面向道桥检测任务的无人机运动规划方法研究

发布时间：2021-01-08 15:43

　　随着桥梁使用年限的增长,桥梁病害逐渐增多,需要进行定期桥梁检测和养护。然而,传统的检测手段具有检测效率低、成本高、灵活性差、需要进行交通管制等缺点。近年来,旋翼无人机技术发展迅速,利用无人机进行桥梁检修任务具有成本低、灵活性高、对交通影响小等优点,因此具有十分广泛的应用前景。道桥检测存在环境复杂、障碍物多、视场遮挡等问题,给基于无人机的自主运动规划带来了挑战,因此面向道桥检测任务的运动规划方法研究还有待深入。本文主要研究面向道桥检测任务的无人机运动规划方法,主要工作如下:首先,给出了检测任务所需的坐标系定义及转换关系,建立了无人机的动力学模型以及摄像头的检测模型,将检测过程分为接近、覆盖、返航三个阶段,将运动规划问题分为基于目标的运动规划和覆盖规划两类,建立了这两类运动规划问题的数学描述。其次,针对基于目标的运动规划问题,建立了栅格地图模型,提出了一种基于改进A*算法的路径规划方法,给出了一种基于贝塞尔曲线优化的轨迹生成方法。再次,针对桥面覆盖运动规划问题,提出了一种基于Morse分解和欧拉回路的覆盖路径规划方法,给出了无人机覆盖空间的数学描述,并在此基础上提出了一种基于贝塞尔曲线优化... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

机体坐标系和地理坐标系定义（2）地理坐标系

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文飞时刻对应的海拔和经纬度位置，取为地理东方向，取为地理北极方向，与和满足右手定则。地理坐标系如图2-1所示。（3）桥面坐标系。桥面坐标系的原点取为待覆盖桥体桥面的左下角顶点位置，取为沿桥身方向，取为垂直桥面向上方向，与和满足右手定则。桥面坐标系如图2-2所示。图2-2桥面坐标系定义下面考虑上述三个坐标系的转换关系。根据四旋翼IMU可以实时得到四旋翼机体相对于地理坐标系的四元数。将四元数转换为欧拉角，再由欧拉角计算出机体系到地理系的旋转矩阵。图2-3姿态角定义飞行器姿态角定义如下。俯仰角（pitch）：机体轴与大地水平面间所夹的角度，向上为正。偏航角（yaw）：机体轴在大地水平面上的投影与地理坐标系中轴之间所夹的角度，机头向左为正。横滚角（roll）：机体轴与过机体轴的大地竖直平面之间的夹角，向右时为正。姿态角定义如图2-3所示。对应的旋转矩阵为S()=1000cossin0sincos(2-1)-9-

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文飞时刻对应的海拔和经纬度位置，取为地理东方向，取为地理北极方向，与和满足右手定则。地理坐标系如图2-1所示。（3）桥面坐标系。桥面坐标系的原点取为待覆盖桥体桥面的左下角顶点位置，取为沿桥身方向，取为垂直桥面向上方向，与和满足右手定则。桥面坐标系如图2-2所示。图2-2桥面坐标系定义下面考虑上述三个坐标系的转换关系。根据四旋翼IMU可以实时得到四旋翼机体相对于地理坐标系的四元数。将四元数转换为欧拉角，再由欧拉角计算出机体系到地理系的旋转矩阵。图2-3姿态角定义飞行器姿态角定义如下。俯仰角（pitch）：机体轴与大地水平面间所夹的角度，向上为正。偏航角（yaw）：机体轴在大地水平面上的投影与地理坐标系中轴之间所夹的角度，机头向左为正。横滚角（roll）：机体轴与过机体轴的大地竖直平面之间的夹角，向右时为正。姿态角定义如图2-3所示。对应的旋转矩阵为S()=1000cossin0sincos(2-1)-9-


本文编号：2964858