【摘要】：近年來隨著Alpha Go、無人駕駛汽車等一系列標(biāo)志性事件的出現(xiàn),人工智能獲得了人們的高度關(guān)注,人工智能與其他傳統(tǒng)領(lǐng)域相結(jié)合,將給這些學(xué)科帶來新的發(fā)展機(jī)遇。人工智能管家是人類的一個夢想,代表著人工智能的一個高峰,但是可以進(jìn)入普通家庭的人形機(jī)器人管家還需要一個漫長的研究開發(fā)過程。我們擬綜合利用人工智能、計算機(jī)視覺和無人機(jī)等技術(shù),開發(fā)一款基于小型無人機(jī)的輕型智能管家系統(tǒng),本文重點負(fù)責(zé)其中無人機(jī)的飛控系統(tǒng)開發(fā),所完成的研究開發(fā)工作如下。采用DDC技術(shù)開發(fā)了無人機(jī)的地面指揮系統(tǒng),利用USB接口電路模塊和4路D/A轉(zhuǎn)換+8路GPIO電路模塊實現(xiàn)了計算機(jī)與普通無人機(jī)遙控器的電路接口,在不改變遙控器固件和機(jī)載控制電路硬件的前提下,實現(xiàn)了地面臺式計算機(jī)對無人機(jī)的直接數(shù)字化控制。研究了基于計算機(jī)視覺的無人機(jī)室內(nèi)定位技術(shù),先后探討了基于PNP原理的無人機(jī)定位技術(shù)和基于匹配特征點的無人機(jī)定位技術(shù),實驗發(fā)現(xiàn)這兩者雖然具有較高定位精度,但是,前者需要預(yù)先在場地做標(biāo)記,而后者實時性較差,為此本論文最后提出了基于4象限匹配特征點的無人機(jī)快速反饋定位方法。該方法通過比較當(dāng)前圖像和參考圖像中匹配特征點的相對位置的變化,快速判斷無人機(jī)的相對位置,實現(xiàn)了無人機(jī)的快速準(zhǔn)確定位。進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了無人機(jī)在室內(nèi)指定點的定位與巡航飛行。研究了基于計算機(jī)視覺的無人機(jī)室內(nèi)安全飛行與避障技術(shù),實現(xiàn)了基于Harr特征的人臉檢測和基于HOG和SVM的身軀檢測以及自動避讓。同時還提出了一種基于三維重建的固有物體檢測與避障方法。該方法借助SFM獲取場景的稀疏點云,并借助這些稀疏點云構(gòu)建三維特征點庫。進(jìn)一步將當(dāng)前圖像中的特征點與三維特征點庫中的特征點進(jìn)行匹配,通過匹配成功的三維特征點,解算無人機(jī)的位置,計算與前方最近物點的距離,實現(xiàn)自動避障。開發(fā)了一套基于無人機(jī)的智能管家飛行控制軟件系統(tǒng),可以方便地對系統(tǒng)各個模塊和功能進(jìn)行實驗調(diào)試和參數(shù)設(shè)置,包括遙控器硬件控制、圖像采集、圖像處理、無人機(jī)控制、定點與巡航飛行控制、活動人員與固有物體檢測避讓等。實驗表明本論文開發(fā)的軟硬件智能控制系統(tǒng)基本滿足基于無人機(jī)的智能管家系統(tǒng)的需求。
【圖文】：

２．１總體框架設(shè)計逡逑２．１．１硬件框架設(shè)計逡逑本文旨在設(shè)計一套基于無人機(jī)的開放式智能管家系統(tǒng)，其總體硬件架構(gòu)如圖２．１逡逑所示。搭載有運(yùn)動相機(jī)的小型四翼無人機(jī)構(gòu)成智能管家的軀干，利用無人機(jī)的飛行逡逑能力實現(xiàn)室內(nèi)各個區(qū)域的巡航監(jiān)測。而智能管家的大腦，由一臺臺式計算機(jī)構(gòu)成。逡逑計算機(jī)借助傳圖模塊接收運(yùn)動相機(jī)發(fā)送的高清視頻，通過實時圖像分析監(jiān)測室內(nèi)環(huán)逡逑境，并通過無線遙控模塊將飛行指令發(fā)送給無人機(jī)，實現(xiàn)無人機(jī)的定位、飛行、返逡逑航等基本控制功能，進(jìn)一步借助深度學(xué)習(xí)等人工智能算法實現(xiàn)景物和人員的智能識逡逑別、物品分類與管理登記、安全防護(hù)等各種高級功能。計算機(jī)同時還借助語音模塊逡逑實現(xiàn)語音識別和語義理解，利用云平臺和網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)人機(jī)智能對話、信息咨詢、逡逑溫濕度監(jiān)測、智能家居控制以及無人機(jī)的語音控制飛行等各種功能。各個硬件模塊逡逑的實現(xiàn)詳見本章后續(xù)各節(jié)的討論。逡逑邐逡逑－邐邐—圖傳卿逡逑計篝機(jī)邐邐１邋Ｊｆ逡逑—Ｉ控泡搬１邋＾逡逑—語音嫩逡逑圖２．１無人機(jī)智能管家硬件架構(gòu)逡逑２．１．２軟件框架設(shè)計逡逑本文所研制的基于無人機(jī)的智能管家系統(tǒng)，是一套

碩士學(xué)位論文逡逑ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ邋ＴＨＥＳＩＳ逡逑不斷升級逐步完善自身功能，為此整個軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，其主要構(gòu)架如圖逡逑２．邋２所示。整個軟件系統(tǒng)分為４層，層與層之間通過封裝好的ＡＰＩ函數(shù)進(jìn)行鏈接。逡逑第一層，即最底層，為硬件管理控制層，負(fù)責(zé)圖像、語音和各種環(huán)境監(jiān)測信息采集逡逑和硬件控制；第二層為數(shù)據(jù)分析層，負(fù)責(zé)信號的預(yù)處理和特征提取、分析等；第三逡逑層為數(shù)據(jù)管理層，負(fù)責(zé)原始信號或處理后的特征信號的存檔、保存、查閱、刪除等；逡逑第四層，即頂層，為功能應(yīng)用層，負(fù)責(zé)各種實用功能的實現(xiàn)，包括基本計算機(jī)視覺逡逑的無人機(jī)飛行控制功能、溫濕度環(huán)境監(jiān)測功能、智能家居設(shè)備定時開關(guān)機(jī)功能，以逡逑及智能人機(jī)對話、物品自動識別與管理、信息咨詢等各種高級功能。逡逑－￣－邋－邋—＿—邐
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 梁僑;趙宏才;趙曉杰;楊亦睿;;自動避障避險小車的研究[J];遼寧科技學(xué)院學(xué)報;2015年02期

2 韓延祥;張志勝;戴敏;;用于目標(biāo)測距的單目視覺測量方法[J];光學(xué)精密工程;2011年05期

3 岳基隆;張慶杰;朱華勇;;微小型四旋翼無人機(jī)研究進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)淺析[J];電光與控制;2010年10期

4 沈\，

本文編號：2690287