【摘要】：四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本要求較低,控制穩(wěn)定性好,在商業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域受到非常廣泛的關(guān)注,具有極好的應(yīng)用前景。但在目前,四旋翼飛行器基本都是采用遙控手柄進(jìn)行人工控制或使用GPS進(jìn)行自動(dòng)控制飛行,受到操控人員視覺誤差或精度限制的影響,在很多高精度的場(chǎng)合無法適用。本文圍繞四旋翼飛行器視覺自主飛行控制展開研究,利用機(jī)器人控制系統(tǒng)(ROS)和開源計(jì)算機(jī)視覺庫(OpenCV),設(shè)計(jì)了基于計(jì)算機(jī)視覺的四旋翼飛行器的定位系統(tǒng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用“PC端/四旋翼飛行器”的運(yùn)行模式,利用四旋翼飛行器基本的方向控制,采用機(jī)器人控制系統(tǒng)ROS作為開發(fā)環(huán)境,使用C++程序設(shè)計(jì)、開源計(jì)算機(jī)視覺庫OpenCV處理圖像等相關(guān)技術(shù),對(duì)基于計(jì)算機(jī)視覺控制的四旋翼飛行器追蹤定位進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。首先,根據(jù)四旋翼飛行器和ROS系統(tǒng)的特點(diǎn)搭建了Linux、ROS、OpenCV軟件環(huán)境及基于ROS的四旋翼飛行器定位系統(tǒng)的框架,建立了相應(yīng)的工作空間、主題、節(jié)點(diǎn)及C++程序。所搭建的系統(tǒng)可極大地提升了無人機(jī)平臺(tái)的信息處理能力,同時(shí)也提升了四旋翼飛行器視覺定位系統(tǒng)程序的可擴(kuò)展性。其次,分析了各類大型比賽及知名實(shí)驗(yàn)室采用的目標(biāo)圖形,對(duì)圖形進(jìn)行必要的拆分加以設(shè)計(jì),同時(shí)基于系統(tǒng)實(shí)用性的考慮,建立了球形標(biāo)識(shí),地面H型標(biāo)識(shí),地面圓形標(biāo)識(shí)。再次,研究了相關(guān)目標(biāo)圖形的圖像采集、預(yù)處理和圖形擬合處理,分別引入霍夫圓檢測(cè)理論、角點(diǎn)擬合算法、最小二乘法橢圓擬合算法,進(jìn)而提出適應(yīng)系統(tǒng)的目標(biāo)圖形改進(jìn)擬合算法;根據(jù)ROS系統(tǒng)特點(diǎn)提出了當(dāng)前飛行器與圖像中心的相對(duì)位置的計(jì)算算法及轉(zhuǎn)化指令格式算法。這些算法計(jì)算量較小,對(duì)處理器性能要求較低,并解決了單目視覺的無法測(cè)量四旋翼飛行器與目標(biāo)圖形距離的識(shí)別缺陷。最后,利用所搭建的定位控制系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)AR.Drone四旋翼飛行器進(jìn)行視覺定位實(shí)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證,本設(shè)計(jì)完成了精度較高、飛行效率較高的四旋翼飛行器視覺定位自動(dòng)飛行任務(wù),滿足了實(shí)際應(yīng)用需要,達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【圖文】：

此不用考慮與之相關(guān)的負(fù)重及空間，駕駛?cè)藛T傷亡問題，所以無人機(jī)可以務(wù)。理可以分為三種大類：固定翼飛行器又可以分為單旋翼飛行器（無人直升器結(jié)構(gòu)可以很容易實(shí)現(xiàn)垂直起降、偏較強(qiáng)。并且可根據(jù)實(shí)際要求設(shè)計(jì)旋翼要求。多個(gè)分支中，四旋翼飛行器是結(jié)構(gòu)最電機(jī)對(duì)應(yīng)的螺旋槳轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)分組成：控制器、執(zhí)行器和反饋環(huán)節(jié)行器的大腦；執(zhí)行器包括電子調(diào)速器統(tǒng)，包括姿態(tài)傳感系統(tǒng)和外部環(huán)境傳速實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)控制飛行，從而改變

圖 1-2 最早的四旋翼飛行器Fig.1-2 The earliest quad rotorcraft20 世紀(jì) 50 年代，四軸飛行器的軍事應(yīng)用研究項(xiàng)目越來越多，，使得四旋翼飛器雖未達(dá)到理想的高度和速度，但穩(wěn)定性大大提高。從 20 世紀(jì) 90 年代開始，四翼飛行器被縮小成遙控玩具進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)，由于玩具四旋翼飛行器能夠很好的完懸停、低速行駛、空中翻滾和垂直起降等任務(wù)，并且四旋翼飛行器能夠執(zhí)行某些他類型飛行器無法完成的任務(wù)，所以引起了人們的廣泛關(guān)注，迅速成為國際上新研究熱點(diǎn)[7]，如圖 1-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;V279;V249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2631001