四旋翼飞行器低空飞行避障系统的设计

发布时间：2020-03-23 02:00

【摘要】：四旋翼飞行器因其稳定的结构,灵活的飞行动作,被广泛应用在航拍摄影、精确农业、电力巡检、快递运输及地形勘探等任务中。但是四旋翼飞行器进入山洞或树林等狭小空间内进行低空飞行勘探任务时,周围环境中存在许多不确定的障碍物,而且这些狭小空间的形状不规则,控制人员的操作稍有差错,便会使飞行器与空间内的障碍物发生碰撞,致使飞行器在狭小空间内的操作难度增加。为了降低四旋翼飞行器在狭小空间内的飞行难度,本文对四旋翼飞行器在狭小空间内的避障问题进行了系统分析,设计了四旋翼飞行器低空飞行避障系统。鉴于四旋翼飞行器在狭小空间内低空飞行难度较大的问题,通过在四旋翼飞行器的各个轴臂上安装红外测距传感器,并根据不同的障碍物情况设计了飞行器避障算法设计,实现了四旋翼飞行器在狭小空间内低空飞行时自动避障的目的。并且在此基础上,设计了差分进化算法改进飞行器的姿态控制,进一步提高了四旋翼飞行器的自动避障的灵敏度,使飞行器能够更加快速、稳定地响应避障算法。此外,为了提高飞行器的稳定性,在飞行器机身上设计了陀螺仪和加速度计硬件模块,来测量飞行器飞行时所在空间坐标系中的加速度和角加速度,并根据所测数据的误差干扰特性,设计了卡尔曼滤波算法对所得数据进行滤波处理,从而提高了飞行器避障系统的稳定性,到达了低空飞行时快速、稳定的自动避障效果。最后通过MATLAB仿真工具对本文的飞行器自动避障算法进行仿真实验验证,结果显示该算法能够使飞行器在狭小空间内快速,稳定地实现避障。并且可以在飞行器上搭载微型摄像头等模块,来实现对狭小空间内的航拍摄影、地形勘探等工作。
【图文】：

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文，可将输出电压稳定在 3.3V。所以该芯片可以持续不断地给其他的电源输出[33]。如下图 2-4 所示，电路的输出需要一个22uF 电容，以此来确保电路输出的稳定性。而在芯片的输出端和调节端间 R1，这样使得一个恒定的电流流过 R1，然后通过 R2 下降，，从而电压[34]。

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文度，因此球与圆盘边缘的交点不是 A 点而是某点 A’。在圆盘上 A 点的人看来，初始时刻 O 处的人确实是朝着自己的方向把球抛出的，可实际上由于 B 具有顺时针的初速度，所以在他看来球的轨迹向左偏离了直线 OA 成为曲线 OA’。在A 看来，球就好像受到了侧向的力一样，这个力就是科里奥利力。因此 MEMS陀螺仪能够得到物体的角速度的变化就是通过科里奥利力的测量得到的[38]。MPU6050 传感器是一个多融合的传感器，被称为九轴运动处理传感器。该传感器包含了一个三轴 MEMS 陀螺仪和一个三轴的 MEMS 的加速度计，并且该传感器还包含了一个可拓展的数字运动处理器[39]。其中数字运动处理器可以采用2I C 接口连接外部的数字传感器。通过2I C 接口可以将拓展的传感器信号输出[40]。其结构框图如下图 2-6 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V249

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘芳建;刘忠军;王锦江;米义;刘晗琨;刘晓秋;;自动避障葡萄藤扒土机的设计与试验研究[J];农机化研究;2018年04期

2 尧李慧;蔡晓华;田雷;侯云涛;;牛舍清洁机器人结构设计与避障设计[J];农机化研究;2018年02期

3 杜九江;陈伟;丁一;方成;李克民;张志鹏;;电力巡线无人机自主避障控制[J];现代制造技术与装备;2016年10期

4 高先和;卢军;石朝毅;;植树机器人的位移控制与避障控制设计[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2016年06期

5 刘砚菊;邹波;宋建辉;池云;;一种基于单线激光雷达的无人车避障系统设计[J];沈阳理工大学学报;2017年02期

6 满春涛;曹淼;曹永成;宋永博;;一种仿生机器鼠的跟踪与避障策略[J];电机与控制学报;2017年06期

7 艾雅茹;高俊;贺瑞博;张超;;基于红外避障的无碳小车的结构与程序设计[J];科技风;2017年18期

8 卓娜;高岩;刘磊;;两种多体机器人高速避障控制研究[J];计算机仿真;2015年12期

9 陈迪;;智能循迹避障灭火小车[J];数码世界;2016年12期

10 许晖;;看透?洞察! 轩辕智驾红外热成像避障系统[J];汽车之友;2017年06期

相关会议论文 前10条

1 王奇志;徐德;;基于产生式规则控制实现移动机器人自主避障[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2011年

2 王军;钟志军;黄心汉;;两轮小车避障控制的仿真研究[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年

3 雷哓晖;吕晓兰;张美娜;杨青松;蔺经;;果园割草机自动避障罩盖优化设计[A];第六届全国设施园艺产业发展与安全高效栽培技术交流会论文汇编[C];2017年

4 丛岩峰;陈虹;SAWODNY Oliver;喻再涛;郭帅;;车辆高速公路环境下基于微分平坦的紧急避障预测控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

5 牛长流;李們茹;耿捷;刘阳;李争平;;多目标移动节点实时避障算法研究[A];第十一届中国通信学会学术年会论文集[C];2015年

6 赵恩民;;智能巡检机器人运动控制研究[A];第十四届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2017年

7 王本亮;安志朋;张树邦;;工业机器人轨迹追踪、避障的几何动力学与控制方法[A];第十届动力学与控制学术会议摘要集[C];2016年

8 张淼;汪懋华;林建涵;姚岚;;移动机器人超声波测距与避障系统的试验研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第一分册[C];2005年

9 徐红丽;封锡盛;;基于事件反馈监控的AUV模糊避障方法研究[A];2007'仪表，自动化及先进集成技术大会论文集（二）[C];2007年

10 欧阳楚月;方洋旺;符文星;;带避障和时间约束的网络化导弹协同制导律[A];2018中国自动化大会(CAC2018)论文集[C];2018年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 倪雨晴;扫地机器人成新蓝海 “专利大战”率先打响[N];21世纪经济报道;2017年

2 本报记者 王莹;首台导诉机器人亮相闽侯法院[N];法制日报;2017年

3 记者 郭宇靖 阳娜;电商配送机器人在大学校园完成首单派送[N];经济参考报;2017年

4 本报记者 刘学斌;保千里打造商业新模式 机器人业务助力产业转型[N];通信信息报;2017年

5 记者 张然;陪伴机器人等待“领养”家庭[N];北京日报;2017年

6 本报记者 孙奇茹 赵鹏 实习生 胡子慧;人工智能盛宴孩子们没看够[N];北京日报;2017年

7 本报记者 赵丹丹;酷哇机器人：“黑科技”让生活更智能更美好[N];芜湖日报;2017年

8 记者 胡加齐;墨西哥发明盲人电子避障装置[N];新华每日电讯;2000年

9 本报记者 崔彩凤;高科技扎堆亮相科博会 创新魅力精彩绽放[N];中国高新技术产业导报;2018年

10 南方日报记者 葛政涵;未来，你的房子可能是机器人盖的[N];南方日报;2019年

相关博士学位论文 前10条

1 谢永良;设施农业用轮式AGV系统集成设计与避障导航技术研究[D];浙江理工大学;2018年

2 李宏宝;猕猴手臂避障规划与执行过程中背侧运动前区皮层的表征与解码[D];浙江大学;2017年

3 范红;智能机器人路径规划及避障的研究[D];浙江大学;2003年

4 戴光明;避障路径规划的算法研究[D];华中科技大学;2004年

5 李寿涛;基于行为的智能体避障控制以及动态协作方法研究[D];吉林大学;2007年

6 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 王家亮;基于小型四轴飞行器OS/JVM的室内避障/导航研究与实现[D];东北大学;2014年

8 吕继东;苹果采摘机器人视觉测量与避障控制研究[D];江苏大学;2012年

9 刘琼;乡村道路环境下农业机器人导航避障算法研究[D];西北农林科技大学;2017年

10 朱江;非结构环境下的移动机器人认知与导航避障方法研究[D];湖南大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘路;基于模糊控制的汽车行驶避障功能设计与实现[D];郑州大学;2019年

2 王嘉琦;基于改进RRT~*算法的无人机避障路径规划[D];南昌航空大学;2019年

3 刘Z谟

本文编号：2595990