【摘要】：四旋翼無人機以其優(yōu)良的性能和低廉的造價,正逐漸應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域中,其中包括針對大型光伏電站的故障巡檢。通常由無人機搭載機載處理器、云臺相機及相應(yīng)傳感器,對光伏場區(qū)進行覆蓋式巡航,在指定航點獲取光伏組件的圖像后進行故障的分析檢測。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),僅考慮到達目標(biāo)點的軌跡規(guī)劃方案因為沒有考慮到四旋翼無人機的運動學(xué)特性,會造成區(qū)域漏檢,影響最終檢測結(jié)果的可靠性。此外,由于旋翼無人機續(xù)航能力的限制,巡檢過程中的飛行路徑規(guī)劃也會直接影響到任務(wù)的執(zhí)行效率。本文對光伏巡檢場景下的無人機路徑規(guī)劃問題進行了初步研究。首先,本文結(jié)合四旋翼無人機的動力學(xué)模型,分析了巡檢過程中無人機的飛行姿態(tài)對最終的巡檢結(jié)果造成的影響,并在此基礎(chǔ)上對無人機的飛行路徑進行建模,合理選取決策變量,運用多目標(biāo)粒子群算法,得到一系列可選的Bezier曲線,作為無人機最終的巡檢路徑。分析MATLAB仿真結(jié)果可知,該算法求解軌跡規(guī)劃問題時會得到有效非劣解集,供后續(xù)選擇。出于工業(yè)系統(tǒng)的可靠性需求,僅在已知先驗靜態(tài)地圖的情況下對無人機進行離線路徑規(guī)劃時,在某些場景下會有一定的安全隱患,如飛行過程中可能會遇到未定義的障礙物,因此需要無人機實時監(jiān)測周圍環(huán)境的情況,并針對障礙物做出快速反應(yīng),在躲避障礙物的基礎(chǔ)上到達目標(biāo)點。本文研究了基于動態(tài)窗口法的局部路徑規(guī)劃方案,并通過MATLAB算法仿真驗證了其有效性。最后,本文介紹了基于Matrice 100的無人機光伏巡檢系統(tǒng)的主要硬件配置和整體系統(tǒng)架構(gòu),將本文提出的離線軌跡優(yōu)化算法應(yīng)用到系統(tǒng)中,分析由傳感器得到的姿態(tài)角信息,在同樣的飛行效率下,與之前的飛行方案對比,驗證了該方法的有效性;再通過在ROS下的仿真平臺rviz和gazebo,對基于動態(tài)窗口法的無人機局部路徑規(guī)劃方法規(guī)避障礙物的能力進行了驗證。
【圖文】：

零子午面邐７＾７邐／＼邐＼逡逑（ｌ９８４0）Ｔｒｘ邋］））逡逑圖２－１大地坐標(biāo)系逡逑Ｍ２邐Ｍｌ逡逑ａＴ0逡逑圖２－２機體坐標(biāo)系逡逑３．導(dǎo)航坐標(biāo)系逡逑導(dǎo)航坐標(biāo)系筒稱Ｎ系，也被稱作地面坐標(biāo)系。由于在大多數(shù)情況逡逑下，相比于小型四旋翼無人機在橢球中的位置信息，人們更關(guān)心它在平面中的位逡逑置和速度，導(dǎo)航坐標(biāo)系便應(yīng)運而生。導(dǎo)航坐標(biāo)系的原點一般是無人機在ＧＰＳ星逡逑數(shù)達到要求后的起始位置，大部分時候在無人機的起飛點。其中，軸通常指向逡逑正北方向，ｘ？軸指向正東方向，ｚ？軸由＼和少？根據(jù)右手法則確定，豎直于地面逡逑向下。因此，導(dǎo)航坐標(biāo)系也可以被稱為北東地坐標(biāo)系（ＮＥＤ）。示意圖如圖２－３所逡逑不。逡逑７逡逑

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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249;TM615

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本文編號：2678993