【摘要】：近年來(lái),隨著四旋翼無(wú)人機(jī)的快速發(fā)展,無(wú)人機(jī)及相關(guān)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在街景拍攝、監(jiān)控巡察、救援救災(zāi)等領(lǐng)域。無(wú)人機(jī)在依靠GPS進(jìn)行定位時(shí),往往由于GPS信號(hào)缺失或較差,導(dǎo)致定位的準(zhǔn)確性受到很大影響。而使用光流技術(shù)進(jìn)行無(wú)GPS定位可以很好的改善定位性能。本文對(duì)傳統(tǒng)光流算法進(jìn)行了改進(jìn),并在四旋翼無(wú)人機(jī)飛行控制中實(shí)現(xiàn)了成功的應(yīng)用。主要工作如下:首先,對(duì)常見(jiàn)的幾種光流算法進(jìn)行分析,包括Lukas-Kanade光流法、Horn-Schunck光流法和塊匹配法。針對(duì)無(wú)人機(jī)使用塊匹配法進(jìn)行光流定位時(shí),在頻閃光、弱光下表現(xiàn)較差這一問(wèn)題,做了如下改進(jìn):(1)使用中值濾波進(jìn)行圖像預(yù)處理,降低了環(huán)境噪聲對(duì)行光流計(jì)算產(chǎn)生的影響;(2)使用比例漸進(jìn)的方式,降低頻閃光高亮度、低亮度交替變化特征對(duì)光流計(jì)算產(chǎn)生的影響;(3)提出一種改進(jìn)自適應(yīng)閾值法對(duì)圖像質(zhì)量較差區(qū)域進(jìn)行分割處理,降低圖像處理的誤判率。其次,為了驗(yàn)證光流改進(jìn)算法在無(wú)人機(jī)飛行定位控制上的準(zhǔn)確性,分別從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)元器件的對(duì)比選材,設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)硬件系統(tǒng)的幾大模塊:主控模塊、姿態(tài)傳感器模塊、氣壓傳感器模塊、光流傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊;通過(guò)采用串級(jí)PID控制以及姿態(tài)解算,對(duì)無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),并且給出了部分主要程序。最后,采用MATLAB/SIMULINK軟件對(duì)所提算法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真,仿真結(jié)果表明:在原始光流算法下,無(wú)人機(jī)定點(diǎn)懸停在預(yù)設(shè)位置后會(huì)產(chǎn)生較大漂移;而光流改進(jìn)算法控制下的無(wú)人機(jī)在到達(dá)預(yù)設(shè)位置后只有輕微漂移。真機(jī)試飛實(shí)驗(yàn)表明:在頻閃光、弱光環(huán)境下,光流改進(jìn)算法的RMSE指標(biāo)要明顯優(yōu)于原始光流算法。綜上所述,光流改進(jìn)算法可以顯著提升四旋翼無(wú)人機(jī)的飛行控制性能。
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V279
【圖文】：

控制無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)，需要改變四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。逡逑圖２－１邐“Ｘ”字模式逡逑常見(jiàn)四旋翼無(wú)人機(jī)有兩種模式［３３］。一種是“Ｘ”字模式，如圖２－１所示；另一逡逑種是“十”型模式，如圖２－２所示�！笆弊帜Ｊ竭x擇其中一個(gè)電機(jī)方向作為飛行機(jī)逡逑頭方向，這樣就可以確定無(wú)人機(jī)的前后左右。但是這種模式在一些應(yīng)用場(chǎng)所存在逡逑缺點(diǎn)，比如在進(jìn)行航拍時(shí)，做的俯仰動(dòng)作幅度比較大時(shí)，可能將機(jī)頭電機(jī)Ｍｌ與逡逑旋翼Ｆ１拍在畫(huà)面里，對(duì)拍攝效果產(chǎn)生影響。“Ｘ”模式則不同，它把兩旋翼之間逡逑的空擋處作為機(jī)頭的方向，“Ｘ”模式不僅避免了上述遮擋問(wèn)題，而且它飛行的橫逡逑向距離變短，使飛行過(guò)程更加順暢和靈活。逡逑７逡逑

機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，得到無(wú)人機(jī)不同電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變化都會(huì)影響整個(gè)飛行系統(tǒng)型欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這就對(duì)無(wú)人機(jī)的控制算人機(jī)為例介紹四種典型飛行運(yùn)動(dòng)：逡逑懸停逡逑行時(shí)，電機(jī)Ｍｌ、Ｍ３與電機(jī)Ｍ２、Ｍ４旋等時(shí)，各旋翼間的反扭矩使機(jī)身達(dá)到平，使機(jī)體重力等于向上的升力時(shí)，無(wú)人共同增加或者減小電機(jī)轉(zhuǎn)速，則無(wú)人機(jī)就

？逡逑？逡逑圖２－２邋“十”字模式逡逑通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，得到無(wú)人機(jī)不同的飛行姿態(tài)。在無(wú)人逡逑機(jī)飛行姿態(tài)中，一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變化都會(huì)影響整個(gè)飛行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可見(jiàn)無(wú)人逡逑機(jī)飛行系統(tǒng)是一種典型欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這就對(duì)無(wú)人機(jī)的控制算法的優(yōu)化要求很高。逡逑本文以“Ｘ”型無(wú)人機(jī)為例介紹四種典型飛行運(yùn)動(dòng)：逡逑⑴垂直運(yùn)動(dòng)與懸停逡逑無(wú)人機(jī)在空中飛行時(shí)，電機(jī)Ｍｌ、Ｍ３與電機(jī)Ｍ２、Ｍ４旋轉(zhuǎn)方向相反，當(dāng)且逡逑僅當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相等時(shí)，各旋翼間的反扭矩使機(jī)身達(dá)到平衡；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速逡逑相等且達(dá)到一定速度，使機(jī)體重力等于向上的升力時(shí)，無(wú)人機(jī)就會(huì)懸停。如圖逡逑２－３所示。此時(shí)如果共同增加或者減小電機(jī)轉(zhuǎn)速，則無(wú)人機(jī)就會(huì)上升或下降（垂逡逑直運(yùn)動(dòng)）。逡逑［＾＼Ｄ）逡逑圖２－３垂直運(yùn)動(dòng)與懸停示意圖逡逑（２）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與左右飛行逡逑如圖２－４所示

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本文編號(hào)：2785196