Robotics: Aerial Robotics是由宾夕法尼亚大学Vijay Kuma开展的无人机课程，本文是1.1节 introduction 和1.2节 Energetics and System Design 的学习内容记录。
1.1 introduction
无人机常见的几种称呼：
- Unmanned Aerial Vehicles(UAV)，无人驾驶飞机
- Drone，无人机
- Quadrotors，四旋翼无人机
固定翼无人机无法实现在空中悬停
平移运动涉及横滚和俯仰，四旋翼无人机具有6个自由度，三个平移方向和三个旋转方向
无人机必备的关键元素：
- 状态估计(State Estimation)：飞行器估计自身位置，朝向和速度的能力
- 控制(Cnotrol): 计算控制指令，根据状态信息等给出控制指令
- 制图(Mapping):制图能力，绘制所在环境的地图
- 规划(Planning): 在已知障碍物和目的地的情况下，测算出点到点的安全路径
状态估计：
- 目的是能够获得位置与速度的可靠估计
- 良好的环境：实验室中使用运动捕捉相机，其要点是通过挂载在机器人上的反射标记，相机可以估计每个反射标记的位置；外部环境下使用GPS
- 一般采用其它传感器完成这一过程，如相机和激光测距仪。传感器给出障碍物的距离。同时无人机具有惯性测量单元（IMU),能够估计其由一个位置到另一个位置的运动，得到△x，即获取坐标信息并估计运动，完成实时定位和地图构建
- 在仅有一个相机的情况下，需要使用路标进行指示，比如在地毯上出现的AprilTag路标。
习题部分：
Q: An Inertial Measurement Unit (IMU) is an important sensor used in aerial robotics. A typical IMU will contain an accelerometer and a rate gyro. Which of the following information does a robot get from an IMU? (Select all that apply. Choose only quantities that are directly reported by the IMU. Do not include quantities that can be computed from the IMU measurements but cannot be obtained directly. Additional research to find information about IMUs is allowed and encouraged!)
A: Linear acceleration, Angular velocity
Q: What does Simultaneous Localization And Mapping (SLAM) software do? (Select all that applies.)
A: Estimates the location of features in the environment; Estimates the position and orientation of the robot with respect to the environment
1.2 Energetics and System Design
Basic Mechanics
- 电机旋转产生推力( thrust force ) 抵消无人机自身重力的存在，同时电机的旋转产生的阻力需要电机去客服，推力和阻力都跟速度存在一个二次方程的关系。
- 电机悬停时存在的合力和合力矩的情况，质心确定，各旋翼的推力与到质心的距离构成了力矩。
