發(fā)布時(shí)間：2017-07-27 13:23

  本文關(guān)鍵詞：基于紅外檢測(cè)的四旋翼飛行避障算法研究

  更多相關(guān)文章： 四旋翼 紅外避障 串級(jí)PID STM32

【摘要】：四旋翼以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù),能輕易實(shí)現(xiàn)垂直起降、懸停旋轉(zhuǎn)、全向飛行等靈活動(dòng)作,并容易搭載諸如攝像頭、GPS導(dǎo)航、無線通信等擴(kuò)展設(shè)備。隨著四旋翼普及和安全問題日益凸顯,本文旨在四旋翼避障方面進(jìn)行探索。姿態(tài)控制方面,本文采用基于MPU6050的傳感器模塊作為姿態(tài)數(shù)據(jù)來源,以STM32 103C8T6作為主控芯片。采集俯仰角、橫滾角、偏航角速度數(shù)據(jù),配合串級(jí)PID控制算法進(jìn)行姿態(tài)控制,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行。無線遙控方面,本文以手機(jī)運(yùn)行APP的方式作為遙控設(shè)備,以WIFI模塊作為飛行器遙控?cái)?shù)據(jù)接收單元,約定控制代碼,采用TCP/IP協(xié)議將量化的油門、偏航、前進(jìn)后退等數(shù)據(jù)發(fā)送到飛行器,實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的控制。自主避障方面,本文以夏普紅外測(cè)距模塊所測(cè)數(shù)據(jù)作為避障的依據(jù)。四旋翼搭載兩個(gè)紅外測(cè)距傳感器,和步進(jìn)電機(jī)一起構(gòu)成紅外雷達(dá),設(shè)置在四旋翼頂面,水平方向不間斷旋轉(zhuǎn),360°掃描測(cè)距,測(cè)距動(dòng)作和數(shù)據(jù)采集由一塊STM32單片機(jī)統(tǒng)一控制,綜合數(shù)據(jù)后通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)給主控芯片,采用最小方差的方法匹配掃描數(shù)據(jù),辨識(shí)出位移變化和航向角變化,實(shí)現(xiàn)水平面上定點(diǎn)并鎖定航向角。為實(shí)現(xiàn)縱向穩(wěn)定,本文在四旋翼底面設(shè)置一個(gè)超聲波模塊,向下對(duì)地測(cè)量距離,自主控制油門實(shí)現(xiàn)縱向穩(wěn)定。測(cè)距數(shù)據(jù)融合遙控?cái)?shù)據(jù)后,得到新的控制指令,傳遞給姿態(tài)控制程序,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自主避障動(dòng)作。本文通過對(duì)紅外雷達(dá)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理算法的有效性和提出不足之處和改進(jìn)設(shè)想。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼 紅外避障 串級(jí)PID STM32
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249.1;TN219
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-18
• 1.1 四旋翼發(fā)展歷程9-12
• 1.1.1 早期的嘗試9-10
• 1.1.2 微機(jī)電技術(shù)的推動(dòng)10-12
• 1.2 課題背景和意義12-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 國外現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 小結(jié)16-17
• 1.4 論文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)17-18
• 第二章 飛行和避障原理18-22
• 2.1 前言18
• 2.2 基本結(jié)構(gòu)18
• 2.3 飛行動(dòng)力學(xué)18-20
• 2.3.1 懸停19
• 2.3.2 偏航19
• 2.3.3 橫滾、俯仰19-20
• 2.3.4 小結(jié)20
• 2.4 避障原理20-22
• 2.4.1 基于超聲波20
• 2.4.2 基于光學(xué)測(cè)量20-21
• 2.4.3 復(fù)合型、機(jī)器視覺避障系統(tǒng)21
• 2.4.4 小結(jié)21-22
• 第三章 四旋翼平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)22-31
• 3.1 整體結(jié)構(gòu)圖22
• 3.2 主控模塊與主控流程22-24
• 3.2.1 芯片簡(jiǎn)介22-23
• 3.2.2 最小系統(tǒng)板23
• 3.2.3 主控軟件流程圖23-24
• 3.3 姿態(tài)傳感與姿態(tài)控制24-27
• 3.3.1 芯片簡(jiǎn)介24-25
• 3.3.2 姿態(tài)模塊25
• 3.3.3 串級(jí)PID姿態(tài)控制25-26
• 3.3.4 串級(jí)PID參數(shù)整定26-27
• 3.4 遙控實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)傳輸27-31
• 3.4.1 芯片簡(jiǎn)介27-28
• 3.4.2 手機(jī)簡(jiǎn)介28
• 3.4.3 遙控功能簡(jiǎn)述28-29
• 3.4.4 遙控?cái)?shù)據(jù)與流程29
• 3.4.5 油門控制29-30
• 3.4.6 失控和降落30-31
• 第四章 避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)31-39
• 4.1 測(cè)距模塊31-36
• 4.1.1 測(cè)距原理31
• 4.1.2 紅外測(cè)距31-34
• 4.1.3 超聲波測(cè)距34-36
• 4.1.4 紅外雷達(dá)36
• 4.1.5 小結(jié)36
• 4.2 避障原理簡(jiǎn)介36-39
• 4.2.1 位移和角度計(jì)算37
• 4.2.2 懸停和行進(jìn)避障37-39
• 第五章 數(shù)據(jù)分析39-55
• 5.1 模擬數(shù)據(jù)與算法說明39-45
• 5.1.1 模擬數(shù)據(jù)測(cè)量39-40
• 5.1.2 重心的計(jì)算40-41
• 5.1.3 圖形的平移41-42
• 5.1.4 圖形旋轉(zhuǎn)匹配42-44
• 5.1.5 兩次測(cè)量點(diǎn)之間的位移計(jì)算44
• 5.1.6 小結(jié)44-45
• 5.2 實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量分析45-55
• 5.2.1 測(cè)量誤差45-48
• 5.2.2 均值下的運(yùn)算結(jié)果48-49
• 5.2.3 單次測(cè)量下的運(yùn)算結(jié)果49-52
• 5.2.4 單次測(cè)量在濾波條件下的運(yùn)算結(jié)果52-54
• 5.2.5 小結(jié)54-55
• 第六章 總結(jié)與展望55-56
• 6.1 總結(jié)55
• 6.2 不足與展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-58
• 附錄A 模擬數(shù)據(jù)58-60
• 附錄B 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)60-67
• 致謝67-68

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