【摘要】：近年來(lái)隨著Alpha Go、無(wú)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(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。人工智能管家是人類的一個(gè)夢(mèng)想,代表著人工智能的一個(gè)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(gè)漫長(zhǎng)的研究開發(fā)過(guò)程。我們擬綜合利用人工智能、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和無(wú)人機(jī)等技術(shù),開發(fā)一款基于小型無(wú)人機(jī)的輕型智能管家系統(tǒng),本文重點(diǎn)負(fù)責(zé)其中無(wú)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(wú)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(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與普通無(wú)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(shí)現(xiàn)了地面臺(tái)式計(jì)算機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)的直接數(shù)字化控制。研究了基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位技術(shù),先后探討了基于PNP原理的無(wú)人機(jī)定位技術(shù)和基于匹配特征點(diǎn)的無(wú)人機(jī)定位技術(shù),實(shí)驗(yàn)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(chǎng)地做標(biāo)記,而后者實(shí)時(shí)性較差,為此本論文最后提出了基于4象限匹配特征點(diǎn)的無(wú)人機(jī)快速反饋定位方法。該方法通過(guò)比較當(dāng)前圖像和參考圖像中匹配特征點(diǎn)的相對(duì)位置的變化,快速判斷無(wú)人機(jī)的相對(duì)位置,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)的快速準(zhǔn)確定位。進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)在室內(nèi)指定點(diǎn)的定位與巡航飛行。研究了基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的無(wú)人機(jī)室內(nèi)安全飛行與避障技術(shù),實(shí)現(xiàn)了基于Harr特征的人臉檢測(cè)和基于HOG和SVM的身軀檢測(cè)以及自動(dòng)避讓。同時(shí)還提出了一種基于三維重建的固有物體檢測(cè)與避障方法。該方法借助SFM獲取場(chǎng)景的稀疏點(diǎn)云,并借助這些稀疏點(diǎn)云構(gòu)建三維特征點(diǎn)庫(kù)。進(jìn)一步將當(dāng)前圖像中的特征點(diǎn)與三維特征點(diǎn)庫(kù)中的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配,通過(guò)匹配成功的三維特征點(diǎn),解算無(wú)人機(jī)的位置,計(jì)算與前方最近物點(diǎn)的距離,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。開發(fā)了一套基于無(wú)人機(jī)的智能管家飛行控制軟件系統(tǒng),可以方便地對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊和功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(wú)人機(jī)控制、定點(diǎn)與巡航飛行控制、活動(dòng)人員與固有物體檢測(cè)避讓等。實(shí)驗(yàn)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(wú)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(jì)逡逑２．１．１硬件框架設(shè)計(jì)逡逑本文旨在設(shè)計(jì)一套基于無(wú)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(dòng)相機(jī)的小型四翼無(wú)人機(jī)構(gòu)成智能管家的軀干，利用無(wú)人機(jī)的飛行逡逑能力實(shí)現(xiàn)室內(nèi)各個(gè)區(qū)域的巡航監(jiān)測(cè)。而智能管家的大腦，由一臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)構(gòu)成。逡逑計(jì)算機(jī)借助傳圖模塊接收運(yùn)動(dòng)相機(jī)發(fā)送的高清視頻，通過(guò)實(shí)時(shí)圖像分析監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)逡逑境，并通過(guò)無(wú)線遙控模塊將飛行指令發(fā)送給無(wú)人機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)現(xiàn)景物和人員的智能識(shí)逡逑別、物品分類與管理登記、安全防護(hù)等各種高級(jí)功能。計(jì)算機(jī)同時(shí)還借助語(yǔ)音模塊逡逑實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)義理解，利用云平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能對(duì)話、信息咨詢、逡逑溫濕度監(jiān)測(cè)、智能家居控制以及無(wú)人機(jī)的語(yǔ)音控制飛行等各種功能。各個(gè)硬件模塊逡逑的實(shí)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(jì)篝機(jī)邐邐１邋Ｊｆ逡逑—Ｉ控泡搬１邋＾逡逑—語(yǔ)音嫩逡逑圖２．１無(wú)人機(jī)智能管家硬件架構(gòu)逡逑２．１．２軟件框架設(shè)計(jì)逡逑本文所研制的基于無(wú)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(jí)逐步完善自身功能，為此整個(gè)軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，其主要構(gòu)架如圖逡逑２．邋２所示。整個(gè)軟件系統(tǒng)分為４層，層與層之間通過(guò)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(yǔ)音和各種環(huán)境監(jiān)測(cè)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(hào)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(hào)或處理后的特征信號(hào)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(shí)用功能的實(shí)現(xiàn)，包括基本計(jì)算機(jī)視覺(jué)逡逑的無(wú)人機(jī)飛行控制功能、溫濕度環(huán)境監(jiān)測(cè)功能、智能家居設(shè)備定時(shí)開關(guān)機(jī)功能，以逡逑及智能人機(jī)對(duì)話、物品自動(dòng)識(shí)別與管理、信息咨詢等各種高級(jí)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2690287