【摘要】：四旋翼無人機因其結構對稱、機動性強、穩(wěn)定性好、能垂直起降等諸多優(yōu)點,使無人機相關的研究成為了學術領域和軍用領域的熱點問題。四旋翼無人機是一個多變量、強耦合、非線性、欠驅動的復雜系統(tǒng),易受風力、溫度等外界因素的影響,使它的姿態(tài)控制具有一定的難度,這就對整個飛行控制系統(tǒng)的設計提出了極高的要求,也使得飛行控制算法和姿態(tài)算法研究成為四旋翼無人機控制關鍵技術。無人機通常采用GPS進行定位,但在GPS信號較差或缺失的室內,無人機就無法利用GPS準確定位,因此出現了一種新的技術——基于視覺的無人機定位,并成為當前的研究熱點。本課題從四旋翼無人機控制和無人機視覺定位兩個方面做了以下工作:(1)研究四旋翼無人機的基本機構和飛行原理。設計了無人機機架,根據牛頓第二定律,構建了四旋翼無人機的外力平衡方程和運動學方程。在合理的假設條件下,得到了四旋翼無人機的簡化數學模型,進行了四旋翼飛行控制系統(tǒng)理論研究。(2)研究無人機控制算法和姿態(tài)解算算法。用數字濾波器對傳感器原始數據進行了處理;研究了基于四元數的互補濾波算法進行解算姿態(tài);采用了雙閉環(huán)PID控制算法對無人機進行了姿態(tài)控制和定位控制。(3)設計了四旋翼無人機控制系統(tǒng),包括硬件電路設計和軟件系統(tǒng)設計。以STM32F407作為主控制器設計了硬件電路,包括傳感器數據采集電路、穩(wěn)壓電路、電流電壓采集電路、飛控遙控通信電路、PC上位機與飛控通信電路、微型電腦與飛控通信電路、電機控制電路以及輔助功能電路等。用AD軟件完成了飛控PCB和遙控PCB的設計;飛控軟件系統(tǒng)設計采用C語言在硬件系統(tǒng)上進行開發(fā),通過自定義通信協議完成了飛控與遙控器、飛控與PC上位機的通信,周期性地采集并處理數據,控制無刷電機實現了雙閉環(huán)PID控制算法和姿態(tài)算法。(4)研究了 ORB-SLAM視覺定位算法。搭建了視覺定位硬件系統(tǒng),并在Ubuntu上移植了 ORB-SLAM算法,用C++語言修改調試了 ORB-SLAM的源代碼,提取了相機位姿信息發(fā)送給飛行控制系統(tǒng)系統(tǒng),實現了無人機視覺定位。
【圖文】：

圖１－３所示，為美國３Ｄ邋Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司設計的ｓｏｌｏ無人機［２７］，該無人機具有逡逑

圖１－１麻省理工大學的Ｈｕａｎｇ邋ＡＳ逡逑（２）如圖１－２所示，，為加拿大Ｓａｓｋａｔｏｏｎ公司設計的四旋翼無人機一Ｄｒａｇａｎｆｌｙｅｒ［２６］，逡逑
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249.1

【參考文獻】

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本文編號：2596642