機器人學：多軸旋翼機 Robotics: multirotors – 109學年度 | 機械工程學系程登湖老師

Robotics : multirotors - 109 Academic Year

機器人學：多軸旋翼機 - 109學年度

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課程影音
課程綱要
課程行事曆

本課程是由國立陽明交通大學機械工程學系提供。

1. The basics of robotic systems

2. Kinematics and dynamics of multirotor systems

3. Motion planning

4. Estimation

5. Navigation and control

6. Robot Operating System

7. Final project.

課程用書：

1. Quan, Quan. Introduction to Multicopter Design and Control, Springer, 2017. DOI:10.1007/978-981-10-3382-7.
2. Engineering Mechanics Dynamics, 14th edition in SI units, R. C. Hibbeler.

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授課教師	機械工程學系程登湖老師
課程學分	3學分
授課年度	109學年度
授課對象	研究所
預備知識	Linear control systems, Dynamics
課程提供	課程影音課程綱要課程行事曆

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課程內容	課程影音	課程下載
多軸旋翼機系統介紹	線上觀看	MP4下載
Ubuntu與ROS 基本安裝及設定	線上觀看	MP4下載
Git與ROS 介紹 (1)助教 01:37:46~01:38:50 提到的補充資料：http://wiki.ros.org/catkin/package.xml?fbclid=IwAR2k9iC5lQ3tD-2o4B3TsiVlOFhFBWU-mAUUW6XipunRLF4uR-mqWF5WSro (2) (整堂課堂範圍的範例)可以給學習者練習：http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c%2B%2B%29?fbcli	線上觀看	MP4下載
運動學(如: 歐拉角、四元數、座標系轉換)	線上觀看	MP4下載
多軸旋翼機的動態	線上觀看	MP4下載
凸函數最佳化	線上觀看	MP4下載
Madgwick算法以及QP最佳化	線上觀看	MP4下載
非線性控制器: 幾何追蹤控制器	線上觀看	MP4下載
系統穩定性分析	線上觀看	MP4下載
幾何追蹤控制器的穩定性分析	線上觀看	MP4下載
卡爾曼濾波器、擴展卡爾曼濾波器、無損卡爾曼濾波	線上觀看	MP4下載
在模擬環境中的多軸旋翼機	線上觀看	MP4下載
誤差狀態卡爾曼濾波	線上觀看	MP4下載

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課程目標

The basics of robotic systems
Kinematics and dynamics of multirotor systems
Motion planning
Estimation
Navigation and control
Robot Operating System
Final project

課程章節

章節	章節內容
Kinematics and dynamics of multirotor systems	Translational and rotational dynamics, Euler angles, quaternion
Motion planning	Time, motion, quadratic programming, minimum snap trajectory generation
Estimation	Sensing and estimation, Madgwick filter, KF, EKF, UKF
Navigation and control	Introduction to PID controller, nonlinear controller (i.e., geometric controller)
Robot Operating System	Introduction to ROS, programming, communication with flight controller
System integration and experiments	Introduction to flight controller, MAVLink, MAVProxy, assembly of a quadrotor, flight test
The basics of robotic systems	Applications, mechanics, Agility and Maneuverability

課程書目

1. Quan, Quan. Introduction to Multicopter Design and Control, Springer, 2017. DOI:10.1007/978-981-10-3382-7.
2. Engineering Mechanics Dynamics, 14th edition in SI units, R. C. Hibbeler.

評分標準

項目	百分比
Homework	10%
Midterm	30%
Final exam	30%
Final report	30%

本課程行事曆提供課程進度與考試資訊參考。

學期週次	上課日期	參考課程進度
第一週	2021/2/22	Introduction to multirotor systems
第二週	2021/3/1	Introduction to ROS, MAVLink
第三週	2021/3/8	Kinematics (e.g., Euler angles, quaternion operation, Coordinate Transformation)
第四週	2021/3/15	Dynamics of Multirotors
第五週	2021/3/22	Convex Optimization
第六週	2021/3/29	Attitude Estimate – Madgwick Filter
第七週	2021/4/5	Quadratic programming
第八週	2021/4/12	Midterm 1
第九週	2021/4/19	Minimum snap trajectory generation
第十週	2021/4/26	Nonlinear controller: geometric controller
第十一週	2021/5/3	Nonlinear controller: geometric controller
第十二週	2021/5/10	Nonlinear controller: stability analysis
第十三週	2021/5/17	Nonlinear controller: stability analysis
第十四週	2021/5/24	KF, EKF, UKF
第十五週	2021/5/31	KF, EKF, UKF
第十六週	2021/6/7	Final exam
第十七週	2021/6/14	Final Report
第十八週	2021/6/21	Final Report