本文關(guān)鍵詞：多旋翼無(wú)人機(jī)視覺(jué)引導(dǎo)降落研究

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【摘要】：近年來(lái),由于MEMS慣性傳感器技術(shù)的成熟和價(jià)格下降,使多旋翼無(wú)人機(jī)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)硬件體積縮小,穩(wěn)定性提高,成本降低,于是多旋翼無(wú)人機(jī)在影視、運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等多個(gè)行業(yè)得到了應(yīng)用。借助于GPS定位技術(shù),多旋翼無(wú)人機(jī)在空中可按預(yù)定軌跡精準(zhǔn)航行,但在建筑物附近降落時(shí),信號(hào)往往丟失,失去定位,無(wú)法精準(zhǔn)降落。針對(duì)此問(wèn)題,本文提出了一種在無(wú)人機(jī)上完成全部計(jì)算的視覺(jué)定位方法。該方法用超聲波測(cè)量高度,通過(guò)機(jī)載攝像頭尋找地面上黑白相間的圓環(huán)的圓心,然后根據(jù)相機(jī)成像原理推算出無(wú)人機(jī)的水平位置,最后采用PID等控制策略使其位置和高度穩(wěn)定。本文首先研究了多旋翼無(wú)人機(jī)的位置測(cè)量,根據(jù)所采用的表示位置參考點(diǎn)的特征圖案,找到了一種簡(jiǎn)潔的視覺(jué)搜索算法;在圖像中找到位置參考點(diǎn)后,由成像原理推導(dǎo)了相對(duì)位置計(jì)算公式;為了計(jì)算出絕對(duì)位置,應(yīng)用了無(wú)損卡爾曼濾波器融合來(lái)自IMU等傳感器的數(shù)據(jù),估計(jì)出姿態(tài)。濾波和控制策略是本文的第二部分研究?jī)?nèi)容,先由剛體動(dòng)力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律推導(dǎo)了多旋翼無(wú)人機(jī)水平方向和豎直方向的動(dòng)力學(xué)方程;然后依據(jù)此數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了消除位置測(cè)量值噪聲的卡爾曼濾波器和控制水平位置的PID控制器,并用仿真驗(yàn)證了有效性;用反饋線(xiàn)性化方法設(shè)計(jì)了參數(shù)自適應(yīng)的高度控制策略。最后制作了樣機(jī),采用低成本的32位的MCU和30萬(wàn)像素的圖像傳感器制作了硬件;給出了關(guān)鍵的算法和程序流程圖,用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了視覺(jué)搜索算法、卡爾曼濾波算法、PID控制算法和高度控制算法,開(kāi)發(fā)了相關(guān)上位機(jī)監(jiān)視和調(diào)試軟件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)可使多旋翼無(wú)人機(jī)位置和高度穩(wěn)定,可引導(dǎo)無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)地降落在位置參考點(diǎn)。本文研究為視覺(jué)識(shí)別方法、多旋翼無(wú)人機(jī)的定點(diǎn)降落以及其他相關(guān)問(wèn)題的研究與解決提供極有價(jià)值的參考,具有一定的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V279

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本文編號(hào)：1291775