本文關(guān)鍵詞：四軸飛行器自主飛行控制及避障系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 四軸飛行器 串級PID 數(shù)據(jù)融合 Harris角點檢測 A*航跡規(guī)劃

【摘要】：近年來,得益于計算機、MEMS、傳感器以及智能控制等領(lǐng)域的技術(shù)革新和理論創(chuàng)新,四軸飛行器作為旋翼無人機的后起之秀,再次進入大眾的視野,并得到了各大高校、研究所和企事業(yè)等單位的極大關(guān)注,以四軸飛行器為平臺的技術(shù)研究及其軍工民用領(lǐng)域的開發(fā)使用獲得了長足的發(fā)展。然而,當前國內(nèi)在四軸飛行器領(lǐng)域的研究尚不能實現(xiàn)其安全穩(wěn)定的執(zhí)行各項復雜的任務(wù),諸如視覺避障、多機協(xié)同、室內(nèi)導航等研究方向仍需要更多的實踐探索。本文圍繞四軸飛行器自主飛行控制實現(xiàn)及障礙規(guī)避系統(tǒng)設(shè)計展開研究,扼要概述了四軸飛行器的結(jié)構(gòu)和特點,并甄選與本論文相關(guān)的基礎(chǔ)知識進行簡單介紹。然后,從運動學和動力學角度分析了其運動控制原理,為飛行器控制器研究提供理論依據(jù)和設(shè)計指導。四軸飛行器的控制器主要包含位置控制器和姿態(tài)控制器兩部分內(nèi)容,本文采用串級PID和邏輯控制相結(jié)合的思路實現(xiàn)控制器的設(shè)計。其中,姿態(tài)控制器包含了pitch/roll/yaw的三軸角度控制,再結(jié)合高度控制器,構(gòu)成飛行器平臺的基礎(chǔ)控制,可以實現(xiàn)飛行器的定高飛行;而平面位置坐標的控制通過邏輯解算最終統(tǒng)一到角度控制中,與前者相結(jié)合,最終構(gòu)成飛行器平臺的位置控制,實現(xiàn)其定點懸停功能。四軸飛行器的避障系統(tǒng)設(shè)計主要包含了障礙檢測和航跡規(guī)劃兩部分內(nèi)容。這兩部分內(nèi)容的算法對處理器的運算能力要求較高,其數(shù)據(jù)處理在PC機上完成。飛行器通過機載單目攝像頭對飛行航跡上的障礙物進行檢測,并將圖片信息通過WiFi回傳到上位機中。本文將障礙物鎖定為黑白棋盤格,且通過Harris角點檢測算法對其進行檢測,結(jié)合棋盤格的特征及尺寸,最終求得其三維空間坐標,并實時更新環(huán)境地圖。另一方面,采用A*算法實現(xiàn)飛行器的三維航跡規(guī)劃,在每次地圖更新時,用于重新計算飛行器的航跡點,并通過數(shù)傳模塊將其發(fā)送到下位機中,用于指導飛行器巡點飛行,規(guī)避所有障礙物,到達目的地。最后,本文根據(jù)系統(tǒng)研究目標設(shè)計了一系列實驗,包括系統(tǒng)性能測試、自主飛行實驗和避障飛行實驗等,驗證了四軸飛行器平臺功能的可實現(xiàn)性和穩(wěn)定性,也為后續(xù)研究內(nèi)容的開展提供參考。
【關(guān)鍵詞】：四軸飛行器 串級PID 數(shù)據(jù)融合 Harris角點檢測 A*航跡規(guī)劃
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展11-16
• 1.2.1 國外研究水平及發(fā)展11-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究水平及發(fā)展15-16
• 1.3 課題研究意義及依據(jù)16-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容及組織17-18
• 第二章 相關(guān)基礎(chǔ)知識概述18-31
• 2.1 四軸飛行器結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2 運動狀態(tài)描述19-23
• 2.2.1 基本坐標系及轉(zhuǎn)換19-21
• 2.2.2 基本運動模態(tài)21-23
• 2.3 姿態(tài)解算23-27
• 2.4 常用障礙物檢測方法27-28
• 2.5 常用航跡規(guī)劃策略28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 四軸飛行器自主飛行控制系統(tǒng)研究31-41
• 3.1 四軸飛行器基本模型描述31-34
• 3.1.1 四軸飛行器動力學模型分析31-33
• 3.1.2 四軸飛行器控制系統(tǒng)分析33-34
• 3.2 四軸飛行器運動控制器設(shè)計34-40
• 3.2.1 位置控制器設(shè)計35-38
• 3.2.2 姿態(tài)控制器設(shè)計38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 四軸飛行器避障系統(tǒng)研究41-54
• 4.1 基于單目視覺的障礙物檢測41-49
• 4.1.1 角點檢測方法41-43
• 4.1.2 障礙物空間坐標獲取43-49
• 4.2 基于A*算法的航跡規(guī)劃設(shè)計49-53
• 4.2.1 四軸飛行器飛行性能約束49-50
• 4.2.2 A*三維航跡規(guī)劃算法50-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 四軸飛行器綜合系統(tǒng)實現(xiàn)54-70
• 5.1 四軸飛行器系統(tǒng)需求分析54
• 5.2 四軸飛行器硬件平臺搭建54-60
• 5.2.1 主控系統(tǒng)55-56
• 5.2.2 傳感器系統(tǒng)56-58
• 5.2.3 通信系統(tǒng)58-60
• 5.2.4 動力系統(tǒng)60
• 5.3 四軸飛行器軟件系統(tǒng)設(shè)計60-69
• 5.3.1 軟件開發(fā)集成環(huán)境60-61
• 5.3.2 自主飛行控制軟件設(shè)計61-65
• 5.3.3 自主避障軟件設(shè)計65-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 綜合系統(tǒng)實驗驗證70-81
• 6.1 飛行試驗平臺概述70
• 6.2 自主飛行控制實驗70-75
• 6.2.1 平臺性能測試70-72
• 6.2.2 姿態(tài)飛行實驗72-74
• 6.2.3 巡點飛行實驗74-75
• 6.3 避障系統(tǒng)驗證75-80
• 6.3.1 三維空間障礙物檢測實驗75-77
• 6.3.2 航跡規(guī)劃Matlab仿真實驗77-78
• 6.3.3 障礙規(guī)避飛行實驗78-80
• 6.4 本章小結(jié)80-81
• 第七章 總結(jié)與展望81-83
• 7.1 論文工作總結(jié)81
• 7.2 未來研究展望81-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-88
• 攻讀碩士學位期間取得的成果88-89

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本文編號：871027