MRS UAV System

CTU Prague 的完整 UAV 控制與估測堆疊，用於研究與野外部署

授權條款

BSD-3-Clause

概述

MRS UAV System 是 Czech Technical University in Prague 的 Multi-robot Systems Group 所打造的完整多旋翼研究堆疊，這個實驗室是歐洲獲獎最多的空中機器人實驗室之一。它在 PX4 之上提供從狀態估測、參考追蹤到姿態角速率控制的完整流程，搭配相應的 Gazebo 模擬環境，以及該團隊在實際實驗中飛行的硬體配置，涵蓋從機器人群到 DARPA SubT 洞穴部署。

這套系統的招牌是它的控制設計：幾何 SE(3) 控制器與其增量變體，建立在參考追蹤層之上（以模型預測控制（MPC）為基礎的追蹤器，從任意參考產生可行且遵守約束的軌跡），並具備控制器／追蹤器自動切換、動態參考的前饋追蹤，以及安全的故障保護。估測部分將 GNSS/RTK、光流、視覺與光達（lidar）SLAM 融合成可互換的狀態估測器，並可在飛行中切換。模擬堆疊與現實的吻合程度，足以讓該團隊的論文經常以相同的設定從模擬直接進入野外；儲存庫的發布模式（stable/testing/unstable、apt 套件、容器化環境）以量產的紀律對待研究程式碼。文件完善的硬體平台（F450/F550 等級的機體、Unmanned Systems 套件），加上大量的配套套件（軌跡生成、群集飛行、感知），使它成為嚴肅多旋翼無人機研究最完整的開放起點：全球許多實驗室都在 MRS 堆疊上進行空中實驗，而它在 JINT 2021 發表的系統論文也是標準參考文獻。

為何重要

這是全球頂尖 UAV 研究團隊之一背後的堆疊，涵蓋 DARPA SubT、無人機群與空中操作，並以量產等級的套件形式釋出。對於正在建立多旋翼研究的實驗室來說，它的差別就在於要花好幾年做基礎建設，還是只需 apt install。

解決的問題

嚴肅的 UAV 研究需要可信賴的底層控制、可切換的估測，以及與野外相符的模擬器，而大多數實驗室重建這些基礎設施時都做得不好。MRS 系統全部都提供，經過飛行驗證、文件完善且持續維護。

重點

• 完整控制流程：SE(3) 幾何控制，搭配以 MPC 為基礎的參考追蹤器與故障保護
• 可在飛行中切換的狀態估測，融合 GNSS/RTK、光流與 SLAM 來源
• 與真實平台相符的 Gazebo 模擬：從模擬到野外使用相同設定
• stable/testing 發布通道、apt 套件與容器化環境
• 經飛行驗證：DARPA SubT、群集研究、數百次野外實驗（JINT 2021 論文）

適用對象

• 空中機器人研究實驗室
• UAV 控制與估測研究人員
• 進行多無人機野外實驗的團隊
• 剛開始投入多旋翼研究的研究生

限制

• 核心以 ROS 1 為主，向 ROS 2 的轉移仍在進行中
• 對新手而言，初始設定與組態範圍相當龐大
• 與 PX4 類的多旋翼無人機緊密耦合：不是定翼機或休閒飛行用的堆疊