基于單目視覺的四旋翼無人機(jī)位姿估計(jì)與控制
發(fā)布時(shí)間：2021-02-21 03:38
四旋翼無人機(jī)的位姿估計(jì)（即定位）一直是無人機(jī)研究領(lǐng)域的核心問題。四旋翼無人機(jī)準(zhǔn)確的定位是實(shí)現(xiàn)飛行控制、避障、路徑規(guī)劃以及抓取等各種復(fù)雜任務(wù)的基礎(chǔ)和前提。目前廣泛應(yīng)用的定位方法可以分為兩類:一類是基于四旋翼無人機(jī)自身對(duì)環(huán)境進(jìn)行同步定位與制圖（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）,從而獲得準(zhǔn)確的位置信息;另一類是基于外部設(shè)備提供準(zhǔn)確的位置信息,如全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System,GPS）,運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。但是,在建筑物密集、室內(nèi)、隧道等地方GPS定位幾乎是失效的,而運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)只能應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室、研究室這種特定的場(chǎng)合,這些都大大局限了四旋翼無人機(jī)的應(yīng)用范圍。本文主要研究如何利用無人機(jī)自身攜帶的單目相機(jī)和SLAM算法實(shí)現(xiàn)未知環(huán)境下的自主定位,以及基于視覺定位信息的無人機(jī)飛行控制。本文首先搭建了基于單目視覺的四旋翼無人機(jī)定位系統(tǒng),其中硬件部分由四旋翼無人機(jī)和筆記本電腦組成,軟件部分由單目SLAM系統(tǒng)、擴(kuò)展卡爾曼（Extended Kalman Filter,EKF）濾波器和比例-積分-微分（Proportion ...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：58 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
DRobotics公司的Solo無人機(jī)2012年，大疆公司接連發(fā)售了風(fēng)火輪系列四旋翼機(jī)架、悟空四旋翼無人機(jī)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文導(dǎo)航。在室內(nèi)飛行時(shí)，Phantom 3 利用自身據(jù)實(shí)現(xiàn)自主定位。用戶可以通過遙控器或手種飛行動(dòng)作以及穩(wěn)定懸停。Phantom 3 還配置3 飛行過程中拍攝的高清畫面可以實(shí)時(shí)傳送3 的控制距離明顯增加，使其可以進(jìn)行更高止大疆公司雖然沒有將所有飛控設(shè)計(jì)開源，及 DIY 愛好者們?nèi)钥梢杂么蠼疅o人機(jī)作為平1]。
圖 1-3 MIT 研制的 SkyCall 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)英國(guó)謝菲爾德大學(xué)（University of Sheffield）研究人員開發(fā)的一款四旋翼無人機(jī)通過自身配置的攝像頭、壓力傳感器和超聲傳感器實(shí)現(xiàn)自身定位，并對(duì)所處的飛行環(huán)境進(jìn)行制圖，還可以跟蹤飛行環(huán)境中的物體。因?yàn)檫@款四旋翼無人機(jī)的精確位姿信息來自自身傳感器數(shù)據(jù)的融合，所以可以廣泛應(yīng)用于室內(nèi)和室外。例如，在放牧過程中，一旦有離群的牛羊可以實(shí)時(shí)追蹤，節(jié)省大量人力物力。這款四旋翼無人機(jī)還可以進(jìn)行多無人機(jī)的協(xié)同合作，通過預(yù)測(cè)其他無人機(jī)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)有效路徑規(guī)劃，避免相撞[44]。在 GPS 失效環(huán)境中，Bachrach et al.使用 Hokuyo 激光傳感器和 2D SLAM 算法實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)在迷宮中的自主導(dǎo)航，贏得了國(guó)際微小型飛行器大賽（IMAV）的迷宮導(dǎo)航比賽。不同于攝像頭，即使在紋理少的環(huán)境中，激光傳感器也能提供有效信息。雖然激光傳感器有如此大的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)也是很明顯的，比如有限感知范圍，有限視野，質(zhì)量大且耗能大[45]。國(guó)內(nèi)對(duì)四旋翼無人機(jī)定位問題的研究還處于初級(jí)階段，從事這方面研究工
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]面向井下無人機(jī)自主飛行的人工路標(biāo)輔助位姿估計(jì)方法[J]. 單春艷,楊維,耿翠博. 煤炭學(xué)報(bào). 2019(S1)
[2]基于LabVIEW Vision的無人機(jī)自主著降系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 張佳. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2017(08)
[3]基于四旋翼無人機(jī)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 嚴(yán)孝鑫,張航,周鑫,張帥,邱紫陽,仇國(guó)慶. 自動(dòng)化與儀器儀表. 2016(10)
本文編號(hào)：3043787
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：58 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
DRobotics公司的Solo無人機(jī)2012年，大疆公司接連發(fā)售了風(fēng)火輪系列四旋翼機(jī)架、悟空四旋翼無人機(jī)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文導(dǎo)航。在室內(nèi)飛行時(shí)，Phantom 3 利用自身據(jù)實(shí)現(xiàn)自主定位。用戶可以通過遙控器或手種飛行動(dòng)作以及穩(wěn)定懸停。Phantom 3 還配置3 飛行過程中拍攝的高清畫面可以實(shí)時(shí)傳送3 的控制距離明顯增加，使其可以進(jìn)行更高止大疆公司雖然沒有將所有飛控設(shè)計(jì)開源，及 DIY 愛好者們?nèi)钥梢杂么蠼疅o人機(jī)作為平1]。
圖 1-3 MIT 研制的 SkyCall 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)英國(guó)謝菲爾德大學(xué)（University of Sheffield）研究人員開發(fā)的一款四旋翼無人機(jī)通過自身配置的攝像頭、壓力傳感器和超聲傳感器實(shí)現(xiàn)自身定位，并對(duì)所處的飛行環(huán)境進(jìn)行制圖，還可以跟蹤飛行環(huán)境中的物體。因?yàn)檫@款四旋翼無人機(jī)的精確位姿信息來自自身傳感器數(shù)據(jù)的融合，所以可以廣泛應(yīng)用于室內(nèi)和室外。例如，在放牧過程中，一旦有離群的牛羊可以實(shí)時(shí)追蹤，節(jié)省大量人力物力。這款四旋翼無人機(jī)還可以進(jìn)行多無人機(jī)的協(xié)同合作，通過預(yù)測(cè)其他無人機(jī)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)有效路徑規(guī)劃，避免相撞[44]。在 GPS 失效環(huán)境中，Bachrach et al.使用 Hokuyo 激光傳感器和 2D SLAM 算法實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)在迷宮中的自主導(dǎo)航，贏得了國(guó)際微小型飛行器大賽（IMAV）的迷宮導(dǎo)航比賽。不同于攝像頭，即使在紋理少的環(huán)境中，激光傳感器也能提供有效信息。雖然激光傳感器有如此大的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)也是很明顯的，比如有限感知范圍，有限視野，質(zhì)量大且耗能大[45]。國(guó)內(nèi)對(duì)四旋翼無人機(jī)定位問題的研究還處于初級(jí)階段，從事這方面研究工
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]面向井下無人機(jī)自主飛行的人工路標(biāo)輔助位姿估計(jì)方法[J]. 單春艷,楊維,耿翠博. 煤炭學(xué)報(bào). 2019(S1)
[2]基于LabVIEW Vision的無人機(jī)自主著降系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 張佳. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2017(08)
[3]基于四旋翼無人機(jī)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 嚴(yán)孝鑫,張航,周鑫,張帥,邱紫陽,仇國(guó)慶. 自動(dòng)化與儀器儀表. 2016(10)
本文編號(hào)：3043787
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