本文關(guān)鍵詞：帶自動(dòng)避障系統(tǒng)的智能四軸飛行器的設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無(wú)人飛行器不僅被應(yīng)用于民用和軍用事業(yè),它還具備在惡劣的空中環(huán)境中作業(yè)的特點(diǎn),如太空資源的探測(cè)開(kāi)發(fā),小型無(wú)人飛行器可分為固定翼和旋翼機(jī)兩種,旋翼飛行器由于其體積小,輕便靈活,并且能夠在狹窄的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)上空懸浮、全方向飛行、以及垂直起降,所以旋翼式飛行器更適合于去執(zhí)行一些偵察或者監(jiān)視一類(lèi)的任務(wù)。 本文主要研究了適用于室內(nèi)或在較為狹窄的空間內(nèi)飛行作業(yè)的四旋翼飛行器,其設(shè)計(jì)采用STM32作為主控芯片對(duì)慣性測(cè)量、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)等單元模塊進(jìn)行運(yùn)算及控制。為了增加飛行的穩(wěn)定性,硬件上,通過(guò)三軸陀螺儀測(cè)量出飛行器在立體空間中三個(gè)軸的角加速度,通過(guò)三軸加速度計(jì)測(cè)量飛行器在三維空間中三個(gè)方向的加速度,軟件上,研究了一種基于卡爾曼濾波和PID反饋的飛行器姿態(tài)控制算法來(lái)調(diào)整飛行器平衡。此外,為滿(mǎn)足室內(nèi)和較窄空間安全飛行,飛行器需要在具體的動(dòng)態(tài)性和不確定性的環(huán)境中具有一定的識(shí)別障礙物、避開(kāi)障礙物的能力。本文采用了紅外傳感器來(lái)探測(cè)障礙物并通過(guò)簡(jiǎn)單的避障算法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。 本文研發(fā)的四旋翼飛行器重量輕,體積小,機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,有較好的靈活性和適應(yīng)性。實(shí)驗(yàn)原型機(jī)的運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了此智能飛行器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的可行性,為今后進(jìn)一步工程化和實(shí)用化打下了基礎(chǔ)。此款飛行器預(yù)留有擴(kuò)展接口,后期可擴(kuò)展微型攝像頭、WIFI模塊,使之有更廣闊的應(yīng)用空間,例如：實(shí)現(xiàn)辦公大樓無(wú)死角智能遠(yuǎn)程巡樓；探測(cè)地面機(jī)器人或地面智能小車(chē)無(wú)法到達(dá)的危險(xiǎn)環(huán)境；實(shí)現(xiàn)高壓輸電線(xiàn)的空中巡線(xiàn)等,可以極大的節(jié)省人力成本和保證人們的生命安全。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛行器 STM32 信息融合 飛行控制 自動(dòng)避障
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 課題內(nèi)容的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況9-14
• 1.3 課題研究的背景及意義14-16
• 1.4 本文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 四軸飛行器系統(tǒng)的原理17-23
• 2.1 前言17
• 2.2 結(jié)構(gòu)框架17-18
• 2.3 運(yùn)動(dòng)原理18-22
• 2.4 自動(dòng)避障原理22-23
• 第三章 四軸飛行器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-40
• 3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-24
• 3.2 控制器芯片24-27
• 3.2.1 芯片簡(jiǎn)介24-26
• 3.2.2 開(kāi)發(fā)環(huán)境26-27
• 3.3 姿態(tài)檢測(cè)模塊27-34
• 3.3.1 加速度計(jì)和陀螺儀的原理28-30
• 3.3.2 MPU-6050簡(jiǎn)介30-32
• 3.3.3 MPU-6050引腳描述及其封裝32-33
• 3.3.4 MPU-6050系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及其應(yīng)用電路33-34
• 3.4 自動(dòng)避障模塊34-37
• 3.4.1 測(cè)距傳感器的選擇35-36
• 3.4.2 紅外光電測(cè)距電路36-37
• 3.5 遙控模塊37-39
• 3.5.1 遙控器操作37-38
• 3.5.2 NRF24L01芯片簡(jiǎn)介38
• 3.5.3 NRF24L01性能參數(shù)38-39
• 3.6 電源功能模塊39-40
• 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)40-62
• 4.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)40-41
• 4.2 基于MPU-6050的姿態(tài)穩(wěn)定控制的實(shí)現(xiàn)41-59
• 4.2.1 I~2C通訊41-43
• 4.2.2 MPU-6050的初始化配置43-45
• 4.2.3 卡爾曼濾波的應(yīng)用45-47
• 4.2.4 數(shù)據(jù)輸入設(shè)計(jì)47-49
• 4.2.5 姿態(tài)解算的實(shí)現(xiàn)49-50
• 4.2.6 PID控制器的設(shè)計(jì)50-55
• 4.2.7 四元數(shù)與歐拉角的轉(zhuǎn)換55-59
• 4.3 自動(dòng)避障子程序59-62
• 4.3.1 總體流程圖59
• 4.3.2 基本避障過(guò)程59-60
• 4.3.3 復(fù)雜情況避障路徑規(guī)劃60-61
• 4.3.4 避障程序運(yùn)行總述61-62
• 第五章 系統(tǒng)功能測(cè)試62-70
• 5.1 設(shè)計(jì)結(jié)果62-63
• 5.2 功耗分析63
• 5.3 算法驗(yàn)證分析63-66
• 5.3.1 姿態(tài)解算的分析63-66
• 5.3.2 歐拉角問(wèn)題的分析66
• 5.4 控制系統(tǒng)的改進(jìn)66-67
• 5.4.1 磁力傳感器66-67
• 5.4.2 改進(jìn)分析67
• 5.5 PID參數(shù)的設(shè)定67-69
• 5.6 本飛行系統(tǒng)與目前的比較69
• 5.7 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 論文總結(jié)70
• 6.2 研究展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄77

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王帥;周洋;;用于危險(xiǎn)區(qū)域物品清理的四旋翼飛行抓捕手[J];兵工自動(dòng)化;2011年03期

2 李躍軍;閻超;;飛行器姿態(tài)角解算的全角度雙歐法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2007年05期

3 于雅莉;孫楓;王元昔;;基于多傳感器的四旋翼飛行器硬件電路設(shè)計(jì)[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年08期

4 茶國(guó)智;;單片機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電源模塊設(shè)計(jì)[J];電腦知識(shí)與技術(shù)(學(xué)術(shù)交流);2007年06期

5 董超;錢(qián)峰;;微型姿態(tài)解算系統(tǒng)的抗磁干擾算法研究[J];電子測(cè)量技術(shù);2011年01期

6 陳海燕;I~2C串行通訊的軟件實(shí)現(xiàn)[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);1996年04期

7 杜海龍;張榮輝;劉平;鄭喜鳳;賈宏光;馬海濤;;捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)解算模塊的實(shí)現(xiàn)[J];光學(xué)精密工程;2008年10期

8 楊東波;楊東凱;;磁力傳感器在方向角測(cè)量中動(dòng)態(tài)模型分析[J];電子測(cè)量技術(shù);2005年05期

9 殷智浩;王方杰;;基于WIFI的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用;2012年18期

10 丁媛媛;;基于nRF24L01無(wú)線(xiàn)雙向通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];常州工學(xué)院學(xué)報(bào);2012年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 江剛武;空間目標(biāo)相對(duì)位置和姿態(tài)的抗差四元數(shù)估計(jì)[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

2 陳少斌;自主移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃及軌跡跟蹤的研究[D];浙江大學(xué);2008年

3 喬相偉;基于四元數(shù)非線(xiàn)性濾波的飛行器姿態(tài)確定算法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：帶自動(dòng)避障系統(tǒng)的智能四軸飛行器的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：343013