ArduPilot zigzag模式：自动之字形搜索路径规划-优快云博客

ArduPilot zigzag模式：自动之字形搜索路径规划

【免费下载链接】ardupilot ArduPlane, ArduCopter, ArduRover, ArduSub source 项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ar/ardupilot

概述

ArduPilot的zigzag（之字形）模式是一种先进的自动飞行控制模式，专门设计用于执行系统性的搜索和覆盖任务。该模式允许无人机在预先定义的两个点A和B之间自动执行之字形飞行路径，非常适合农业喷洒、搜索救援、地形测绘等应用场景。

核心功能特性

基本参数配置

zigzag模式提供了一系列可配置参数，让用户能够精确控制飞行行为：

参数名称	描述	取值范围	默认值
ZIGZ_AUTO_ENABLE	自动功能启用/禁用	0-1	0
ZIGZ_SPRAYER	自动喷洒器控制	0-1	0
ZIGZ_WP_DELAY	航点到达后延迟时间	0-127秒	0
ZIGZ_SIDE_DIST	横向移动距离	0.1-100米	4
ZIGZ_DIRECTION	横向移动方向	0-3	0
ZIGZ_LINE_NUM	总航线数量	-1-32767	0

方向控制

zigzag模式支持四个方向的横向移动：

enum class Direction : uint8_t {
    FORWARD = 0,   // 向前
    RIGHT = 1,     // 向右  
    BACKWARD = 2,  // 向后
    LEFT = 3       // 向左
};

工作原理

状态机设计

zigzag模式采用精心设计的状态机来管理飞行过程：

mermaid

航点计算算法

zigzag模式使用向量几何来计算精确的飞行路径：

// 计算垂直于AB线的最近点
Vector2f AB_diff_ne_m = dest_B_ne_m - dest_A_ne_m;
Vector2f perp1 = start_pos_ne_m + Vector2f(-AB_diff_ne_m[1] * scalar, AB_diff_ne_m[0] * scalar);
Vector2f perp2 = start_pos_ne_m + Vector2f(AB_diff_ne_m[1] * scalar, -AB_diff_ne_m[0] * scalar);
const Vector2f closest2d_ne_m = Vector2f::closest_point(curr_pos_ne_m, perp1, perp2);

使用流程

1. 初始化设置

首先需要启用zigzag模式并配置基本参数：

# 启用zigzag模式
param set ZIGZ_AUTO_ENABLE 1

# 设置横向移动距离为10米
param set ZIGZ_SIDE_DIST 10

# 设置向右移动方向
param set ZIGZ_DIRECTION 1

# 设置无限循环
param set ZIGZ_LINE_NUM -1

2. 点A和点B标定

进入zigzag模式后，手动飞行到期望的起始位置：

使用遥控器开关或GCS命令存储点A
飞行到路径另一端存储点B
系统自动验证两点距离有效性

3. 自动执行

存储完A、B点后，系统可以开始自动执行之字形路径：

// 自动控制逻辑核心
if (reached_destination()) {
    if (auto_stage == AutoState::SIDEWAYS) {
        save_or_move_to_destination((ab_dest_stored == Destination::A) ? Destination::B : Destination::A);
    } else {
        spray(false);
        move_to_side();
    }
}

应用场景

农业喷洒

zigzag模式特别适合农业喷洒应用，可以确保均匀覆盖：

mermaid

搜索救援

在搜索救援任务中，zigzag模式可以系统性地覆盖大面积区域：

搜索模式: 之字形路径确保无遗漏区域
效率优化: 自动转向减少操作负担
持续作业: 支持无限循环模式

地形测绘

对于测绘应用，zigzag模式提供：

均匀采样: 保证数据点分布均匀
航向控制: 精确控制飞行方向
重复性: 可重复执行相同路径

高级功能

喷洒系统集成

zigzag模式深度集成喷洒控制系统：

#if HAL_SPRAYER_ENABLED
void ModeZigZag::spray(bool b) {
    if (_spray_enabled) {
        copter.sprayer.run(b);
    }
}
#endif

喷洒器会在向A/B点移动时自动开启，到达目标点或切换飞行模式时自动关闭。

智能暂停和恢复

系统支持智能暂停机制：

void ModeZigZag::suspend_auto() {
    if (auto_stage != AutoState::MANUAL) {
        is_suspended = true;
        return_to_manual_control(true);
    }
}

暂停后可以从上次中断的位置继续执行，确保任务连续性。

性能优化

航点半径控制

系统使用3米的航点半径阈值来判定是否到达目标：

#define ZIGZAG_WP_RADIUS_M 3.0
bool ModeZigZag::reached_destination() {
    if (wp_nav->get_wp_distance_to_destination_m() > ZIGZAG_WP_RADIUS_M) {
        return false;
    }
    // 额外的延迟时间检查
    return ((now - reach_wp_time_ms) >= (uint16_t)constrain_int16(_wp_delay_s, 0, 127) * 1000);
}

地形适应

系统支持地形跟随功能，确保在起伏地形上保持恒定高度：

bool is_terrain_alt = copter.rangefinder_alt_ok() && wp_nav->rangefinder_used_and_healthy();
if (!is_terrain_alt) {
    next_dest_neu_m.z += pos_control->get_pos_terrain_U_m();
}

安全特性

异常处理

zigzag模式包含完善的异常处理机制：

** disarm检测**: disarm时自动返回手动控制
着陆检测: 着陆时暂停自动功能
电机互锁: 确保安全状态下才执行自动控制

手动优先

始终支持手动接管：

void ModeZigZag::return_to_manual_control(bool maintain_target) {
    if (stage == AUTO) {
        stage = MANUAL_REGAIN;
        spray(false);
        // 保持当前目标或重新初始化
    }
}

最佳实践

任务规划建议

预先勘察: 在实际任务前进行场地勘察
参数调试: 根据实际需求调整横向距离和航点延迟
安全边界: 设置适当的安全边界避免碰撞

性能监控

实时监控关键指标：

航线完成进度
电池消耗情况
喷洒覆盖率统计

总结

ArduPilot的zigzag模式提供了一个强大而灵活的自动之字形路径规划解决方案。通过精心的状态机设计、智能的航点计算算法和完善的安全机制，该模式能够满足各种自动化搜索和覆盖任务的需求。无论是农业喷洒、搜索救援还是地形测绘，zigzag模式都能提供高效、可靠的自动飞行体验。

其模块化设计和可配置参数使得用户可以根据具体应用场景进行精细化调整，而强大的异常处理和安全特性确保了飞行的可靠性和安全性。随着无人机技术的不断发展，zigzag模式将继续在自动化作业领域发挥重要作用。

【免费下载链接】ardupilot ArduPlane, ArduCopter, ArduRover, ArduSub source 项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ar/ardupilot

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考