本章将给出一份硬件配置单,并详细叙述为什么选择这些硬件。机载电脑有两个版本:J4125小主机与NVIDIA Orin NX。两个版本的供电方案有所不同。
上位机使用J4125小主机(总成本约5000元):
Aeriva硬件清单_J4125_20230328.xlsx
上位机使用NVIDIA Orin NX(总成本约12000元):
Aeriva硬件清单_OrinNX_20230518.xlsx
**第一步,根据需求确定核心硬件。**希望无人机有基于视觉的全自主飞行能力,因此核心硬件应包括深度相机与机载电脑。深度相机选择使用最广泛的Intel RealSense D435。机载电脑应能支持视觉-惯性里程计(Visual-Inertial Odometry, VIO)实时运行,由于VIO可以被GPU加速以获得更好的性能,因此GPU性能是选择机载电脑时主要考虑的因素。此外,综合体积、重量、成本,选择NVIDIA Jetson Orin NX作为机载电脑。
**第二步,确定无人机形态与尺寸。**希望无人机能尽可能安全、不易损坏,因此选择带有护圈的机架。在确定无人机尺寸时,应确保无人机能够承载所需载荷,在此前提下,尽可能使无人机敏捷,此时需评估无人机的扭矩惯量比(Torque-to-Inertia Ratio, TIR)。在电机配置相同的情况下,可认为电机拉力能产生的最大力矩(电机拉力与机臂长度之积)随机架尺寸线性增加,而无人机转动惯量随机架尺寸二次方增加。因此,为使无人机具备更大TIR,应选择尽可能小尺寸的机架,最终选定带有护圈的3.5寸穿越机机架。此外,这类机架上板面积通常较大,适合安装所需的深度相机与机载电脑。
**第三步,确定动力套件规格。**机架确定后,首先选定与之匹配的桨叶(乾丰D90s,3.5寸圈圈机的主流桨叶)。随后,根据机架尺寸选择电机,评估电机的力效、重量,最终选定电机款式。(3.5寸圈圈机常用的电机尺寸大约在1804-2204之间,考察这一范围内市面上的常见电机,评估电机的品牌、产品定位、力效、重量,最终选定致盈2104电机)对于同一款电机,通常有几种不同kv值规格可选,低kv值的电机匹配高电压的电池,高kv值的电机匹配低电压电池。考虑到高电压电池输出相同功率时的电流较低,损耗较小,因此选择低kv值的电机搭配高电压的六芯电池,选择电池容量时,考虑整机空间布局和电池重量,最终选择1200mAh电池。
**第四步,确定飞控、电调。**考虑基于PX4的开发工作流,结合无人机整体大小与机架上飞控安装孔规格,选择支持PX4的穿越机飞控Kakute H7 mini,选择电调时,应确保电调可承载电机满载时的电流,最终选择45A Dshot电调(Dshot电调可自定义电机转向)。至此,整架无人机主要硬件基本确定。
至此,大部分硬件已经确定,其余硬件可参考硬件清单依自身需求配置。
关于机架的小知识:
All About a Multirotor FPV Drone Frame | GetFPV Learn
使用s-tui的压力测试,四核平均最大频率为2.2GHz,功耗为8W,温度为63度。s-tui的压力测试无视系统当前CPU调度策略,直接令CPU以接近TDP功耗运行。