第1章 概述 001 1.1 無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域 002 1.2 四旋翼無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì)及其智能自主性 002 第2章 四旋翼無(wú)人機(jī)建模 004 2.1 四旋翼無(wú)人機(jī)占用空間建模 005 2.1.1 球體模型 005 2.1.2 橢球體模型 006 2.1.3 長(zhǎng)方體模型 007 2.1.4 體素模型 008 2.1.5 凸多面體模型 008 2.2 微分平坦下的四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模 009 2.2.1 四旋翼無(wú)人機(jī)的非線性動(dòng)力學(xué)模型 009 2.2.2 四旋翼無(wú)人機(jī)的微分平坦變化 011 2.3 考慮旋翼阻力的四旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力學(xué)建模 014 2.3.1 旋翼阻力作用下的四旋翼無(wú)人機(jī)非線性模型 014 2.3.2 旋翼阻力作用下的四旋翼無(wú)人機(jī)微分平坦線性變換 015 參考文獻(xiàn) 016 第3章 四旋翼無(wú)人機(jī)定位 018 3.1 基于GPS 的四旋翼無(wú)人機(jī)定位 019 3.1.1 GPS 基本組成部分與定位原理 019 3.1.2 四旋翼無(wú)人機(jī)的GPS 定位系統(tǒng) 019 3.2 基于視覺(jué)的四旋翼無(wú)人機(jī)定位 020 3.2.1 前端視覺(jué)里程計(jì) 020 3.2.2 后端優(yōu)化 035 3.3 基于激光雷達(dá)的四旋翼無(wú)人機(jī)定位 036 3.3.1 LOAM（lidar odometry and mapping）定位算法 037 3.3.2 FAST-LIO 算法 039 參考文獻(xiàn) 041 第4章 四旋翼無(wú)人機(jī)導(dǎo)航常用地圖 044 4.1 尺度地圖 045 4.1.1 點(diǎn)云地圖 045 4.1.2 柵格地圖 046 4.1.3 特征地圖 050 4.2 拓?fù)涞貓D 053 4.3 語(yǔ)義地圖 054 參考文獻(xiàn) 055 第5章 四旋翼無(wú)人機(jī)前端路徑規(guī)劃算法 056 5.1 基于圖搜索的前端路徑規(guī)劃方法 057 5.1.1 圖搜索基礎(chǔ)知識(shí) 057 5.1.2 經(jīng)典圖搜索類(lèi)算法 057 5.1.3 圖搜索類(lèi)算法改進(jìn) 060 5.2 基于采樣的前端路徑搜索方法 062 5.2.1 采樣搜索基礎(chǔ)知識(shí) 062 5.2.2 經(jīng)典采樣搜索類(lèi)算法 062 5.2.3 采樣搜索類(lèi)算法改進(jìn) 065 5.3 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的前端路徑規(guī)劃方法 068 5.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基礎(chǔ)知識(shí) 068 5.3.2 經(jīng)典基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型路徑算法 068 5.3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型搜索類(lèi)算法改進(jìn) 072 參考文獻(xiàn) 074 第6章 四旋翼無(wú)人機(jī)后端優(yōu)化問(wèn)題與常用軌跡類(lèi) 077 6.1 優(yōu)化問(wèn)題構(gòu)建 078 6.2 后端軌跡優(yōu)化常用軌跡類(lèi) 079 6.2.1 多項(xiàng)式曲線 079 6.2.2 貝塞爾曲線 081 6.2.3 B 樣條曲線 082 6.2.4 MINVO 曲線 084 6.2.5 MINCO 曲線 086 6.3 軌跡類(lèi)對(duì)比 087 參考文獻(xiàn) 088 第7章 四旋翼無(wú)人機(jī)后端軌跡優(yōu)化約束構(gòu)建 090 7.1 基于可行空間構(gòu)建的避障約束構(gòu)建 091 7.1.1 安全飛行走廊 091 7.1.2 維諾圖 098 7.2 基于障礙物建模的避障約束構(gòu)建 104 7.2.1 基于球形或橢球的障礙物建模 104 7.2.2 基于構(gòu)造實(shí)體幾何的障礙物建模 104 7.2.3 基于符號(hào)距離的障礙物建模 105 7.3 驅(qū)動(dòng)器限位約束構(gòu)建 106 參考文獻(xiàn) 106 第8章 閉式軌跡跟蹤控制策略 108 8.1 經(jīng)典PID 軌跡跟蹤控制 109 8.1.1 控制效果可視化 110 8.1.2 Gazebo 半實(shí)物仿真驗(yàn)證 116 8.2 SE（3）軌跡跟蹤控制 117 8.2.1 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì) 118 8.2.2 位置控制器設(shè)計(jì) 119 參考文獻(xiàn) 126 第9章 優(yōu)化求解的軌跡跟蹤控制策略 128 9.1 基于LQR 的軌跡跟蹤控制 129 9.1.1 LQR 控制基礎(chǔ)知識(shí) 129 9.1.2 LQR 軌跡跟蹤策略 130 9.1.3 LQR＋PI 跟蹤控制 131 9.1.4 基于卡爾曼濾波的LQR 軌跡跟蹤 131 9.2 基于MPC 的軌跡跟蹤控制 132 9.2.1 MPC 控制基礎(chǔ)知識(shí) 133 9.2.2 MPC 軌跡跟蹤策略 134 9.2.3 RMPC 軌跡跟蹤策略 135 9.2.4 EMPC 軌跡跟蹤策略 137 9.3 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的軌跡跟蹤控制 138 9.3.1 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的MPC 軌跡跟蹤策略 138 9.3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軌跡跟蹤策略 140 9.3.3 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的軌跡跟蹤策略 141 參考文獻(xiàn) 143