基于视觉的四轴飞行器自主避障系统的研究与实现
发布时间：2021-06-25 03:59
近年来,针对频繁发生的四轴飞行器碰撞问题,国内外很多科研单位、公司都相继展开对四轴飞行器自主避障系统的研究。同时随着计算机视觉的蓬勃发展,计算机视觉与四轴飞行器的学科结合也越来越有研究意义与价值,在很多研究方向上都可以进行尝试和探索。基于此,本文搭建了四轴飞行器硬件平台,完成了基于ZED摄像机的四轴飞行器定位、建图（Simultaneous Localization and Mapping,简称为SLAM）和避障运动规划,经过实验验证,实现了四轴飞行器基于视觉定位的自主避障和运动规划。本文完成了对四轴飞行器硬件平台的搭建,首先对四轴飞行器的基本原理进行了研究与介绍,包括基本组成、坐标系、控制系统等,然后基于Pixhawk飞控实现了四轴飞行器的定点悬停和巡点飞行。在四轴飞行器硬件平台搭建完成基础上,本文通过视觉SLAM完成了四轴飞行器的实时定位与三维稠密地图重建。该部分主要工作为对ORB特征点的提取进行均匀化处理,避免了在图像中特征点提取过于集中的问题;对匹配结果进行两次筛选得到准确的匹配结果,通过BA估计得到四轴飞行器实时位姿;对实时位姿进行优化,拼接点云得到点云地图,最后完成稠密地图...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 国内外研究现状及发展
1.2.1 基于视觉的定位与建图研究现状
1.2.2 四轴飞行器避障与运动规划研究现状
1.3 课题研究意义
1.4 主要研究内容及组织
第二章 四轴飞行器飞行系统基础知识
2.1 四轴飞行器基本原理
2.1.1 四轴飞行器基本组成
2.1.2 相关坐标系与姿态表示
2.1.3 四轴飞行器基本运动模态
2.1.4 四轴飞行器控制系统分析
2.2 Pixhawk飞控
2.2.1 Pixhawk硬件结构
2.2.2 Pixhawk软件架构
2.2.3 Pixhawk机器人操作系统接口
2.3 本章小结
第三章 基于视觉的四轴飞行器定位与建图设计与实现
3.1 基于视觉的四轴飞行器定位与建图整体设计
3.2 视觉里程计实现
3.2.1 摄像机参数获取
3.2.2 ORB特征提取和匹配实现
3.2.3 摄像机位置姿态估计
3.2.4 基于局部地图的视觉里程计实现
3.3 视觉里程计优化
3.3.1 全局地图优化
3.3.2 回环检测
3.4 飞行环境稠密地图构建
3.5 基于视觉的即时定位与建图实验结果与分析
3.5.1 特征提取和匹配实验
3.5.2 视觉里程计实验
3.5.3 稠密地图构建实验
3.6 本章小结
第四章 四轴飞行器避障运动规划设计与实现
4.1 四轴飞行器碰撞检测实现
4.1.1 碰撞检测的基本原理
4.1.2 四轴飞行器飞行环境模型化
4.1.3 四轴飞行器与飞行环境碰撞检测实现
4.2 四轴飞行器运动规划研究
4.2.1 四轴飞行器常用运动规划算法研究
4.2.2 四轴飞行器飞行性能约束
4.3 基于改进RRT*算法的四轴飞行器运动规划设计与实现
4.3.1 RRT*算法基本原理
4.3.2 改进的RRT*算法
4.4 避障运动规划算法实验结果与分析
4.5 本章小结
第五章 四轴飞行器视觉自主避障系统实现与实验验证
5.1 四轴飞行器自主避障系统实现整体方案
5.2 四轴飞行器硬件平台搭建
5.2.1 飞行控制系统实现
5.2.2 通信系统实现
5.2.3 动力系统实现
5.3 整体系统软件实现
5.3.1 软件开发环境介绍
5.3.2 系统ROS软件架构
5.4 四轴飞行器硬件平台性能测试
5.4.1 四轴飞行器平台续航性能测试
5.4.2 四轴飞行器平台姿态性能测试
5.5 四轴飞行器视觉避障运动规划系统实验
5.5.1 基于视觉的四轴飞行器定位实验
5.5.2 四轴飞行器飞行环境稠密建图实验
5.5.3 四轴飞行器避障运动规划实验
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 未来研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：3248446
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 国内外研究现状及发展
1.2.1 基于视觉的定位与建图研究现状
1.2.2 四轴飞行器避障与运动规划研究现状
1.3 课题研究意义
1.4 主要研究内容及组织
第二章 四轴飞行器飞行系统基础知识
2.1 四轴飞行器基本原理
2.1.1 四轴飞行器基本组成
2.1.2 相关坐标系与姿态表示
2.1.3 四轴飞行器基本运动模态
2.1.4 四轴飞行器控制系统分析
2.2 Pixhawk飞控
2.2.1 Pixhawk硬件结构
2.2.2 Pixhawk软件架构
2.2.3 Pixhawk机器人操作系统接口
2.3 本章小结
第三章 基于视觉的四轴飞行器定位与建图设计与实现
3.1 基于视觉的四轴飞行器定位与建图整体设计
3.2 视觉里程计实现
3.2.1 摄像机参数获取
3.2.2 ORB特征提取和匹配实现
3.2.3 摄像机位置姿态估计
3.2.4 基于局部地图的视觉里程计实现
3.3 视觉里程计优化
3.3.1 全局地图优化
3.3.2 回环检测
3.4 飞行环境稠密地图构建
3.5 基于视觉的即时定位与建图实验结果与分析
3.5.1 特征提取和匹配实验
3.5.2 视觉里程计实验
3.5.3 稠密地图构建实验
3.6 本章小结
第四章 四轴飞行器避障运动规划设计与实现
4.1 四轴飞行器碰撞检测实现
4.1.1 碰撞检测的基本原理
4.1.2 四轴飞行器飞行环境模型化
4.1.3 四轴飞行器与飞行环境碰撞检测实现
4.2 四轴飞行器运动规划研究
4.2.1 四轴飞行器常用运动规划算法研究
4.2.2 四轴飞行器飞行性能约束
4.3 基于改进RRT*算法的四轴飞行器运动规划设计与实现
4.3.1 RRT*算法基本原理
4.3.2 改进的RRT*算法
4.4 避障运动规划算法实验结果与分析
4.5 本章小结
第五章 四轴飞行器视觉自主避障系统实现与实验验证
5.1 四轴飞行器自主避障系统实现整体方案
5.2 四轴飞行器硬件平台搭建
5.2.1 飞行控制系统实现
5.2.2 通信系统实现
5.2.3 动力系统实现
5.3 整体系统软件实现
5.3.1 软件开发环境介绍
5.3.2 系统ROS软件架构
5.4 四轴飞行器硬件平台性能测试
5.4.1 四轴飞行器平台续航性能测试
5.4.2 四轴飞行器平台姿态性能测试
5.5 四轴飞行器视觉避障运动规划系统实验
5.5.1 基于视觉的四轴飞行器定位实验
5.5.2 四轴飞行器飞行环境稠密建图实验
5.5.3 四轴飞行器避障运动规划实验
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文工作总结
6.2 未来研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：3248446
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3248446.html
