多项式轨迹 Demo

本教程介绍如何配置多项式轨迹点、启动机载控制程序，并完成固定翼模式下的自主多项式轨迹飞行测试。

1. 配置多项式轨迹

1.1 设置路径点

多项式轨迹根据输入的路径点生成。Demo 中使用的路径点数组如下：

points = np.array([
    [100., -100., 50],
    [0, -200, 50],
    [-100, -100, 50],
    [0, 0, 50],
    [100, 100, 50],
    [0, 200, 50],
    [-100, 100, 50],
    [0, 0, 50]
])

points 是一个 $n \times 3$ 的数组，其中 $n$ 为路径点数量。

1.2 设置轨迹闭合方式

通过以下代码创建三阶多项式轨迹：

traj = PolynomialTraj3Order(dimension, points, loop_flag=1)

当 loop_flag=1 时，程序会自动连接 points 数组的首尾两点，形成封闭曲线路径。

测试提示： 自定义路径点后，应先在仿真环境中检查轨迹形状和飞行效果，再进行实机测试。

2. 启动机载程序

2.1 连接机载电脑

使用 VS Code 通过 SSH 远程连接机载电脑，然后进入程序目录：

cd /home/program/swiftwing

2.2 启动 MAVROS

打开第一个终端，运行以下命令启动 MAVROS 连接：

roslaunch mavros swing.launch

2.3 启动多项式轨迹跟踪节点

保持 MAVROS 终端运行，再打开一个终端，启动多项式轨迹跟踪控制节点：

roslaunch single_demo plane_poly_track.launch

3. 确认飞控连接状态

启动节点后，需要等待程序获取无人机的飞行模式。只有终端中显示 POSCTL，才表示通信链路已经建立，可以继续准备切换至 Offboard 模式。

3.1 尚未获取飞行模式

如果终端尚未显示无人机模式，请继续等待，不要立即切换至 Offboard 模式。

• 树莓派受算力限制，获取飞行模式通常需要等待一段时间；
• NVIDIA Jetson 算力较高，通常可以更快获取飞行模式。

终端尚未获取无人机飞行模式。

3.2 已获取飞行模式

终端显示 POSCTL 后，表示程序已经能够获取无人机的飞行模式。此时应先调整好无人机的位置和朝向，再准备切换至 Offboard 模式。

终端显示 POSCTL，通信链路已建立。

3.3 切换至 Offboard 模式

切换至 Offboard 模式后，飞行器开始响应机载程序指令，并执行多项式轨迹跟踪控制。

飞行器进入 Offboard 模式并开始执行多项式轨迹。

4. 飞手操作流程

1. 垂直起飞： 在多旋翼模式下解锁并垂直起飞，起飞时机头应朝向逆风方向。
2. 爬升至安全高度： 飞行至约 30–40 米高度，确认前方无遮挡、机头方向开阔，再准备切换飞行模式。
3. 切换至固定翼模式： 拨动飞行模式切换开关，将飞行器由多旋翼模式切换为固定翼模式。
4. 调整位置和航向： 进入固定翼模式后，根据飞控中设定的飞行方向微调航向。切换至 Offboard 模式后，飞机将首先跟踪第一个路径点，因此切换前应使实际飞行方向尽量接近期望轨迹方向。
5. 开始自主飞行： 确认飞行姿态平稳后，切换至 Offboard 模式，开始执行自主多项式轨迹（八字）飞行任务。
6. 结束测试并返航： 使用遥控器将飞机飞回起飞点附近，并将航向调整至逆风方向。待飞机姿态平稳且机头前方无遮挡时，将飞行模式由固定翼切换回多旋翼模式。