【摘要】：四旋翼無人機(jī)因其結(jié)構(gòu)對(duì)稱、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、能垂直起降等諸多優(yōu)點(diǎn),使無人機(jī)相關(guān)的研究成為了學(xué)術(shù)領(lǐng)域和軍用領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。四旋翼無人機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性、欠驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng),易受風(fēng)力、溫度等外界因素的影響,使它的姿態(tài)控制具有一定的難度,這就對(duì)整個(gè)飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了極高的要求,也使得飛行控制算法和姿態(tài)算法研究成為四旋翼無人機(jī)控制關(guān)鍵技術(shù)。無人機(jī)通常采用GPS進(jìn)行定位,但在GPS信號(hào)較差或缺失的室內(nèi),無人機(jī)就無法利用GPS準(zhǔn)確定位,因此出現(xiàn)了一種新的技術(shù)——基于視覺的無人機(jī)定位,并成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本課題從四旋翼無人機(jī)控制和無人機(jī)視覺定位兩個(gè)方面做了以下工作:(1)研究四旋翼無人機(jī)的基本機(jī)構(gòu)和飛行原理。設(shè)計(jì)了無人機(jī)機(jī)架,根據(jù)牛頓第二定律,構(gòu)建了四旋翼無人機(jī)的外力平衡方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。在合理的假設(shè)條件下,得到了四旋翼無人機(jī)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了四旋翼飛行控制系統(tǒng)理論研究。(2)研究無人機(jī)控制算法和姿態(tài)解算算法。用數(shù)字濾波器對(duì)傳感器原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理;研究了基于四元數(shù)的互補(bǔ)濾波算法進(jìn)行解算姿態(tài);采用了雙閉環(huán)PID控制算法對(duì)無人機(jī)進(jìn)行了姿態(tài)控制和定位控制。(3)設(shè)計(jì)了四旋翼無人機(jī)控制系統(tǒng),包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以STM32F407作為主控制器設(shè)計(jì)了硬件電路,包括傳感器數(shù)據(jù)采集電路、穩(wěn)壓電路、電流電壓采集電路、飛控遙控通信電路、PC上位機(jī)與飛控通信電路、微型電腦與飛控通信電路、電機(jī)控制電路以及輔助功能電路等。用AD軟件完成了飛控PCB和遙控PCB的設(shè)計(jì);飛控軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用C語言在硬件系統(tǒng)上進(jìn)行開發(fā),通過自定義通信協(xié)議完成了飛控與遙控器、飛控與PC上位機(jī)的通信,周期性地采集并處理數(shù)據(jù),控制無刷電機(jī)實(shí)現(xiàn)了雙閉環(huán)PID控制算法和姿態(tài)算法。(4)研究了 ORB-SLAM視覺定位算法。搭建了視覺定位硬件系統(tǒng),并在Ubuntu上移植了 ORB-SLAM算法,用C++語言修改調(diào)試了 ORB-SLAM的源代碼,提取了相機(jī)位姿信息發(fā)送給飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)視覺定位。
【圖文】：

圖１－３所示，為美國３Ｄ邋Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司設(shè)計(jì)的ｓｏｌｏ無人機(jī)［２７］，該無人機(jī)具有逡逑

圖１－１麻省理工大學(xué)的Ｈｕａｎｇ邋ＡＳ逡逑（２）如圖１－２所示，，為加拿大Ｓａｓｋａｔｏｏｎ公司設(shè)計(jì)的四旋翼無人機(jī)一Ｄｒａｇａｎｆｌｙｅｒ［２６］，逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2596642