职校无人机应用技术实训室建设方案

      

无人机专业培养的是行业应用型人才,注重飞行技术和装调检修能力建设。目前,多数中高职、技工学校,重点教授学生无人机飞行技术,缺乏对无人机装调检修内容教学,导致学生就业难。所以本实训室建设方案及相关教学设备的配备把飞行技术和装调检修能力建设作为主要配置依据,以提高学生的专业技能和对巿场的适应能力。设置实训室配套仿真教学、组装调试、飞行训练、行业应用等先进的教学设施设备,不仅支持理论、模拟、仿真及实操等教学,还可满足组装、调试、维修、检测、行业应用、创新设计等实训教学,同时具备对外展示功能,基本满足专业教学的各个环节。

企业介绍

中航恒拓智能科技河北有限公司,创立于2017年,专门致力于教育、科研无人机领域,主要提供面向教育教学及科研、竞赛的人工智能+无人机解决方案及相关配套产品。主要产品及服务包括面向教育的无人机实训平台、无人机创客实验室解决方案、无人机实训实验室解决方案、职业院校无人机应用技术专业建设方案、无人机产教融合实训基地建设等,为各类教育机构提供无人机教育、实训实践、竞赛及学科建设多一站式服务。

公司具有强大的技术团队,于 2016 年在北京成立研发中心,与多家知名高校和研究机构合作,目前拥有专利及软件著作权数十项,2019 年被认定为为高新技术企业,现已与多所院校合作设立无人机专业、成立无人机工程实验室,提供了大量教学和比赛用无人机。

公司与国内多所知名院校就实验室共建、产品研发与测试、学生实训等诸多方面展开深如合作。先后与北京交通大学、北京理工大学、北京航空航天大学、清华大学、中科院自动化所等单位在技术研究和产品研发等方面进行深入合作。同时与北京威斯博、慧伊创新科技、河北蚁人电子等多家企业合作进行联合研发和设计,发挥各方优势,快速提升产品水平和企业综合竞争力。

一、无人机发展现状

伴随科技的发展,面对人类无法胜任的高难度、高风险与高含量的任务。无人机应运而生。它替代有人驾驶的飞机去执行这些任务。无人机是一种有无线电来操控的设备,遂有人称其为遥控驾驶航空器。它能够趋于完美的利用人工智能、信号处理和自动驾驶等精尖技术,并由于它具有体积小、无人驾驶和航程远等优势被广泛应用,在自然环境考察、科普研究、农业领域、维护国家主权与公共卫生安全等等许多方面都有所应用。目前这种趋于多元化的应用使得各国都加快探索、开发的步伐。

无人机行业市场规模   

我国从事无人机行业的单位有300多家,其中规模比较大企业有160家左右,形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系。目前在研和在用的无人机型多达上百种,小型无人机技术逐步成熟,战略无人机已试飞,攻击无人机也已多次成功试射空地导弹。中国2014年无人机销量约2万架,预计到2020年中国无人机年销量将达到29万架。未来几年将保持50%以上的增长,2017年中国民用无人机销售规模已经达到140亿元。从发展前景来看,无人机已经应用在航拍、快递、灾后搜救、数据采集等领域,表明无人机的发展潜力巨大。

无人机行业市场需求

无人机行业的市场需求十分巨大。根据市场预测,全球军用和民用无人机销售额将由2015年的64亿美元增至2024年的115亿美元,十年(2015-2024年)市场总额将超过910亿美元。

根据产业信息网发布的《2015-2022年中国无人机行业研究及未来前景预测报告》,我国无人机当前产值在36-40亿人民币之间,在民用无人机市场表现抢眼。预计到2025年,我国民用无人机市场可迅速上升至750亿元人民币。已经拥有世界无人机制造业领导者地位的中国,正在逐步崛起成为世界级创新者,而不仅仅是外国设计的复制者。中国高铁已成为中国走出去的一张名片,未来无人机将会是另一张名片,国内的无人机技术已经走在世界的前列。

无人机行业人才需求

当前,无人机的发展和应用受到了世界各国的普遍重视,正在大规模进入军用和民用领域,行业应用级无人机越来越被广泛认可,并发挥了不可替代的作用,无人机在不久的将来会逐渐飞入寻常百姓家。无人机市场的快速膨胀催生了对高素质无人机专业技术人才培养的迫切需求。

"1+X"无人机驾驶职业技能等级证书

"1+X"无人机驾驶职业技能等级证书主要面向影视传媒单位、农业相关单位、交通部门、物流部门、建筑部门、应急救援部门、电力、油气等能源部门、国土部门、保险部门、环保部门、林业部门、水利部门、海事部门、无人机研发与制造单位、公安和安防部门等,从事无人机航拍、农业喷洒、病虫害监控与防治、土壤与作物检测监控、物流运输、交通线路巡检、建筑或固定设施(如桥梁、电塔等)巡检、特殊环境(如地质灾害现场、火情现场等)应急监测、电力巡检、管道与基站巡检、国土资源勘察与测绘、保险勘察、环保检测、森林巡检、水域监测、海事巡检、安防巡检等多种运行场景下的无人机系统操控的基础工作,也可从事无人机型号测试、系统软硬件选配调试与维修,以及保障运行所需的装配调整、维护及飞行前检查工作。

二、中航恒拓无人机应用技术实训室建设方案介绍

 


无人机应用技术实训室项目概况

建设具有自身特色的无人机创新实训室,以此为依托促进学校的人工智能基础教育发展和锻炼学生的思维能力,以及对人工智能有一定的初始和学习。教师可以依托实训室的硬件以及技术环境进行课程设计和科学理论的普及,进一步促进学校科技智能教育的发展和相关学科课程的升华,促进学校教学能力的提升,为学校的教学发展增添一抹科技亮色。


无人机应用技术实训室建设目标  

本实训室方案根据职业院校的特点,结合本公司产品情况进行设计,实训室设施不仅可以满足学生从简单的无人机原理、拆装练习、飞行模拟训练,还可以满足电路设计、单片机编程、无人机技术实训实践,亦可满足课题研究等相关课程教学与开发的需求,做到资源充分利用。

学生通过无人机创新实训室和实验教师的指导,从无人机入门到最后的飞行能手、维护组装能手、编程能手,实现学生动手实践能力、开发能力和就业能力的提升。当前无人机相关人才缺口很大,实训室系统的培养定向人才,为市场输出高水平的人才。

近年来机器人竞赛数量、种类越来越多,其中无人机相关竞赛也越来越受广大各大院校的欢迎,实训室的建设可以完善无人机竞赛人员培训和选拔体系。 无人机竞赛是一项科技含量高,对理论知识和实践操作要求均较高的科技项目。在设计和制造过程中,需要将多学科的理论知识与工程实践紧密地结合起来,在锻炼学生工程实践能力的同时可以进一步巩固专业知识的掌握,能够培养学生刻苦钻研、持之以恒的科学精神、磨练学生的意志品质、增强团队协作精神、提高学生的综合能力;通过参加无人机竞赛可以完成手动操控飞行、抓取目标物、穿越障碍区、自动任务飞行等相当复杂的任务。对学生的实践创新能力是一种锻炼,也是一次检验的机会。

 

无人机应用技术实训室建设预期成果

1)建设具有全国特色的无人机标准创新实训室;

2)建立全国先进的无人机应用型人才培养体系;

3)推动无人机专业和无人机产教融合基地建设;

4)参加各类竞赛并争取优异成绩。

 

无人机应用技术实训室建设内容

第一阶段:

1)安全指引:引导学生,掌握基本飞行常识,如何操作安全飞行,明确禁飞与飞行器登记等政策,在飞行空间困难区域里如何操作等指引;

2)课程讲解:以课程学习为主,首先了解飞行原理,飞行控制器基本原理,各个飞行部件如何连接,机械结构的作用,以及操控原理讲解;

3)模块组装:了解各类模块形态,使用专用工具将各个机械部件组装,学习电子元器件的组合,掌握各部件的用途与安装方式;

4)调试检修:调试无人机参数,在动态和静态两种状态下进行调参,校准所有传感器,通用问题的解决,检修维护电气元件,更换机械部件;

5)飞行操作:独立完成飞行模拟,熟练掌握遥控器手感,模拟飞行记录达到规定时间可进行实际飞行训练,实际飞行训练将从小型开始逐渐升级到大型,从室内到室外。

第二阶段:

学生需要具备参加地区或全国性质的相关竞赛能力,随着创客概念的深入人心及国家政策的大力引导,地区、全国性质的青少年创客类竞赛蓬勃发展,此实训室的另一功能则作为相关竞赛的实训基地,供参赛队训练使用。实验室授课老师在第二阶段应结合如中国工程机器人大赛职业院校组等比赛规则进行进行模拟竞赛训练,有具体参加的比赛,则进行针对性训练。此类竞赛一般分为操作环节和发散创意环节,操作环节主要考验参赛者的手动操控能力,勤加练习即可;发散创意环节主要体现在参赛作品的算法程序,应由设备厂家配合完成。

第三阶段:

学生需要具备一定开发能力,老师和学生经历过以上两个阶段后,对现有的设备和相关比赛规则都有了深刻的认识,便会衍生出多种以实际应用为背景的创意,指导老师可根据实际情况,组建以学生为主体,老师把控大方向的课题研究小组。 实验室在完成上述目标后,即达到稳定运行状态(学生更迭稳定化,参赛训练常态化,课题研究规范化)。

 

无人机应用技术实训室课程规划与教学目标

课程规划:

无人机技术课程、无人机组装与焊接课程、无人机编程技术课程、无人机飞行课程、无人机航拍课程等;

教学目标:

培养掌握无人机基本知识、基本原理、低空无人机飞行技术、和编程技术;熟练掌握无人机的安装、调试、操控、维护维修技能;通过航拍设备、地面站系统等掌握航拍、巡查以及其他方面等应用技能。通过学习无人机的编程技术,使学生可以深入了解到无人机的自动控制技术和无人机的内部工作原理,通过对无人机的编程学习可以训练学生科学而高效的思维方式,提高逻辑思维能力、规划能力,提高学生分析问题和解决问题的能力。

 

无人机应用技术实训室区域及功能

无人机拆装调实训室

无人机飞行应用实训室

1)无人机展览区

无人机展览区包含展台和展柜,可以进行无人机展览、参观等活动。

2)无人机装配区

无人机装配区提供所有的零部件和组装工具,学生在此区域可以进行无人机的拆装练习,通过平时的拆装练习让学生熟悉无人机结构与原理,了解相关组成部件。

3)无人机模拟飞行和调试区

此区域配备多台电脑设备并安装无人机模拟飞行软件和地面站调试软件,在新手入门阶段,学生通过该系统可模拟真实无人机飞行,练习对无人机遥控控制的基本操作和飞行技巧,通过长期练习形成对无人机操控的条件反射、肌肉反应和应急反应,减少真实无人机的炸机和人身伤害。

通过地面站调试软件,将装配好的无人机进行参数设置和校准,对无人机进行初步的调试。

4)无人机检修区

此区域配备有无人机检测设备,当无人机出现故障无法正常工作时,学生借助相关测试仪器,快速判断出故障位置并进行响应修理。

5)无人机飞行区

此区域建设有室内飞行安全网等保护装置,飞行区是为了让学生在室内练习飞行器操作与控制,无人机操控相关活动都必须在专用场地中进行,确保学生的安全,学生可以通过前期在电脑上模拟飞行,而后在无人机飞行专用场地内飞行训练。

6)3D打印区

此区域配备多台3D打印机,学生可自行设计无人机易损件、无人机外壳和主要结构零部件,并通过3D打印技术打印和安装到无人机进行验证。


中航恒拓无人机师资培训介绍

培训需求分析:

国内无人机近几年来发展比较快,而除军事用途外,由于无人机成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等的优势,使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。
因此技术先进、性能各异、用途广泛的各种新型无人机种不断出现。我国的无人机发展速度极快,相关需求急剧增加,很多生产和装备使用无人机单位的操控人才十分紧缺,而国内能够系统培养无人机操控员的机构非常稀少。

培训目标

1、通过理论教学、地面站控制、遥控器使用、通讯设备的维护和使用、电池的维护与使用、机体的组装等课程培养初级的无人机飞手。
2、通过任务飞行、航空摄影、航空测量、农业植保机操作、弹射器架设与使用、后期软件教学等方面培养初级的项目实操人才。
3、通过带领学员亲自参与项目实操,强化后期处理能力,提升学员艺术修养,了解无人机项目操作全过程等方面培养专业的项目管理人才。

培训内容 
1、理论教学无人机飞行手册
无人机概述
飞行原理与性能
空域和机场
民用航空法规术语
2、地面站控制地面控制箱功能与使用
地面站软件操作
地图制作
3、遥控器遥控器功能与使用
模拟飞行
4、通讯设备数传电台使用
天线使用与维护
5、电池与充电器电池维护与使用
充电器使用
6、机体与组装飞行原理
机体组成与组装
养护与维修
7、调试以与遥控试飞飞行前调试
遥控飞行
飞行参数设定
8、实操飞行

培训对象
1、根据培训内容与计划,主要的培训对象为在校大学生或者希望投身于无人机事业的年轻人。
2、对有无人机应用需求的企业,但没有驾驶证的员工进行统一的企业培训。

培训方法
1、理论教学方面主要是通过讲授、演示、实际动手操作、项目分析等方式对学员进行系统教学。
2、实际飞行方面主要通过1个教员带3个学员的方式对学员进行训练,为了保证训练质量。每位学员飞行时间控制在5分钟。

注意事项

无人机在使用过程中一定要注意在起飞前反复检查各项准备工作是否到位,比如紧固件是否牢固,螺旋桨有无损坏,电机运转是否顺畅等一系列因素。

飞行前,检查遥控器电压,是否处于发射信号状态,地面站电压是否支持飞行,飞机是否处于接收信号状态。打开遥控器前,要注意,天线一定要处于有利飞行位置,功能开关处于关闭状态,油门位置要受到最低。然后设置遥控器通道,设置好后选择正确的模型类型,检查发射端发射制式,还有失控保护。

在确认飞行空域是否安全,起飞前确认围观群众在飞手身后,多旋翼距离飞手5米以上安全距离后,用地面站确定飞机各项系数是否正常GPS星数达到起飞要求后再解锁起飞,若起飞后飞机有明显的晃动,则在地面站上调整飞机的电机平衡性和震动系数。
放松心态,冷静,打舵量要柔和,尽量慢一点操作,循序渐进,给自己留有反应的时间。