目前，無人機(jī)在公共安全、消費(fèi)等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且作為一種智能設(shè)備，其將在農(nóng)業(yè)植保、國土監(jiān)測、企業(yè)服務(wù)等領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注。然而，由于無人機(jī)開發(fā)具有一定的技術(shù)門檻，僅有少數(shù)一些院校能夠進(jìn)行與無人機(jī)相關(guān)的科學(xué)研究活動，對于具有電子、信息、控制等專業(yè)的眾多院校而言，其進(jìn)行無人機(jī)平臺開發(fā)具有一定的難度。鑒于此，我們希望能夠推出一套無人機(jī)專業(yè)課程建設(shè)方案，以期推動無人機(jī)教學(xué)在各大高校的普及，進(jìn)而促進(jìn)無人機(jī)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。
　　從航空飛行器的發(fā)展歷程來看，按照產(chǎn)生升力原理的不同，航空飛行器主要分為輕于空氣的航空飛行器和重于空氣的航空飛行器兩大類。前者靠空氣靜浮力升空，包括氣球、飛艇等；后者靠空氣動力克服重力升空，包括固定翼飛行器、旋翼飛行器及撲翼飛行器。其中，固定翼飛行器續(xù)航時間最長、飛行效率最高、載荷最大，但它需要助跑起飛，降落時必須滑行；撲翼飛行器更多的是從仿生角度模仿鳥類的飛行；旋翼飛行器雖然不具備固定翼飛行器足夠長的續(xù)航時間，但它垂直起降的優(yōu)點(diǎn)適合場地有限的飛行，相較于固定翼飛行器，旋翼飛行器更適合于無人機(jī)專業(yè)建設(shè)，利于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的開展。
　　就旋翼飛行器而言，可分為單旋翼飛行器和多旋翼飛行器兩種。其中，單旋翼飛行器主要是我們常見的直升機(jī)，此種飛行器機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)較為困難；多旋翼飛行器主要有三旋翼、四旋翼、六旋翼、八旋翼等。多旋翼飛行器由于其結(jié)構(gòu)緊湊，2005-2013年期間，國內(nèi)外許多高校、企業(yè)等的科研團(tuán)隊(duì)針對多旋翼的自主飛行控制進(jìn)行了深入研究，證明其相較于單旋翼飛行器具有更好的安全性與操作性，并且可控性好。
　　自2013年起，多旋翼飛行器在消費(fèi)級市場迎來了爆發(fā)式發(fā)展，目前在消費(fèi)級無人飛行器市場占據(jù)了很大的份額，國內(nèi)包括大疆、極飛、零度智控、科比特、億航等從事無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)的廠商在該領(lǐng)域做了大量的工作，對推動我國多旋翼飛行器的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。
　　多旋翼飛行器的使用者主要有兩類：第一類是單純的任務(wù)載荷使用者，主要是直接基于前述廠商提供的多旋翼飛行器平臺實(shí)現(xiàn)航拍、植保、監(jiān)控等任務(wù)；第二類是包括本�？圃盒�師生在內(nèi)的極客與愛好者，利用前述廠商提供的機(jī)械、動力配件，結(jié)合自身在飛行器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制方面的興趣，自己動手制作多旋翼飛行器。對于第一類使用者，主要是向其提供一套使用便捷的飛行器系統(tǒng)；對于第二類使用者，則涉及包括機(jī)械、動力、電子、控制、軟件等多學(xué)科的設(shè)計(jì)與測試。
　　綜上所述，選用多旋翼飛行器作為無人機(jī)專業(yè)的切入點(diǎn)具有理論與市場基礎(chǔ)。
　　從逆向設(shè)計(jì)來看，多旋翼無人機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)及各子系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。總體方案設(shè)計(jì)主要是對需求分析進(jìn)行學(xué)科專業(yè)分解，形成各個子系統(tǒng)方案，而后針對子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。多旋翼無人機(jī)系統(tǒng)可分解為如下子系統(tǒng)：機(jī)身機(jī)械結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)、電機(jī)／螺旋槳子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路子系統(tǒng)。就開設(shè)無人機(jī)專業(yè)課程而言，可以從介紹多旋翼無人機(jī)子系統(tǒng)出發(fā)，結(jié)合理論知識設(shè)置各個子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測試環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生基于模塊化建立起多旋翼無人機(jī)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)知及解決方法，最終形成飛行器總系統(tǒng)。
　　全書內(nèi)容如下：
　　第1章無人機(jī)概述：主要講述無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)的概念；重點(diǎn)是幫助學(xué)生建立起多旋翼無人機(jī)的基本概念并確立總體設(shè)計(jì)原則，使其能夠?qū)Χ嘈�翼無人機(jī)的性能進(jìn)行分析評價(jià)。
　　第2章多旋翼無人機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)：主要講述多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求及材料選擇，振動的來源及減振措施；重點(diǎn)是幫助學(xué)生確立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則以及選擇減振方法。
　　第3章多旋翼無人機(jī)動力系統(tǒng)：主要講述不同的動力電池、無刷電機(jī)、螺旋槳，并進(jìn)行動力系統(tǒng)建模；重點(diǎn)是幫助學(xué)生認(rèn)識不同類型電池的特性，掌握無刷電機(jī)的參數(shù)及螺旋槳升力、扭矩參數(shù)的測試及動力系統(tǒng)建模方法。
　　第4章多旋翼無人機(jī)傳感系統(tǒng)：主要講述無人機(jī)導(dǎo)航需要的加速度計(jì)、陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)、GPS接收機(jī)、氣壓高度計(jì)、超聲測距與光流測速等傳感器的原理與使用，并介紹組合導(dǎo)航算法；重點(diǎn)是幫助學(xué)生理解并掌握不同傳感器的使用方法及工程注意事項(xiàng)。
　　第5章多旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)：主要講述多旋翼無人機(jī)動力學(xué)建模、參數(shù)辨識、姿態(tài)穩(wěn)定控制方法設(shè)計(jì)及仿真；重點(diǎn)是幫助學(xué)生掌握飛行控制的基本規(guī)律及現(xiàn)有自駕儀的參數(shù)調(diào)整方法。
　　第6章多旋翼無人機(jī)的發(fā)展與展望：主要講述多旋翼無人機(jī)的先進(jìn)控制方法及視覺導(dǎo)航發(fā)展；重點(diǎn)是幫助學(xué)生跟蹤未來發(fā)展趨勢。
　　本書由陳陽、梁建宏編著，其中，第1、2、6章由梁建宏編寫，第3、4、5章及附錄由陳陽編寫。北京博創(chuàng)尚和科技有限公司在測試平臺上給予了很大的支持，在此表示衷心的感謝！
　　本書涉及工程領(lǐng)域的多個學(xué)科，由于作者水平有限，錯漏之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。關(guān)于本書的任何建議和疑問，請讀者與作者聯(lián)系。
　　作者
　　2018年3月