多旋翼微型無人飛行器由于具有模型結構簡單,體積小巧和機動性強等特點得到了大量研究關注。其大多數應用離不開兩個基本能力:感知定位能力與規(guī)劃控制能力。在傳統(tǒng)的四旋翼微型無人飛行器研究框架中,無人機的軌跡規(guī)劃往往考慮的是運動模型約束和避障限制,而感知定位則與圖像傳感器的種類、數量、分布和實際場景息息相關。然而在眾多的飛行器結構中,傳感器與飛行器本體通常是捷聯(lián)的,這樣的結構導致飛行器感知模塊的信息輸入與其本身運動軌跡嚴重耦合。特別是由于相機對觀測角度、運動速度和外部環(huán)境的敏感性,增加了基于相機的觀測系統(tǒng)在各種環(huán)境下失效的風險。因此,若直接將關于這兩個能力的獨立研究成果應用于傳感器捷聯(lián)的飛行器系統(tǒng)中,并不能完全滿足實際任務場景的需求。針對上述實際問題,本文著眼于提高感知定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯棒性。受到鳥類視覺系統(tǒng)的啟發(fā),設計了一套新穎的仿生飛行機械頸雙魚眼慣性系統(tǒng)。將用于感知定位的視覺慣性測量模塊放置于六自由度機械頸的末端,作為仿生系統(tǒng)的頭部,利用基于末端視覺慣性設備的位姿估計器估計飛行器本體的位姿。通過這種方式,系統(tǒng)的末端感知設備可以由機械頸控制,并相對于飛行器本體獨立地運動。這種將飛行器本體與... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

無人飛行器在各行各業(yè)中的應用

機械臂抓取任務過程中，飛行器的抓取姿態(tài)受限，此時若可使相機相對目標抓取物體自由移動，能夠有效提升視覺伺服系統(tǒng)感知效果；在飛行器對場景自主探索并建立地圖或執(zhí)行指定飛行軌跡時，由于相機感知模塊觀測的場景未知或者只能被動地觀測環(huán)境，有觀測到諸如白墻、純色表面等毫無特征的場景的可能，因此存在視覺系統(tǒng)失效甚至飛行器墜毀的風險。而如果能夠相對于飛行器本體主動地移動相機感知模塊，趨利避害地主動調整觀察環(huán)境的視角，觀察場景特征豐富的區(qū)域，即能降低系統(tǒng)失效的風險，有效增加飛行視覺感知系統(tǒng)的魯棒性。圖2-1鳥類的頸眼系統(tǒng)圖2-2飛行頸眼系統(tǒng)示意圖因此，本文將針對室內狹窄環(huán)境的特點，模仿鳥類頸眼的結構，構建一套放置于六自由度機械頸末端的雙魚眼慣性測量感知模塊。2.1.2系統(tǒng)硬件結構設計系統(tǒng)整體架構（圖2-3）由機械系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。圖中深色矩形為機械結構模塊，淺色矩形為軟件算法模塊，淡灰色矩形為計算單元模塊。虛線框代表軟件系統(tǒng)模塊，模塊間的箭頭鏈接線是數據流走向，無箭頭的連接線代表機械連接。其中，機械系統(tǒng)分為飛行器本體與機械頸兩部分。飛行器本體為六旋翼飛行器，有足夠的負載冗余搭載機械頸眼設備。機械頸基于[51,52]中的設計，改進六自由度串聯(lián)機械臂的部分關節(jié)的連接結構，作為機械頸，并將末端的機械爪替換為感知模塊。此模塊由兩個魚眼相機組成的雙魚眼相機和一個慣性測量模塊組成，作為仿生頭部，通過感知模塊的位姿估計結果來估計飛行器本體的位姿。而軟件系統(tǒng)則主要分為上層軟件系統(tǒng)和底層軟件系統(tǒng)，分別作為大腦和小腦。上層計算設備負責運行需要大量算力的視覺里程計、主動視覺規(guī)劃等上層算法，而底層主控設備負責飛行器的與機械頸的控制。本文將這個搭載于無人飛行器上的機械頸眼系?

討校?尚釁韉淖ト∽頌?芟蓿?聳比艨墑瓜嗷?嘍閱勘曜ト∥鍰遄?由移動，能夠有效提升視覺伺服系統(tǒng)感知效果；在飛行器對場景自主探索并建立地圖或執(zhí)行指定飛行軌跡時，由于相機感知模塊觀測的場景未知或者只能被動地觀測環(huán)境，有觀測到諸如白墻、純色表面等毫無特征的場景的可能，因此存在視覺系統(tǒng)失效甚至飛行器墜毀的風險。而如果能夠相對于飛行器本體主動地移動相機感知模塊，趨利避害地主動調整觀察環(huán)境的視角，觀察場景特征豐富的區(qū)域，即能降低系統(tǒng)失效的風險，有效增加飛行視覺感知系統(tǒng)的魯棒性。圖2-1鳥類的頸眼系統(tǒng)圖2-2飛行頸眼系統(tǒng)示意圖因此，本文將針對室內狹窄環(huán)境的特點，模仿鳥類頸眼的結構，構建一套放置于六自由度機械頸末端的雙魚眼慣性測量感知模塊。2.1.2系統(tǒng)硬件結構設計系統(tǒng)整體架構（圖2-3）由機械系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。圖中深色矩形為機械結構模塊，淺色矩形為軟件算法模塊，淡灰色矩形為計算單元模塊。虛線框代表軟件系統(tǒng)模塊，模塊間的箭頭鏈接線是數據流走向，無箭頭的連接線代表機械連接。其中，機械系統(tǒng)分為飛行器本體與機械頸兩部分。飛行器本體為六旋翼飛行器，有足夠的負載冗余搭載機械頸眼設備。機械頸基于[51,52]中的設計，改進六自由度串聯(lián)機械臂的部分關節(jié)的連接結構，作為機械頸，并將末端的機械爪替換為感知模塊。此模塊由兩個魚眼相機組成的雙魚眼相機和一個慣性測量模塊組成，作為仿生頭部，通過感知模塊的位姿估計結果來估計飛行器本體的位姿。而軟件系統(tǒng)則主要分為上層軟件系統(tǒng)和底層軟件系統(tǒng)，分別作為大腦和小腦。上層計算設備負責運行需要大量算力的視覺里程計、主動視覺規(guī)劃等上層算法，而底層主控設備負責飛行器的與機械頸的控制。本文將這個搭載于無人飛行器上的機械頸眼系統(tǒng)稱為飛行機械頸眼系


本文編號：3349942