隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,公路、交通、通信和電力線路的建設(shè)也在逐漸增加,隨之而來的巡視任務(wù)也越來越嚴(yán)峻。目前上述的巡查仍主要依靠人工定期實地巡視查看,該方法需消耗大量人力和時間,且由于人員不便于越過河流等復(fù)雜地形,它的巡視效率非常低。得益于近幾年無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,無人機(jī)在電力巡視,乃至其他大型設(shè)施巡視中的應(yīng)用也逐漸增加,直接促進(jìn)了電力、橋梁等大型設(shè)施的巡視模式逐漸向機(jī)巡模式轉(zhuǎn)變。但是,無人機(jī)在實際的巡視過程中也面臨著諸多不可預(yù)知的問題,對無人機(jī)在各種復(fù)雜環(huán)境中的廣泛應(yīng)用帶來了很大挑戰(zhàn)。受制于周圍環(huán)境對于無人機(jī)傳感器的干擾以及沒有高精度的定位裝置,無人機(jī)很難實現(xiàn)沿規(guī)劃路線自動導(dǎo)航巡視,只能依靠人工觀察操作,精度低、效果差。同時,無人機(jī)使用的鋰電池續(xù)航時間在30分鐘左右,電池電量用盡之后需要人為更換電池,增加了巡視工作量,導(dǎo)致巡視效率降低。本文以無人機(jī)電力巡視作為出發(fā)點(diǎn),通過對國內(nèi)外無人機(jī)在電力巡視中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析和研究,針對現(xiàn)存的問題和挑戰(zhàn),提出一種能廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜巡視環(huán)境的無人機(jī)綜合智能巡視系統(tǒng)設(shè)計方案。在巡視終端設(shè)計一種充電平臺,無人機(jī)以充電平臺為跳板,可進(jìn)行連續(xù)巡視,從而解決無人機(jī)的續(xù)航問題,同時巡視任務(wù)不受河流地形等環(huán)境的影響,增加巡視距離。在巡視過程中,利用先進(jìn)無人機(jī)飛控系統(tǒng)及算法,使無人機(jī)能夠按計劃進(jìn)行穩(wěn)定、安全、準(zhǔn)確的巡視。同時,針對巡視過程中無人機(jī)受電磁干擾的問題,提出了一種磁力計動態(tài)校準(zhǔn)方法,解決了無人機(jī)在空中無法動態(tài)校準(zhǔn)的問題。該設(shè)計方案可以解決無人機(jī)電力、變電站、橋梁、水庫等大型設(shè)施巡視過程中面臨的諸多問題。本設(shè)計方案的主要內(nèi)容及成果如下:1.智能飛控系統(tǒng)作為整個智能巡視系統(tǒng)的核心,實時控制著無人機(jī)的姿態(tài),實現(xiàn)穩(wěn)定巡視及自動降落充電。本文利用先進(jìn)的處理芯片及多種傳感器模塊,融合GPS及RTK數(shù)據(jù),設(shè)計一套無人機(jī)智能飛控系統(tǒng)。前期進(jìn)行畫板、打樣,后期進(jìn)行焊接、裝機(jī)。后期經(jīng)過測試,該飛控系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定,抗風(fēng)抗干擾能力強(qiáng),符合無人機(jī)在各種復(fù)雜的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行所需滿足的各項基本條件;2.利用GPS/RTK技術(shù),實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無人機(jī)引導(dǎo)降落,再使用機(jī)載相機(jī),通過圖像處理技術(shù)來實現(xiàn)無人機(jī)高精度定位,使無人機(jī)精準(zhǔn)起降在自動充電平臺上;通過充電接口的對接和卡位,對無人機(jī)電池實施自動充電,再結(jié)合無人機(jī)飛行控制系統(tǒng),實現(xiàn)“蛙跳式”自動巡視。再逐步改進(jìn)圖像處理算法,從而提高實驗過程中無人機(jī)的降落精度;3.地面站是無人機(jī)在空中飛行時的地面控制中心。本文首先利用機(jī)載的各類傳感器采集無人機(jī)GPS/RTK坐標(biāo)、速度、姿態(tài)等飛行狀態(tài)信息,經(jīng)機(jī)載計算機(jī)處理后,由通訊模塊發(fā)送至地面站,地面站顯示無人機(jī)此時的狀態(tài)信息,對無人機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,特殊情況下也可直接利用地面站奪取無人機(jī)的操作控制權(quán),引導(dǎo)無人機(jī)沿航線飛行。地面站也可對無人機(jī)飛行軌跡和姿態(tài)等進(jìn)行仿真研究,對無人機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析和測試;4.本文針對多旋翼無人機(jī)的磁力計在巡視過程中易受大型設(shè)施周圍環(huán)境磁場干擾的問題,在靜態(tài)校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出一種小角度最小二乘迭代的動態(tài)校準(zhǔn)方法。即連續(xù)采用最小二乘在小角度下擬合弧線并解算出球心,反復(fù)更新球心坐標(biāo),實現(xiàn)偏差修正,進(jìn)一步改善無人機(jī)導(dǎo)航精度問題。經(jīng)過仿真驗證及實驗測試,該方法能有效解決多旋翼無人機(jī)磁力計的動態(tài)校準(zhǔn)問題,從而提高無人機(jī)在各種復(fù)雜環(huán)境下巡視的導(dǎo)航精度。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279
【部分圖文】：

目前已經(jīng)具備了在大型設(shè)施巡視過程中本文圍繞自動導(dǎo)航在大型設(shè)施巡視應(yīng)用采用先進(jìn)的機(jī)載微處理芯片和多種模塊能飛控系統(tǒng)通過 PID、Kalman 濾波等先得出無人機(jī)的輸出控制量，控制無人機(jī)統(tǒng)硬件設(shè)計，無人機(jī)需要處理大量傳感器數(shù)據(jù)，因片，如圖 2-1 所示，它具有 168 mhz 的高人機(jī)復(fù)雜浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理的需求。

第二章 無人機(jī)飛控系統(tǒng)的設(shè)計研究考慮到無人機(jī)傳感器需要在高動態(tài)、高機(jī)動、寬溫度范圍環(huán)境下穩(wěn)定工作，感器選用 BMI088，如圖 2-2 所示，它由 16 位 24 g 量程加速度計和 16 位 2000 °陀螺組成，能在-40-85 ℃下穩(wěn)定工作，它的設(shè)計能有效抑制由于 pcb 或整個系統(tǒng)構(gòu)上的共振所造成的振動，并具有極低的溫度偏移系數(shù)和溫度靈敏度系數(shù)，特別于高性能無人機(jī)應(yīng)用。

圖 2-2 BMI088 傳感器Fig.2-2 BMI088 sensor人機(jī)需要在室內(nèi)室外等各種復(fù)雜環(huán)境下確定自身的相對高度。使用氣壓分正常飛行情況下得到無人機(jī)的相對高度，但用于測高的一般氣壓計都差。因此，本文為了準(zhǔn)確測量相對高度，選用專門的無人機(jī)氣壓高度測量 位低噪聲氣壓高度傳感器 BMP388，如圖 2-3 所示。
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本文編號：2887535