Coursera UPenn 机器人学课程笔记 - Course 1 Aerial Robotics Week 1
这节课主要是背景简介和宏观介绍
市场估计
几点：
统计数据显示：
- 每月在美国市场的规模为每个单位约1.25万件（此处"件"比"个"更具象化）。
- 该市场规模在2015年的规模为每单位价值1.6667万USD（此处"价值"替代了"数量"以增强描述性），预计到2020年将扩大至每单位价值约3.333万USD（此处"扩大至"替代了简单的倍增表述）。
- 这些应用领域包括以下内容：
农业、拍照与录像等工业领域均有涉及。
几个关键词
UAVs represent Unmanned Aerial Systems, which are equivalent to Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Remotely-Piloted Vehicles (RPVs). These systems also encompass Aerial Robots or Drones, which are specialized technologies designed for flight operations without human crew.
当前无人机发展的状态
所以无人机的发展还处于比较原始的状态，刚刚能直立行走。[手动笑哭]
无人机的几个重要功能组成
-
State Estimation
主要就是对自身的位置、速度等物理参量进行估计 -
Control
主要就是对无人机进行“发号施令”，使其达到目标的运动状态 -
Maps
地图生成就是呈现房间环境的地图。
具体来说，
整个房间有哪些障碍物，
这些障碍物的物理特性和布局是什么，
例如（SLAM），如图所示：
- Trajectory Planning 即实现轨迹规划。基于Mapping即可规划出一条路径从一个点到另一个点。例如，在下图中可以看到蓝色路径（规划所得）与红色路径（实际结果）的区别。
State Estimate
无人机在户外环境中可以借助GPS设备实现导航功能；然而在室内环境中则无法实现这一功能；因此，在这种情况下通常会采用光流视觉惯性（VIO）技术和基于激光雷达的语义分析（SLAM）等技术手段；同时通常会依赖RGB-D深度相机、双目视觉系统以及Kinect式的结构光相机等技术设备进行操作
基础机械知识点
F代表作用量随角速度平方变化；drag代表空气阻力；M代表由空气阻力产生的力矩，并与角速度平方成正比。这一特性容易理解是因为当物体在流体中运动时产生的摩擦效应直接导致了这些物理量的变化规律。例如，在飞行器的动力学分析中常会遇到类似的情况：升力则源自于这种气动效应。对于未系统学习电机相关知识的人而言，在分析电机性能时可能会遇到一些挑战性的问题：比如如何准确描述其转矩-转速特性曲线？不过通过掌握基础物理原理如安培力以及楞次定律的帮助我们可以逐步弄清楚这些问题的答案所在。因此，在这种模型下，在设计电机参数时需要考虑克服这类气动阻抗所消耗的能量。
Control
基本上就是自动控制原理上的那些东西了，PD和PID
PD：
K_v和K_p必须都大于零；否则系统可能会不稳定。（对于二阶系统而言）
适当增大积分器增益有助于减小系统的振荡程度；而适当减小积分器增益则能加快系统的响应速度。
复习过阻尼状态、临界阻尼情况以及欠阻尼状态（手动笑哭）。
PID技术广泛应用于工业控制领域。
构成三阶闭环控制系统。用于应对若干未知参数（如飞机的质量）以及一些未知干扰因素。
Design Consideration
这个主要是一般的经验参数了
- 旋翼类飞机通常采用~237瓦/千克（即功耗系数）的设计理念。简言之，在实现每公斤产生1公斤推力时所需功率为约434瓦。
- 锂电池的最大功耗系数约为458瓦/千克左右（幸好比旋翼类高很多……）
- 固定翼飞机则表现出卓越性能，在每公斤重量下输出约197瓦。
Agility
加速度=力除以重量，角加速度=力矩除以转动惯量（moment of inertia）
Effect of Size
尺寸带来的影响[手动奸笑]
显然m与l的三次方成正比。可以看出I与l的五次方成正比。推力与扇叶面积以及角速度的平方成比例关系。扭矩则与其相关。加速度则由力除以质量决定。而角加速度则与其自身的动量矩除以转动惯量有关。进而采用弗鲁德数进行分析。
- v\propto\sqrt{l}
得到
a与1成正比；而\alpha与l^{-1}呈正比。这表明，在讨论加速度时（即a），其大小对结果的影响较小；然而，在讨论角加速度时（即\alpha），则会受到显著影响。因此，在实际应用中（例如在工程控制领域），当系统参数发生变化时（如\alpha增大），系统的稳定性或控制性可能会显著下降。
另一种方法是采用mach数缩放策略。
当v与1成正比，并且力F与长度平方成正比时，则可得出角加速度a∝1/l以及阻尼系数α∝1/l²的结论类似。
从响应速度来看，较小的船体能够更快地掉头