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一本書看懂多旋翼無人機

  • 作者：李德強|責編:賈娜
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122361172
  • 出版日期：2020/08/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：477
人民幣：RMB 138 元      售價：元
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內容大鋼
    本書以四旋翼無人機為例，講解多旋翼無人機的飛行理論與控制體系，從螺旋槳、電動機、電調、動力電池、機架等角度介紹硬體結構與飛行原理。通過開源自駕儀Pixhawk和開源飛行控製程序PX4介紹了全自動多旋翼無人機控制系統的整個實現過程。內容涵蓋了從硬體組裝清單到飛控程序下載編譯的整個過程，並對如何使用地面站程序對飛控進行航前校準和參數設定做了說明。
    本書將飛行理論與設計實現相互結合，通過對PX4飛控程序的分析、講解、修改和完善，梳理了多旋翼無人機的相關知識。包括：飛控程序的架構設計、開源操作系統、驅動程序、狀態估計、控制演算法、自主導航系統等，以及如何通過對多旋翼無人機的動力系統建模實現半物理模擬和趣味航線飛行等。
    本書可為從事無人機設計製作的技術人員提供幫助，可供無人機愛好者自學，還可供大學院校相關專業師生學習參考。
作者介紹
李德強|責編:賈娜
    李德強，男，1983年出生，山東淄博人，畢業於武漢輕工大學。     瀋陽芯魂科技有限公司聯合創始人之一、技術合夥人。     2013年自主研發了LidqOS操作系統和DolphinOS操作系統，可分別應用於個人電腦和嵌入式單片機。     2016年研發了一套四旋翼無人機，自行設計所有控制系統和飛行演算法，實現了無人機的自主飛行。     2017年創辦了「問渠網」「編程外星人」公眾號及其附屬俱樂部。俱樂部現有近千位成員，均為無人機相關編程技術愛好者。
目錄
第1章  多旋翼無人機簡介
  1.1  多旋翼機發展簡史
    1.1.1  多旋翼機的起源
    1.1.2  逐漸復甦
    1.1.3  多旋翼機的春天
  1.2  無人機與航空模型
    1.2.1  機型分類
    1.2.2  航空模型飛機
    1.2.3  全自動無人機
  1.3  開源飛控簡介
    1.3.1  Arduino飛控
    1.3.2  Crazyflie迷你飛行器
    1.3.3  APM飛控
    1.3.4  Pixhawk與PX
第2章  飛行原理
  2.1  基本姿態
    2.1.1  動力來源
    2.1.2  垂向運動
    2.1.3  飛行姿態
  2.2  飛行原理
    2.2.1  滾轉角與定高飛行
    2.2.2  滾轉角與水平運動
  2.3  十字形與叉形四旋翼
    2.3.1  運動方向與姿態
    2.3.2  混合控制方法
第3章  硬體結構設計
  3.1  螺旋槳
    3.1.1  製作材料
    3.1.2  直徑、螺距與弦長
    3.1.3  多葉螺旋槳
    3.1.4  靜平衡與動平衡
  3.2  有刷電機與無刷電機
    3.2.1  電磁鐵轉動原理
    3.2.2  有刷電機
    3.2.3  無刷電機
    3.2.4  相關參數
  3.3  電調與PWM信號
    3.3.1  電調
    3.3.2  PWM信號
    3.3.3  直流有刷電調
    3.3.4  直流無刷電調
    3.3.5  電調安全保護機制
    3.3.6  最大和最小行程校準
  3.4  動力電池
    3.4.1  電池電壓
    3.4.2  電池容量與放電倍率
  3.5  遙控器
    3.5.1  遙控器與接收機
    3.5.2  美國手與日本手
  3.6  機架設計

    3.6.1  選材
    3.6.2  布局
    3.6.3  軸距
    3.6.4  涵道
    3.6.5  腳架
第4章  自駕儀與硬體組裝
  4.1  Pixhawk自駕儀
    4.1.1  概覽
    4.1.2  介面說明
  4.2  硬體清單與組裝說明
    4.2.1  硬體清單
    4.2.2  組裝說明
第5章  開源飛控程序
  5.1  飛控程序下載與編譯
    5.1.1  PX4飛控程序下載
    5.1.2  Fedroa編譯環境搭建
    5.1.3  Ubuntu編譯環境搭建
    5.1.4  PX4飛控程序編譯與燒寫
    5.1.5  QGroundControl下載與編譯
  5.2  航前準備與航前校準
    5.2.1  航前準備
    5.2.2  航前校準
  5.3  飛行模式
    5.3.1  Stabilized增穩模式
    5.3.2  Manual手動模式
    5.3.3  Altitude高度模式
    5.3.4  Position位置模式
    5.3.5  Mission任務模式
    5.3.6  Hold定點模式
    5.3.7  Takeoff/Land起飛降落模式
    5.3.8  Return返航模式
    5.3.9  Acro/Rattitude特技姿態模式
    5.3.10  Offboard離線模式
    5.3.11  Follow Me跟隨模式
第6章  飛控架構與通信協議
  6.1  架構總覽
    6.1.1  數據存儲
    6.1.2  內部通信匯流排
    6.1.3  外部通信匯流排
    6.1.4  驅動程序
    6.1.5  飛行控制器
  6.2  源代碼結構設計
    6.2.1  編譯目標目錄（build）
    6.2.2  編譯配置目錄（cmake）
    6.2.3  外部通信介面（Mavlink）
    6.2.4  內部通信介面（msg）
    6.2.5  運行平台（platforms）
    6.2.6  ROM文件系統（ROMFS）
    6.2.7  功能源代碼（src）
    6.2.8  其他工具（Tools）

  6.3  uORB
    6.3.1  基本通信原理
    6.3.2  uORB設計與實現
    6.3.3  uORB使用方法
  6.4  Mavlink
    6.4.1  整體功能設計
    6.4.2  Mavlink主程序
    6.4.3  MavlinkStream發送器
    6.4.4  MavlinkReceiver接收器
第7章  開源操作系統NuttX
  7.1  NuttX概述
    7.1.1  NuttX簡介
    7.1.2  系統特性
    7.1.3  支持的平台
  7.2  用戶介面
    7.2.1  任務控制介面
    7.2.2  任務調度介面
    7.2.3  調度控制介面
    7.2.4  消息隊列介面
    7.2.5  信號量介面
    7.2.6  環境變數
    7.2.7  文件系統介面
    7.2.8  網路介面
  7.3  NuttShell（NSH）
    7.3.1  概覽
    7.3.2  常用命令
第8章  進程、線程及工作隊列
  8.1  任務調度
    8.1.1  並行任務
    8.1.2  多級反饋隊列
    8.1.3  搶佔式優先順序調度
  8.2  多進程
    8.2.1  什麼是進程
    8.2.2  創建進程
  8.3  多線程
    8.3.1  什麼是線程
    8.3.2  創建線程
    8.3.3  線程與進程的區別
  8.4  工作隊列
    8.4.1  什麼是工作隊列
    8.4.2  加入工作隊列
  8.5  信號量與鎖
    8.5.1  互斥信號量
    8.5.2  同步信號量
    8.5.3  互斥鎖與條件變數
第9章  驅動程序
  9.1  系統級驅動程序
    9.1.1  通用介面函數
    9.1.2  註冊驅動程序
    9.1.3  編寫驅動程序

    9.1.4  LED燈驅動程序
  9.2  SPI驅動程序
    9.2.1  SPI匯流排協議
    9.2.2  SPI管腳配置
    9.2.3  SPI驅動類
    9.2.4  SPI氣壓計驅動程序
  9.3  I2C驅動程序
    9.3.1  I2C匯流排協議
    9.3.2  I2C驅動類
  9.4  應用級驅動程序
    9.4.1  準備工作
    9.4.2  實現驅動程序
第10章  遙控器協議
  10.1  PWM
    10.1.1  PWM信號使用
    10.1.2  PWM信號採集
  10.2  PPM
    10.2.1  PPM信號使用
    10.2.2  PPM信號採集
  10.3  S.BUS
    10.3.1  S.BUS介面配置
    10.3.2  S.BUS協議格式
    10.3.3  S.BUS協議解析
第11章  飛控狀態與命令執行
  11.1  主狀態與切換
    11.1.1  主狀態定義與切換條件
    11.1.2  主狀態切換命令與響應
  11.2  導航狀態與控制模式
    11.2.1  導航狀態定義與切換條件
    11.2.2  控制模式及其開關條件
  11.3  飛控鎖定與解鎖
    11.3.1  飛控鎖定保護
    11.3.2  鎖定與解鎖狀態
  11.4  其他功能
    11.4.1  起飛點設置
    11.4.2  航燈設置
    11.4.3  安全開關
第12章  狀態估計
  12.1  感測器校準
    12.1.1  加速度計
    12.1.2  陀螺儀
    12.1.3  磁羅盤
    12.1.4  水平儀
  12.2  卡爾曼濾波
    12.2.1  卡爾曼濾波原理
    12.2.2  公式推導
  12.3  姿態解算與速度位置估計
    12.3.1  坐標系變換
    12.3.2  姿態解算
    12.3.3  速度位置估計

第13章  飛行控制方法
  13.1  反饋、PID、串級控制
    13.1.1  反饋控制
    13.1.2  PID控制
    13.1.3  串級控制
  13.2  姿態控制
    13.2.1  姿態控制原理
    13.2.2  姿態控制過程
  13.3  位置控制
    13.3.1  位置控制原理
    13.3.2  位置控制過程
  13.4  混合控制器
    13.4.1  多旋翼混控原理
    13.4.2  混控配置文件
    13.4.3  PWM輸出
第14章  航線規劃全自動飛行
  14.1  導航基本原理
    14.1.1  導航目標
    14.1.2  搜索演算法
    14.1.3  預設航線
  14.2  導航模塊設計
    14.2.1  導航引擎
    14.2.2  自動任務設計
    14.2.3  自動起飛與降落
    14.2.4  自動航跡點任務
    14.2.5  自動返航
    14.2.6  目標跟隨與其他導航模式
第15章  動力學建模及半物理模擬
  15.1  動力學建模
    15.1.1  動力模型
    15.1.2  受力運動
  15.2  半物理模擬
    15.2.1  使用jMavSim模擬程序
    15.2.2  自行編寫模擬程序
第16章  外部控制與趣味航線
  16.1  外部控制系統
    16.1.1  方案設計
    16.1.2  功能實現
  16.2  趣味航線規劃
    16.2.1  等邊三角形
    16.2.2  圓形
    16.2.3  三葉草
    16.2.4  阿基米德螺旋線
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