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旋翼无人机的建模、规划与控制

作者：.谭建豪，王耀南编著

前言
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第1章　位置、姿态描述与坐标系变换
1.1　概述
1.1.1　右手定则
1.1.2　地球表面惯性坐标系与机体坐标系
1.1.3　欧拉角
1.2　位置、姿态
1.2.1　位置描述（移动）
1.2.2　姿态描述（旋转）
1.2.3　坐标系绕坐标轴转动
1.3　坐标系变换
1.3.1　旋转矩阵的用法
1.3.2　连续转动
1.3.3　齐次变换矩阵
1.3.4　刚体状态的表达
1.4　姿态的其他描述方法
1.4.1　X-Y-Z 固定角坐标系
1.4.2　等效轴角坐标系表示法
1.4.3　欧拉参数法
第2章　旋翼无人机的建模分析
2.1　旋翼无人机系统的坐标系介绍
2.2　旋翼无人机的运动分析
2.2.1　平移运动分析
2.2.2　旋转运动分析
2.3　旋翼的陀螺效应
2.4　旋翼的空气动力学效应
2.5　空气阻力
2.6　旋翼无人机模型的建立
2.6.1　受力在机体系和导航系之间的转换
2.6.2　欧拉角速度与机体角速度的转换
2.6.3　旋翼无人机的动力学模型
第3章　旋翼无人机的运动信息估计
3.1　旋翼无人机系统中传感器简介
3.1.1　九轴惯性测量单元
3.1.2　GPS
3.1.3　光流
3.1.4　气压计
3.2　系统可观性分析
3.3　姿态估计
3.3.1　互补滤波
3.3.2　梯度下降法
3.3.3　卡尔曼滤波
3.4　位置估计
3.4.1　加速度计积分
3.4.2　组合导航（GPS与IMU）
3.4.3　光流（室内）定位
第4章　旋翼无人机视觉定位方法及系统
4.1　视觉定位方法简介
4.2　相机标定
4.3　Kinect外部视觉定位
4.4　单目视觉系统
4.5　双目视觉系统
4.5.1　双目标定
4.5.2　双目定位
第5章　旋翼无人机的路径规划
5.1　旋翼无人机航迹规划的基本原理
5.1.1　旋翼无人机航迹规划的定义
5.1.2　旋翼无人机航迹规划系统
5.1.3　旋翼无人机航迹规划的应用原理
5.2　旋翼无人机航迹规划方法综述
5.2.1　环境建模方法
5.2.2　航迹规划搜索算法
5.3　SLAM 算法
5.3.1　SLAM 的一般过程
5.3.2　SLAM 问题的一般模型
5.3.3　基于EKF的SLAM 研究
5.4　A* 算法
5.4.1　A* 算法搜索步骤
5.4.2　稀疏A* 算法
5.5　人工势场法
5.5.1　基本人工势场法的路径规划
5.5.2　三维环境下使路径平滑的人工势场法
5.5.3　基于人工势场法的路径规划仿真
5.6　生物启发神经动力学模型算法
5.7　航迹规划的融合算法
5.7.1　稀疏A* 与神经动力学融合算法
5.7.2　A* 与人工势场融合算法
第6章　旋翼无人机控制器的设计
6.1　旋翼无人机控制框架
6.1.1　位置控制
6.1.2　姿态控制
6.1.3　控制分配
6.1.4　电机控制
6.2　常用的控制算法及控制器的实现
6.2.1　PID控制
6.2.2　反步法控制
6.2.3　滑模变结构控制
6.2.4　神经网络控制
第7章　机载操作臂
7.1　机载操作臂简介
7.1.1　背景
7.1.2　机载操作臂的机构与控制
7.2　机载操作臂运动学
7.2.1　连杆坐标系的描述和规定
7.2.2　关节空间和笛卡尔空间
7.2.3　机载操作臂运动学
7.2.4　机载操作臂逆运动学
7.3　速度和静力
7.3.1　刚体的线速度和角速度
7.3.2　连杆间的速度传递
7.3.3　雅可比矩阵
7.3.4　作用在操作臂上的静力
7.3.5　速度和静力的笛卡尔变换
7.4　机载操作臂动力学
7.4.1　加速度
7.4.2　牛顿-欧拉迭代动力学方程
7.4.3　迭代形式与封闭形式的动力学方程
7.4.4　机载操作臂动力学的拉格朗日公式
7.5　机载操作臂的末端轨迹生成
7.5.1　关节空间规划方法
7.5.2　笛卡尔空间规划方法
7.5.3　路径的实时生成
7.5.4　无碰撞路径规划
7.6　机载操作臂的控制
7.6.1　单关节的建模和控制
7.6.2　多输入多输出控制系统
7.6.3　李雅普诺夫稳定性分析
7.6.4　基于笛卡尔空间的控制系统
第8章　带臂旋翼无人机
8.1　带臂旋翼无人机简介
8.1.1　概述
8.1.2　带臂旋翼无人机的结构
8.1.3　带臂旋翼无人机的特点
8.2　带臂旋翼无人机的联合建模
8.2.1　带臂旋翼无人机的运动学模型
8.2.2　带臂旋翼无人机的动力学模型
8.2.3　带臂旋翼无人机的协调控制
8.3　带臂旋翼无人机的视觉伺服控制
8.3.1　视觉伺服控制
8.3.2　基于位置的视觉伺服控制
8.3.3　基于图像的视觉伺服控制
8.3.4　基于视觉伺服控制的带臂旋翼无人机
8.4　带臂旋翼无人机的应用
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2025年09月20日

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