發(fā)布時間：2017-08-13 08:02

  本文關鍵詞：基于機載嵌入式平臺的無人機視覺輔助自主降落

  更多相關文章： 四旋翼無人機 嵌入式系統(tǒng) 自主降落 相對位姿估計 飛行控制器

【摘要】：近年來,小型多旋翼無人機在航拍、測繪、電力巡線、空中偵察等領域被廣泛關注并大量應用。隨著應用領域的拓寬,對于無人機智能化的需求也越來越高。而計算機視覺具有信息量大、獨立性高等優(yōu)點,能夠為無人機的智能飛行提供豐富的外界信息,所以,無人機的視覺導航研究對于無人機智能化的提高具有深遠的意義。論文首先分析了四旋翼無人機的基本運動狀態(tài)。討論了延長無人機航時的方案,測試了多種旋翼-電機-電池組合的力效數(shù)據(jù)。依據(jù)得到的數(shù)據(jù)搭建了多種尺寸、航時與負載能力的多旋翼載機。使用牛頓歐拉方程建立了無人機的數(shù)學模型,并對電機-旋翼組合進行建模,得到了無人機的狀態(tài)方程。然后,設計并實現(xiàn)了無人機視覺導航硬件平臺。根據(jù)通用性、負載均衡、接口可靠等設計原則,創(chuàng)新性地提出了一種包含雙處理器的飛行控制器架構。完成了飛行控制器各個分系統(tǒng)的硬件設計,并設計了飛控系統(tǒng)通訊協(xié)議。根據(jù)機載視覺對于處理能力的需求,選擇了合適的機載嵌入式處理器與攝像機。完成了包含機體與動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、視覺導航系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定傳輸系統(tǒng)四部分在內(nèi)的整體硬件設計。接著,研究了無人機視覺輔助自主降落中所涉及的控制方法與圖像處理方法。介紹了針孔攝像機模型,推導了攝像機的位姿表示,并在該基礎上完成了位姿估計算法的推導。設計了一個包含兩個階段的無人機自主降落過程與云臺追蹤控制器�；诓煌挠布Y構與控制方式,詳細闡述了三種降落模式的工作原理與優(yōu)缺點。針對最后階段丟失視覺反饋的問題,創(chuàng)新性地提出了圖像算法與控制方式的改進方案。最后,完成了各項飛行試驗。姿態(tài)、速度、位置控制器達到了較高的控制精度,并實現(xiàn)了無人機高精度的自主降落功能。
【關鍵詞】：四旋翼無人機 嵌入式系統(tǒng) 自主降落 相對位姿估計 飛行控制器
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 論文研究的目的與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 四旋翼無人機的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 無人機視覺導航研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 無人機數(shù)學模型的建立17-34
• 2.1 飛行狀態(tài)分析17-19
• 2.1.1 無人機的坐標系定義17-18
• 2.1.2 基本飛行狀態(tài)分析18-19
• 2.2 機體與動力系統(tǒng)設計19-28
• 2.2.1 無人機的長航時設計20-27
• 2.2.2 多旋翼無人機基本指標27-28
• 2.3 運動方程的推導28-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第3章 無人機硬件設計34-53
• 3.1 總體設計34-35
• 3.2 飛控系統(tǒng)的硬件設計35-48
• 3.2.1 飛控總體設計35-38
• 3.2.2 傳感器系統(tǒng)38-41
• 3.2.3 主控制器設計41-44
• 3.2.4 電源管理模塊（PMU）設計44-45
• 3.2.5 數(shù)據(jù)記錄儀設計45-46
• 3.2.6 飛控系統(tǒng)中的通訊協(xié)議46-48
• 3.3 視覺導航系統(tǒng)的硬件設計48-50
• 3.3.1 硬件結構48-49
• 3.3.2 嵌入式計算機Odroid-xu449
• 3.3.3 機載攝像機49-50
• 3.4 整體電源架構50-51
• 3.5 本章小結51-53
• 第4章 基于視覺的無人機自主降落53-74
• 4.1 圖像處理算法探究53-58
• 4.1.1 坐標系定義53-54
• 4.1.2 攝像機模型54-56
• 4.1.3 無人機的位姿表示56-57
• 4.1.4 位姿估計算法57-58
• 4.2 視覺輔助自主降落的控制算法58-66
• 4.2.1 自主降落中的無人機控制59-61
• 4.2.2 自主降落中的云臺控制61-62
• 4.2.3 自主降落工作模式62-65
• 4.2.4 自主降落過程65-66
• 4.3 最后階段預測66-72
• 4.3.1 圖像算法的改進67-71
• 4.3.2 地面目標移動速度的預測71-72
• 4.4 本章小結72-74
• 第5章 無人機系統(tǒng)驗證74-82
• 5.1 姿態(tài)控制74
• 5.2 速度控制74-76
• 5.3 位置控制76-77
• 5.4 自主降落77-81
• 5.4.1 降落過程的飛行狀態(tài)78-79
• 5.4.2 自主降落精度79-81
• 5.5 本章小結81-82
• 結論82-84
• 參考文獻84-87
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文87-89
• 致謝89

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本文編號：666209