本文關鍵詞：小型多旋翼飛行器系統(tǒng)設計及自主任務規(guī)劃

  更多相關文章： 六旋翼飛行器 環(huán)境感知 自主任務規(guī)劃 MAVLink通訊協(xié)議 SITL仿真

【摘要】：以無刷直流電機作為動力裝置的多旋翼飛行器結構簡單、控制靈活,擁有很大的科研價值和廣闊的應用前景。隨著無人機技術的快速發(fā)展,以小型多旋翼飛行器為主的無人機自主任務規(guī)劃將成為未來研究的主要方向。本文以六旋翼飛行器為代表仔細分析了其姿態(tài)控制原理,根據(jù)課題要求設計實現(xiàn)了載重大、易攜帶、穩(wěn)定性好、易開發(fā)的六旋翼飛行器系統(tǒng),并進行了具有針對性的校準和調試。同時為了實現(xiàn)空中環(huán)境感知,設計構建了一套機載環(huán)境感知系統(tǒng),并針對電池和載重的限制,單獨設計了電源模塊。另外考慮到飛行器在空中姿態(tài)變化和抖動會對環(huán)境感知系統(tǒng)帶來影響,額外搭載了慣性測量模塊和視覺里程計來進行位姿校正,最終實現(xiàn)了三維場景的構建。在完成六旋翼飛行器系統(tǒng)構建的基礎上,本文進行了自主任務規(guī)劃的可行性分析。并針對小型無人機MAVLink (Micro Air Vehicle Link)通訊協(xié)議和上位機ROS(Robot Operating System)系統(tǒng)的特點,搭建了MAVLink-ROS橋,實現(xiàn)了飛行器與ROS的通訊。同時對任務規(guī)劃的約束條件和設計方案進行了討論分析,給出了自主任務規(guī)劃的框架體系和控制流程圖。為了保證進行自主任務規(guī)劃時的可靠性和安全性,本文提出了一種SITL (Software In The Loop)的模擬測試方法,并在此基礎上進行改進,擴展了SITL與ROS的連接并驗證了飛行器與ROS通訊的可行性。為了保證飛行器擁有更好的飛行特性,需要重新整定飛行器的PID控制參數(shù),在完成參數(shù)整定后,分析比較了飛行器穩(wěn)定性、靈敏度的變化,驗證了飛行器性能的提升。同時為了避免自主任務規(guī)劃出錯帶來的損失,設計了不同的自主控制、任務規(guī)劃測試實驗,通過仿真實驗說明了自主任務規(guī)劃程序的有效性和可靠性,并在此基礎上進行了實際飛行實驗,進一步地驗證了自主任務規(guī)劃方案的有效性。
【關鍵詞】：六旋翼飛行器 環(huán)境感知 自主任務規(guī)劃 MAVLink通訊協(xié)議 SITL仿真
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 課題背景及意義8-9
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本文主要工作10-12
• 2 六旋翼飛行器設計與實現(xiàn)12-28
• 2.1 六旋翼飛行器姿態(tài)控制原理12-16
• 2.2 六旋翼飛行平臺設計與實現(xiàn)16-23
• 2.2.1 飛行器本體設計16-17
• 2.2.2 控制及通訊模塊設計17-20
• 2.2.3 執(zhí)行及動力模塊設計20-23
• 2.3 環(huán)境感知系統(tǒng)設計與實現(xiàn)23-28
• 2.3.1 環(huán)境感知系統(tǒng)結構23-24
• 2.3.2 電源模塊設計24-26
• 2.3.3 環(huán)境感知26-28
• 3 自主任務規(guī)劃28-46
• 3.1 基于ROS的通訊橋連28-33
• 3.1.1 MAVLINK-ROS橋的搭建28-30
• 3.1.2 飛行器與上位機的通訊30-33
• 3.2 任務規(guī)劃與自主控制33-40
• 3.2.1 自主控制33-37
• 3.2.2 任務規(guī)劃37-39
• 3.2.3 任務規(guī)劃約束條件39-40
• 3.3 測試環(huán)境構建40-46
• 3.3.1 SITL模擬仿真40-42
• 3.3.2 基于ROS框架的SITL模擬仿真42-43
• 3.3.3 SITL功能驗證43-46
• 4 實驗結果及分析46-60
• 4.1 飛行穩(wěn)定性測試及數(shù)據(jù)分析46-53
• 4.1.1 六旋翼飛行器控制參數(shù)調整46-47
• 4.1.2 輸入輸出測試47-50
• 4.1.3 飛行器穩(wěn)定性測試50-53
• 4.2 自主任務規(guī)劃實驗驗證53-60
• 4.2.1 自主控制實驗驗證53-55
• 4.2.2 任務規(guī)劃實驗驗證55-59
• 4.2.3 自主跟隨實驗59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-63
• 附錄A 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電源電路圖63-64
• 附錄B 高度控制解算結構圖64-65
• 課題資助情況65-66
• 致謝66-67

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10 王s，

本文編號：1102965