臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用一套 Ardupilot Mega 2560 飛控系統來進行，Ardupilot
是一套完整的嵌入式無人載具載具控制器，此系統提供開源程式，本
研究預計在原本系統上增加新功能至 Ardupilot 內。
研究的目的是要將編隊飛行的概念加入至多旋翼載具系統中，讓
兩台載具在自動模式下，能夠相互保持一定的距離飛行。實驗建構兩
組多旋翼作為編隊測試用的載具，分別為長機及僚機。長機會不斷地
依照自身的位置訊息，即時計算出編隊航點並透過地面站發送給僚機，
讓僚機自動飛行至目標航點。在長機於自動駕駛的情況下，新的編隊
航點會持續發送給僚機，以達成雙機自動編隊的飛行。在原有的導航
系統下加入自創的編隊飛行模式，為本研究的主要貢獻。

The research is based on the Ardupilot Mega 2560 flight control board. Ardupilot is a complete embedded control system features with open source code, commonly used for unmanned vehicle auto piloting. The goal of this research is to create the new function of “formation flight” to the Multi-rotor UAVs which equipped with Ardupilot. A series of experiments use two multi-rotor UAV to play the role of leader and wingman. During the automatic flight of UAVs, the leader will continuously send a set of new navigation data to the wingman after the calculation of leader’s current position and heading. This research contributes an easy but novel method to achieve formation flight for numerous Ardupilot-based UAV systems.

摘要..................................i
Abstract .............................ii
誌謝..................................iii
目錄..................................iv
表目錄................................vii
圖目錄.....................................viii
符號表.................................xi
第一章 緒論...................................... 1
1.1. 研究背景.................................... 1
1.2. 研究動機.................................... 2
1.3. 研究目的.................................... 3
1.4. 研究架構.................................... 4
第二章 硬體元件架構與整合 ....................... 6
2.1. 硬體規格[5] ................................ 6
2.1.1. Ardupilot Mega 2560 ...................... 6
2.1.2. MPU6000 六軸姿態感測器 ................... 7
2.1.3. MS5611 氣壓感測器......................... 8
2.1.4. HML5883L 電子羅盤......................... 9
2.1.5. GPS ublox 6M 全球定位系統................ 10
2.1.6. XBee 無線數傳系統........................ 11
2.1.7. 八通道 遙控收發器........................ 12
2.1.8. 動力/電力元件.............................13
2.2. 多旋翼系統整合..............................13
2.3. 停旋穩定測試............................... 14
第三章 編隊飛行控制............................. 18
3.1. 編隊飛行概念............................... 18
3.2. 編隊飛行架構與原理..........................19
3.2.1. 航點計算所需的硬體....................... 19
3.2.2. 編隊航點計算............................. 20
3.3. 新航點位置原理與流程....................... 22
3.4. 航點位置運算實驗............................23
3.5. 使用 MAVLink 協定發送編隊航點...............33
3.6. 編譯上載環境.............................. .35
第四章 編隊飛行全系統架構與控制流程 .............36
4.1. 系統架構....................................36
4.2. 載具姿態控制................................37
4.3. 編隊飛行控制流程圖..........................40
第五章 實驗規劃與結果............................32
5.1. 實驗規劃....................................32
5.2. 實驗項目....................................33
5.3. 實驗結果....................................32
5.3.1. 直線路徑 .................................32
5.3.2. L 型路徑..................................36
5.3.3. U 型路徑 .................................39
5.3.4. 口字型路徑 ...............................41
5.4. 結果分析....................................42
第六章 結論與未來展望............................44
參考文獻.........................................45
Extended Abstract ...............................46
簡歷.............................................49

[1] Nnorthrop Grumman，Global Hawk.RQ4 無人飛機，
http://www.northropgrumman.com/Pages/default.aspx

[2] Google，Google driverless car 無人自走車，
http://www.google.com/about/careers/lifeatgoogle/self-driving-car-teststeve-mahan.html

[3] DIY. Drones，Ardupilot Mega 2.5， http://copter.ardupilot.com/

[4] 丁繹仁，”小型無人飛機自主編隊飛行功能之開發與飛行測試”，博
士論文，國立成功大航空太空工程學系，2012

[5] DIY. Drones，APM 2.5 Hardware datasheet，
http://copter.ardupilot.com/wiki/common-autopilots/

[6] 李文皓、張 珩，”無人機編隊飛行技術的研究現狀與展望”，論文
期刊，中國科學院力學研究所,中國科學院力學研究所，2007

[7] MAVLink，protocol， http://qgroundcontrol.org/mavlink/start

[8] Arduino IDE，編譯環境， http://arduino.cc/en/guide/windows

[9] Attitude control process，姿態控制流程，
http://dev.ardupilot.com/wiki/apmcopter-programming-attitude-control-2/