基于unity无人机3D仿真《一》

基于unity无人机3D仿真《一》实现无人机的模型的制作、运动学关系、姿态角等；实现无人机各种姿态运动。

一、目前的效果

二、无人机模型

制作软件：maya

模型结构：

三、开发平台

unity2017 + VS2019 + C#

四、无人机模型及控制规律

飞行姿态控制
高度控制：
俯仰控制：绕无人机自身y轴运动（前后）
横滚控制：绕无人机自身x轴运动（左右）
偏航控制：绕无人机自身z轴运动（自旋）

无人机坐标系与世界坐标系的对应关系
x（uav） = z（world）
y（uav） = x（world）
z（uav）= y（world）

四电机拉力：
F1、F2、F3、F4

无人机控制规律：

五、无人机控制脚本

UAV_1_power:脚本
（1）四个电机的拉力

 static public float F1 = 0.0f;//无人机电机1的拉力static public float F2 = 0.0f;//无人机电机2的拉力static public float F3 = 0.0f;//无人机电机3的拉力static public float F4 = 0.0f;//无人机电机4的拉力

（2）更新标志

static public bool update_xyz_flag = false;//更新xyz的加速度、速度、位移的标志
static public bool update_angle_flag = false;//更新角度的加速度、速度、角度的标志
static public bool update_move_flag = false;//更新无人机的位置，在更新xyz后设置标志位
static public bool update_rotate_flag = false;//更新无人机的姿态角，在更新角度后设置标志位

（3）四个电机的转速

static public float motor_1_speed = 0.0f;//无人机电机1的转速
static public float motor_2_speed = 0.0f;//无人机电机2的转速
static public float motor_3_speed = 0.0f;//无人机电机3的转速
static public float motor_4_speed = 0.0f;//无人机电机4的转速

（4）电机属性差异（可利用此对电机对无人机的影响)

private float motor_1_para = 0.0f;//无人机电机1的属性
private float motor_2_para = 0.0f;//无人机电机2的属性
private float motor_3_para = 0.0f;//无人机电机3的属性
private float motor_4_para = 0.0f;//无人机电机4的属性

（5）无人机各方向，姿态的控制量

static public float U1 = 0.0f;//无人机垂直升降控制量
static public float U2 = 0.0f;//无人机横滚控制量
static public float U3 = 0.0f;//无人机俯仰控制量
static public float U4 = 0.0f;//无人机偏航控制量

（6）电机提供的最大力

    private float min_motor1_power = 0.0f;//无人机电机1最小的拉力private float max_motor1_power = 380.0f;//无人机电机1最大的拉力private float min_motor2_power = 0.0f;//无人机电机2最小的拉力private float max_motor2_power = 380.0f;//无人机电机2的最大拉力private float min_motor3_power = 0.0f;//无人机电机3的最小的拉力private float max_motor3_power = 380.0f;//无人机电机3的最大拉力private float min_motor4_power = 0.0f;//无人机电机4的最小拉力private float max_motor4_power = 380.0f;//无人机电机4的最大拉力

（7）检查F1、F2、F3、F4是否改变并设置标志位

void check_update()；

（8）无人机拉力参数初始化

 void F_para_init()

（9）无人机电机的转速

motor_speed()

（10）无人机各方向的控制量

void control()

（11）检查无人机的控制模式

check_control_model()

（12）利用按键改变F1、F2、F3、F4的大小
F1：A 为加1， S 为减1 F3：G 为加1， H 为减1
F2：D 为加1， F 为减1 F4：J 为加1， K 为减1

void key_scam_control()

（13）

void Start () {uav_1_self = GameObject.Find("uav_1");//无人机1初始化F_para_init();//电机拉力参数初始化}

（14）

void Update () {check_control_model();//检查控制模式check_update();//检查F1、F2、F3、F4是否改变并设置标志位motor_speed();//更新电机速度control();//更新各方向的控制量key_scam_control();}

（15）GUI界面

  void OnGUI(){GUILayout.Label("无人机当前位置"+uav_1_self.transform.position);//显示无人机的当前位置GUILayout.Label("当前横滚角加速度：" + UAV_1_angle.roll_acc +  "  横滚角速度：" + UAV_1_angle.roll_speed +  "  横滚角增量：" + UAV_1_angle.roll);GUILayout.Label("当前俯仰角加速度：" + UAV_1_angle.pitch_acc + "  俯仰角速度：" + UAV_1_angle.pitch_speed + "  俯仰角增量：" + UAV_1_angle.pitch);GUILayout.Label("当前偏航角加速度：" + UAV_1_angle.yaw_acc + "  偏航角速度：" + UAV_1_angle.yaw_speed + "  偏航角增量：" + UAV_1_angle.yaw);GUILayout.Label("X轴当前的加速度：" + UAV_1_linear_motion.x_acc + "  X轴的速度" + UAV_1_linear_motion.x_speed + "  X轴的位移增量" + UAV_1_linear_motion.x);GUILayout.Label("Z轴当前的加速度：" + UAV_1_linear_motion.y_acc + "  Z轴的速度" + UAV_1_linear_motion.y_speed + "  Z轴的位移增量" + UAV_1_linear_motion.y);GUILayout.Label("Y轴当前的加速度：" + UAV_1_linear_motion.z_acc + "  Y轴的速度" + UAV_1_linear_motion.z_speed + "  Y轴的位移增量" + UAV_1_linear_motion.z);GUILayout.Label("当前无人机的控制模式" + control_model);//显示无人机的控制模式if(GUILayout.Button("自动模式")){uav_control_model = false;}if(GUILayout.Button("手动模式")){uav_control_model = true;}if(uav_control_model){F1 = GUILayout.HorizontalSlider(F1, min_motor1_power, max_motor1_power);//通过滑块改变F1的大小GUILayout.Label("当前F1的大小为" + F1);//显示F1的当前值GUILayout.BeginHorizontal();if(GUILayout.Button("F1加1")){F1 = F1 + 1;}GUILayout.Space(10);if(GUILayout.Button("F1减1")){F1 = F1 - 1;}GUILayout.EndHorizontal();F2 = GUILayout.HorizontalSlider(F2,min_motor2_power,max_motor2_power);//通过滑块改变F2的大小GUILayout.Label("当前F2的大小为" + F2);//显示F2的当前值GUILayout.BeginHorizontal();if (GUILayout.Button("F2加1")){F2 = F2 + 1;}GUILayout.Space(10);if (GUILayout.Button("F2减1")){F2 = F2 - 1;}GUILayout.EndHorizontal();F3 = GUILayout.HorizontalSlider(F3, min_motor3_power, max_motor3_power);//通过滑块改变F3的大小GUILayout.Label("当前F3的大小为" + F3);//显示F3的当前值GUILayout.BeginHorizontal();if (GUILayout.Button("F3加1")){F3 = F3 + 1;}GUILayout.Space(10);if (GUILayout.Button("F3减1")){F3 = F3 - 1;}GUILayout.EndHorizontal();F4 = GUILayout.HorizontalSlider(F4, min_motor4_power, max_motor4_power);//通过滑块改变F4的大小GUILayout.Label("当前F4的大小为" + F4);//显示F4的当前值GUILayout.BeginHorizontal();if (GUILayout.Button("F4加1")){F4 = F4 + 1;}GUILayout.Space(10);if (GUILayout.Button("F4减1")){F4 = F4 - 1;}GUILayout.EndHorizontal();GUILayout.BeginHorizontal();if (GUILayout.Button("整体加1")){F1 = F1 + 1;F2 = F2 + 1;F3 = F3 + 1;F4 = F4 + 1;}GUILayout.Space(10);if (GUILayout.Button("整体减1")){F1 = F1 - 1;F2 = F2 - 1;F3 = F3 - 1;F4 = F4 - 1;}GUILayout.Space(10);if(GUILayout.Button("起飞")){F1 = 4;F2 = 4;F3 = 4;F4 = 4;}GUILayout.EndHorizontal();}

脚本UAV_1_moveRotate

（1）无人机姿态角

  void uav_Rotate()

（2）无人机位置

 void uav_positiom()

（3）

void Start () {//获取无人机的对象uav_1_self = GameObject.Find("uav_1");}

（4）

void Update () {uav_Rotate();}

（5）

void FixedUpdate(){uav_positiom();}

脚本UAV_1_propellor
（1）更新螺旋桨的转速

 void propellor_update()

（2）

void Start () {//获取无人机的对象UAV_1_propellor_1 = GameObject.Find("uav_1/front_motor1_right14/motor/propellor14");//无人机1的一号电机的螺旋桨UAV_1_propellor_2 = GameObject.Find("uav_1/back_motor2_left11/motor/propellor11");//无人机1的二号电机的螺旋桨UAV_1_propellor_3 = GameObject.Find("uav_1/front_motor3_left12/motor/propellor12");//无人机1的三号电机的螺旋桨UAV_1_propellor_4 = GameObject.Find("uav_1/back_motor4_right13/motor/propellor13");//无人机1的四号电机的螺旋桨}

（3）

void Update () {propellor_update();}

脚本UAV_1_linear_motion

 //空气阻力参数private float Kx = 0.0f;//X轴方向的空气阻力参数private float Ky = 0.0f;//Y轴方向的空气阻力参数private float Kz = 0.0f;//Z轴方向的空气阻力参数//空气阻力static public float fx = 0.0f;//X轴方向的空气阻力static public float fy = 0.0f;//Y轴方向的空气阻力static public float fz = 0.0f;//Z轴方向的空气阻力//线运动的速度static public float x_speed = 0.0f;//X轴方向的速度static public float y_speed = 0.0f;//Y轴方向的速度static public float z_speed = 0.0f;//Z轴方向的速度//线运动的加速度static public float x_acc = 0.0f;//X轴方向的加速度static public float y_acc = 0.0f;//Y轴方向的加速度static public float z_acc = 0.0f;//Z轴方向的加速度//线运动的位移static public float x = 0.0f;//X轴方向的位移static public float y = 0.0f;//Y轴方向的位移static public float z = 0.0f;//Z轴方向的位移//无人机的质量private float mass_uav = 0.0f;//无人机的质量//重力加速度private float g = 0.0f;//重力加速度//固定更新的时间，此时间用于计算速度和位移private float fixed_update_time = 0.0f;//起飞标志static public bool take_off_uav_flag = false;//无人机对象GameObject UAV_1_self = null;

（2）检查起飞和设置标志位

  void check_takeoff()

（3）线运动参数初始化

void linear_motion_init()

（4）更新空气阻力

void fx_fy_fz_update()

（5）更新线运动

void linear_motion_update()

（6）

void Start () {linear_motion_init();UAV_1_self = GameObject.Find("uav_1");}// Update is called once per framevoid Update () {fx_fy_fz_update();check_takeoff();Debug.Log(z);}void FixedUpdate(){linear_motion_update();}

脚本UAV_1_angle
（1）

//无人机的转动惯量private float Ix = 0.0f;private float Iy = 0.0f;private float Iz = 0.0f;//无人机旋翼中心到无人机坐标系x轴的垂直距离private float d = 0.0f;//无人机的姿态角static public float roll = 0.0f;// 无人机的横滚角度static public float pitch = 0.0f;//无人机的俯仰角度static public float yaw = 0.0f;//无人机的偏航角度//无人机的姿态角角速度static public float roll_speed = 0.0f;//无人机的横滚角度的角速度static public float pitch_speed = 0.0f;//无人机的俯仰角的角速度static public float yaw_speed = 0.0f;//无人机的偏航角的角速度//无人机的姿态角角加速度static public float roll_acc = 0.0f;//无人机的横滚角度的角加速度static public float pitch_acc = 0.0f;//无人机的俯仰角的角加速度static public float yaw_acc = 0.0f;//无人机的偏航角的角加速度//固定更新的时间static public float fixed_update_time = 0.0f;//FixedUpdate函数运行的时间//角加速度计算的参数private float k1 = 0.0f;//横滚角角加速度private float k2 = 0.0f;//俯仰角角加速度private float k3 = 0.0f;//偏航角角加速度

（2）与角度计算有关的参数初始化

void angle_para_init()

（3）姿态角更新

void angle_update()

（4）

void Start () {angle_para_init();}// Update is called once per framevoid Update () {}void FixedUpdate(){angle_update();}

基于unity无人机3D仿真《二》将关注于相机和激光传感器的仿真。