物理无人机的指令与控制模式

了解物理无人机（uBot Multirotor Dynamics）接收速度、姿态、角速度和单电机四种指令，控制模式怎样切换，以及指令中断时它怎样处理。

快速用法

下面给无人机发一条姿态指令：横滚 10°，不给推力，高度由无人机自己保持：

Find Multirotor MovementActorReturn Value

Make RotatorX (Roll)10Y (Pitch)0.0Z (Yaw)0.0Return Value

•ToQuaternion (Rotator)

Make UBot Attitude CommandOrientationUBot Attitude Command1

Apply Attitude CommandTarget is UBot Attitude CommandableTargetCommandReturn Value

连线：

1. Find Multirotor Movement 的 Return Value，连到 Apply Attitude Command 的 Target
2. Make Rotator 的 Return Value，连到 ToQuaternion (Rotator) 的 In Rot
3. ToQuaternion (Rotator) 的 Return Value，连到 Make UBot Attitude Command 的 Orientation
4. Make UBot Attitude Command 的 UBot Attitude Command，连到 Apply Attitude Command 的 Command

横滚 10° 的姿态指令（不用推力，保持高度）

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1. 1姿态是机体到世界的四元数。Use Thrust 为 false 时按 Vertical Velocity Meters Per Second 飞爬升率，0 表示保持高度。

步骤

1. 选无人机

   用 BP_UBotPhysicsDrone（四种指令都接受）或 BP_UBotBareAirframeDrone（只接受角速度和单电机指令），见 示例无人机与试飞关卡。

2. 取得 Movement

   用 Find Multirotor Movement 取得 Movement 组件，对它调用接口函数，类别是 uBot|Actuation。

3. 发指令

   四种指令各用一个函数；返回 false 表示被拒绝，见下面的“注意事项”。

4. 不再发送时释放

   对姿态、角速度指令调用 Release Attitude Command，对电机指令调用 Release Motor Command，无人机按 Command Loss Action 处理。

关键属性

最近一次被接受的指令决定当前控制模式，Get Active Control Mode 读取它。开始时无人机在 Velocity 模式下悬停：

模式	指令	内容
Velocity	UBot Velocity Command	航向系线速度加偏航角速度，按 Velocity Limits 截断；悬停和 Land 也是这个模式的设定值
Attitude	UBot Attitude Command	目标姿态（机体到世界）；Use Yaw Rate 时航向按偏航角速度转动
BodyRate	UBot Body Rate Command	机体系目标角速度（rad/s，UE 旋向：+Z 向右偏航），不截断
Motor	UBot Motor Command	每个电机一个值，不经过飞控

姿态和角速度指令的推力有两种给法：Use Thrust 为 true 时用 Normalized Thrust（0 到 1，最大总推力的比例），否则按 Vertical Velocity Meters Per Second 飞爬升率，0 保持高度。

电机指令的 Type 是 Normalized（0 到 1）或 AngularVelocity（rad/s）。Normalized 默认是推力比例：转速 = 最大转速 × √指令（Motor Command Mapping 为 Thrust 时）。值的个数必须等于电机数（Get Motor Count，默认机架 4 个），按机架的电机顺序：PX4 四旋翼 X 里 0 右前、1 左后、2 左前、3 右后。

常用属性在 Movement 组件上，选中它就能在「Details」面板的 Dynamics 和 Multirotor 下找到：

属性	默认值	作用
Accept Velocity Commands 等四个	开	单独关闭某种指令，关闭后接口返回 false
Command Loss Action	Hover	指令丢失时怎么做
Command Timeout Seconds	0 s	最后一条指令距今超过这么多仿真秒算丢失；0 表示不超时
Landing Speed Meters Per Second	0.7 m/s	Land 时的下降速度
Physics Rate Hz	1000 Hz	每秒物理步数，范围 100 到 4000 Hz

Command Loss Action 有三个取值：

取值	效果
Hover（默认）	刹停并锁定位置，与 Stop Motion 相同
Land	原地下降，被地面挡住后停在那里
CutMotors	所有电机指令置 0，无人机下落

默认机架是 1.5 kg、轴距 450 mm 的四旋翼 X，最大总推力约为重量的 1.92 倍；机架参数在 Airframe 上，改动在下一次 Reset Flight 生效；Airframe 在 BeginPlay 时检查一次。其余属性见 uBot Multirotor Dynamics。

输出与事件

• Get Multirotor State 返回真值状态（SI 单位、UE 世界轴），含转子转速和比力。
• Get Last Motor Commands 返回最近一次实际送给电机的指令。
• Get Hover Motor Command 按工程的重力返回悬停所需的归一化电机指令（推力比例），默认机架约 0.52。

用它给四个电机发悬停指令：

Movement

Get Hover Motor CommandTarget is uBot Multirotor DynamicsTargetReturn Value

Make Array[ 0]Array1

Make UBot Motor CommandTypeNormalizedValuesUBot Motor Command

Apply Motor CommandTarget is UBot Motor CommandableTargetCommandReturn Value

连线：

1. Movement 的 Movement，连到 Get Hover Motor Command 的 Target
2. Movement 的 Movement，连到 Apply Motor Command 的 Target
3. Get Hover Motor Command 的 Return Value，连到 Make Array 的 [ 0]
4. Make Array 的 Array，连到 Make UBot Motor Command 的 Values
5. Make UBot Motor Command 的 UBot Motor Command，连到 Apply Motor Command 的 Command

给电机发悬停指令（Make Array 加到 4 个输入，每个电机一个值）

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1. 1在节点上点「Add pin」加到 4 个输入，4 个都接 Get Hover Motor Command 的返回值。

注意事项

• 指令被拒绝（返回 false）有四种情况：这种指令被 Accept … Commands 关闭，指令含 NaN 或非有限值，姿态四元数的长度接近 0（平方长度小于 0.01），或电机值的个数与电机数不一致。裸机级不接受速度和姿态指令。
• Stop Motion 总是刹停并锁定位置，不看 Command Loss Action：水平速度低于 0.05 m/s 后，锁定当前的水平位置和高度。
• 发零速度的速度指令只跟踪零速度，不锁定位置，风造成的位移不会被拉回。
• 用 uBotROS 下发指令时，它的组件自带 0.5 s 超时，超时后的处理按组件区分：
  • uBot ROS Velocity Command 调用 Stop Motion，刹停并锁定位置，不看 Command Loss Action。
  • uBot ROS Attitude Command 和 uBot ROS Motor Command 调用 Release Attitude Command 或 Release Motor Command，由 Command Loss Action 处理。

相关参考

• uBot Multirotor Dynamics：全部节点和属性。
• UBot Attitude Commandable 和 UBot Motor Commandable：指令接口。
• 自己写飞控：用自己的控制器替换内置飞控。
• 从 ROS 2 发飞行指令：用 uBotROS 从 ROS 2 下发姿态、角速度和电机指令。