Pixhawk

Pixhawk 是一个开源项目，为无人机和其他自主车辆使用的飞控硬件制定标准。该名称既指项目本身，也指行业中通常所说的符合一个或多个 Pixhawk 规范的硬件产品。符合 Pixhawk 标准的控制器通常作为机载飞行管理计算机，连接传感器、电机、舵机、通信设备、导航系统和其他车辆外设。基于这些标准的产品用于多旋翼、固定翼飞机、直升机、垂直起降飞机、无人车和无人船。 该项目始于 2008 年，当时苏黎世联邦理工学院的硕士生 Lorenz Meier 试图制造一架能够通过计算机视觉自主导航并避开障碍物的室内无人机。所需的硬件、固件和高级软件组合并不容易获得，因此 Meier 和团队为欧洲微型飞行器竞赛组装了一个定制系统。该团队与 Marc Pollefeys 教授合作，共有 14 名成员，花费了大约九个月的时间开发该平台。2009 年，它赢得了室内自主类别的冠军，并成为该类别中第一个成功演示基于计算机视觉的避障功能的参赛者。 竞赛结束后，团队将项目开源。其公开开发的组件包括飞控硬件、PX4 自动驾驶仪、MAVLink 遥测和通信协议以及地面控制软件。这一发布使大学、研究人员、公司和爱好者能够在一个以前需要大量专有工程的基础上进行构建。MAVLink 随后被开源 ArduPilot 生态系统采用，而 QGroundControl 成为基于 MAVLink 的车辆的重要地面站界面。因此，Pixhawk 硬件成为更广泛的开源飞行栈的一部分，而不是一个独立的商业产品。 2013 年，3D Robotics 成为第一家商业 Pixhawk 飞控制造商，商业可用性扩大。此举通过提供可购买的强大硬件并允许用户加载免费的 PX4 或 ArduPilot 固件，降低了自主飞行实验的成本和复杂性。其他制造商，包括 Holybro 和 CubePilot，后来生产了基于不同代或部分实现标准的控制器。 Pixhawk 的主要作用是标准协调。其规范描述了飞行管理单元的机械和电气要求，包括板尺寸、传感器选择和放置、处理器接口、连接器和外设总线。相关规范涵盖系统级模块设计、有效载荷集成、无线电接口和智能电池。这些标准主要设计用于支持 PX4，但也广泛用于 ArduPilot。该项目不像传统的单一品牌硬件公司那样运作：产品由多家制造商生产，兼容性可能因实现和代次而异。Dronecode 成立于 2014 年，后来作为 Linux 基金会非营利组织，帮助协调围绕开源飞控开发和 Pixhawk 标准化的讨论。

Pixhawk 始于 2008 年，是苏黎世联邦理工学院的一项工作，由硕士生 Lorenz Meier 领导。Meier 想制造一架室内无人机，能够使用计算机视觉了解周围环境、避开障碍物并自主飞行。传感器、嵌入式计算、控制软件和地面站工具的必要组合并不容易获得，因此他在 Marc Pollefeys 教授的支持下招募了一个 14 人的团队。在大约九个月的时间里，该团队为欧洲微型飞行器竞赛的室内自主类别构建了一个完整的实验平台。 2009 年，该团队赢得了其类别并演示了计算机视觉避障，这一成就帮助验证了项目的技术。这项工作还暴露了研究人员和开发者缺乏广泛可用的工具来构建自主飞行器。作为回应，团队将项目开源。发布不仅包括飞控板，还包括 PX4 自动驾驶软件、用于交换遥测和命令的 MAVLink 协议以及用于从地面操作车辆的软件。 开源发布使外部开发者能够重用和修改系统。MAVLink 被 ArduPilot 项目采用，为 Pixhawk 兼容硬件创建了额外的软件路径。QGroundControl 成为 MAVLink 系统的主要地面控制应用程序。随着代码库的修订和硬件经历连续的发展周期，项目从学术原型转向可由第三方制造的可重用平台。 2013 年，3D Robotics 成为第一家生产商业 Pixhawk 飞控的制造商。这是一个重要的转变，因为用户可以购买相对强大的自主飞行计算机，安装开源 PX4 或 ArduPilot 固件，并将其用于研究、教育、商业开发或娱乐。标准化硬件的可用性减少了对每个项目设计自己的飞行管理板的需求。 随着生态系统的扩展，协调技术规范的需求变得更加重要。Dronecode 成立于 2014 年，以帮助组织开源无人机开发以及围绕兼容硬件和软件的讨论。它后来作为 Linux 基金会非营利组织运作。Pixhawk 标准超越了单一板设计，涵盖了连续几代飞行管理单元、连接器约定、系统级模块架构、有效载荷接口、无线电连接以及计划的智能电池集成。 该项目现在最好被理解为一个开放硬件标准生态系统，而不是一个传统制造商。诸如 Holybro 和 CubePilot 等公司生产了实现各种 Pixhawk 代次的硬件，而 PX4 和 ArduPilot 仍然是与该平台相关的主要自动驾驶软件选项。Pixhawk 标准化的控制器用于飞机和其他无人驾驶车辆，包括多旋翼、固定翼飞机、直升机、垂直起降车辆、无人车和无人船。规范的开放性支持互操作性，尽管实现细节和合规程度可能因制造商和产品代次而异。

• 2014

  Dronecode 成立

  [1]Pixhawken.wikipedia.org

  Dronecode 成立，以帮助协调开源无人机开发和围绕 Pixhawk 生态系统的讨论。

• 2013

  首款商业 Pixhawk 飞控

  [1]Pixhawken.wikipedia.org

  3D Robotics 成为第一家生产基于 Pixhawk 项目的商业飞控的制造商。

• 2009

  室内自主竞赛胜利

  [1]Pixhawken.wikipedia.org

  Pixhawk 团队赢得了欧洲微型飞行器竞赛类别，并演示了基于计算机视觉的避障功能。

• 2008

  项目在苏黎世联邦理工学院启动

  [1]Pixhawken.wikipedia.org

  Lorenz Meier 开始与苏黎世联邦理工学院和 Marc Pollefeys 教授相关的团队开发室内自主无人机平台。

• 项目开源发布

  [1]Pixhawken.wikipedia.org

  团队将飞行硬件、PX4 自动驾驶仪、MAVLink 通信协议和地面控制软件公开供开发。

一个开放、可互操作的飞控硬件标准，使制造商和开发者能够构建与开源 PX4 和 ArduPilot 软件兼容的强大无人驾驶飞行器自动驾驶仪。

• 飞控硬件标准

  Pixhawk 自动驾驶参考标准

  核心 Pixhawk 规范定义了兼容飞行管理单元的机械和电气特性。它涵盖了板尺寸、传感器类型和放置、散热措施、处理器引脚分配和通信接口。发布的代次包括 Pixhawk 1、2、3、4、4X、5、5X、6X、6U 和 6C。该标准旨在支持 PX4，也常用于 ArduPilot。

• 模块化飞行计算机接口

  Pixhawk 自动驾驶总线标准

  自动驾驶总线规范扩展了较新的系统级模块飞行计算机的参考标准，包括 5X 和 6X 系列。它描述了可拆卸计算模块与其基板之间的关系，包括高密度连接器、PCB 布局指南以及电机、舵机、无线电和其他外设的参考接口原理图。

• 硬件连接器和引脚标准

  Pixhawk 连接器标准

  连接器标准推广 JST GH 连接器用于许多飞控和外设连接。它还建立了遥测、GPS、CAN 总线、SPI、电源和调试端口的用户面向引脚约定，帮助制造商和用户一致地连接兼容组件。

• 有效载荷集成标准

  Pixhawk 有效载荷总线标准

  有效载荷总线指南描述了使车辆有效载荷与 Pixhawk 操作系统兼容的方法。它旨在提高组合来自不同制造商的有效载荷设备和飞控的能力，尽管该规范并未在所有有效载荷产品中统一执行。

• 无线电通信接口

  Pixhawk 无线电接口标准

  无线电接口工作定义了 Pixhawk 特定通信的机械、电气和软件概念。它设想地面站和无线电模块之间的 USB 或以太网链路，以及本地和远程单元之间可用的射频或 LTE 链路。

• 电池管理接口

  Pixhawk 智能电池标准

  智能电池规范旨在定义电池管理系统如何与 Pixhawk 飞行管理单元通信，包括通信协议、连接器和支持的功能。参考材料将其描述为尚未发布。

• 2014

  通过 Dronecode 协调战略

  背景

  不断扩大的开源无人机生态系统需要一个更结构化的论坛来协调软件、硬件和标准工作。

  采取的行动

  Dronecode 成立，以促进开源无人机社区的合作和标准讨论。

  后续影响

  Dronecode 成为 Linux 基金会非营利组织，与更广泛的 Pixhawk 和 PX4 开发环境的协调相关。

  来源

• 2013

  通过 3D Robotics 商业化新品

  背景

  该项目经历了多个硬件和软件开发周期，并已准备好由外部公司制造。

  采取的行动

  3D Robotics 成为第一家销售商业 Pixhawk 飞控的制造商。

  后续影响

  用户可以获得标准化飞行硬件，并将其与开源 PX4 或 ArduPilot 固件配对，降低了自主飞行开发的障碍。

  来源

• 2008

  开源发布飞行控制栈战略

  背景

  原始团队发现研究人员和开发者缺乏与为室内自主竞赛创建的系统相当的可访问工具。

  采取的行动

  项目将其飞控硬件、PX4 自动驾驶仪、MAVLink 通信协议和地面控制软件公开供使用和开发。

  后续影响

  该发布使更广泛的实验成为可能，鼓励与 ArduPilot 和 QGroundControl 的集成，并建立了后来支持商业 Pixhawk 硬件的开放生态系统。

  来源

1. 1Pixhawken.wikipedia.org
2. 2Pixhawk official websitepixhawk.org