四旋翼飛行器是多旋翼飛行器的一種經(jīng)典機型,通過改變四個旋槳電機的轉(zhuǎn)速,可進行六個自由度的運動。其具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操控、起降方便且成本和功耗相對較低等優(yōu)勢,因此,經(jīng)過多年的研究和發(fā)展,其控制和飛行技術(shù)日益成熟,并已在軍用和民用等諸多領(lǐng)域發(fā)揮了獨特的優(yōu)勢,如航空攝影。由于其飛行靈活,可在多種環(huán)境和空間下工作,隨著續(xù)航能力的不斷提升,四旋翼飛行器必將得以廣泛的應用并會有良好的應用前景。通過分析四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)特性,對其進行了空氣動力學建模,在此基礎(chǔ)上,本文基于STM32嵌入式單片機的強大功能作為飛行器的核心控制單元;在姿態(tài)測量方面,采用ST公司最新研發(fā)的MEMS慣性測量芯片LSM6DS3TR,且對其陀螺儀和加速度計進行校正,以提高飛行器三軸姿態(tài)角和加速度的測量精度,為飛行器的平穩(wěn)飛行奠定基礎(chǔ);同時對姿態(tài)傳感器和磁力計所測得的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合,經(jīng)過互補濾波算法進行處理,采用四元素法進行姿態(tài)解算,得出最終的歐拉角。在障礙物檢測方面,通過對非接觸式測距原理的研究,以及對目前國內(nèi)外該類傳感器進行比較,采用兩個傳感器的組合來呈現(xiàn)各自的優(yōu)勢。因此采納ST公司最新研發(fā)的基于TOF原理的VL53L0X激... 

【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 課題研究的背景和意義
    1.3 國內(nèi)外避障技術(shù)應用與研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國內(nèi)避障技術(shù)應用與研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國外避障技術(shù)應用與研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第二章 系統(tǒng)基本原理與避障檢測技術(shù)
    2.1 四旋翼飛行器工作原理
        2.1.1 飛行器的動力學模型
        2.1.2 四旋翼的飛行原理
    2.2 四旋翼飛行器避障原理
    2.3 避障檢測技術(shù)原理與傳感器
        2.3.1 超聲波測距原理
        2.3.2 超聲波測距方法
        2.3.3 TOF測距原理
        2.3.4 視覺檢測技術(shù)
        2.3.5 各種檢測方法的比較
第三章 四旋翼飛行器避障系統(tǒng)硬件設(shè)計
    3.1 飛行及避障系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計
        3.1.1 飛行器結(jié)構(gòu)及硬件實現(xiàn)
        3.1.2 飛行器主控單元
    3.2 飛行器的姿態(tài)檢測模塊
        3.2.1 陀螺儀和加速度傳感器
        3.2.2 LSM6DS3TR傳感器性能參數(shù)
        3.2.3 磁力計及AK8975傳感器芯片
        3.2.4 氣壓計及MS5611傳感器芯片
    3.3 飛行器的避障檢測模塊
        3.3.1 VL53L0X激光傳感器模塊
        3.3.2 單目視覺測距技術(shù)
第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 軟件開發(fā)環(huán)境及總體設(shè)計
        4.1.1 開發(fā)環(huán)境介紹
        4.1.2 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計
    4.2 基于六軸傳感器的姿態(tài)穩(wěn)定控制
        4.2.1 六軸傳感器的校正
        4.2.2 基于互補濾波算法的姿態(tài)融合
    4.3 單目視覺測距
        4.3.1 攝像機標定
        4.3.2 攝像機成像模型
    4.4 飛行器避障設(shè)計
第五章 系統(tǒng)測試與驗證
    5.1 設(shè)計結(jié)果
    5.2 測試與驗證
        5.2.1 電池及系統(tǒng)供電
        5.2.2 遙控及數(shù)傳通信系統(tǒng)
        5.2.3 姿態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)及校準
        5.2.4 傳感器測距試驗
        5.2.5 避障效果實驗
        5.2.6 分析與改進
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 不足與展望
參考文獻
致謝
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【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[7]帶自動避障系統(tǒng)的智能四軸飛行器的設(shè)計[D]. 閆錦龍.安徽大學 2014
[8]小型四旋翼飛行器實驗平臺設(shè)計[D]. 宋佳佳.華中科技大學 2012
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本文編號：3334103