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2024-03-26

無人機實訓室建設的探討

  推進“中國制造2025”“互聯網+”,發展戰略性新興產業,促進經濟轉型升級,是國家核心發展戰略。建設新興科技領域新增專業是職業學校與時俱進,感知產業變化培養具有時代先進性人才的具體體現,無人機作為國家重點發展產業,發展前景廣闊,行業人才需求緊迫。

根據工信部2017年發布的《關于促進和規范民用無人機制造業發展的指導意見》,到2020年,民用無人機產業持續快速發展,產值達到600億元,年均增速40%以上。到2025年,民用無人機產值達到1800億元,年均增速25%以上。而且民用無人機擁有規模不亞于軍用無人機的巨大市場。未來的無人機將集成更多的機器人技術和更先進的算法,裝備更多的傳感器,加載更多的任務載荷設備,接入外部網絡,智能化地完成各種復雜的任務。

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

近年來,不論是軍用無人機還是民品無人機均發揮著重要作用,受到各國政府高度重視,對其需求量呈不斷擴大態勢。不過,中航無人機在競爭力方面略顯不足,存在一定程度的經營風險,還需進一步突破窘境,才能盡快在景氣向上的賽道爭取更多的份額。隨著應用場景的不斷拓展,工業無人機實現快速發展,預計到2021年中國工業無人機市場規模將首次超過消費級無人機,成為民用無人機細分領域的主要市場。到2024年我國工業無人機市場規模將增長至1507.85億元,占中國民用無人機市場規模比例由2015年的19%上升至約73%,2015年-2024年年均復合增長率達54.52%。

民用無人機用途極為廣泛,未來市場主要集中于農林植保、影視航拍、電力巡檢等領域。借鑒美國對民用無人機監管逐步放松的歷程,以及國內民用無人機政策的規范和低空空域改革的深化,我國民用無人機行業將呈現爆發式增長。

國內無人機發展現狀。我國民用無人機產品銷售和服務總體市場規模2018年達到110.9億元,到2020年將達到465億元,2025年將達到750億元;其中,航拍及娛樂仍是最大的應用領域,市場規模有望達300億元。

無人機實訓室是機電工程學院專業實訓室之一,主要面向無人機應用技術專業。對內,它主要承擔無人機應用技術專業的實驗教學任務,旨在培養掌握無人機飛行技術、無人機維修技術的專業高技能人才;對外,它則承擔相關區域的無人機民兵分隊的培訓和裝備支持。

無人機實訓室通常占地較大,分為室內教學區和模擬飛行區兩個部分。室內教學區進一步細分為多個區域,如室內飛場、記性展示區域、維修保養區域、器材儲備區等。此外,還可能包括展示區、裝配區、檢修區、儲物區、DIY區、調護區、調控區等。這些區域配備有各種類型的無人機,以及各種保障設備,如電池充電器、急救箱和專業檢測設備,以滿足學生從無人機入門到飛行能手、維護組裝能手、編程能手等各個階段的實踐需求。

在實訓室中,學生可以開展無人機操控技術、無人機構造與組裝調試實驗實訓,學習無人機原理、組裝練習、飛行模擬訓練,以及無人機編程等內容。這些活動有助于提升學生的動手實踐能力、開發能力和就業能力。同時,實訓室還可以滿足單片機嵌入式相關課程教學與開發的需求,以及開展以無人機為平臺的研發和其他項目的探索。


培養目標:掌握無人機集群控制及相關編程技術,能夠運用無人機相關理論與技術快速分析與完成無人機集群控制、編隊飛行、編隊表演任務。以工程思維、計算機思維培養,無人機控制為核心,將工程開發、編程、無人機、體育競技、人智能學習、自然科學、藝術等相結合,整合各學科的綜合知識,通過 PBL 學習法,從解決實際問題出發,利用編程及工程開發等手段解鎖無人機、人工智能, 培養學生的創造力、空間思維力、知識整合應用能力。

 

教學目標設定

序號

課程設置

課程基礎掌握描述

掌握能力要求與素質

1

人駕駛航空器與航空知識體系認知

1.航空航天基礎概論;

2.無人駕駛航空器基礎認知;

3.無人機系統認知;

4.無人機維護及管理。

1.培養掌握航空航天基礎知識,培養航空航天科技素養;

2.培養掌握無人機基本知識、基本原理;

3.無人機飛行基礎;

4.設備自主維護及管理能力。

2

基礎編程學習

1.面向性編程原理學習認知;

2.計算機編程邏輯學習;

3.編程語言學習、認知;

4.解釋型語言程序編譯;

5.無人機控制語言編譯。

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計方法和編寫修改能力;

3.無人機控制原理及飛行程序語言閱讀能力;

4.無人機系統編程及任務設備設定能力

3

面向無人機的

編程學習

1.技術文件閱讀;

2.各類程序文件閱讀

DEMO 示例程序、控制程序);

3.無人機程序的閱讀

4.無人機飛行程序編譯;

5.無人機編隊編程。

1.基礎語言編程能力;

2.熟練使用各類編譯工具;

3.具有通過編程進行任務設定、達成的編譯能力;

4.具有通過編程進行現實交互的能力;

5.通過面對對象無人機的編程,控制飛行、完成飛行任務的能力;

6.通過程序編譯完成任務搭載設備使用的能力。

4

售后服務

1.客戶使用培訓;

2.技術文件閱讀與審核

(說明書等交付文件);

3.相關例程及課程服務

DEMO、課程例程);

4.閱讀或修改無人機設計,無人機參數設置;

1.熟悉公司的質量標準;

2.熟練掌握無人機各個部件;

3.具有無人機操作能力;

4.會使用常用編譯器及示例 DEMO;

6.熟悉無人機原理,了解相關課程知識;

7.熟悉相關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

項目內容

無人機基礎教學

滿足無人機及相關專業的專業教學

提供無人機展覽、裝配、調試、仿真等實訓條件

無人機實訓

無人機編程基礎

物流無人機

無人機綜合調試實訓系統

1+X證書

滿足1+X證書考試需求

室外實操教學六旋翼無人機飛行平臺

無人機電子執照考訓飛行平臺

多載荷行業應用多旋翼無人機飛行平臺

AI視覺無人機開發平臺

自主定位

自主避障

自主導航

AI視覺無人機開發平臺

AI視覺無人機蜂群開發平臺

測試場地

人員、機器安全,驗證測試場地

安全飛行

定位、避障測試

五、實訓室建設預算
總體預算1348400元。
 
六、配置標準
(一) 無人機模擬仿真教學實訓室
 


序號 設施設備 功能要求 教學適用 數量 單價 (元) 總價
(元)
備注
 
1
 
臺式電腦
 
內存 16G,4G 獨顯
 
支撐教學
 
40 臺
 
0
可結合現有 電腦機房共用 校方
自備
 
2
模擬仿真
教學軟件
1.無人機訓練模式:無人機飛行訓練模塊包含多機型仿真飛行訓練功能,包含直升機,八旋翼,垂起等多種機型,場景可定制更換。
2.無人機飛行有聲音提醒,場景內有無人機電子圍欄,飛機飛出指定區域撞毀,可以一鍵重置飛行。
3.功能設計駕駛員和機長考試模式,飛機可實現GPS和姿態兩種模式飛行。
4.考核模式結束可查看詳細分數。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,八旋翼,垂起等多種機型的日;静僮黠w行訓練,滿足民航局無人機執照考試訓練。  
40 套
 
4500
 
180000 元
 
 
3
桌椅 L×W×H (mm)
1200×600×800
支撐學習訓練 40 套  
0
可結合現有 電腦機房共用 校方
自備
合 計 小寫:180000元。
 
 
文化氛圍布置:
(1)《無人機模擬仿真教學實訓室管理規定》張掛;
(2)《飛行器安全操作管理規定》張掛;
(3)《飛行操控步驟圖》張掛;
(4)《飛行應急處置圖》張掛;
(5)《編隊飛行實景圖》張掛;
(6)《無人機簡介》張掛。
無人機模擬仿真實訓室
無人機模擬仿真實訓室
(二) 無人機組裝調試實訓室
 

序號 設施
設備
教學適用和參數 數量 單價
(元)
金額
(元)
1 裝調教學多 旋 翼無 人 機 一、參數
機架軸距:550mm
折疊方式:傘折設計
材質: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
支持的電子調速器輸出:400Hz 刷新頻率
抗風能力:5級風
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,包含組裝調試教程;
內置功能:三模式自駕系統;增強型失控保護;低壓保護;支持 S-BUS 接收機;
二、功用
1.支持理論教學
2.支持裝調教學
3.支持維修教學
4.支持實操教學
10 38400 384000
2 裝調教學垂直起降無 人 機 一、參數
翼展:2160mm
機長:1310mm
材質:EPO,碳纖維復合材料
控制距離(遙控器):2000米
控制距離(電臺):10公里
巡航速度:18m/s
最大續航時間:150min
最大起飛重量:8.5kg
抗風能力:6級風
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.主要滿足學生初步認識垂起無人機、了解垂起無人機的結構、系統功能,可參與無人機組裝、檢修、調試、飛行等實訓課程;
2.在裝調的基礎上,本設備可用于學生實操教學,支持地面站實操教學。
1 147000 147000
3 維修維護工具包 包含工具:
M5.5、M6、M10、M12 (MM) 拆裝專用內六角 套筒;
無人機專用焊接套裝 (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
L 型扳手一套;
M2.5 內六角螺絲刀;
多功能工具刀;
精密儀器專用鑷子;
高強度十字螺絲刀;
T6 螺絲刀;
10 800 8000
合計 小寫:539000元
 
 
文化氛圍布置:
(1)《無人機裝調與飛行教學實訓室管理規定》張掛;
(2)《無人機飛行原理圖》張掛;
(3)《飛行器安全操作管理規定》張掛;
(4)《飛行操控步驟圖》張掛;
(5)《無人機裝調安全操作規定》張掛;
(6)《無人機系統架構圖》張掛;
 無人機組裝調試實訓室效果圖

無人機組裝調試實訓室效果圖
 
(三) 無人機外場飛行實訓基地
 

序號 設施
設備
教學適用和參數 數量 單價
(元)
金額
(元)
1 民航局多旋翼無人機執照考試訓練機 一、機架
1.對稱電機軸距:1045mm
2.單臂長度:386mm
3.單臂重量(含電機、電調、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):1520g
6.起落架尺寸:460mm(長)×511mm(下底寬)×305mm(高)
二、電機
1.定子尺寸:41×14mm
2.KV值:400rpm/V
3.最大功率:500W
三、電調
1.工作電流:40A
2.工作電壓:6S LiPo
3.兼容信號頻率:30Hz ~ 450Hz
4.驅動PWM頻率:8KHz
5.重量(含散熱器):35g
四、飛行參數
1.起飛重量:6.0Kg ~ 11.0Kg
2.整機重量: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.工作環境溫度:-10 °C ~ +40 °C
五、槳葉
1.材質:高強度工程塑料
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,用于地面站規劃教學
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≥300 次
5.電池采用快速插拔連接方式,插頭防打火設計
八、充電器
1.功率:1080W
2.輸出電壓:2S-6S可調
3.輸出電流:0-20A可調
4.通道數量:2通道
5.電池電壓檢測:支持
6.電池內阻檢測: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
用于訓練機的控制,兩個遙控器設置成主副控,控制器可以來回切換
1.通道數量:14
2.揚聲器:支持
3.模型記憶數量:30臺
4.LCD顯示器:4.3寸
5.支持發射制式:所有FASST, FASSTest, FHSS接收
十、數傳電臺
用于超視距駕駛員地面站的訓練和考試,可以與超視距訓練機的飛控通訊連接,在地面站的配合下控制無人機超視距飛行訓練
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 電子樁訓練系統
 
1.衛星接收: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 訓練
錐桶
一、參數
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,防風耐用。
二、功用
錐形型橡膠桶
支持室外飛行訓練
14 50 700
4 帳篷 1.尺寸: 2.5X2.5藍色加固黑架
2.防水指數: 大于3000MM(夏季)
3.支架材質: 鋼
4.外帳材質: 牛津布
2 500 1000
5 風向標 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)《無人機行業應用實訓室管理規定》張掛;
(2)《無人機植保應用技術》張掛;
(3)《飛行器安全操作管理規定》張掛;
(4)《無人機航空攝影應用技術介紹》張掛;
(5)《典型垂直起降無人機》張掛;
(6)《無人機系統架構圖》張掛。
 
(四) 編隊飛行試驗室
 

序號 設施
設備
教學適用和參數 數量 單價
(元)
金額
(元)
1 編隊無人機 尺    寸:≥200*200*90mm
凈    重:190g
高    度:限高10m
軸    距:≥160mm
機間距: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 性;4級風
容      量:1500mAh
充電時長:45min
續航時間:≥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
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