【摘要】：四旋翼飛行器因其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),靈活的飛行動(dòng)作,被廣泛應(yīng)用在航拍攝影、精確農(nóng)業(yè)、電力巡檢、快遞運(yùn)輸及地形勘探等任務(wù)中。但是四旋翼飛行器進(jìn)入山洞或樹林等狹小空間內(nèi)進(jìn)行低空飛行勘探任務(wù)時(shí),周圍環(huán)境中存在許多不確定的障礙物,而且這些狹小空間的形狀不規(guī)則,控制人員的操作稍有差錯(cuò),便會(huì)使飛行器與空間內(nèi)的障礙物發(fā)生碰撞,致使飛行器在狹小空間內(nèi)的操作難度增加。為了降低四旋翼飛行器在狹小空間內(nèi)的飛行難度,本文對(duì)四旋翼飛行器在狹小空間內(nèi)的避障問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析,設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器低空飛行避障系統(tǒng)。鑒于四旋翼飛行器在狹小空間內(nèi)低空飛行難度較大的問題,通過在四旋翼飛行器的各個(gè)軸臂上安裝紅外測(cè)距傳感器,并根據(jù)不同的障礙物情況設(shè)計(jì)了飛行器避障算法設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了四旋翼飛行器在狹小空間內(nèi)低空飛行時(shí)自動(dòng)避障的目的。并且在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了差分進(jìn)化算法改進(jìn)飛行器的姿態(tài)控制,進(jìn)一步提高了四旋翼飛行器的自動(dòng)避障的靈敏度,使飛行器能夠更加快速、穩(wěn)定地響應(yīng)避障算法。此外,為了提高飛行器的穩(wěn)定性,在飛行器機(jī)身上設(shè)計(jì)了陀螺儀和加速度計(jì)硬件模塊,來測(cè)量飛行器飛行時(shí)所在空間坐標(biāo)系中的加速度和角加速度,并根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)的誤差干擾特性,設(shè)計(jì)了卡爾曼濾波算法對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,從而提高了飛行器避障系統(tǒng)的穩(wěn)定性,到達(dá)了低空飛行時(shí)快速、穩(wěn)定的自動(dòng)避障效果。最后通過MATLAB仿真工具對(duì)本文的飛行器自動(dòng)避障算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果顯示該算法能夠使飛行器在狹小空間內(nèi)快速,穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)避障。并且可以在飛行器上搭載微型攝像頭等模塊,來實(shí)現(xiàn)對(duì)狹小空間內(nèi)的航拍攝影、地形勘探等工作。
【圖文】：

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文，可將輸出電壓穩(wěn)定在 3.3V。所以該芯片可以持續(xù)不斷地給其他的電源輸出[33]。如下圖 2-4 所示，電路的輸出需要一個(gè)22uF 電容，以此來確保電路輸出的穩(wěn)定性。而在芯片的輸出端和調(diào)節(jié)端間 R1，這樣使得一個(gè)恒定的電流流過 R1，然后通過 R2 下降，，從而電壓[34]。

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文度，因此球與圓盤邊緣的交點(diǎn)不是 A 點(diǎn)而是某點(diǎn) A’。在圓盤上 A 點(diǎn)的人看來，初始時(shí)刻 O 處的人確實(shí)是朝著自己的方向把球拋出的，可實(shí)際上由于 B 具有順時(shí)針的初速度，所以在他看來球的軌跡向左偏離了直線 OA 成為曲線 OA’。在A 看來，球就好像受到了側(cè)向的力一樣，這個(gè)力就是科里奧利力。因此 MEMS陀螺儀能夠得到物體的角速度的變化就是通過科里奧利力的測(cè)量得到的[38]。MPU6050 傳感器是一個(gè)多融合的傳感器，被稱為九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。該傳感器包含了一個(gè)三軸 MEMS 陀螺儀和一個(gè)三軸的 MEMS 的加速度計(jì)，并且該傳感器還包含了一個(gè)可拓展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器[39]。其中數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器可以采用2I C 接口連接外部的數(shù)字傳感器。通過2I C 接口可以將拓展的傳感器信號(hào)輸出[40]。其結(jié)構(gòu)框圖如下圖 2-6 所示：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V249

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