如何通过 DJI SDK 控制无人机运动

简单的流程就是如下图所示分为三步:

  • 连接上飞机,切换成 virtualStickControl 模式
  • 发送 control data
  • 结束后关闭 virtualStickControl 模式 # VirtualStickMode 在确定连接上飞行机后,从 DJIAircraft 对象上获取 DJIFlightController 实例:flightController。 切换到 api 控制模式的代码很简单,只有一行:
  flightController.setVirtualStickModeEnabled(true, withCompletion: nil)

但是这行代码执行未必都会成功,需要满足以下两种情况才能切换:

  1. 飞控程序没有在执行控制飞行器运动路径。如果飞行器在执行 waypoint、hotpoint、跟随任务时,无法切换。
  2. FlightOrientationMode 需要设置为 aircraftHeading。
  flightController.setFlightOrientationMode(.aircraftHeading, withCompletion: nil)

FlightOrientationMode 默认方向定位模式就是根据当前无人机朝向。加这个限制应该是出于安全的原因,想要移动飞行器,通常是根据图传视频来判断位置移动。FlightOrientationMode 还有两种方式:Course Lock 和 Home Lock。都是锁定了某个位置来判断移动方位,特殊任务中有帮助,但是如果通过程序控制飞行器还是按照飞行器的当前朝向符合直觉。

成功切换到程序控制飞行器运动后,遥控器上的操作杆会出于无效的状态

这是非常非常重要且被忽略的一点。这个设计应该也是出于安全考虑,希望飞行器在某个时刻只有一个明确的控制权,如果一个时刻遥控器发出往左,程序控制往右。两个指令都拥有一样的优先级,不知道谁优先。所以在控制运动完成后切记把 VirtualStickMode 设置为 false。

VirtualStickFlightControlData

在切换到程序控制运动模式后,就可以发送控制指令了。和遥控器上的两个摇杆控制能力一样,你可以控制飞行器的升降、水平旋转、水平方向的前进后退、向左向右。
运动指令的参数是一个 DJIVirtualStickFlightControlData 类型的结构体,前面提到可以控制四个维度的运动,因此有四个浮点型的值可以设置:

typedef struct
{
   float pitch;
   float roll;
   float yaw;
   float verticalThrottle;
} DJIVirtualStickFlightControlData

为了让用户可以更加灵活的控制飞行器运动,这四个维度的参数值在不同模式下代表着不同的含义。

RollPitchControlMode

水平方向 X、Y 轴的运动的控制模式是一致的,因此组合在一起,枚举名叫 RollPitchControlMode。
在设置水平运动的值时需要先确定此时选择的参考坐标系。为了更方便的控制姿态,DJI 提供了两个坐标系:Body Coordinate 和 Ground(World) Coordinate。

坐标系

设置坐标系的方式很简单,设置 rollPitchCoordinateSystem 即可:

   flightController.rollPitchCoordinateSystem = .ground

机身坐标系:Body Coordinate


机身坐标系类似第一人称视角,飞行器的正前方是 X 轴,与前方垂直的侧面测试 Y 轴。

世界坐标系:Ground(World) Coordinate


地面坐标系就像是地面有个控制中心的视角,南北方向是 X 轴,东西方向是 Y 轴。

RollPitchControlModeAngle

如果是机身坐标系,角度就是机身X、Y轴的旋转角度。取值范围是 - 30 到 30 度。

如果是地面坐标系,那么就是相对地面的移动角度。

RollPitchControlModeVelocity

X、Y 轴的移动速度,取值范围 -15 到 15 米每秒。根据坐标系不同 X、Y 轴的方向不同,前面已经说明过。

YawControlMode

Yaw 从地面角度看就是飞机原地旋转,也就是调整机头方位。同样参数有两种模式:

Angle

相对于机头的旋转角度,取值范围注意不是 0 - 360,而是 -180 到 180。正的角度表示顺时针旋转,负的角度值表示逆时针。

AngularVelocity

旋转时的角速度,取值范围是 -100 到 100。负数表示逆时针方向旋转。如果你想要飞行器以个指定的角速度匀速旋转,那么应该选择这个模式。

VerticalControlMode

竖直方向高度的控制也有两种。

Velocity

调整高度的速度,取值范围是 -4 到 4。正的值表示往高处飞,负数表示下降时的速度。

Position

直接设置想要到达的高度值,取值范围是 0 到 500 米。也就是说最高可以让飞行器飞到 500 米的高度。

发送指令

发送控制的指令代码很简单,只有一行:

   flightController.send(controlData, withCompletion: { error in  })

但是事情并不如代码看上去这样简单。VirtualStick API 设计参照的是遥控器操纵杆的通讯方式,比如你把一个摇杆往上推,飞行器此时对应的操作是升高。那么在你往上推的时刻,遥控器是以一个频率持续给飞行器发送升高指令。在你松开的时候,摇杆回到中心,指令停止。并不是只发送了一条指令。和这个场景类似,如果你要控制飞行器运动,你的指令也应该是持续发送的。
官方给出的发送频率是 10 到 25 赫兹。换算一下,那么程序应该以 0.04 秒 - 0.1 秒的频率就发送一次控制指令。可能对于程序而言,非常清楚飞行器运动的终点是哪,觉得只要调用一次接口,但是出于安全考虑,如果指令不是持续发送的,飞行器收到指令也可能不去执行
为了避免发出指令飞行器认为是通讯失误而没有执行,可以采取用一个 timer 以一个固定的 interval 发送指令。简单一些可以正确的频率发送 5 次,如果是 0.1 秒的频率,那么等于确保一条指令飞行器认可花 0.5 秒时间。另外一个思路是指令发送后从 KeyManager 获取飞行器的姿态信息(DJISDKVector3D),如果指令发送过程中姿态数据改变了,那么一定是执行了控制指令。


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