基于多旋翼飞行器室内定位与导航图像处理研究

发布时间：2020-05-31 00:32

【摘要】：多旋翼飞行器近年来发展十分快速,常见的航模玩家使用的飞行器由用户或玩家手持遥控器进行控制。多旋翼飞行器在室外飞行时,可以通过GPS定位进行飞行。通过地面站可以规划、加载自动飞行等复杂任务。但是当多旋翼飞行器在室内执行谋个任务时,室内没有GPS的信号情况下,需要飞行器依靠其他具有定位功能的传感器,才能实现多旋翼飞行器在室内完全自主规划路径的飞行。图像传感器(摄像头)就是最常见的一种。本文在飞行器上添加某类信息采集处理器,比如视觉处理器,就可以使飞行器在无外界控制情况下自主飞行做出了研究。机器视觉的特点是:图像采集信息丰富、可程控智能化程度较高,最近几年来,基于人工智能的视觉追踪和测量距离技术在地面应用、航空航天、海上航行、教学竞赛等各个领域都有非常广泛和普遍的应用。基于视觉图像处理技术的导航系统具有成本低、自主性好、体积小巧的优点。比如高端的飞行器导航、无人机导航和火星探测器在着陆时的导航,都应用到了基于图像处理的定位、导航技术。目前关于图像处理、定位的技术正在不断提升。基于视觉的定位和导航技术随着半导体行业和技术发展和成熟度越来越高和成本越来越低,功耗和体积也越来越小,变成一个可以逐渐民用并集成到小型电子设备系统的方案。随着处理器能力越来越强,并且成本和提及下降,基于视觉的控制和导航技术在无人机上可以发挥更大作用。本研究课题是根据工作中实际应用的需要,研究并开发实现了一种基于多旋翼无人机的图像定位和导航的处理系统。该图像处理定位系统使用一个低成本摄像头,在简单飞行引导地图上,不用进行复杂的模型建立,即可使多旋翼飞行器在室内(无GPS信号)狭小空间沿着预订规划的路线自主飞行。具体技术实现如下:飞行器本身使用遥控器可以操控正常飞行,在遥控器关闭情况下,依赖基于图像处理的定位技术,也可以完成沿着预订路线飞行。摄像头获取的室内环境进行处理,主要进行降噪滤波、二值化、图像分析处理,得出飞行器该如何调整,来实现和预期路线吻合。图像采集和处理后,经过控制电路传递给飞控板,实现无人机根据预设路径,完成室内自主悬停和巡线飞行动作。实验证明,该基于多旋翼的室内定位图像处理系统在一般室内环境下取得了较满意的效果,具有一定的理论价值和实用性。
【图文】：

第 1 章 绪论 需要定位的装置（如本文描述的飞行器）同样装载一个基站，通过电方式测出相对各个基站的距离，计算求解出自身相对位置 体积小巧，便于安装使用缺点： 超出可控范围无法测距和定位 可控范围在纵横约 60 米以内，范围有限 定位精度 15-20cm Deacwave 公司已经研发出价格适中的芯片产品，只需要外围辅助路即可完成基站标定点设计，提及小便于使用和装载，开发方案相熟，使用简单

个大的部分 翼飞行器由机架 螺旋桨 无刷电机 电调 飞控 传感器系统机连接组成稳定机械结构，结构整体需要和螺旋桨进行匹配设计构成动力系统，电调负责将 PWM 控制信号转换为无刷电机的三相电机调速和控制 飞控和传感器组成整个系统的控制核心，，飞控根态解算飞行器的姿态，根据飞行姿态反馈到电调控制信号控制电机持正确飞行姿态 机系统硬件组成计方案以四轴多旋翼无人机系统为基础，搭载飞控之传感器和图像实现无人机飞行控制和飞行中图像处理研究设计 利用图像处理数人机自身的飞行特点和传感器数据，实现数据融合和控制 计方案采用中科浩电科技科技有限公司出品的 360-S2 如图 2-1人机平台为基础进行方案设计研发
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V249.3;TP391.41

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本文编号：2688971