四旋翼整机 + 光流/视觉定位:自主航线规划、多机编队与飞控调参一次学透。
飞翼(SMG-007)是一台面向飞控开发与编程教学的四旋翼无人机套件。它不做「一键起飞拍照」的消费级玩具,而是把飞控内部真正开放出来:姿态解算、PID 调参、光流定位、航线规划、编队控制,学生能看到每一个参量、修改每一行代码。
硬件上,整机采用碳纤维机架与无刷动力系统,搭载光流 + 视觉定位模块,在无 GPS 的室内环境也能实现厘米级悬停定位。飞控运行开源固件(PX4 生态),支持 Mission Planner / QGroundControl 规划自主航线,学生可以在教室或体育馆里安全完成「自动起飞—按航线飞行—定点降落」的全流程实验。
套件同时支持多机编队:通过地面站为 3 台以上无人机指派编队队形与灯光动作,完成编队飞行展示。这一能力是学校科技节、开放日最具观赏性的项目,也是理解「分布式协同」的绝佳载体。
无人机教学最容易被简化为「会飞」。但真正的无人机工程,难点全部藏在不飞的时候:为什么姿态环和位置环要分开、为什么加了光流就不飘了、编队时三台机器如何协同时序。飞翼故意把飞控完全开放,就是为了让学生从「飞手」变成「开发者」——能读懂飞控日志里的每一条曲线,才算是真正理解了这台会飞的控制系统。
飞控参数、固件源码全部开放,姿态环、位置环 PID 可实时调参并观察效果。
光流 + 视觉定位模块,无 GPS 环境下水平定位精度约 ±10 cm。
QGroundControl 地面站点选航点,一键执行自动起降与航线飞行。
支持 3 机以上编队,自定义队形、间距与灯光节奏,科技节展示利器。
桨叶保护罩、低压返航、失控保护、电子围栏,教室环境安全飞行。
完整记录姿态、位置、电压曲线,可回放事故过程,是理解飞控逻辑的最好教材。
每个项目都有明确目标、可执行步骤与交付产出,学完即可写进作品集或课题报告。
任务目标:让无人机在 8 米/秒的风扰下仍能稳定悬停。
交付产出:产出:一份完整的多旋翼姿态控制调参报告(可直接用于课程答辩)
任务目标:在无 GPS 的室内完成「起飞—按 4 个航点飞行—定点降落」。
交付产出:产出:一条可重复执行的室内自主航线 + 轨迹偏差分析
任务目标:三台无人机按自定义队形协同飞行并同步灯光。
交付产出:产出:一场可展示的三机编队表演(科技节 / 开放日首选)
| 阶段 / 模块 | 内容要点 | 课时 | 完成后可达成 |
|---|---|---|---|
| 模块一 · 结构与动力(4 课时) | 机架、电机、电调、桨叶;装配与安全检查 | 4 课时 | 能独立完成整机检查与桨叶更换 |
| 模块二 · 飞控原理(8 课时) | 姿态解算、串级 PID、传感器融合与日志回放 | 8 课时 | 能读懂飞行日志并定位异常 |
| 模块三 · 定位与航线(8 课时) | GPS / 光流 / 视觉定位、地面站航线规划与执行 | 8 课时 | 完成室内外自主航线飞行 |
| 模块四 · 开发与仿真(8 课时) | MAVSDK/Python 开发、Gazebo + SITL 软件在环仿真 | 8 课时 | 用代码控制无人机完成自动任务 |
| 模块五 · 编队与展示(4 课时) | 多机通信、队形编排、灯光同步与安全预案 | 4 课时 | 完成三机编队表演 |
不讲黑箱:把关键原理拆开说明,帮助学习者理解「为什么这样设计」。
姿态环负责「机身朝向与角速度」,响应快(百赫兹级);位置环负责「飞到哪里」,响应慢(十赫兹级)。外环给内环下发目标姿态,内环快速跟踪。这种串级结构让「快的事快做、慢的事慢做」,是多旋翼控制的核心架构,也是理解几乎所有运动控制的通用范式。
摄像头向下拍摄地面纹理,通过相邻两帧图像的特征点位移计算水平移动量,再结合高度换算为实际位移——相当于给无人机装了一只「看地面」的眼睛。因此在纹理丰富、光照稳定的室内,它可以做到厘米级定位;而在地毯、纯色地砖或强反光地面上会明显退化。
队形只是坐标计算,真正的难点是「时间一致」与「绝对位置一致」。不同机器的时钟存在微秒级漂移,累积后队形会散;各机的定位原点不统一,队形会整体偏移。工程上通过统一时钟同步与共同的定位基准解决。学生常在地面模拟时一切正常、实际飞行时队形散开,正是踩了这两个坑。
PX4 SITL 可以在电脑上完整模拟飞控行为,包括传感器噪声、风扰与电机延迟。它让「调参」「改代码」「测异常逻辑」这些高风险操作可以在零成本环境下反复试错。工业界开发飞控功能时,仿真时长往往远大于实际飞行时长。
| 飞行平台 | |
| 机型 | 四旋翼,轴距 220 mm 碳纤维机架 |
|---|---|
| 重量 | 整机约 380 g(含电池,符合微型无人机标准) |
| 最大飞行时间 | 约 18 分钟(悬停) |
| 遥控距离 | 约 1000 m(开阔无干扰环境) |
| 飞控与导航 | |
| 飞控 | 开源飞控(PX4 生态),主频 480MHz |
| 定位 | 光流定位 + 视觉定位,室内水平精度约 ±10 cm |
| 无线 | 2.4G 遥控 + 5.8G 图传 + Wi-Fi 调参 |
| 图传距离 | 约 300 m(720P) |
| 动力与电源 | |
| 电机 | 无刷电机 ×4(2205 KV2300) |
| 电调 | 四合一电调 4×20A |
| 电池 | 3S 2200mAh 锂聚合物电池 |
| 载荷 | |
| 相机 | 720P 图传相机 ×1(可拆) |
| 扩展载荷 | 预留载荷位,可加装蜂鸣器、LED 灯组、小型投放机构 |
| 软件 | |
| 地面站 | QGroundControl / Mission Planner |
| 编程 | Python(DroneKit / MAVSDK)/ PX4 源码 |
| 仿真 | Gazebo + PX4 SITL 软件在环仿真(无需实机即可练飞控开发) |
* 以上参数为标准配置实测值,受使用环境影响可能存在合理偏差;支持按项目需求定制配置,具体以合同技术附件为准。
按学习阶段逐步加装,一套平台可以持续用到更高阶的项目与课题。
| 配件 / 升级项 | 说明 | 参考价 |
|---|---|---|
| 备用电池包(3S 2200mAh ×2) | 延续飞行时间,支持连续实验 | ¥398 |
| 桨叶保护罩套装 | 教室内飞行必备,降低碰撞损伤 | ¥99 |
| 载荷扩展包 | 小型投放机构 + LED 灯组,用于任务类竞赛 | ¥599 |
| 图传升级模块 | 1080P 高清图传,提升巡检演示效果 | ¥899 |
| 长续航电池(4S 3300mAh) | 飞行时间延长至约 25 分钟 | ¥499 |
| 整机备件包 | 电机 ×1、电调 ×1、桨叶 ×4、脚架 ×1 | ¥699 |
课堂上最常遇到的几类问题与处理办法,先自查再求助,效率更高。
| 现象 | 可能原因 | 排查 / 处理 |
|---|---|---|
| 起飞后向一侧偏移 | 加速度计/罗盘未校准或地面不平 | 重新做传感器校准(水平放置);在水平地面起飞,并确认光流模块未被遮挡 |
| 室内悬停持续漂移 | 地面纹理不足或光照过强 | 更换有纹理的地面(如木纹地板、铺报纸);降低曝光或避免阳光直射镜头 |
| 飞行时间明显短于标称 | 电池老化或低温 | 检查电池循环次数与鼓包情况;低温环境先预热电池再飞 |
| 图传卡顿或断连 | 信道干扰或距离过远 | 切换信道、缩短距离、避开强 Wi-Fi 环境;确认天线角度正确 |
不确定选哪一套?这里是同系列产品的定位差异,也可直接咨询顾问获取推荐。
| 型号 | 定位 | 与本品差异 |
|---|---|---|
| SMG-007 飞翼·无人机套件 | 教育 · 进阶(本型号) | 开放飞控 + 光流定位 + 编队,¥3,299 |
| 消费级航拍无人机 | 消费 · 拍摄 | 封闭系统,可拍摄但无法学习飞控原理与二次开发 |
| SMG-010 巡疆·SLAM 导航小车 | 科研 · 地面导航 | 地面版自主导航平台,适合做建图与避障研究,与无人机互补 |
以下为公开资料对标的同类产品参数与参考价,用于选型参照。
| 对标产品 / 型号 | 厂商 / 生态 | 关键参数 | 参考价 |
|---|---|---|---|
| 大疆 RoboMaster TT | DJI | 可编程 · 视觉 · LED 点阵 · 编队 | 约 ¥3999 |
| 特洛 Tello EDU | DJI / 睿炽 | Python/Swift 编程 · 室内飞行 | 约 ¥1299 |
| PX4 开源飞控生态 | Dronecode | 开源飞控固件 · 二次开发 | 开源免费 |
飞翼(SMG-007)基于 PX4 开源生态、支持光流定位与多机编队,对标 RoboMaster TT 与 Tello EDU 的教育编程路线,差异在「飞控完全开放、可二次开发」。