本文選題：四旋翼飛行器　切入點(diǎn)：全覆蓋路徑規(guī)劃　出處：《深圳大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：中國作為農(nóng)業(yè)大國,18億畝的基本農(nóng)田,需要大量的植保作業(yè)。以人工方式進(jìn)行的農(nóng)藥噴灑作業(yè),效率低且勞動強(qiáng)度大,易發(fā)生農(nóng)藥中毒及污染事件。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,旋翼無人植保機(jī)以一種新型植保機(jī)械應(yīng)用于農(nóng)田病蟲防治,其具有噴灑效率高、農(nóng)藥污染小、操作人員無需下田的優(yōu)勢。而由于農(nóng)田環(huán)境具有形狀不規(guī)則、地形復(fù)雜等特點(diǎn),使得旋翼無人植保機(jī)在作業(yè)過程中需要考慮任務(wù)過程中的特殊約束條件,進(jìn)而對植保機(jī)的路徑規(guī)劃和路徑跟蹤有更高、更復(fù)雜的要求。本論文以四旋翼無人機(jī)面向梯田區(qū)域的全覆蓋為研究目的,以結(jié)合二維激光測距儀和多路超聲波傳感器的全覆蓋遍歷法及路徑跟蹤控制為主要研究內(nèi)容。設(shè)計采用激光測距儀和超聲波傳感器分別對水平方向和垂直方向的環(huán)境進(jìn)行探測,結(jié)合沿田壁飛行策略,進(jìn)行梯田環(huán)境的覆蓋。通過建立四旋翼飛行器的動力學(xué)模式,分析運(yùn)動模式,設(shè)計PID內(nèi)外環(huán)串聯(lián)控制器,仿真實現(xiàn)了面向梯田區(qū)域的全覆蓋路徑飛行實驗。本文的主要內(nèi)容如下:(1)總結(jié)四旋翼飛行器運(yùn)動控制規(guī)律,對飛行器二維直線和水平圓周運(yùn)動進(jìn)行受力分析;針對四旋翼無人機(jī)的飛行水平探測,根據(jù)作業(yè)環(huán)境信息,選擇二維激光測距儀作為水平探測傳感器并進(jìn)行水平探測研究,設(shè)計避障和沿墻飛行策略,劃分探測區(qū)域并對避障區(qū)的避障算法采用模糊控制進(jìn)行避障,對飛行器模糊避障邏輯進(jìn)行仿真。(2)設(shè)計了四旋翼無人機(jī)垂直探測總體結(jié)構(gòu),針對垂直環(huán)境探測,采用多路超聲波傳感器對作物冠層進(jìn)行測距,判斷作物的有無。對超聲波傳感器進(jìn)行了室內(nèi)不同角度的測距實驗并對多路超聲波傳感器的串?dāng)_問題提出了解決方法。(3)建立四旋翼飛行器動力學(xué)模型,分析其運(yùn)動特性。根據(jù)實際飛行應(yīng)用,對姿態(tài)動力學(xué)模型簡化成線性小擾動模型,設(shè)計PID內(nèi)外環(huán)串聯(lián)控制器實現(xiàn)對四旋翼飛行器的位置跟蹤控制�；谔萏锾攸c(diǎn),建立梯田覆蓋區(qū)域模型,結(jié)合激光測距儀和多路超聲波傳感器針對梯田環(huán)境模型設(shè)計了全區(qū)域遍歷法,仿真實現(xiàn)了梯田的全覆蓋路徑飛行。
[Abstract]:China as a large agricultural country, 1.8 billion mu of basic farmland, requires a large number of plant protection operations.It is easy to produce pesticide poisoning and pollution because of its low efficiency and high labor intensity.With the development of agricultural modernization, rotary-wing unmanned plant protector is used as a new type of plant protection machinery to control farm diseases and insect pests. It has the advantages of high spraying efficiency, less pesticide pollution and no need for operators to get off the field.However, because of the irregular shape and complex terrain of farmland environment, the special constraints in the task process should be considered in the process of operation of the rotary-wing unmanned plant protector, and the path planning and path tracking of the plant protector are higher.More complex requirements.The purpose of this thesis is to study the total coverage of four-rotor UAV in the terraced area. The main content of this thesis is the full coverage ergodic method and path tracking control combined with 2-D laser rangefinder and multi-channel ultrasonic sensor.The laser rangefinder and ultrasonic sensor are used to detect the horizontal and vertical environment respectively, and the terrace environment is covered with the flight strategy along the field wall.By establishing the dynamic mode of the four-rotor aircraft, analyzing the motion mode, designing the series controller of PID inner and outer ring, the full-coverage path flight experiment for terraced area is realized by simulation.The main contents of this paper are as follows: 1) summarizing the motion control law of the four-rotor aircraft, analyzing the force on the two-dimensional straight line and horizontal circular motion of the aircraft, and aiming at the flight level detection of the four-rotor UAV, according to the operating environment information,The two-dimensional laser rangefinder is selected as the horizontal detection sensor and the horizontal detection research is carried out. The obstacle avoidance and flight strategy along the wall are designed, the detection area is divided and the obstacle avoidance algorithm of the obstacle avoidance area is avoided by fuzzy control.The overall structure of vertical detection for four-rotor UAV is designed. According to the vertical environment detection, multi-channel ultrasonic sensors are used to range the crop canopy to determine whether the crop is available or not.In this paper, the range measurement experiments of ultrasonic sensors at different angles are carried out, and a method to solve the crosstalk problem of multi-channel ultrasonic sensors is proposed. The dynamic model of four-rotor aircraft is established and its motion characteristics are analyzed.According to the actual flight application, the attitude dynamics model is simplified into a linear small disturbance model, and the PID inner and outer loop series controller is designed to realize the position tracking control of the four-rotor aircraft.Based on terrace characteristics, the terrace coverage area model is established, combined with laser rangefinder and multi-channel ultrasonic sensor, the whole area traversal method is designed for terrace environment model, and the full coverage path flight of terrace is realized by simulation.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V275.1;V249.1

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本文編號：1706203