本文關(guān)鍵詞：微型四軸飛行器設(shè)計(jì)及基于Kinect手勢(shì)控制的實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：目前,無(wú)人飛行器廣泛應(yīng)用于軍事、民用和科學(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)域,和其他類飛行器相比,多旋翼飛行器具有操控簡(jiǎn)單、控制參數(shù)易調(diào)節(jié)、機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)勢(shì)。而微型四軸飛行器以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)對(duì)稱、控制靈活等特點(diǎn)受到人們的青睞。同時(shí),隨著人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展,手勢(shì)控制成為了新型的控制方式。將手勢(shì)控制與微型四軸飛行器系統(tǒng)相結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)飛行器更加靈活、直觀的控制。本文完成了基于ARM微控制器為核心的微型四軸飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上,完成了基于Kinect體感傳感器手勢(shì)識(shí)別的飛行器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了人體手勢(shì)控制微型四軸飛行器。論文主要工作如下:(1)分析了四軸飛行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型及飛行器在三維空間中六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)原理;分析了常用的姿態(tài)估計(jì)和PID算法。(2)設(shè)計(jì)了微型四軸飛行器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案,以PCB板直接作為飛行器的機(jī)架,對(duì)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。重點(diǎn)分析了微控制器電路、電源模塊電路、慣性導(dǎo)航模塊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和無(wú)線通信模塊電路。(3)根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路完成了飛行器底層軟件設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了基于四元數(shù)互補(bǔ)濾波算法的飛行器姿態(tài)估計(jì),解決了歐拉角法出現(xiàn)的奇點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)使用了角度、角速度雙環(huán)PID控制算法,解決了角度單環(huán)PID控制出現(xiàn)的飛行器漂移問(wèn)題。最后,完成了各軟件模塊的聯(lián)合調(diào)試。(4)實(shí)現(xiàn)了基于Kinect體感傳感器手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。完成了手勢(shì)識(shí)別上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì),同時(shí)與四軸飛行器系統(tǒng)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)微型四軸飛行器手勢(shì)的控制。在實(shí)地飛行測(cè)試過(guò)程中,手勢(shì)識(shí)別上位機(jī)軟件能夠快速準(zhǔn)確的對(duì)手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別。四軸飛行器系統(tǒng)在接收到控制命令后,能夠快速、準(zhǔn)確的執(zhí)行飛行指令�？梢�(jiàn),本文設(shè)計(jì)的基于Kinect的手勢(shì)識(shí)別的四軸飛行器控制系統(tǒng),很好的實(shí)現(xiàn)了人與飛行器之間的良好交互,具有良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：微型四軸飛行器 PID控制 Kinect 手勢(shì)控制
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279.2;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 課題研究的背景及意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容13-15
• 2 四軸飛行器工作原理及力學(xué)模型15-26
• 2.1 四軸飛行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)15-17
• 2.1.1 基本結(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.2 飛行模式16-17
• 2.2 四軸飛行器動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型17-21
• 2.2.1 坐標(biāo)系建立17-19
• 2.2.2 動(dòng)力學(xué)模型19-21
• 2.3 四軸飛行器運(yùn)動(dòng)原理21-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 微型四軸飛行器設(shè)計(jì)方案26-37
• 3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案26-27
• 3.2 硬件電路設(shè)計(jì)27-34
• 3.2.1 微控制器電路設(shè)計(jì)27-29
• 3.2.2 電源電路設(shè)計(jì)29-30
• 3.2.3 慣性測(cè)量模塊電路設(shè)計(jì)30-32
• 3.2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)32-33
• 3.2.5 無(wú)線通信模塊電路設(shè)計(jì)33-34
• 3.3 Kinect傳感器接口電路設(shè)計(jì)34-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 四軸飛行器姿態(tài)估計(jì)與控制算法研究37-47
• 4.1 四軸飛行器的姿態(tài)測(cè)量37-38
• 4.2 四軸飛行器姿態(tài)估計(jì)算法38-43
• 4.2.1 歐拉角姿態(tài)估計(jì)算法39-41
• 4.2.2 四元數(shù)姿態(tài)估計(jì)算法41-42
• 4.2.3 基于互補(bǔ)濾波器的四元數(shù)算法設(shè)計(jì)42-43
• 4.3 四軸飛行器PID算法43-46
• 4.3.1 PID控制器44-45
• 4.3.2 串級(jí)PID控制算法設(shè)計(jì)45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 5 微型四軸飛行器軟件設(shè)計(jì)47-56
• 5.1 底層軟件設(shè)計(jì)流程47-48
• 5.2 主要模塊設(shè)計(jì)48-52
• 5.2.1 MPU6050傳感器數(shù)據(jù)采集48-50
• 5.2.2 四元數(shù)法姿態(tài)估計(jì)子程序50
• 5.2.3 串級(jí)PID控制子程序50-52
• 5.3 基于Kinect手勢(shì)識(shí)別控制的飛行器軟件實(shí)現(xiàn)52-55
• 5.3.1 Kinect動(dòng)作識(shí)別原理52-53
• 5.3.2 基于Kinect手勢(shì)識(shí)別控制的實(shí)現(xiàn)53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 6 微型四軸飛行器系統(tǒng)調(diào)試與分析56-63
• 6.1 四軸飛行器系統(tǒng)調(diào)試56-60
• 6.1.1 硬件電路調(diào)試56-58
• 6.1.2 四軸飛行器底層軟件系統(tǒng)調(diào)試58-60
• 6.2 基于Kinect手勢(shì)控制四軸飛行器系統(tǒng)調(diào)試60-62
• 6.3 本章小結(jié)62-63
• 7 總結(jié)與展望63-65
• 7.1 總結(jié)63
• 7.2 展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷與研究成果68-69
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷68
• 研究成果68-69
• 致謝69

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本文編號(hào)：734996