丘陵山地占我國國土面積的近70%,其農業(yè)生產效率與平原地區(qū)相比存在較大差異,農業(yè)生產以經濟果林作物為主,受地形條件限制,現(xiàn)代化地面作業(yè)農機通行困難,丘陵山地的機械化程度遠低于全國平均水平。多旋翼無人機動作靈活、可垂直起降的特點非常適合山地果園的植保施藥作業(yè),無人機飛行軌跡的精準控制是其在山地果園高效植保作業(yè)應用的瓶頸。本文在分析四旋翼無人機動力學模型的基礎上,針對無人機山地果園植保作業(yè)的飛行控制需求,分析基于多種導航方式組合的無人機自主導航飛行控制方法;針對山地蘋果園果樹樹冠的分布特性,研究基于機器視覺的果樹行快速分割方法,進而探尋果樹行趨勢線提取算法,結合GNSS導航技術,提出基于GNSS-視覺組合的無人機山地果園作業(yè)水平航跡控制方法;針對山地果園的地形特點,研究基于雙目視覺圖像的三維點云提取算法,進而探尋基于雙目視覺的多點測距方法,提出基于雙目視覺的無人機仿形飛行控制方法;融合無人機水平航跡和高度仿形的飛行控制方法,提出基于多種導航方式組合的山地果園無人機自主導航方法;基于上述理論研究,設計并研發(fā)了無人機自主導航控制系統(tǒng),對系統(tǒng)性能進行了實地試驗驗證。論文主要研究內容及結論如下。（... 

【文章來源】：西北農林科技大學陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

無人機姿態(tài)模型

第二章 四旋翼無人機建模及自適應導航控制方法研究人機作業(yè)路徑選取 效率最優(yōu)的作業(yè)路徑選取方法于無人機具備 6 個自由度，可進行多種姿態(tài)飛行，但是其驅動卻只有 4 個驅動系統(tǒng)。為了保證無人機在作業(yè)過程中的飛行穩(wěn)定，首先應進行無人機劃（焦巍等 2010b；李士勇 2003；莫宏偉和馬靖雯 2016；徐政超 20116）。無人機在丘陵山地等一些地勢變化復雜的環(huán)境中執(zhí)行植保作業(yè)等特殊任機進行低空飛行，此時，無人機距作業(yè)果樹冠層高度較低，一般為 2-5m藥作業(yè)時，無人機的飛行軌跡與實際的果樹行列形狀應保持一致，且飛經佳。山地果園的果樹種植模式為依山勢同一等高線種植，呈梯田形式，同果樹為一行或多行，且行或列取決于等高線形狀，一般無直線行列，高度幾十米不等，常見的山地果園實際地形如圖 2-6。

西北農林科技大學博士學位論文距 4m，不同行間落差設為 6m。定性分析可知，無人機上升動作，設定無人機起降位置與最高行平行或高于最高行位置。三維空確定原點（無人機起降位置），選左上角頂點作原點 A，然后在 軸（東）和 Y 軸（北）的方向，Z 軸過 A 點垂直于大地指向天機作業(yè)飛行區(qū)域為 ABCD-A'B'C'D'，其中 AB 是沿 X 軸方向平行沿 Y 軸方向平行的最大飛行長度，AD 是沿 Z 軸方向平行的最大述原則，將三維規(guī)劃空間 ABCD-A'B'C'D'離散為 49 個三維點集業(yè)目標點進行空間建模。錄入各作業(yè)目標點對應的三維坐標信息投影距離為到起降點的水平距離，Z 軸數值表示到起降點的高度函數建模，最后得到山地作業(yè)目標點模型。三維坐標信息如圖 2

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于變量噴霧的果園自動仿形噴霧機的設計與試驗[J]. 李龍龍,何雄奎,宋堅利,王瀟楠,賈曉銘,劉朝輝.  農業(yè)工程學報. 2017(01)
[3]基于空間質量平衡法的植保無人機施藥霧滴沉積分布特性測試[J]. 王昌陵,何雄奎,王瀟楠,王志翀,王士林,李龍龍,Jane.Bonds,Andreas.Herbst,王志國,梅水發(fā).  農業(yè)工程學報. 2016(24)
[4]基于優(yōu)化蟻群算法的機器人路徑規(guī)劃[J]. 張軍明,張德祥,王碩.  自動化技術與應用. 2016(11)
[5]農藥噴霧粒徑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 蘭玉彬,彭瑾,金濟.  華南農業(yè)大學學報. 2016(06)
[6]基于遺傳-蟻群算法的云計算任務調度優(yōu)化[J]. 曹陽,劉亞軍,俞琰.  吉林大學學報(理學版). 2016(05)
[7]懸掛式電動柔性疏花機控制系統(tǒng)設計與試驗[J]. 李君,徐巖,許績彤,楊洲,陸華忠.  農業(yè)工程學報. 2016(18)
[8]小型無人直升機噴霧參數對雜交水稻冠層霧滴沉積分布的影響[J]. 陳盛德,蘭玉彬,李繼宇,周志艷,金濟,劉愛民.  農業(yè)工程學報. 2016(17)
[9]基于蟻群算法的四旋翼航跡規(guī)劃[J]. 莫宏偉,馬靖雯.  智能系統(tǒng)學報. 2016(02)
[10]羅錫文:農業(yè)航空植保,開啟智能裝備新篇章[J]. 羅錫文,孫潔.  中國農村科技. 2016(04)

博士論文
[1]多旋翼無人機的姿態(tài)與導航信息融合算法研究[D]. 張欣.中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所) 2015
[2]丘陵山地自走式玉米收獲機設計方法與試驗研究[D]. 杜岳峰.中國農業(yè)大學 2014

碩士論文
[1]無人機自主飛行控制系統(tǒng)設計[D]. 趙少雄.中北大學 2017
[2]四旋翼飛行器飛行動力學特性分析[D]. 王大鵬.南京理工大學 2017
[3]防碰撞四旋翼飛行器動力學建模與控制研究[D]. 戴啟浩.南京理工大學 2017
[4]基于云平臺的遺傳—蟻群混合型算法的研究及在TSP中的應用[D]. 何廣才.內蒙古農業(yè)大學 2016
[5]基于DSP嵌入式平臺的快速模型預測控制算法[D]. 丁一.浙江大學 2016
[6]基于模糊PID控制的農用無人機穩(wěn)定平臺控制算法研究[D]. 莊載椿.浙江大學 2016
[7]四旋翼無人飛行器動力學建模及控制技術的研究[D]. 陳驥.南京理工大學 2016
[8]無人機飛行控制與航跡規(guī)劃研究[D]. 薛若宸.北京理工大學 2016
[9]基于超聲波測距技術的小型無人機高度測量方法研究[D]. 劉慧.內蒙古工業(yè)大學 2015
[10]基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的智能車載終端設計[D]. 史順玉.中國海洋大學 2014



本文編號：2965823