空中機器人（簡體書）

根據新工科建設要求，高等教育應瞄準未來產業急需技術，培養相關工程人才。智能化無人機(即空中機器人)技術是目前發展*快的電子應用技術之一。空中機器人已在物流、航拍以及執法等領域嶄露頭角，未來無疑將會擁有更廣闊的應用前景，但相關專業人才目前卻很匱乏，大部分高等院校學生對空中機器人知之甚少。本書為配合新工科建設，以培養空中機器人人才、為我國輸送更多無人機應用人才為目標而編寫。本書共11章，主要內容包括：空中機器人基礎知識與基本架構、空中機器人動態模型、空中機器人測量與傳感、空中機器人控制基礎、空中機器人導航基礎、仿生撲翼空中機器人、空中機器人集群系統、空中機器人健康管理系統、空中機器人應用與展望。本書內容兼具基礎性與前沿性。
本書可供高等院校機器人、人工智能、電子信息、機電類等相關專業學生作為空中機器人入門教材使用，也可作為相關專業技術人員以及空中機器人愛好者的自修教材。

本書為配合新工科建設，以培養空中機器人優秀人才、為我國輸送更多無人機應用人才為目標而編寫。

序
前言
第1章緒論
1.1基本概念與分類
1.2空中機器人的發展簡史
1.3空中機器人的關鍵技術
1.4本章小結
參考文獻
第2章空中機器人基礎知識
2.1空中機器人相關名詞解釋
2.1.1空中機器人的速度表示
2.1.2氣動佈局
2.1.3運動學與動力學
2.1.4主動控制技術
2.2可控性與穩定性分析方法
2.2.1可控性分析
2.2.2穩定性分析
2.3PID控制器
2.3.1PID控制器簡介
2.3.2控制系統性能指標
2.3.3PID控制器參數整定
2.4貝葉斯準則
2.5卡爾曼濾波器
2.5.1卡爾曼濾波器原理簡介
2.5.2實例簡析
2.5.3擴展卡爾曼濾波
2.6圖論基礎知識
2.6.1圖的定義和基本概念
2.6.2生成樹
2.6.3圖的遍歷
2.7本章小結
參考文獻
第3章空中機器人基本架構
3.1旋翼空中機器人的基本組成
3.1.1旋翼空中機器人的結構
3.1.2旋翼空中機器人的部件
3.1.3空中機器人入門1――四旋翼
空中機器人的搭建與操控
3.2固定翼空中機器人的基本組成
3.2.1固定翼空中機器人的基本結構
3.2.2固定翼空中機器人的部件
3.2.3空中機器人入門2――固定翼
空中機器人的搭建與操控
3.3撲翼空中機器人的基本組成
3.3.1撲翼空中機器人的部件類型
3.3.2典型撲翼空中機器人的結構
分析
3.4本章小結
參考文獻
第4章空中機器人動態模型
4.1坐標系
4.1.1右手定則
4.1.2常用坐標系
4.1.3坐標轉換
4.2姿態表示
4.2.1歐拉角(姿態角)
4.2.2歐拉角與旋轉矩陣
4.2.3四元數
4.3多旋翼空中機器人的動態模型
4.3.1螺旋槳拉力模型
4.3.2多旋翼的拉力與力矩模型
4.3.3多旋翼空中機器人的運動模型
4.4固定翼空中機器人的動態模型
4.4.1固定翼空中機器人上的力與
力矩
4.4.2固定翼空中機器人的運動模型
4.5本章小結
參考文獻
第5章空中機器人測量與傳感
5.1慣性傳感器
5.1.1陀螺儀
5.1.2加速度計
5.1.3慣性測量組合
5.2航向傳感器
5.2.1航向陀螺儀
5.2.2無線電航向儀
5.2.3磁航向傳感器
5.3測距傳感器
5.3.1飛行高度的定義和測量
5.3.2超聲波測距儀
5.3.3氣壓計
5.3.4激光傳感器
5.4定位導航系統
5.4.1GPS(美國)
5.4.2北斗系統(中國北斗衛星
導航系統)
5.4.3GLONASS(俄羅斯)
5.4.4GALILEO(歐盟)
5.4.5UWB室內無線定位技術
5.5視覺傳感器
5.6多傳感器的組合
5.7本章小結
參考文獻
第6章空中機器人控制基礎
6.1飛行控制系統簡介
6.2多旋翼控制系統
6.2.1姿態控制
6.2.2位置控制
6.2.3仿真實例
6.3固定翼控制系統
6.3.1姿態控制
6.3.2航跡控制
6.3.3仿真實例
6.4本章小結
參考文獻
第7章空中機器人導航基礎
7.1導航基本概念
7.1.1導航基本架構
7.1.2常用導航方式
7.2狀態估計
7.2.1光流算法
7.2.23D-2D透視變換
7.2.3EKF傳感器融合
7.3地圖構建
7.3.1概率柵格地圖
7.3.2K-D樹
7.3.3歐式符號距離場地圖
7.4運動規劃
7.4.1構型空間
7.4.2搜索算法
7.4.3採樣算法
7.4.4軌跡生成
7.5本章小結
參考文獻
第8章仿生撲翼空中機器人
8.1仿生撲翼空中機器人的研究現狀
8.1.1概述
8.1.2國內外發展歷史
8.1.3應用前景
8.2仿生撲翼空中機器人的運動機理與
關鍵技術
8.2.1基本結構與運動方式
8.2.2關鍵技術
8.3仿生撲翼空中機器人的軟硬件設計
8.3.1基本架構
8.3.2硬件系統設計與構建
8.3.3軟件系統設計與集成
8.4仿鳥撲翼空中機器人建模分析
8.4.1仿鳥撲翼空中機器人柔性撲翼
運動和動力分析
8.4.2仿鳥撲翼空中機器人全動平尾
建模分析
8.4.3仿鳥撲翼空中機器人機體建模
分析
8.5基於仿生學習的撲翼空中機器人的
控制方法探索
8.5.1中樞模式發生器
8.5.2從人工機械角度模擬動物運動
8.5.3基於CPG的動作學習與控制
8.5.4仿生學習與控制的方法在撲翼
空中機器人上的應用仿真案例
8.6本章小結
參考文獻
第9章空中機器人集群系統
9.1無人機集群系統的發展
9.1.1無人機集群系統的軍事發展
9.1.2無人機集群系統的民用發展
9.2集群系統基本概念
9.2.1典型生物集群行為
9.2.2生物集群系統的基本概念與
內涵
9.2.3空中機器人集群系統
9.3空中機器人集群控制基礎
9.3.1空中機器人集群控制目標
9.3.2空中機器人集群控制方法
9.3.3空中機器人集群控制重要技術
9.4空中機器人編隊控制基礎
9.4.1空中機器人編隊控制概念
9.4.2空中機器人編隊條件假設
9.4.3空中機器人編隊運動模型
9.4.4基於人工勢場法的空中機器人
編隊控制策略
9.4.5仿真實驗
9.5異構多智能體系統的編隊控制問題
9.5.1異構空中機器人和地面移動
機器人系統
9.5.2應用與發展
9.5.3異構多機器人系統的編隊控制
9.5.4仿真實驗
9.6本章小結
參考文獻
第10章空中機器人健康管理系統
10.1健康管理的定義和意義
10.1.1健康管理系統的定義
10.1.2綜合飛行器健康管理系統
10.2影響空中機器人健康飛行的因素
10.2.1傳感器故障
10.2.2執行機構故障
10.2.3故障模型
10.3故障診斷
10.3.1基於解析模型的故障診斷
方法
10.3.2基於專家知識的故障診斷
方法
10.3.3基於信號的故障診斷方法
10.4容錯控制
10.4.1被動容錯控制
10.4.2主動容錯控制
10.4.3容