案例分享 | 多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验

近年来，我国低空经济产业发展迅速，特别是无人机产业，无论是消费级还是工业级，数量上均显示出强劲的增长势头，正在步入成长快车道。

无人机按照结构的不同，可分为固定翼、单旋翼和多旋翼三种类型。其中，多旋翼无人机与固定翼无人机相比，具有垂直起降、空中悬停、低空飞行和原地回转等优势；与单旋翼无人机相比，它无需尾桨装置，因而机械结构简单、安全性高、使用成本低。由于具备上述优势，多旋翼无人机在军事和民用领域均获得了广泛的应用。

背景与痛点

多旋翼无人机装配与群体协同技术是当前无人机技术发展的重要方向之一，它结合了多旋翼无人机的灵活性和集群技术的优势，实现了无人机在长时间、远距离条件下的高效协同作业。

无人机集群技术是“航空和信息”高度交叉融合的科技前沿，涉及飞行器设计与工程、信息工程等传统工科专业，对具备实践能力的跨专业人才培养需求非常迫切，符合新工科专业建设的发展方向。

由于无人机集群节点数量多，实验成本高实验成本高；集群覆盖范围广，空域申请难；易发坠机等事故，实验风险大等系列因素，无人机集群技术实验教学面临严重困难，相关实验教学必须依托虚拟仿真技术展开。

解决方案

基于此，恒点与南京航空航天大学以相关科研和教学成果为基础，遵照“能实不虚，虚实结合”的原则，合作开发了“多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验”。

实验根据《无人机集群技术》课程大纲及关键知识点，结合多旋翼无人机集群的军事应用背景，构建了基于作战想定的虚拟仿真实验情景。

通过虚拟仿真实验，使学生掌握多旋翼无人机装配与参数调试、无人机集群链路预算与组网、无人机集群协同与自主避障相关的技术原理和实验方法。

实验设计原则与亮点

本课程旨在帮助学生掌握无人机集群相关的基础理论知识。课堂和实验教学内容重点围绕无人机集群的概念、无人机集群的组成、无人机集群分布式自组网技术、无人机群体协同与控制技术展开。

（1）通过多旋翼无人机装配与参数调试实验环节，帮助学生掌握多旋翼无人机组成原理、动力学模型、装配要点及PID控制原理，使学生具备根据多旋翼无人机飞行姿态，分析、判断并调节PID参数的能力。

（2）通过无人机集群链路预算与组网实验环节，帮助学生掌握无线电传播特性、无线通信系统链路预算方法、信道接入控制方法及自组织时分多址协议原理，探究无人机集群网络无线信号冲突解决方案，使学生具备从协议栈分层的角度开展无人机集群网络设计的能力。

（3）通过无人机集群协同与自主避障实验环节，帮助学生掌握基于Boid模型的集群运动原则、基于虚拟力场法的无人机集群拓扑控制和自主避障方法，探究虚拟力场参数对无人机集群性能的影响，使学生具备根据工程实际需求，对无人机集群协同性能进行调整的能力。

结语

恒点与南京航空航天大学共同开发设计的“多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验”。能够让学生通过虚拟仿真实验，掌握无人机集群的概念和基本原理，了解无人机集群的通信与组网方式，掌握经典的无人机群体协同算法，培养探究式的思维方式和解决复杂问题的综合能力。该课程也成功入选首批国家级一流本科课程。

此外，恒点创新地提出MOOL概念（Massive Open Online Labs大规模在线开放实验室），对慕课即MOOC进行了发展。其在慕课的基础上，通过虚拟仿真技术，打造一系列互动性、操作性的实验项目并上线开放、共享的教学平台。

通过恒点MOOL，《多旋翼无人机装配与群体协同虚拟仿真实验》已被南京理工大学等60余所高校采用，总实验人次达2万多余次。