电机和控制面执行器的位置）在 机身参考.

备注

• Pixhawk 控制器配有 FMU 板和 可以 有单独的 IO 板。如果有 IO 板，则 辅助 端口直接连接到 FMU 和 MAIN 端口连接到 IO 板。否则 MAIN 端口连接到 FMU，并且没有 辅助 端口。
• FMU 输出端口可以使用 Dshot 或 单发 这些协议（以及 PWM）可提供更低的延迟性能。这对于需要更高性能的竞赛和其他飞行器来说非常有用。
• 只有 6-8 个输出 MAIN 和 辅助 因为大多数飞行控制器只有这么多 PWM/Dshot/Oneshot 输出。理论上，如果总线支持，还可以有更多的输出（例如，UAVCAN 总线并不局限于这么几个节点）。

电调和电机

许多 PX4 无人机使用由飞行控制器通过电子调速器（ESC）驱动的无刷电机（ESC 将飞行控制器发出的信号转换成适当的功率水平输送给电机）。

有关 PX4 支持哪些电调/电机的信息，请参阅：

• 电调和电机
• 电调校准
• 电调固件和协议概述 (打开新窗口） (oscarliang.com)

电池/电源

PX4 无人机通常使用锂聚合物（LiPo）电池供电。电池通常使用一个 电源模块 或 电源管理板它们为飞行控制器和电调（电机）提供单独的电源。

有关电池和电池配置的信息，请参阅 电池配置 和 基本装配 例如 Pixhawk 4 接线快速入门 > 电源).

手动控制

驾驶员可以使用一个 无线电遥控 (RC) 系统 或 操纵杆/游戏板 通过 QGroundControl 连接的控制器。

备注

PX4 没有 要求 自主飞行模式的手动控制系统。

备注

这两种方法都可用于大多数手动控制使用情况，例如调查。在首次调整/测试新框架设计时，或在进行竞赛/杂技表演时（以及在其他需要低延迟的情况下），建议使用遥控系统。

无线电遥控 (RC)

无线电遥控 (RC) 系统可用于手动控制 PX4。

它们包括一个地面遥控控制器，该控制器使用无线电发射器将摇杆/控制位置传送到飞行器上的接收器。有些遥控系统还能接收自动驾驶仪反馈的遥测信息。

遥控系统选择 介绍了如何选择遥控系统。其他相关主题包括

• 无线电/遥控设置 - 中的远程控制配置 QGroundControl.
• 手动飞行 - 学习如何使用遥控器飞行
• FrSky 遥测技术 - 设置遥控发射机以接收 PX4 的遥测/状态更新。

GCS 操纵杆控制器

A 操纵杆/游戏板 相通 QGroundControl 也可用于手动控制 PX4。

通过这种方法，QGroundControl 可将所连接操纵杆的摇杆/按钮信息转换为 MAVLink 协议信息，然后通过共享遥测无线电链路将其发送至 PX4。遥测无线电必须有足够的带宽，以便同时接收手动控制和其他遥测信息，当然，这种方法意味着您必须有一个运行 QGroundControl 的地面站。

操纵杆还可用于手动驾驶 PX4，以 模拟器.

备注

控制器，如 Auterion Skynav (打开新窗口） 和 UAVComponents 微型导航仪 (打开新窗口） 集成 QGC 和操纵杆，并通过高带宽遥测无线电链路连接载具。

安全开关

有些载具有 安全开关 载具在行驶前必须启动 上膛 (上膛时，电机有动力，螺旋桨可以转动）。

安全开关通常集成在 GPS 设备中，但也可能是一个单独的物理组件。

数据/遥测无线电

数据/遥测无线电 可在地面控制站之间提供无线 MAVLink 连接，如 QGroundControl 和运行 PX4 的飞行器。这样就可以在飞行器飞行时调整参数、实时检查遥测数据、临时更改任务等。

机载/辅助计算机

A 伴侣电脑 (也称为 "任务计算机 "或 "车载计算机"），是一个独立的车载计算机，可与 PX4 通信，提供更高级别的指挥和控制。

配套计算机通常运行 Linux，因为这是一个更好的通用软件开发平台，无人机可以利用已有的计算机视觉、网络等软件。

飞行控制器和配套计算机可以预先集成到一个底板中，从而简化硬件开发；也可以分开，并通过串行电缆、以太网电缆或 wifi 连接。配套计算机通常使用高级机器人应用程序接口与 PX4 通信，例如 MAVSDK (打开新窗口） 或 ROS 2.

相关主题包括

• 配套计算机
• 离板模式 - 飞行模式，可通过 GCS 或配套计算机对 PX4 进行机外控制。
• 机器人应用程序接口

SD 卡（可移动存储器）

PX4 使用 SD 存储卡存储 飞行日志还需要它们才能使用 UAVCAN 外围设备和飞行 任务.

默认情况下，如果没有 SD 卡，PX4 将播放 格式化失败（2 声） 在启动过程中调整两次（将无法使用上述任何功能）。

TIP

Pixhawk 板支持的 SD 卡最大容量为 32GB。最大 闪迪至尊 U3 32GB 是 强烈推荐.

SD 卡绝对是可选项。不包括 SD 卡插槽的飞行控制器可以：

• 通过参数 CBRK_BUZZER.
• 溪流日志 到另一个组件（同伴）。
• 在 RAM/FLASH 中存储任务。

上膛和撤膛

载具被称为 上膛 当所有电机和执行器都通电时，以及 撤膛 当无电源时。还有一个 预上膛 只有执行器通电时的状态。

警告

上膛载具可能很危险，因为推进器会旋转。

默认情况下（在模式 2 发射机上），按住遥控装置上的油门/偏航杆即可触发上膛。 右下 一秒钟（要解除上膛，请按住左下方的摇杆）。也可以通过遥控开关或按钮对 PX4 进行上膛配置（也可以从地面站发送 MAVLink 上膛命令）。

为减少事故，载具在地面上时应尽量少上膛。默认情况下，载具

• 解除上膛 或 预先警报 (在不使用时（电机无动力），必须明确说明 上膛 然后才起飞。
• 如果载具在上膛后没有迅速起飞，则自动解除/重新上膛（解除时间可配置）。
• 着陆后不久自动解除/重新上膛（时间可配置）。
• 如果载具未处于健康状态，则无法启动。
• 如果载具上有 安全开关 未参与。
• 如果 VTOL 飞行器处于固定翼模式 (默认情况下).

预设警戒时仍可使用执行器，而解除警报时则会解除所有动力。预解除警报和解除警报都应该是安全的，特定的载具可以支持预解除警报或解除警报。

TIP

有时载具无法上膛的原因并不明显。QGC v4.2.0（撰写本报告时的每日版本）及以后的版本会在以下文件中提供上膛检查报告 飞行视图> 上膛和飞行前检查 (打开新窗口）.从 PX4 v1.14 版开始，提供有关上膛问题的全面信息以及可能的解决方案。

有关上膛和撤膛配置的详细介绍，请点击此处： 预上膛、上膛、撤膛配置.

飞行模式

飞行模式可为用户（驾驶仪）提供不同类型/级别的载具自动化和自动驾驶辅助。 自主模式 完全由自动驾驶仪控制，无需驾驶仪/遥控器输入。例如，这些模式用于自动执行起飞、返回原点和着陆等常见任务。其他自主模式可执行预先编程的任务、跟踪 GPS 信标或接受机载计算机或地面站的指令。

手动模式 用户（通过遥控杆/操纵杆）在自动驾驶仪的辅助下进行控制。不同的手动模式可实现不同的飞行特性--例如，有些模式可实现杂技表演，而有些模式则无法翻转，并能逆风保持位置/航向。

TIP

并非所有飞行模式都适用于所有类型的飞行器，有些模式只有在满足特定条件时才能使用（例如，许多模式需要全局位置估计）。

可用飞行模式概览 可以在这里找到.有关如何设置遥控器开关以打开不同飞行模式的说明，请参阅《飞行模式》。 飞行模式配置.

安全设置（故障安全）

PX4 具有可配置的故障安全系统，可在出现故障时保护和恢复飞行器！这些系统允许您指定可以安全飞行的区域和条件，以及触发故障安全时将执行的操作（例如着陆、保持位置或返回指定点）。

备注

您只能为 第一次 故障安全事件。一旦发生故障安全事件，系统将输入特殊的处理代码，以便后续的故障安全触发由单独的系统级代码和载具专用代码进行管理。

主要故障安全区域如下：

• 电池电量不足
• 遥控 (RC) 损失
• 位置丢失（全局位置估计质量太低）。
• 机外损失（例如与配套计算机失去连接）
• 数据链路丢失（例如，与全球监控系统的遥测连接丢失）。
• 突破地理围栏（限制载具在虚拟圆柱体内飞行）。
• 任务故障保护（防止在新的起飞地点执行之前的任务）。
• 交通规避（由 ADSB 等应答器数据触发）。

欲了解更多信息，请参阅 安全 (基本配置）。

标题和方向

所有载具、船只和飞机都有一个航向，或根据其前进运动确定一个方向。

备注

对于 VTOL 尾翼飞行器来说，航向是相对于多旋翼飞行器配置而言的（即飞行器在起飞、悬停和着陆时的姿态）。

必须知道飞行器的航向，以便使自动驾驶仪与飞行器的运动矢量保持一致。多旋翼飞行器即使四面对称也有航向！通常，制造商会使用彩色道具或彩色臂来指示航向。

在插图中，我们将用红色来表示多旋翼飞行器前螺旋桨的航向。

您可以在 飞行控制器定向