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| 內容簡介： |
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根据新工科建设要求，高等教育应瞄准未来产业急需技术，培养相关工程人才。智能化无人机（即空中机器人）技术是目前发展*快的电子应用技术之一。空中机器人已在物流、航拍以及执法等领域崭露头角，未来无疑将会拥有更广阔的应用前景，但相关专业人才目前却很匮乏，大部分高等院校学生对空中机器人知之甚少。本书为配合新工科建设，以培养空中机器人人才、为我国输送更多无人机应用人才为目标而编写。本书共11章，主要内容包括：空中机器人基础知识与基本架构、空中机器人动态模型、空中机器人测量与传感、空中机器人控制基础、空中机器人导航基础、仿生扑翼空中机器人、空中机器人集群系统、空中机器人健康管理系统、空中机器人应用与展望。本书内容兼具基础性与前沿性。 本书可供高等院校机器人、人工智能、电子信息、机电类等相关专业学生作为空中机器人入门教材使用，也可作为相关专业技术人员以及空中机器人爱好者的自修教材。
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序前言第1章绪论1.1基本概念与分类1.2空中机器人的发展简史1.3空中机器人的关键技术1.4本章小结参考文献第2章空中机器人基础知识2.1空中机器人相关名词解释2.1.1空中机器人的速度表示2.1.2气动布局2.1.3运动学与动力学2.1.4主动控制技术2.2可控性与稳定性分析方法2.2.1可控性分析2.2.2稳定性分析2.3PID控制器2.3.1PID控制器简介2.3.2控制系统性能指标2.3.3PID控制器参数整定2.4贝叶斯准则2.5卡尔曼滤波器2.5.1卡尔曼滤波器原理简介2.5.2实例简析2.5.3扩展卡尔曼滤波2.6图论基础知识2.6.1图的定义和基本概念2.6.2生成树2.6.3图的遍历2.7本章小结参考文献第3章空中机器人基本架构3.1旋翼空中机器人的基本组成3.1.1旋翼空中机器人的结构3.1.2旋翼空中机器人的部件3.1.3空中机器人入门1——四旋翼空中机器人的搭建与操控3.2固定翼空中机器人的基本组成3.2.1固定翼空中机器人的基本结构3.2.2固定翼空中机器人的部件3.2.3空中机器人入门2——固定翼空中机器人的搭建与操控3.3扑翼空中机器人的基本组成3.3.1扑翼空中机器人的部件类型3.3.2典型扑翼空中机器人的结构分析3.4本章小结参考文献第4章空中机器人动态模型4.1坐标系4.1.1右手定则4.1.2常用坐标系4.1.3坐标转换4.2姿态表示4.2.1欧拉角（姿态角）4.2.2欧拉角与旋转矩阵4.2.3四元数4.3多旋翼空中机器人的动态模型4.3.1螺旋桨拉力模型4.3.2多旋翼的拉力与力矩模型4.3.3多旋翼空中机器人的运动模型4.4固定翼空中机器人的动态模型4.4.1固定翼空中机器人上的力与力矩4.4.2固定翼空中机器人的运动模型4.5本章小结参考文献第5章空中机器人测量与传感5.1惯性传感器5.1.1陀螺仪5.1.2加速度计5.1.3惯性测量组合5.2航向传感器5.2.1航向陀螺仪5.2.2无线电航向仪5.2.3磁航向传感器5.3测距传感器5.3.1飞行高度的定义和测量5.3.2超声波测距仪5.3.3气压计5.3.4激光传感器5.4定位导航系统5.4.1GPS（美国）5.4.2北斗系统（中国北斗卫星导航系统）5.4.3GLONASS（俄罗斯）5.4.4GALILEO（欧盟）5.4.5UWB室内无线定位技术5.5视觉传感器5.6多传感器的组合5.7本章小结参考文献第6章空中机器人控制基础6.1飞行控制系统简介6.2多旋翼控制系统6.2.1姿态控制6.2.2位置控制 6.2.3仿真实例6.3固定翼控制系统6.3.1姿态控制6.3.2航迹控制6.3.3仿真实例6.4本章小结参考文献第7章空中机器人导航基础7.1导航基本概念7.1.1导航基本架构7.1.2常用导航方式7.2状态估计7.2.1光流算法7.2.23D-2D透视变换7.2.3EKF传感器融合7.3地图构建7.3.1概率栅格地图7.3.2K-D树7.3.3欧式符号距离场地图7.4运动规划7.4.1构型空间7.4.2搜索算法7.4.3采样算法7.4.4轨迹生成7.5本章小结参考文献第8章仿生扑翼空中机器人8.1仿生扑翼空中机器人的研究现状8.1.1概述8.1.2国内外发展历史8.1.3应用前景8.2仿生扑翼空中机器人的运动机理与关键技术8.2.1基本结构与运动方式8.2.2关键技术8.3仿生扑翼空中机器人的软硬件设计8.3.1基本架构8.3.2硬件系统设计与构建8.3.3软件系统设计与集成8.4仿鸟扑翼空中机器人建模分析8.4.1仿鸟扑翼空中机器人柔性扑翼运动和动力分析8.4.2仿鸟扑翼空中机器人全动平尾建模分析8.4.3仿鸟扑翼空中机器人机体建模分析8.5基于仿生学习的扑翼空中机器人的控制方法探索8.5.1中枢模式发生器8.5.2从人工机械角度模拟动物运动8.5.3基于CPG的动作学习与控制8.5.4仿生学习与控制的方法在扑翼空中机器人上的应用仿真案例8.6本章小结参考文献第9章空中机器人集群系统9.1无人机集群系统的发展9.1.1无人机集群系统的军事发展9.1.2无人机集群系统的民用发展9.2集群系统基本概念9.2.1典型生物集群行为9.2.2生物集群系统的基本概念与内涵9.2.3空中机器人集群系统9.3空中机器人集群控制基础9.3.1空中机器人集群控制目标9.3.2空中机器人集群控制方法9.3.3空中机器人集群控制重要技术9.4空中机器人编队控制基础9.4.1空中机器人编队控制概念9.4.2空中机器人编队条件假设9.4.3空中机器人编队运动模型9.4.4基于人工势场法的空中机器人编队控制策略9.4.5仿真实验9.5异构多智能体系统的编队控制问题9.5.1异构空中机器人和地面移动机器人系统9.5.2应用与发展9.5.3异构多机器人系统的编队控制9.5.4仿真实验9.6本章小结 参考文献第10章空中机器人健康管理系统10.1健康管理的定义和意义10.1.1健康管理系统的定义10.1.2综合飞行器健康管理系统10.2影响空中机器人健康飞行的因素10.2.1传感器故障10.2.2执行机构故障10.2.3故障模型10.3故障诊断10.3.1基于解析模型的故障诊断方法10.3.2基于专家知识的故障诊断方法10.3.3基于信号的故障诊断方法10.4容错控制10.4.1被动容错控制10.4.2主动容错控制10.4.3容
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区别于传统的大型军事无人机，空中机器人泛指一类具有高度智能化的无人自主飞行器。它是人工智能与现代飞行器结合的产物，也是机器人科学与技术发展为活跃的领域之一。 空中机器人是集合了空气动力学、机械学、控制科学、计算机科学等多门学科的一类先进机器人，更是新一代人工智能技术的集中体现。与传统的无线电遥控或者预编程控制无人机相比，自主性和智能性是空中机器人显著的特点。空中机器人拥有先进的感知能力，可以自主智能决策，适合完成长时间、复杂环境下的飞行任务，在国防以及民用领域都具有广阔的应用前景。虽然空中机器人发展速度较快，但是缺乏相关高端人才成为目前其发展的主要困难之一，同时也缺乏相应的教材与课程作为空中机器人领域的入门指导。这促使我们编写本书，本书主要面向普通高等院校工科专业的学生教授空中机器人的基本概念、基本理论和主要研究方法，展示了空中机器人的应用和研究成果，并展望了空中机器人的发展趋势。 本书共11章：第1章介绍了空中机器人的基本概念，简述了它的发展简史；第2章集中介绍了空中机器人相关的专业名词和后续章节所需的基础知识；第3章分别对旋翼空中机器人、固定翼空中机器人及扑翼空中机器人的结构、分类及具体部件进行了介绍；第4章介绍了空中机器人动态模型，为帮助读者理解飞行器的运动规律及控制方法奠定基础；第5章主要讨论了空中机器人常用的各类传感器及其工作原理和应用；第6章介绍了空中机器人控制基础，并分别对旋翼式空中机器人和固定翼式空中机器人的控制方法进行了探讨；第7章叙述了空中机器人自主导航基础知识，并重点介绍了当前主流定位、感知、规划算法；第8章首先介绍了仿生扑翼空中机器人的研究现状，然后介绍了常见仿生扑翼空中机器人的软硬件设计架构，接着探讨了扑翼空中机器人的建模方法和控制系统设计的基础知识；第9章讲述了空中机器人集群系统的基本概念以及编队控制的基本方法，并给出了具体仿真案例；第10章讲解了空中机器人健康管理系统的基本概念，并对空中机器人先进的故障诊断和容错控制方法进行了案例分析；第11章对全书进行了总结并对空中机器人未来发展和应用做了展望。 本书由浙江大学任沁源教授、高飞教授和朱文欣博士编著。王子璇、池豪镇、丁文镝、李陈、赵佐权、欧阳文娟、孟书宇、庞江南、陈筱荞、丁青等参加了全书的资料整理工作。在此，对为本书付出辛勤劳动的各位参与者致以衷心的感谢，同时向本书参考文献的各位作者表示诚挚的感谢。 由于空中机器人涉及多门学科前沿，其理论、技术与应用还在不断发展中，加之编著者水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请广大专家和读者予以指正。 编著者
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