AirSim 教程指南 — Part 2：控制 API 全面解析

✈ 适合零基础初学者的无人机控制核心章节
🎯 目标：完全理解 AirSim 的动作控制、速度控制、位姿控制与路径规划 API
💡 本篇结束后，你将能通过 Python 代码让无人机随心所欲移动
📅 最后更新：2025年12月

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📋 目录

• 1. AirSim 控制 API 总览
• 2. 基础准备：连接模拟器
• 3. 动作控制：最常用、最灵活的方式
• 4. 速度控制：以速度为主的精准移动
• 5. 位姿控制：像机械臂一样“指定坐标点”
• 6. 路径规划控制：自动飞一条路线
• 7. 组合应用：写一个“画正方形”的无人机程序
• 8. 常见错误与调试技巧

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1. AirSim 控制 API 总览

AirSim 的控制 API 可以分四大类：

控制方式	API 例子	难度	特点	适合场景
动作控制（Movement API）	moveByVelocity(), moveByAngleThrottle()	⭐⭐	以速度与角度为核心，灵活强大	RL、无人机基础动作
速度控制（Velocity API）	moveByVelocityZ()	⭐	初学者最容易上手	平移、定高飞行
位姿控制（Pose API）	simSetVehiclePose()	⭐⭐⭐⭐	类似机械臂控制：直接给坐标	精确控制、拍照任务
路径控制（Path API）	moveOnPath()	⭐⭐⭐	自动飞路径	导航、巡逻、任务飞行

💡 初学者建议从 速度控制 → 动作控制 → 路径控制 → 位姿控制 顺序学习。

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2. 基础准备：连接模拟器

所有控制都必须先 连接 AirSim。

2.1 Python 连接代码（通用模板）

import airsim
import time

# 连接AirSim模拟器
client = airsim.MultirotorClient()
client.confirmConnection()

# 解锁 & 起飞
client.enableApiControl(True)
client.armDisarm(True)

print("Taking off...")
client.takeoffAsync().join()

print("Ready to fly!")

你几乎在所有示例中都会写：

client = airsim.MultirotorClient()
client.confirmConnection()
client.enableApiControl(True)
client.armDisarm(True)
client.takeoffAsync().join()

记住这段模板即可。

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3. 动作控制：最常用、最灵活的方式

动作控制就是通过“动作指令”控制飞行，例如：

• 前进多少秒
• 以某个角速度旋转
• 以某个速度上升
• 改变俯仰、横滚、油门

AirSim 提供几个核心函数：

3.1 moveByVelocity()

以 3D 速度（vx, vy, vz）飞指定时间

示例：

# 前方 5 m/s 飞 2 秒
client.moveByVelocityAsync(
    vx=5, vy=0, vz=0, duration=2
).join()

坐标系回顾（非常重要）：

AirSim NED 坐标
─────────────────────────────
x：前方
y：右方
z：向下（注意是负值向上）

例如：
想往上飞 → vz=-1
想右移 → vy=+2

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3.2 moveByVelocityZ()

保持高度，只以速度移动。

client.moveByVelocityZAsync(
    vx=3, vy=0, z=-5, duration=3
).join()

用途：

• 自动巡逻
• 室内定高导航
• 跟随移动物体

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3.3 moveByAngleThrottle()

直接操控俯仰角、横滚角、油门：

client.moveByAngleThrottleAsync(
    pitch=0.1, roll=0, throttle=0.6, yaw_rate=0, duration=1
).join()

用途：

• RL 强化学习控制
• 纯动作级飞行（不建议新手使用）

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4. 速度控制：以速度为主的精准移动

速度控制比动作控制更“高层”，适合想快速实现“飞到那边”的初学者。

最常用 API：

moveByVelocityZ()

保持高度 + 平移：

# 保持 z=-5 高度，以 3 m/s 前进 3 秒
client.moveByVelocityZAsync(3, 0, -5, 3).join()

新手必学，最稳最好理解。

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5. 位姿控制：像机械臂一样“指定坐标点”

位姿控制直接设置：

• 位置（x, y, z）
• 朝向（roll, pitch, yaw）

函数：

5.1 simSetVehiclePose()

示例：

pose = airsim.Pose(
    airsim.Vector3r(10, 0, -6),         # 位置
    airsim.to_quaternion(0, 0, 1.57)    # yaw=90°
)
client.simSetVehiclePose(pose, ignore_collison=True)

用途：

• 精准拍照任务
• 仿真 SLAM ground truth
• 多机编队位置重置

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5.2 坐标系必懂

AirSim 使用 NED坐标系：

x：前
y：右
z：下

而 UE4 世界坐标是：

X：前
Y：右
Z：上

AirSim 自动转换，不需要你手动处理。

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6. 路径规划控制：自动飞一条路线

最“高层高级”控制方式。

API：

moveOnPath()

给无人机一系列坐标点，它会自动平滑飞过去。

示例：

path = [
    airsim.Vector3r(0, 0, -5),
    airsim.Vector3r(10, 0, -5),
    airsim.Vector3r(10, 10, -5),
    airsim.Vector3r(0, 10, -5)
]

client.moveOnPathAsync(
    path, 
    velocity=3,
    timeout_sec=30,
    drivetrain=airsim.DrivetrainType.ForwardOnly,
    yaw_mode=airsim.YawMode(is_rate=False, yaw_or_rate=0)
).join()

AirSim 内置路径平滑，无需自己写插值。

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7. 组合应用：画一个“正方形”飞行程序

综合所有知识，写一个“小车巡逻”式正方形飞行。

import airsim
import time

client = airsim.MultirotorClient()
client.confirmConnection()
client.enableApiControl(True)
client.armDisarm(True)
client.takeoffAsync().join()

# 高度 -5m
z = -5

# 边长
L = 10

# 定义4个点
points = [
    airsim.Vector3r(0, 0, z),
    airsim.Vector3r(L, 0, z),
    airsim.Vector3r(L, L, z),
    airsim.Vector3r(0, L, z),
]

# 自动巡逻
for p in points:
    client.moveToPositionAsync(
        p.x_val, p.y_val, p.z_val, velocity=3
    ).join()
    print("Reached:", p)

print("Done.")

效果：

无人机起飞
→ 飞到 (10,0)
→ 飞到 (10,10)
→ 飞到 (0,10)
→ 回到起点

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8. 常见错误与调试技巧

问题	原因	解决方法
无法连接 AirSim	未开模拟器	Win + “AirSimNH.exe”
控制无反应	忘记 enableApiControl	加上该函数
无法上升	记错 NED 坐标系	上升用 z = -5
无法飞直线	yaw 锁定不当	用 YawMode(is_rate=False)
路径抖动	点间距离太大	增加中间控制点

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最后更新：2025年12月
作者：Echo