多机协同任务执行实战

📚 共计 30 章节

多机协同概述

什么是多机协同 · 为什么需要 · 典型场景：搜索救援、编队飞行、区域覆盖 · 课程架构与学习路径

协同系统架构

集中式 vs 分布式 · 主从/对等模式 · 通信拓扑：星型、环型、全连接 · 实时性要求

通信基础（ROS2）

节点·话题·服务·动作 · DDS中间件 · QoS配置 · Namespace与Domain ID

通信基础（MAVLink & RTPS）

MAVLink协议 · uXRCE-DDS桥接 · 地面站与机载链路 · 带宽与延迟考量

时间同步与时钟机制

NTP/PTP协议 · ROS2时钟同步 · 时间戳对齐 · 多机时间偏差补偿

分布式状态估计

卡尔曼滤波基础 · 分布式卡尔曼滤波(DKF) · 协同定位 · 相对位姿估计

多视角融合 · 分布式目标检测与跟踪 · 占用网格地图 · 数据关联

任务分配与调度

匈牙利算法 · 市场机制(拍卖) · 分布式约束优化(DCOP) · 动态重分配

编队控制基础

领航-跟随法 · 虚拟结构法 · 基于行为法 · 编队保持PID控制

一致性理论与编队

一阶/二阶一致性 · 图拉普拉斯矩阵 · 收敛性分析 · 通信时延影响

一致性图论

协同路径规划

A*/Dijkstra多机扩展 · 分布式RRT* · 冲突消解 · 速度障碍法

路径规划避碰

避碰与安全

安全间隔保持 · 反应式避碰(ORCA) · 协同避碰策略 · 紧急降落与失效处理

C-SLAM框架 · 分布式因子图优化 · 回环检测与地图融合 · 带宽受限SLAM

分布式感知与决策

POMDP · Dec-POMDP · 多智能体强化学习(MARL)入门

协同搜索与救援

概率搜索地图 · 分布式信息论搜索 · 区域分割与覆盖 · 动态目标追踪

编队变换与重构

队形切换策略 · 平滑轨迹生成 · 避障自适应队形 · 最小扰动重构

协同载荷控制

协同云台控制 · 分布式传感器调度 · 多机接力跟踪 · 协同目标照射

仿真环境搭建（Gazebo + ROS2）

多机仿真模型 · SDF/URDF · 多机启动脚本 · 仿真时间加速

仿真环境搭建（AirSim/Unity）

AirSim多机API · Unity场景构建 · 硬件在环(HIL) · 数据一致性

硬件平台选型

机载计算机(Jetson/RPi) · 飞控(Pixhawk/CUAV) · 通信模块 · 传感器选型

实飞系统集成

机载计算机与飞控通信(MAVSDK/MAVROS) · 电源管理 · 机载部署

协同任务开发实战（一）编队飞行

多机起飞 · 编队保持 · 队形切换 · 降落

协同任务开发实战（二）区域覆盖

区域分割 · 协同搜索 · 覆盖路径生成 · 任务完成判定

协同任务开发实战（三）目标跟踪

分布式检测 · 协同跟踪 · 接力交接 · 轨迹预测

协同任务开发实战（四）物资投送

协同定位 · 协同抓取 · 协同投送 · 多机避障

性能评估与调试

延迟测量 · 吞吐量测试 · 一致性误差分析 · 故障注入测试

安全与容错

心跳机制 · Leader选举 · 拜占庭容错 · 链路丢失自主返航

实战案例分析

Swarmathon · Fly4Future复盘 · 失败教训与成功经验

5G/6G协同通信 · 边缘智能 · 人机协同 · 群体智能未来方向

课程总结与项目答辩

知识体系回顾 · 综合项目要求 · 答辩评分标准 · 后续学习资源