發(fā)布時間：2021-08-29 03:32

　　隨著無人機相關行業(yè)的發(fā)展以及操作方式的日趨簡單,無人機的機動性與載重能力大幅提高、環(huán)境適應性明顯提升、價格及維修成本也日趨低廉。其功能已從最初的戰(zhàn)斗、巡邏、偵查等軍用領域逐步延伸至工業(yè)及民用領域,如電力巡線、軍警消防、測繪或是航拍等,這也使得無人機的安全問題受到越來越高的重視。為了進一步提升無人機的自主性能,提高其安全性,無人機需要具備避障能力。當在飛行路線上遇到如建筑、樹木、電線桿等障礙物體時,無人機可及時感知并采取適當?shù)姆绞竭M行避讓。為了實現(xiàn)無人機的避障功能,參考了傳統(tǒng)的避障算法,如VFH算法（Vector Field Histogram,向量場直方圖）、人工勢場法等,以及近幾年應用較為廣泛的基于機器學習實現(xiàn)避障的算法。本課題將RealSense與無人機結(jié)合,獲取無人機前進方向的深度數(shù)據(jù),并基于該數(shù)據(jù)設計了兩組不同的避障算法:一組在VFH算法的基礎上提出一種三維VFH算法,將傳統(tǒng)的二維避障算法應用于三維空間內(nèi);另一組則采用機器學習中的強化學習實現(xiàn)避障。兩組避障算法均以深度數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù),并結(jié)合無人機的尺寸及當前的目的飛行方向確定避障策略。測試結(jié)果表明兩組算法均可實現(xiàn)無人機在三維空... 

【文章來源】：北京工業(yè)大學北京市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 相關領域的研究現(xiàn)狀
    1.3 課題的主要研究內(nèi)容及難點
    1.4 論文組織結(jié)構(gòu)
第2章 總體方案設計
    2.1 需求分析
    2.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        2.2.1 RealSense避障系統(tǒng)
        2.2.2 四旋翼無人機
    2.3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 三維VFH算法的設計與實現(xiàn)
    3.1 經(jīng)典避障算法總結(jié)
    3.2 三維VFH算法的設計
        3.2.1 三維環(huán)境描述
        3.2.2 建立極性直方圖
        3.2.3 建立二值極性直方圖
        3.2.4 確定避障角度
    3.3 算法的實現(xiàn)過程
        3.3.1 數(shù)據(jù)預處理
        3.3.2 避障方向計算過程
        3.3.3 避障與無人機控制的結(jié)合
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于強化學習的避障算法的設計與實現(xiàn)
    4.1 強化學習基本情況介紹
    4.2 DDPG的基本概念
    4.3 算法的實現(xiàn)過程
        4.3.1 問題描述
        4.3.2 數(shù)據(jù)預處理
        4.3.3 訓練前期準備
        4.3.4 reward設計
        4.3.5 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計
        4.3.6 action設計
    4.4 本章小結(jié)
第5章 測試及分析
    5.1 仿真環(huán)境測試
        5.1.1 仿真環(huán)境的基本情況
        5.1.2 三維VFH算法仿真測試過程及結(jié)果
        5.1.3 基于強化學習的避障算法仿真測試過程及結(jié)果
    5.2 實際環(huán)境測試
        5.2.1 實際環(huán)境的基本情況
        5.2.2 三維VFH算法實際測試過程及結(jié)果
        5.2.3 基于強化學習的避障算法實際測試過程及結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間獲得的學術成果
致謝



本文編號：3369815