陆空两栖无人机控制系统设计与实现
发布时间：2021-06-22 04:15
随着人类对无人机和无人车技术的不断开发,人类对无人机和无人车已经不满足于其在空中飞行或地面行驶的某单一功能。而且还出现无人机空中续航短,无人车地面运动受限,复杂场景运动困难等问题。为此本文推出的陆空两栖无人机来弥补这些不足,陆空两栖无人机能够通过切换空中飞行和地面行驶驱动,解决无人机和无人车在复杂环境下移动困难等问题。本文两栖无人机系统所采用STM32F405RGT6高速处理芯片作为系统控制处理器,用于实现无人机地面行驶和空中飞行两种模式的驱动及其陆空模式的切换。系统使用多传感器数据融合算法,在两种不同模式中兼容使用。另外通过模式自主切换可以改善避障算法带来的缺陷问题。本文主要研究内容有以下几个方面:1、根据对无人机和无人车的运动控制原理的理论研究,建立系统的数学模型。由于陆空两栖无人机运动模型较复杂,需要分为空中和地面两部分来建模分析。2、通过系统硬件的选型分析比较,设计了系统主控电路,并实现主控板PCB板的制作与测试,然后设计了陆空两栖无人机的总体控制流程。3、本文使用的多传感器数据融合算法能够兼容在陆空两种不同模式下的使用。在模式切换后,数据能够自适应于不同模式下控制器的反馈。同...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１国外陆空两栖平台??
?第１章绪论???１．２．２国内陆空两栖系统的研究??（１）装甲兵工程学院的轻型陆空汽车??装甲兵工程学院提出一种轻型陆空汽车的概念设计。如图１．２－（１）所示。该??陆空两用车辆采用纵向前、后布置的两组涵道风扇产生升力及推力［８１。每组涵道??风扇有一对四叶共轴反旋螺旋桨叶，涵道外环横挂在车架上，涵道内罩又以二??纵向轴悬挂在涵道外环上，内置一个差速器装置来驱动两个反旋共轴桨叶，因??此涵道风扇形成一个陀螺，可自由地绕一对相互垂直的轴而旋转ｍ。因此该设计??在空中飞行过程中，车体无论向哪边倾斜，涵道风扇与地面的都保持垂直，具??有好的飞行稳定性。??（１）装甲兵工程学院的轻型陆空汽车?（２）深圳哈威科技的飞行摩托??图１．２国内陆空两栖平台??（２）深圳哈威科技的飞行摩托??２０１７年深圳哈威科技团队推出了一款两栖微型个人飞行器ＨＯＶＥＲＳＴＡＲ??Ｈｌ１５］，如图１．２－（２）所示。该飞行器装有３轮底盘，飞行翼展可折叠伸展，使用??电力驱动，能很好的解决城市的交通拥堵问题［５］。该飞行器有效载重７５ｋｇ，是??一款真正能实现载人的陆空两栖微型飞行器。由于受限于电池续航能力的限制，??飞行时长较短。倘若电池续航能够得到有效突破，该飞行器将成为未来新型交??通工具的亮点。??随着陆空两栖系统平台技术的发展，在近几年国内也有多所高校展开了微??小型两栖平台的相关课题研宄。比如北京理工大学、吉林大学、长春工业大学??等。如图１．３－（１）展示的是长春工业大学所采用的仿生轮式腿结构，仿生轮式腿??和普通轮子结合并相互转换的方式来完成快速前进和高效越障［８］。如图１．３－（２）??所示的是北京理工大学采用十字交
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【参考文献】：
期刊论文
[1]卡尔曼与扩展卡尔曼滤波的RFID降噪处理方法[J]. 崔哲. 科学技术创新. 2019(35)
[2]新型陆空两栖平台技术发展与趋势[J]. 张佳林,熊大顺,毛子夏,刘琦,王冉婷. 汽车工程学报. 2019(05)
[3]基于模块化思想的陆空多功能机器人平台设计[J]. 王嘉骏. 电子制作. 2019(18)
[4]浅析无人机自主避障技术[J]. 曾干敏,唐文琦,明蕊. 科技风. 2019(12)
[5]一种小型陆空两栖机器人的选型分析与结构设计[J]. 罗庆生,陈胤霏,刘星栋,朱琛. 计算机测量与控制. 2019(04)
[6]基于四元数二阶互补滤波的四旋翼姿态解算[J]. 伏家杰,周翟和,尹辉,陈燕. 机械制造与自动化. 2019(02)
[7]基于人工势场法的无人机路径规划避障算法[J]. 毛晨悦,吴鹏勇. 电子科技. 2019(07)
[8]基于STM32智能小车集成控制系统设计与实验研究[J]. 阚亚雄,邢一龙. 镇江高专学报. 2018(04)
[9]基于STM32的陆空两栖机器人控制系统开发[J]. 钟伦珑,李川,李华根. 工业控制计算机. 2018(07)
[10]基于STM32四旋翼飞行器设计与算法[J]. 杨洪亚,裴文卉. 科技创新与应用. 2018(17)
博士论文
[1]多旋翼无人机微导航系统误差补偿与信息融合技术研究[D]. 杭义军.南京航空航天大学 2017
[2]近空间飞行器非线性飞控系统鲁棒自适应控制[D]. 张强.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]陆空两栖载物平台设计及控制算法研究[D]. 吴冲.吉林大学 2019
[2]四旋翼无人机编队控制系统设计及实现[D]. 赖云晖.电子科技大学 2019
[3]电力巡检特殊应用环境中无人机飞行控制系统设计[D]. 赵海龙.华北电力大学 2018
[4]基于ARM的四轴飞行器运动控制技术研究[D]. 王友学.哈尔滨工业大学 2017
[5]陆空两栖旋翼式无人机结构设计与控制算法研究[D]. 陶彦隐.南京理工大学 2018
[6]四旋翼飞行器控制系统的研究与设计[D]. 穆艺强.陕西理工大学 2017
[7]小型四旋翼无人机的设计及飞行控制系统研究[D]. 许化.江西理工大学 2017
[8]基于卡尔曼滤波的AFS和DYC协调控制[D]. 田晨.湖南大学 2017
[9]一种四旋翼无人机自动降落控制方法研究与设计[D]. 李高宇.广西师范大学 2017
[10]MEMS惯性传感器阵列系统搭建及数据融合技术研究[D]. 陈书钊.昆明理工大学 2017
本文编号：3242097
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１国外陆空两栖平台??
?第１章绪论???１．２．２国内陆空两栖系统的研究??（１）装甲兵工程学院的轻型陆空汽车??装甲兵工程学院提出一种轻型陆空汽车的概念设计。如图１．２－（１）所示。该??陆空两用车辆采用纵向前、后布置的两组涵道风扇产生升力及推力［８１。每组涵道??风扇有一对四叶共轴反旋螺旋桨叶，涵道外环横挂在车架上，涵道内罩又以二??纵向轴悬挂在涵道外环上，内置一个差速器装置来驱动两个反旋共轴桨叶，因??此涵道风扇形成一个陀螺，可自由地绕一对相互垂直的轴而旋转ｍ。因此该设计??在空中飞行过程中，车体无论向哪边倾斜，涵道风扇与地面的都保持垂直，具??有好的飞行稳定性。??（１）装甲兵工程学院的轻型陆空汽车?（２）深圳哈威科技的飞行摩托??图１．２国内陆空两栖平台??（２）深圳哈威科技的飞行摩托??２０１７年深圳哈威科技团队推出了一款两栖微型个人飞行器ＨＯＶＥＲＳＴＡＲ??Ｈｌ１５］，如图１．２－（２）所示。该飞行器装有３轮底盘，飞行翼展可折叠伸展，使用??电力驱动，能很好的解决城市的交通拥堵问题［５］。该飞行器有效载重７５ｋｇ，是??一款真正能实现载人的陆空两栖微型飞行器。由于受限于电池续航能力的限制，??飞行时长较短。倘若电池续航能够得到有效突破，该飞行器将成为未来新型交??通工具的亮点。??随着陆空两栖系统平台技术的发展，在近几年国内也有多所高校展开了微??小型两栖平台的相关课题研宄。比如北京理工大学、吉林大学、长春工业大学??等。如图１．３－（１）展示的是长春工业大学所采用的仿生轮式腿结构，仿生轮式腿??和普通轮子结合并相互转换的方式来完成快速前进和高效越障［８］。如图１．３－（２）??所示的是北京理工大学采用十字交
?第１章绪论???轮转动，采用差速控制转向的方法执行地面运动；两对呈十字分布旋翼设计，??俯仰和滚转均由一对旋翼来控制飞行姿态执行飞行任务，该两个通道相互独立??控制［３］。??＿ｇ！??（１）长春工业大学?（２）北京理工大学??图１．３国内高校陆空两栖机器人??１．２．３相关设计方案??根据目前陆空两栖平台的研究现状，结合国内外各种两栖平台相关文献进??行分析，如表１．１分析所示。??表Ｕ国内高校对陆空两栖系统相关设计方案研宂分析??文献?研究高校?机械结构设计?运动方式?控制算法??十字型｜ＪＬ｜旋與?＞）?旋翼和轮式?ＰＩＤ控制算法??丨．’］北泄丨．．Ｉ．人）?叫乍轮交叉排布?两种驱动推进?Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ算法??Ｘ型四旋翼与?丨城翼＇仿丄腿彳丁走??行星轮系结构???三种驱动方式???１Ｔ赫虹鮮ｘ麵旋翼与￣￣￣只有旋翼驱自???双轮行走结构?和ＰＩＤ控制???四轴八勵旋翼和履带驱动两卩丨丨順丨舰和反???履带车结构?种方式?步法控制率???＾７？？辟ｘ翻旋翼哪旋翼和机械腿繼描述????｜足二：內山度腿结构?两种驰动方式????５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]卡尔曼与扩展卡尔曼滤波的RFID降噪处理方法[J]. 崔哲. 科学技术创新. 2019(35)
[2]新型陆空两栖平台技术发展与趋势[J]. 张佳林,熊大顺,毛子夏,刘琦,王冉婷. 汽车工程学报. 2019(05)
[3]基于模块化思想的陆空多功能机器人平台设计[J]. 王嘉骏. 电子制作. 2019(18)
[4]浅析无人机自主避障技术[J]. 曾干敏,唐文琦,明蕊. 科技风. 2019(12)
[5]一种小型陆空两栖机器人的选型分析与结构设计[J]. 罗庆生,陈胤霏,刘星栋,朱琛. 计算机测量与控制. 2019(04)
[6]基于四元数二阶互补滤波的四旋翼姿态解算[J]. 伏家杰,周翟和,尹辉,陈燕. 机械制造与自动化. 2019(02)
[7]基于人工势场法的无人机路径规划避障算法[J]. 毛晨悦,吴鹏勇. 电子科技. 2019(07)
[8]基于STM32智能小车集成控制系统设计与实验研究[J]. 阚亚雄,邢一龙. 镇江高专学报. 2018(04)
[9]基于STM32的陆空两栖机器人控制系统开发[J]. 钟伦珑,李川,李华根. 工业控制计算机. 2018(07)
[10]基于STM32四旋翼飞行器设计与算法[J]. 杨洪亚,裴文卉. 科技创新与应用. 2018(17)
博士论文
[1]多旋翼无人机微导航系统误差补偿与信息融合技术研究[D]. 杭义军.南京航空航天大学 2017
[2]近空间飞行器非线性飞控系统鲁棒自适应控制[D]. 张强.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]陆空两栖载物平台设计及控制算法研究[D]. 吴冲.吉林大学 2019
[2]四旋翼无人机编队控制系统设计及实现[D]. 赖云晖.电子科技大学 2019
[3]电力巡检特殊应用环境中无人机飞行控制系统设计[D]. 赵海龙.华北电力大学 2018
[4]基于ARM的四轴飞行器运动控制技术研究[D]. 王友学.哈尔滨工业大学 2017
[5]陆空两栖旋翼式无人机结构设计与控制算法研究[D]. 陶彦隐.南京理工大学 2018
[6]四旋翼飞行器控制系统的研究与设计[D]. 穆艺强.陕西理工大学 2017
[7]小型四旋翼无人机的设计及飞行控制系统研究[D]. 许化.江西理工大学 2017
[8]基于卡尔曼滤波的AFS和DYC协调控制[D]. 田晨.湖南大学 2017
[9]一种四旋翼无人机自动降落控制方法研究与设计[D]. 李高宇.广西师范大学 2017
[10]MEMS惯性传感器阵列系统搭建及数据融合技术研究[D]. 陈书钊.昆明理工大学 2017
本文编号：3242097
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