隨著橋梁使用年限的增長(zhǎng),橋梁病害逐漸增多,需要進(jìn)行定期橋梁檢測(cè)和養(yǎng)護(hù)。然而,傳統(tǒng)的檢測(cè)手段具有檢測(cè)效率低、成本高、靈活性差、需要進(jìn)行交通管制等缺點(diǎn)。近年來(lái),旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速,利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行橋梁檢修任務(wù)具有成本低、靈活性高、對(duì)交通影響小等優(yōu)點(diǎn),因此具有十分廣泛的應(yīng)用前景。道橋檢測(cè)存在環(huán)境復(fù)雜、障礙物多、視場(chǎng)遮擋等問(wèn)題,給基于無(wú)人機(jī)的自主運(yùn)動(dòng)規(guī)劃帶來(lái)了挑戰(zhàn),因此面向道橋檢測(cè)任務(wù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法研究還有待深入。本文主要研究面向道橋檢測(cè)任務(wù)的無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法,主要工作如下:首先,給出了檢測(cè)任務(wù)所需的坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立了無(wú)人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型以及攝像頭的檢測(cè)模型,將檢測(cè)過(guò)程分為接近、覆蓋、返航三個(gè)階段,將運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題分為基于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和覆蓋規(guī)劃兩類,建立了這兩類運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。其次,針對(duì)基于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題,建立了柵格地圖模型,提出了一種基于改進(jìn)A*算法的路徑規(guī)劃方法,給出了一種基于貝塞爾曲線優(yōu)化的軌跡生成方法。再次,針對(duì)橋面覆蓋運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題,提出了一種基于Morse分解和歐拉回路的覆蓋路徑規(guī)劃方法,給出了無(wú)人機(jī)覆蓋空間的數(shù)學(xué)描述,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于貝塞爾曲線優(yōu)化... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

機(jī)體坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系定義（2）地理坐標(biāo)系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文飛時(shí)刻對(duì)應(yīng)的海拔和經(jīng)緯度位置，取為地理東方向，取為地理北極方向，與和滿足右手定則。地理坐標(biāo)系如圖2-1所示。（3）橋面坐標(biāo)系。橋面坐標(biāo)系的原點(diǎn)取為待覆蓋橋體橋面的左下角頂點(diǎn)位置，取為沿橋身方向，取為垂直橋面向上方向，與和滿足右手定則。橋面坐標(biāo)系如圖2-2所示。圖2-2橋面坐標(biāo)系定義下面考慮上述三個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)四旋翼IMU可以實(shí)時(shí)得到四旋翼機(jī)體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的四元數(shù)。將四元數(shù)轉(zhuǎn)換為歐拉角，再由歐拉角計(jì)算出機(jī)體系到地理系的旋轉(zhuǎn)矩陣。圖2-3姿態(tài)角定義飛行器姿態(tài)角定義如下。俯仰角（pitch）：機(jī)體軸與大地水平面間所夾的角度，向上為正。偏航角（yaw）：機(jī)體軸在大地水平面上的投影與地理坐標(biāo)系中軸之間所夾的角度，機(jī)頭向左為正。橫滾角（roll）：機(jī)體軸與過(guò)機(jī)體軸的大地豎直平面之間的夾角，向右時(shí)為正。姿態(tài)角定義如圖2-3所示。對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣為S()=1000cossin0sincos(2-1)-9-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文飛時(shí)刻對(duì)應(yīng)的海拔和經(jīng)緯度位置，取為地理東方向，取為地理北極方向，與和滿足右手定則。地理坐標(biāo)系如圖2-1所示。（3）橋面坐標(biāo)系。橋面坐標(biāo)系的原點(diǎn)取為待覆蓋橋體橋面的左下角頂點(diǎn)位置，取為沿橋身方向，取為垂直橋面向上方向，與和滿足右手定則。橋面坐標(biāo)系如圖2-2所示。圖2-2橋面坐標(biāo)系定義下面考慮上述三個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)四旋翼IMU可以實(shí)時(shí)得到四旋翼機(jī)體相對(duì)于地理坐標(biāo)系的四元數(shù)。將四元數(shù)轉(zhuǎn)換為歐拉角，再由歐拉角計(jì)算出機(jī)體系到地理系的旋轉(zhuǎn)矩陣。圖2-3姿態(tài)角定義飛行器姿態(tài)角定義如下。俯仰角（pitch）：機(jī)體軸與大地水平面間所夾的角度，向上為正。偏航角（yaw）：機(jī)體軸在大地水平面上的投影與地理坐標(biāo)系中軸之間所夾的角度，機(jī)頭向左為正。橫滾角（roll）：機(jī)體軸與過(guò)機(jī)體軸的大地豎直平面之間的夾角，向右時(shí)為正。姿態(tài)角定義如圖2-3所示。對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣為S()=1000cossin0sincos(2-1)-9-


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