本文關(guān)鍵詞：基于智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)感知的小型無人飛行器姿態(tài)控制

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【摘要】：小型無人飛行器(UAV)的發(fā)展,越來越多的受到世界的關(guān)注,各大科技巨頭都開始參與小型UAV的研究。小型UAV已經(jīng)在空中運(yùn)輸、航拍、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí),智能手機(jī)也已經(jīng)在世界各地普及,并且得益于智能手機(jī)上集成的各種各樣的傳感器,能夠開發(fā)出無數(shù)的應(yīng)用程序。本文將這兩種技術(shù)結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)基于智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)感知的小型UAV姿態(tài)控制。為了保證控制小型UAV的準(zhǔn)確度,需要保證智能手機(jī)自身的空間姿態(tài)估計(jì)準(zhǔn)確、可靠。由于智能手機(jī)中的傳感器屬于低成本的微機(jī)電系統(tǒng),測(cè)量誤差大,會(huì)造成較大的姿態(tài)估計(jì)誤差。因此本文首先對(duì)智能手機(jī)中的磁力計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀的校準(zhǔn)算法進(jìn)行了研究,提出了一套不需要借助輔助工具的傳感器校準(zhǔn)策略。然后,本文通過將校準(zhǔn)后的磁力計(jì)、加速度計(jì)和陀螺儀的測(cè)量值進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,提出了基于最優(yōu)梯度下降法的姿態(tài)濾波器算法,能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定的估計(jì)出智能手機(jī)的空間姿態(tài)。最終,通過設(shè)計(jì)一套無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,將智能手機(jī)空間姿態(tài)作為控制量傳遞到小型UAV上,實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)對(duì)小型UAV的姿態(tài)控制。本文通過使用APM飛控和Open Pilot飛控進(jìn)行了實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn),對(duì)本文設(shè)計(jì)的通過智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)感知來控制小型UAV的技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分證明了本文設(shè)計(jì)的控制方式能夠穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、靈活的控制小型UAV,并且功能上具有可擴(kuò)展性。
【關(guān)鍵詞】：小型無人飛行器 智能手機(jī) 傳感器校準(zhǔn) 姿態(tài)估計(jì) 動(dòng)作感知
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題背景及研究的意義8-9
• 1.2 相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 手機(jī)控制機(jī)器人的技術(shù)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 傳感器校準(zhǔn)的技術(shù)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 姿態(tài)估計(jì)的技術(shù)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容12-14
• 第2章 傳感器校準(zhǔn)算法14-27
• 2.1 傳感器誤差模型14-17
• 2.1.1 加速度計(jì)和陀螺儀誤差模型15-16
• 2.1.2 磁力計(jì)誤差模型16
• 2.1.3 統(tǒng)一誤差模型16-17
• 2.2 傳感器校準(zhǔn)算法的研究17-25
• 2.2.1 磁力計(jì)校準(zhǔn)算法17-20
• 2.2.2 加速度計(jì)校準(zhǔn)算法20-22
• 2.2.3 陀螺儀校準(zhǔn)算法22-25
• 2.3 校準(zhǔn)策略25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 姿態(tài)估計(jì)算法27-36
• 3.1 空間姿態(tài)表示方法27-28
• 3.2 空間姿態(tài)估計(jì)算法28-32
• 3.2.1 陀螺儀估計(jì)空間姿態(tài)29
• 3.2.2 加速度計(jì)和磁力計(jì)估計(jì)空間姿態(tài)29-32
• 3.3 姿態(tài)濾波器融合算法32-33
• 3.4 姿態(tài)計(jì)算中的傳感器誤差補(bǔ)償33-34
• 3.4.1 磁場(chǎng)失真補(bǔ)償33
• 3.4.2 陀螺儀偏差漂移補(bǔ)償33-34
• 3.5 姿態(tài)估計(jì)算法設(shè)計(jì)34
• 3.6 本章小結(jié)34-36
• 第4章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)36-40
• 4.1 智能手機(jī)控制端設(shè)計(jì)36
• 4.2 無線傳輸策略的設(shè)計(jì)36-38
• 4.3 飛控平臺(tái)選擇38-39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 第5章 實(shí)現(xiàn)與分析40-61
• 5.1 傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析40-47
• 5.1.1 傳感器數(shù)據(jù)采集40
• 5.1.2 磁力計(jì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析40-42
• 5.1.3 加速度校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析42-44
• 5.1.4 陀螺儀校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析44-47
• 5.2 姿態(tài)數(shù)據(jù)仿真分析47-52
• 5.3 數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)52-54
• 5.4 飛行實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析54-60
• 5.4.1 APM飛控實(shí)驗(yàn)54-57
• 5.4.2 Open Pilot飛控實(shí)驗(yàn)57-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 致謝67

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本文編號(hào)：647880