基于ROS的无人机仿真开放性实验教学设计与实现

陈晋音，杨东勇，俞山青，毛国红

(浙江工业大学a.信息工程学院；b.计算机科学与技术学院，浙江 杭州 310023)

无人飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)是指不需要人为操纵，通过机载芯片的内置程序自主行驶的无人驾驶飞行器[1]。随着无人机的应用推广，其自主导航已经成为一个研究的热点。无人机的控制和航迹规划算法作为新兴专业的授课重点，课程的配套实验基础和资源相对比较薄弱，教学过程中理论教学与实际严重脱节，纯课堂理论教学已经无法满足学生深入学习和理解无人机技术的要求。设计与实现无人机技术的相关实验项目，并尽可能发挥学生的自主创新能力，实现有良好基础平台的开放性实验项目显得尤为有意义。

此外，无人机技术涉及内容广泛，是一门集运动控制、数学建模、航迹规划、优化算法和可视化编程技术等为一体的综合性课程[2-3]，传统的无人机技术课程实验以验证性实验为主，能够让学生对无人机的基本框架和基本技术[4-6]有初步认识[4-6]，但缺乏对无人机的实战操作、具体问题的分析和求解以及综合应用的教学资源和平台；并且学生受限于平台和资源，无法在应用中学习，在实践中学习，在创新中学习[7-8]。此外，大量关于创客式教学的研究中也提及设计应用型实验对提高学生动手实践能力的重要作用[9-12]。

基于机器人操作系统(robot operating system，ROS)的无人机技术开放性实验充分利用ROS仿真平台的可视化和接口扩充性，利用Kinect获取外部环境信息，设计无人机的建模、运动控制、航迹规划、优化算法和可视化编程、动态演示编程等技术，能充分发挥学生在应用中学习，体现无人机技术的高度综合性和应用性。……