基于OpenCV的自动循迹无人机

发布时间：2020-06-07 21:18

【摘要】：结构简单、体积微小的四轴飞行器在现代军事、民用领域都有较为广泛的应用。作为一种小型的无人飞行器,四轴飞行器是由多项前沿技术成果共同催生的一款技术含量较高的飞行工具。本文主要对四轴飞行器的姿态解算算法以及自动循迹功能这两方面进行了相关研究。在姿态解算算法上研究了传统的互补滤波算法,并在此基础上提出改进型算法。传统的互补滤波算法实现了多传感器的数据融合,补偿了陀螺仪的积分误差,且有运算量小的优点。但是也具有数据波动大等缺陷。针对数据波动较大的问题引入微分环节,提出了四元数PID改进型互补滤波算法,以PID控制器的反馈来抑制数据波动。实验证明该算法继承了互补滤波算法运算量小的优点,同时降低了因数据波动产生的误差,能在更短的时间内稳定,有效的跟踪四轴的飞行姿态。四轴飞行器的自动循迹功能的研究是对智能四轴飞行器研究的一种尝试,本文以Android系统与OpenCV库为图像处理平台实现自动循迹功能的图像处理环节。主要研究了通过图像二值化以及膨胀腐蚀运算对图像进行前期处理,运用Canny算法提取出质量高、干扰少的边缘图像。采用霍夫直线检测算法提取道路边线,通过保留四条边线的方法,研究并实现了不同边线情况下的中间线拟合算法。经过实验验证分析了各个算法的参数对最终中间线拟合结果的影响,确定了合适的参数,获得了较为理想的处理效果。
【图文】：

原理图,原理图,旋转速度,电机

第二章四轴的飞行原理与硬件设计逡逑图２．１上升飞行逡逑假设四轴沿ｘ轴飞行为前后飞行，飞行的原理图如图２．２所示。要改变运动状态就逡逑要施加相应的力，四轴前后的平移运动，需要有水平方向的力作为动力。降低电机１的逡逑旋转速度，同时提高电机３的旋转速度，由于１、３电机提供的力不平衡使得四轴向前逡逑倾斜，从而获得了水平向前的力的使得飞行器具有了前进的驱动力；提高电机１的旋转逡逑速度，同时降低电机３的旋转速度则使四轴向后水平运动。需要注意的是，１、３号电机逡逑旋转速度的改变量需要相等，在这个过程中２、４号电机的旋转速度维持不变，这样才逡逑能避免四轴因为扭矩的不同而发生自旋。逡逑图２．２前后飞行逡逑假设沿ｙ轴方向的飞行为左右方向的平移飞行，与前后飞行的原理相同，需要四轴逡逑获得左右水平方向的力。提高４号电机的旋转速度，降低２号电机的旋转速度，维持１、逡逑７逡逑

原理图,旋转速度,原理,电机

第二章四轴的飞行原理与硬件设计逡逑图２．１上升飞行逡逑假设四轴沿ｘ轴飞行为前后飞行，飞行的原理图如图２．２所示。要改变运动状态就逡逑要施加相应的力，四轴前后的平移运动，需要有水平方向的力作为动力。降低电机１的逡逑旋转速度，同时提高电机３的旋转速度，，由于１、３电机提供的力不平衡使得四轴向前逡逑倾斜，从而获得了水平向前的力的使得飞行器具有了前进的驱动力；提高电机１的旋转逡逑速度，同时降低电机３的旋转速度则使四轴向后水平运动。需要注意的是，１、３号电机逡逑旋转速度的改变量需要相等，在这个过程中２、４号电机的旋转速度维持不变，这样才逡逑能避免四轴因为扭矩的不同而发生自旋。逡逑图２．２前后飞行逡逑假设沿ｙ轴方向的飞行为左右方向的平移飞行，与前后飞行的原理相同，需要四轴逡逑获得左右水平方向的力。提高４号电机的旋转速度
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279

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