近年來,針對頻繁發(fā)生的四軸飛行器碰撞問題,國內(nèi)外很多科研單位、公司都相繼展開對四軸飛行器自主避障系統(tǒng)的研究。同時隨著計算機視覺的蓬勃發(fā)展,計算機視覺與四軸飛行器的學科結(jié)合也越來越有研究意義與價值,在很多研究方向上都可以進行嘗試和探索。基于此,本文搭建了四軸飛行器硬件平臺,完成了基于ZED攝像機的四軸飛行器定位、建圖（Simultaneous Localization and Mapping,簡稱為SLAM）和避障運動規(guī)劃,經(jīng)過實驗驗證,實現(xiàn)了四軸飛行器基于視覺定位的自主避障和運動規(guī)劃。本文完成了對四軸飛行器硬件平臺的搭建,首先對四軸飛行器的基本原理進行了研究與介紹,包括基本組成、坐標系、控制系統(tǒng)等,然后基于Pixhawk飛控實現(xiàn)了四軸飛行器的定點懸停和巡點飛行。在四軸飛行器硬件平臺搭建完成基礎上,本文通過視覺SLAM完成了四軸飛行器的實時定位與三維稠密地圖重建。該部分主要工作為對ORB特征點的提取進行均勻化處理,避免了在圖像中特征點提取過于集中的問題;對匹配結(jié)果進行兩次篩選得到準確的匹配結(jié)果,通過BA估計得到四軸飛行器實時位姿;對實時位姿進行優(yōu)化,拼接點云得到點云地圖,最后完成稠密地圖... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展
        1.2.1 基于視覺的定位與建圖研究現(xiàn)狀
        1.2.2 四軸飛行器避障與運動規(guī)劃研究現(xiàn)狀
    1.3 課題研究意義
    1.4 主要研究內(nèi)容及組織
第二章 四軸飛行器飛行系統(tǒng)基礎知識
    2.1 四軸飛行器基本原理
        2.1.1 四軸飛行器基本組成
        2.1.2 相關坐標系與姿態(tài)表示
        2.1.3 四軸飛行器基本運動模態(tài)
        2.1.4 四軸飛行器控制系統(tǒng)分析
    2.2 Pixhawk飛控
        2.2.1 Pixhawk硬件結(jié)構(gòu)
        2.2.2 Pixhawk軟件架構(gòu)
        2.2.3 Pixhawk機器人操作系統(tǒng)接口
    2.3 本章小結(jié)
第三章 基于視覺的四軸飛行器定位與建圖設計與實現(xiàn)
    3.1 基于視覺的四軸飛行器定位與建圖整體設計
    3.2 視覺里程計實現(xiàn)
        3.2.1 攝像機參數(shù)獲取
        3.2.2 ORB特征提取和匹配實現(xiàn)
        3.2.3 攝像機位置姿態(tài)估計
        3.2.4 基于局部地圖的視覺里程計實現(xiàn)
    3.3 視覺里程計優(yōu)化
        3.3.1 全局地圖優(yōu)化
        3.3.2 回環(huán)檢測
    3.4 飛行環(huán)境稠密地圖構(gòu)建
    3.5 基于視覺的即時定位與建圖實驗結(jié)果與分析
        3.5.1 特征提取和匹配實驗
        3.5.2 視覺里程計實驗
        3.5.3 稠密地圖構(gòu)建實驗
    3.6 本章小結(jié)
第四章 四軸飛行器避障運動規(guī)劃設計與實現(xiàn)
    4.1 四軸飛行器碰撞檢測實現(xiàn)
        4.1.1 碰撞檢測的基本原理
        4.1.2 四軸飛行器飛行環(huán)境模型化
        4.1.3 四軸飛行器與飛行環(huán)境碰撞檢測實現(xiàn)
    4.2 四軸飛行器運動規(guī)劃研究
        4.2.1 四軸飛行器常用運動規(guī)劃算法研究
        4.2.2 四軸飛行器飛行性能約束
    4.3 基于改進RRT*算法的四軸飛行器運動規(guī)劃設計與實現(xiàn)
        4.3.1 RRT*算法基本原理
        4.3.2 改進的RRT*算法
    4.4 避障運動規(guī)劃算法實驗結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 四軸飛行器視覺自主避障系統(tǒng)實現(xiàn)與實驗驗證
    5.1 四軸飛行器自主避障系統(tǒng)實現(xiàn)整體方案
    5.2 四軸飛行器硬件平臺搭建
        5.2.1 飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)
        5.2.2 通信系統(tǒng)實現(xiàn)
        5.2.3 動力系統(tǒng)實現(xiàn)
    5.3 整體系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
        5.3.1 軟件開發(fā)環(huán)境介紹
        5.3.2 系統(tǒng)ROS軟件架構(gòu)
    5.4 四軸飛行器硬件平臺性能測試
        5.4.1 四軸飛行器平臺續(xù)航性能測試
        5.4.2 四軸飛行器平臺姿態(tài)性能測試
    5.5 四軸飛行器視覺避障運動規(guī)劃系統(tǒng)實驗
        5.5.1 基于視覺的四軸飛行器定位實驗
        5.5.2 四軸飛行器飛行環(huán)境稠密建圖實驗
        5.5.3 四軸飛行器避障運動規(guī)劃實驗
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 未來研究展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的成果



本文編號：3248446