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。
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容错控制的热点问题
10.5实例：基于滤波器的传感器故障
检测方法设计
10.6实例：基于LSTM的双余度电动舵机
故障诊断
10.6.1双余度电动舵机介绍
10.6.2诊断方法选择
10.6.3LSTM神经网络
10.6.4数据处理
10.6.5LSTM网络设计
10.6.6结果分析
10.6.7总结
10.7实例：旋翼飞行器动力系统容错
控制
10.7.1飞行器选择及建模
10.7.2控制器设计
10.7.3容错控制器设计
10.7.4仿真设计及分析
10.8本章小结
参考文献
第11章空中机器人应用与展望
11.1空中机器人的技术发展
11.2空中机器人的未来应用
11.3空中机器人的机遇与挑战
11.3.1空中机器人的机遇
11.3.2空中机器人的挑战
11.3.3空中机器人的发展趋势
11.4本章小结
参考文献
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