Ardupilot无人船(车)各控制模式简介

本文介绍了Ardupilot固件无人船(车)的各种模式。

用户通常使用遥控器开关设置无人船(车)模式。也可以使用地面站更改模式。

对于3档开关，通常最好将一个开关位置设置为HOLD，另一个设置为MANUAL，第三个设置为STEERING或AUTO。

一、ACRO模式

在ACRO模式下，用户的转向杆控制无人船(车)的转弯速率，油门杆控制无人船(车)速度。

ACRO_ TURN_RATE参数控制用户的转向杆可以达到的最大转弯率。当RC输入从中间拨到最大时，转弯率从零到ACRO_ TURN_RATE线性变化。一旦摇杆回中，无人船(车)将保持当前航向，以补偿外部扰动影响，即“航向保持”。
从CRUISE_ THROTTLE和CRUISE_。这些参数在TURNING SPEED AND THROTTLE（调整速度和油门）页面中有说明。

此模式可能是调整无人船(车)转向率控制器PID最有用的模式。

二、AUTO模式

在AUTO模式下，无人船(车)将遵循自动驾驶仪中存储的航线任务，该任务由导航命令（即航路点）和“执行”命令（即不影响无人船(车)位置的命令，包括触发相机快门）组成。
此模式需要无人船(车)具有GPS和/或视觉里程计或车轮编码器。

速度微调

当无人船(车)执行任务时，用户可以通过将遥控器的油门杆提高到75%至100%来提高无人船(车)的速度。在75%时，无人船(车)将保持在其配置的速度（即WP_SPEED），当操控者的油门杆达到100%时，这将线性增加到无人船(车)的最大速度。

任务结束

如果任务在航路点结束，则将切换到由MIS_DONE_BEHAVE参数确定的模式。

恢复或重新启动任务

如果任务中断（例如，如果用户在完成任务之前将无人船(车)从自动模式切换出来），则会存储执行的最后一个命令，当无人船(车)下一次返回自动模式时，它将从此命令恢复任务。注意：加锁再重新解飞控将使任务重置为第一个航点。

如果您希望任务始终从头开始，请将MIS_RESTART参数设置为“1”。

三、CIRCLE模式

当进入模式时，CIRCLE将绕位于无人船(车)前方CIRC_RRADIUS米处的点运行。

将CIRC_RRADIUS设置为零将使无人船（车）只能停留在原位。

无人船(车)的速度（以米/秒为单位）由CIRC_SPEED参数设置。方向由CIRC_DIR参数设置，“0”为CW，“1”为CCW。

操作说明：

半径、速度和方向参数仅在无人船(车)进入CIRCLE模式（或开始LOITER_TURNS任务命令）时生效，因此用户在该模式下无法直接更改半径或方向。相反，他们必须退出并重新进入模式。在任务中，可以使用DO_CHANGE_SPEED MAVLINK或任务命令更改速度。

四、Dock模式

DOCK模式自动将无人船(车)操纵向静止的停靠目标。目前，我们支持在连接到配套计算机的摄像头的帮助下进行对接。辅助计算机估计标记的姿态（ A RUCO MARKER / APRILTAG ）放置在停靠站，并发送着陆目标 MAVLINK消息给无人船(车)，然后由精确着陆处理库（ AC _PRECLAND ）来估计对接目标的位置。

已经使用OPENMV相机作为配套计算机进行了成功的测试，以执行自动对接。然而，任何配备RGB摄像头的配套计算机（如OPENMV摄像头、RASPBERRY PI 、JETSON NANO等）都可以使用，这些摄像头可以估计放置在对接目标处的标记的姿态，并向无人船(车)的自动驾驶仪生成LANDING_TARGET MAVLINK信息。

1、OPENMV相机

OPENMV相机是一种口袋大小的相机板，能够执行各种计算机视觉任务。它可以通过UART接口传输所需的MAVLINK消息，因此可以用作配套计算机来执行自动对接。相机可以直接从openmv.io购买

2、自动驾驶仪

配套计算机需要通过其UART接口连接到自动驾驶仪上的串行端口。

如上图所示，将摄像头的P4、VIN和GND引脚连接到自动驾驶仪的一个串行端口。在上图中，OPENMV摄像头连接到PIXHAWK的TELEM2端口。其他配套计算机的连接方案也类似。用户只需在配套计算机上的TX引脚与自动驾驶仪上遥测端口的RX引脚之间进行连接，即可为配套计算机通电。
如果使用SERIAL2/TELEM2，则设置SERIAL2_PROTOCOL=1（MAVLINK）；如果连接到另一个串行端口，则使用相应的SERIALX_PROTOCOL参数
设置SERIAL2_BAUD=115

3、生成APRILTAG标记

OPENMV摄像机能够检测APRILTAGS。OPENMV IDE带有内置的APRILTAG生成器。使用它生成APRILTAG的步骤如下：

前往工具->机器视觉->APRILTAG生成器->TAG36H11系列（587个标签-推荐）。这将打开一个小对话框。
设置要生成的标记的范围。例如，如果要生成标记号1，请将“最小值”和“最大值”设置为1。也可以通过相应地设置“最小值”和“最大值”，一次生成一系列标记。
单击“确定”并将标记保存到所需的目录中。

成功生成标签后，用户可以将其打印出来并垂直放置在对接目标处。根据下一节中的示例脚本，标签的默认打印尺寸为165毫米。只需将生成的标签图像打印在A4尺寸的纸张上，即可获得这种尺寸的标签。

提示：

使用下一节中提到的示例脚本和165毫米标记时，标记检测的最大范围约为1.5-2米。使用更大尺寸的标记可以增加该范围。通过在测试过程中使用380毫米的标记，成功地获得了大约4米的最大范围。下一节将讨论有关修改脚本以使用更大标记的说明。

4、将代码上传到相机

可以使用OPENMV IDE对OPENMV相机进行编程。详细的操作说明可以在这里找到。

使用MICRO-USB电缆将OPENMV相机连接到您的电脑。
打开OPENMV IDE，然后单击IDE窗口左下角的连接按钮。
转到“文件”菜单，创建新文件并将此脚本复制到编辑器窗口。
在此处设置标记号和标记的大小。尺寸必须从边缘到边缘（包括黑色边框）以毫米为单位进行测量。
要将代码上传到相机，请转到“工具”菜单，然后单击“将打开的脚本保存到OPENMV CAM（如main.py）”。
完成！现在，您可以拔下MICRO USB电缆，并使用外部电源为相机通电。如果脚本成功运行，您应该会看到相机上的红色或绿色LED闪烁。当标记在摄像机视线范围内时，LED闪烁绿色，而当摄像机看不到标记时，LED则闪烁红色。

5、安装到无人船(车)上

摄像头应安装在无人船(车)前部。相机板的安装应使带有镜头的相机边缘向上（即远离地面）。这是我们认为在大多数情况下都会使用的默认设置配置。然而，还提供了用于将相机安装在背面和不同安装方向的支撑。如果您想以任何其他配置安装摄像头，请不要忘记相应地设置相关的PLND_XXX参数。

注意：

精确着陆库还依赖于飞行器的罗盘来构建目标矢量。无人船(车)指南针中的任何类型的磁干扰都可能导致无人船(车)在对接过程中表现不当。

6、通过GCS设置

需要设置以下参数，以便使用漫游车上的配套计算机实现精确着陆。

PLND_ENABLED=1
PLND_TYPE=1

一旦设置了上述参数，就需要重新启动无人船(车)。

如果您以上一节中提到的默认配置以外的任何配置安装相机，请适当设置以下参数。

PLND_CAM_POS_X、PLND_CAM_POS_Y、PLND_CAM_POS_6Z：相机在机身框架中的位置（单位：m）
PLND_ORIENT：摄像头在车身上的方向。摄像头可以安装在车身的前部或后部
PLND_YAW_ALIGN：相机从默认配置到安装配置的旋转角度，围绕从镜头指向的轴（以厘米为单位）

对接过程可以使用以下参数进行微调。

DOCK_SPEED：无人船(车)在停靠模式下可以操纵的最大速度限制。
DOCK_HDG_CORR_EN：在停靠时启用航向校正。这将使无人船(车)能够正面停靠在坞站，即使在无人船(车)不完全在前面时切换了停靠模式。请注意，此功能仅在DOCK_DIR参数设置正确的情况下有效。
DOCK_DIR：这是指南针的方向，无人船(车)在停靠时需要朝这个方向前进。此方向与坞站所面对的方向相反。例如，如果坞站面向北方，则希望无人船(车)从南方停靠，因此参数应设置为180度。
DOCK_HDG_CORR_WT：此参数定义无人船(车)尝试校正其航向的力度。
DOCK_STOP_DIST：与无人船(车)应停靠坞站的距离（以米为单位）。

提示:

如果出现突然的意外移动（将模式更改为保持或手动），请做好重新控制的准备。

五、Follow模式

当切换到跟随时，无人船(车)将尝试以指定的偏移跟随另一辆车（或任何公布其位置的无人船(车)）。必须使用如下所示的遥测系统将引导无人船(车)的位置发布到跟随模式下的无人船(车)。QGROUNDCONTROL的ANDROID手机和电脑应用程序（QGC）在测试版中也有这一功能，因此它将跟随地面控制站，而不是跟随无人船(车)，类似于COPTER中的FOLLOW ME模式。

最简单的形式是，每辆车的一个遥测端口上都有一个具有相同NETID的遥测无线电。

无人船(车)A仅进入跟随模式，它将尝试跟随无人船(车)B，反之亦然。

如果无人船(车)A或B需要地面站控制，可以在无人船(车)控制器的另一个遥测端口上安装一个不同NETID（YY）上的额外遥测无线电，并与同一NETID上的GCS无线电配对。

如果使用QGROUNDCONTROL，确保GENERAL选项卡STREAM GCS POSITION下的APPLICATION（应用程序）设置为“WHEN IN FOLLOW ME FLIGHT MODE”或“ALWAYS”。接下来连接到无人船(车)并切换到跟随模式，然后它将跟随运行QGC的计算机/手机。

以下参数可用于优化FOLLOW模式的性能：

FOLL_ENABLE：设置为1，启用跟车模式，刷新参数。
FOLL_SYSID：领先无人船(车)的 MAVLINK 系统 ID（“0”表示跟随“看到”的第一辆无人船(车)）。
FOLL_DIST_MAX：如果引导无人船(车)距离超过这几米，则放弃跟随并保持位置（如果是船，则徘徊，如果是地面无人船(车)，则停车）。
FOLL_OFS_X、FOLL_OFS_Y、FOLL_OFS_Z（未在ROVER中使用）：距领头无人船(车)的3D偏移量（以米为单位）。如果它们为零，则每次都使用当前无人船(车)在进入模式时与跟随目标的偏移量。这些偏移可以通过MAVLINK进行更改，并将立即生效。但是，如果它们最初为零，并且在跟随模式期间而不是在另一个模式期间发生了更改，则在下一次进入跟随模式时，它们将重置为零，直到重新启动，然后更改的偏移将恢复。
FOLL_OFS_TYPE：如果偏移是东北（NED），则设置为0；如果偏移是相对于前车的航向，则设置1，请参见下图。
FOLL_POS_P：控制无人船(车)向引导无人船(车)移动的力度的增益（受WPNAV_SPEED限制）。

六、GUIDED模式

GUIDED模式旨在允许地面站或配套计算机控制无人船(车)。

1、从地面站发送命令

大多数地面站支持命令无人船(车)行驶到通过点击地图指定的位置。如果使用任务规划器：

使用遥测无线电连接到无人船(车)。
在飞行数据屏幕上，用鼠标右键点击地图，然后选择“飞到这里”。
无人船(车)将切换到GUIDED模式并尝试行驶到指定的位置。
一旦到达目的地，如果是水面无人船(车)，它将保持位置，如果是船，它将在目的地周围徘徊/绕圈。

在发送目标目的地之前，地面站通常会将无人船(车)设置为引导模式，这意味着无需在遥控器哦模式开关上设置引导模式。

2、速度

当无人船(车)行驶时，用户可以通过将遥控器哦的油门杆提高到75%到100%之间来提高无人船(车)的速度。在75%时，无人船(车)将保持在其配置的速度（即，如果WP_SPEED为零，则为WP_SPEED或CRUISE，3.5.1之后的无人车版本仅使用WP_SPEED），当操控者的油门杆达到100%时，这将线性增加到无人船(车)的最大速度。

3、其他控制

在GUIDED模式下支持这些附加MAVLINK消息。这些主要是为地面站或配套计算机应用程序的开发人员列出的：

SET_ATTITUDE_TARGET
SET_POSITION_TARGET_CAL_NED
SET_POSITION_TARGET_GLOBAL_INT
COMMAND_LONG中的MAV_CMD_NAMEV_SET_YAW_SPEED命令

七、HOLD模式

在HOLD模式下，无人船(车)应停止，对于常规转向油门无人车，转向将指向正前方。

这是一个很好的无人船(车)加锁和解锁模式，因为加锁/解锁所需的遥控器输入不会影响转向或电机。

通常设置各种故障保护功能以将无人船(车)切换到此模式。

SERVO AND MOTORS 的输出将存在 SERVOX_TRIM参数中（即SERVO1_TRIM、SERVO3_TRIM）中保持的值。

八、LEARNING模式（已弃用）

在ROVER-3.2（及更高版本）中，学习模式已被删除，取而代之的是“保存路点”辅助开关功能。

在ROVER-3.1及更早版本中，LEARNING与MANUAL完全一样驾驶，当通道7开关瞬间切换时，航路点将保存在任务命令列表中。

有关此模式的更多信息，请参阅主题“学习任务”。

九、LOITER模式

LOITER模式允许船只在强大的水流中保持位置。

笔记：

ROVER-3.4（及更高版本）提供此模式。

如果飞行模式设置屏幕上没有显示该模式，您可以手动将MODEX参数设置为“5”。

此模式的工作方式是：

用户切换到LOITER模式，使用无人船(车)的当前位置、速度和最大减速度被用来规划一个合理的停车点。
当船在目标的LOIT_RADIUS内时，它只是漂移。
如果/当船只偏离目标超过LOIT_RADIUS时：
旋转以直接指向目标或直接远离目标（以旋转较少的为准）。
以0.5米/秒的速度向前或向后驱动/漂浮到目标周围圆圈的边缘，但速度不大于WP_SPEED。

提示：

为了获得最佳性能，ESC死区应较小。MOT_THR_MIN可用于补偿ESC死区。有关详细信息，请参阅本节。

十、MANUAL模式

在MANUAL模式下，遥控器的转向和油门杆直接控制无人船(车)的油门和转向输出。

此模式不需要位置估计（即不需要GPS）。
建议始终将一个变送器模式开关位置分配给该模式。
转向角速度缩放可通过MANUAL_OPTIONS的第一位启用。这需要从多种类型的传感器中的一种来估计地面速度。
转向EXPO可以使用MANUAL_STR_EXPO来降低空档附近的变送器转向控制灵敏度。

十一、RTL模式

RTL代表返回启动。当切换到RTL模式时，无人船(车)将转向并尝试直接返回到上次待命的位置（除非通过地面站更改了原始位置）。一旦到达目的地，如果是船，它将在目的地周围徘徊/绕圈。

RTL_SPEED参数可用于设置无人船(车)返回原点的速度（以米/秒为单位）。默认情况下，此参数为零，这意味着它将使用WP_SPEED（或CRUISE_SPEED用于ROVER 4.0之前的版本，如果WP_SPEED为0）。

十二、SIMPLE模式

SIMPLE模式允许操作员从操作员的角度控制无人船(车)的移动，而不管无人船(车)当前朝向哪个方向。这对于那些还没有掌握根据无人船(车)朝向的方向调整转向输入的新操作员以及无人船(车)距离足够远以至于其航向不明显的情况非常有用。

SIMPLE模式允许你在待命时相对于无人船(车)的航向控制无人船(车)，并且仅依赖于良好的指南针航向。

1、MANUAL/ACRO模式

在MANUAL或ACRO模式下，操作员的遥控器哦操纵杆输入应用于无人船(车)的方向。例如，在上图中，当操作员向右偏航（红色）时，只要操纵杆输入未释放，无人船(车)就会向右偏航。

当无人船(车)朝向与操作员相同的方向时，控制无人船(车)相对容易，但当无人船(车)朝向操作员时，缺乏经验的操作员会感觉到控制都颠倒了。即，如果操作员输入右偏航，无人船(车)将从操作员的角度向左转向。

2、SIMPLE模式

这种模式允许你驾驶无人船(车)，就好像它指向了启动时所指向的方向，而不管其当前的航向如何。因此，如果你向前握住油门杆，无人船(车)将远离你（朝着它启动的方向），向后拉油门杆，它将转向并朝着你回来，朝着与被启动时相反的方向。同样，如果在油门处于空档的情况下将转向杆向右保持，无人船(车)将转向与启用时成90度的方向，并沿该方向移动。

无人船(车)移动的速度与油门和/或方向盘操纵杆离开空档的位置成正比，与ACRO模式类似，在ACRO模式中，空档停止，全杆为最大速度（SPEED_MAX）。在节气门全开的情况下，无人船(车)将尝试在启用方向上以75%的最大速度行驶，目标速度将为最大速度的1/2，在启用时的相反方向上以25%的最大速度1/2行驶。同样，对于方向盘操纵杆，最右侧为90度时的最大速度，最左侧为与启用方向成-90度时的最高速度。速度目标被限制在最大速度，因此全速前进油门和全速右转向不会导致45度时的速度快于最大速度，而是被限制在最高速度。

一般情况下，当你启动时，你应该站在无人船(车)后面，当启动时，它的头部直接指向远离你的地方。移动时，应尽量将无人船(车)保持在起始位置的前方，因为如果无人船(车)在您后方移动，所有控制装置都会感觉颠倒。

如上所述，简单模式在紧急情况下也非常有用，因为无人船(车)离得足够远，很难确定其航向。

SIMPLE_TYPE参数允许移动方向基于绝对北/南/东/西罗盘方向，而不是相对于待命方向。

十三、STEERING模式

在转向模式中，用户的转向操纵杆控制无人船(车)的横向加速度，油门操纵杆控制车速。在给定的转向杆百分比下，无人船(车)将受到控制，以尝试以当前目标速度转弯时产生的横向加速度为G力的百分比，不超过ATC_TURN_MAX_G G。因此，对于全杆转向输入，在较低的速度下，转弯半径将为TURN_RADIUS，并随着速度的增加而逐渐增加，从而不会超过ATC_TURN_MAX_G。一旦输入返回空档，无人船(车)将尝试保持航向，以补偿外部影响，即“航向保持”。对于地面无人船(车)，这是为了防止侧翻或打滑。

TURN_RADIUS参数控制转弯的最大攻击性。数量越小，转弯越激烈。这是地面无人船(车)所能达到的最窄半径，通常在低速行驶时。
ATC_TURN_MAX_G参数设置转向时横向G的最大限制，以防止地面无人船(车)上的侧翻或打滑。
当不移动时，滑移转向无人船(车)将响应转向输入而枢转，但常规转向油门无人车几乎不会显示出转向响应。
从CRUISE_ THROTTLE和CRUISE_。这些参数在TUNING SPEED AND THROTTLE（调整速度和油门）页面中有说明。
对象回避（如果已配置）在此模式下是活动的。
在早期版本的（ROVER 3.4.1之前）中，SPEED_TURN_AIN（ROVER 3.1及更早版本）或WP_OVERSHOOT参数将使无人船(车)减速，就像在AUTO中一样。在TUNING NAVIGATION页面上对此进行了简要描述。当前稳定版本在转向模式中不使用任何参数。
此模式可用于在尝试调整导航控制之前调整转向速率和速度控制器，但最好使用ACRO模式来防止转向模式限制任何转弯速率。

十四、SMART RTL模式

当切换到SMART RTL时，与REGULAR RTL一样，无人船(车)将尝试回家。这种模式的“智能”部分是，它将沿着安全的路线回家，而不是直接回家。如果无人船(车)和原位之间有障碍物，这可能会很有用。一旦到达目的地，如果是水面无人船(车)，它将保持原位，如果是船，它将在目的地周围徘徊/绕圈。

注意：

当无人车处于待命状态或SMARTRTL将被禁用时，无人船(车)必须具有良好的位置估计（LED应为绿色）。如果无人船(车)在没有良好位置估计的情况下启用，“SMARTRTL DEACTIVATED:BAD POSITION”将发送到地面站。

当无人船(车)在任何其他模式下飞行时，用于回家的路径都会被捕获在缓冲区中。路径是“简化”的（意味着弯曲的路径变成一系列直线）和“修剪”的（意思是循环被删除）。缓冲区的大小有限（见下文）。当它接近满时，“SMARTRTL空间不足”将作为信息消息发送到地面站，一旦满了，地面站的HUD上将显示“SMARTRTL-DEACTIVATED:BUFFER FULL”，用户将无法再切换到此模式。为了避免SMARTRTL被停用，你可以暂时切换到该模式，在返回时排出路径点一段时间，然后退出该模式并继续，直到空间再次变低。

RTL_SPEED可用于设置无人船(车)返回原点的速度（以米/秒为单位）。默认情况下，此参数为零，这意味着将使用WP_SPEED参数值，或者在ROVER 4.0之前的版本中使用CRUISE_SPEED，如果WP_SPEED也为0。
SRTL_ACCURACY控制所执行的简化和修剪的精度（以米为单位）。简化算法将曲线路径转换为直线，但直线与原始路径的距离永远不应超过此距离。修剪算法将切割彼此相距这么多米以内的路径。
SRTL_POINTS控制可存储的最大点数。每增加100个点需要大约3K的RAM。允许的最大点数为500。