基于ToF与视觉检测的四旋翼飞行器避障方法研究
发布时间：2021-08-10 12:56
四旋翼飞行器是多旋翼飞行器的一种经典机型,通过改变四个旋桨电机的转速,可进行六个自由度的运动。其具有结构简单、易于操控、起降方便且成本和功耗相对较低等优势,因此,经过多年的研究和发展,其控制和飞行技术日益成熟,并已在军用和民用等诸多领域发挥了独特的优势,如航空摄影。由于其飞行灵活,可在多种环境和空间下工作,随着续航能力的不断提升,四旋翼飞行器必将得以广泛的应用并会有良好的应用前景。通过分析四旋翼飞行器的结构特性,对其进行了空气动力学建模,在此基础上,本文基于STM32嵌入式单片机的强大功能作为飞行器的核心控制单元;在姿态测量方面,采用ST公司最新研发的MEMS惯性测量芯片LSM6DS3TR,且对其陀螺仪和加速度计进行校正,以提高飞行器三轴姿态角和加速度的测量精度,为飞行器的平稳飞行奠定基础;同时对姿态传感器和磁力计所测得的数据进行数据融合,经过互补滤波算法进行处理,采用四元素法进行姿态解算,得出最终的欧拉角。在障碍物检测方面,通过对非接触式测距原理的研究,以及对目前国内外该类传感器进行比较,采用两个传感器的组合来呈现各自的优势。因此采纳ST公司最新研发的基于TOF原理的VL53L0X激...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究的背景和意义
1.3 国内外避障技术应用与研究现状
1.3.1 国内避障技术应用与研究现状
1.3.2 国外避障技术应用与研究现状
1.4 本文的主要内容及结构安排
第二章 系统基本原理与避障检测技术
2.1 四旋翼飞行器工作原理
2.1.1 飞行器的动力学模型
2.1.2 四旋翼的飞行原理
2.2 四旋翼飞行器避障原理
2.3 避障检测技术原理与传感器
2.3.1 超声波测距原理
2.3.2 超声波测距方法
2.3.3 TOF测距原理
2.3.4 视觉检测技术
2.3.5 各种检测方法的比较
第三章 四旋翼飞行器避障系统硬件设计
3.1 飞行及避障系统的总体硬件设计
3.1.1 飞行器结构及硬件实现
3.1.2 飞行器主控单元
3.2 飞行器的姿态检测模块
3.2.1 陀螺仪和加速度传感器
3.2.2 LSM6DS3TR传感器性能参数
3.2.3 磁力计及AK8975传感器芯片
3.2.4 气压计及MS5611传感器芯片
3.3 飞行器的避障检测模块
3.3.1 VL53L0X激光传感器模块
3.3.2 单目视觉测距技术
第四章 系统软件设计与实现
4.1 软件开发环境及总体设计
4.1.1 开发环境介绍
4.1.2 软件系统总体设计
4.2 基于六轴传感器的姿态稳定控制
4.2.1 六轴传感器的校正
4.2.2 基于互补滤波算法的姿态融合
4.3 单目视觉测距
4.3.1 摄像机标定
4.3.2 摄像机成像模型
4.4 飞行器避障设计
第五章 系统测试与验证
5.1 设计结果
5.2 测试与验证
5.2.1 电池及系统供电
5.2.2 遥控及数传通信系统
5.2.3 姿态参数调节及校准
5.2.4 传感器测距试验
5.2.5 避障效果实验
5.2.6 分析与改进
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析无人机自动避障系统[J]. 刘海波,李冀. 中国计量. 2017(09)
[2]陀螺仪工作原理的实用推导教学法[J]. 杨东方,杨艳丽,廖守亿,陈励华. 时代教育. 2016(17)
[3]一种自主四旋翼飞行器控制系统结构研究[J]. 杨立本,章卫国,何墉,黄得刚. 飞行力学. 2016(01)
[4]四旋翼飞行器的研究与应用[J]. 方璇,钟伯成. 上海工程技术大学学报. 2015(02)
[5]四旋翼无人机的室内自主飞行控制[J]. 王伟,吴旻,王昱. 计算机仿真. 2015(01)
[6]基于四轴飞行器的单目视觉避障算法[J]. 赵海,陈星池,王家亮,曾若凡. 光学精密工程. 2014(08)
[7]基于双目视觉的微型无人机室内3维地图构建[J]. 余小欢,韩波,张宇,李平. 信息与控制. 2014(04)
[8]三轴数字MEMS加速度计现场标定方法[J]. 彭孝东,张铁民,李继宇,闫国琦. 振动.测试与诊断. 2014(03)
[9]基于四元数互补滤波的无人机姿态解算[J]. 吕印新,肖前贵,胡寿松. 燕山大学学报. 2014(02)
[10]高精度数字陀螺仪安装误差标定与补偿方法[J]. 范建英,李杰,陈文蓉,秦丽,刘俊. 传感技术学报. 2013(04)
硕士论文
[1]小型四旋翼飞行器平台设计与控制方法研究[D]. 刘军雨.哈尔滨工业大学 2016
[2]微惯性姿态测量系统的MEMS传感器校准与补偿算法研究[D]. 龚大伟.重庆邮电大学 2016
[3]基于单目视觉的旋翼无人机自主避障研究[D]. 杨维.湖南工业大学 2015
[4]无人机视觉稳定避障系统的设计与实现[D]. 刘天奇.北京工业大学 2015
[5]四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现[D]. 白志君.厦门大学 2014
[6]基于单目视觉的实时测距方法研究[D]. 王文波.大连理工大学 2014
[7]带自动避障系统的智能四轴飞行器的设计[D]. 闫锦龙.安徽大学 2014
[8]小型四旋翼飞行器实验平台设计[D]. 宋佳佳.华中科技大学 2012
[9]基于立体视觉和三维激光扫描仪的无人机自主避障和导航技术研究[D]. Syed Ghafoor Shah.南京航空航天大学 2012
本文编号：3334103
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究的背景和意义
1.3 国内外避障技术应用与研究现状
1.3.1 国内避障技术应用与研究现状
1.3.2 国外避障技术应用与研究现状
1.4 本文的主要内容及结构安排
第二章 系统基本原理与避障检测技术
2.1 四旋翼飞行器工作原理
2.1.1 飞行器的动力学模型
2.1.2 四旋翼的飞行原理
2.2 四旋翼飞行器避障原理
2.3 避障检测技术原理与传感器
2.3.1 超声波测距原理
2.3.2 超声波测距方法
2.3.3 TOF测距原理
2.3.4 视觉检测技术
2.3.5 各种检测方法的比较
第三章 四旋翼飞行器避障系统硬件设计
3.1 飞行及避障系统的总体硬件设计
3.1.1 飞行器结构及硬件实现
3.1.2 飞行器主控单元
3.2 飞行器的姿态检测模块
3.2.1 陀螺仪和加速度传感器
3.2.2 LSM6DS3TR传感器性能参数
3.2.3 磁力计及AK8975传感器芯片
3.2.4 气压计及MS5611传感器芯片
3.3 飞行器的避障检测模块
3.3.1 VL53L0X激光传感器模块
3.3.2 单目视觉测距技术
第四章 系统软件设计与实现
4.1 软件开发环境及总体设计
4.1.1 开发环境介绍
4.1.2 软件系统总体设计
4.2 基于六轴传感器的姿态稳定控制
4.2.1 六轴传感器的校正
4.2.2 基于互补滤波算法的姿态融合
4.3 单目视觉测距
4.3.1 摄像机标定
4.3.2 摄像机成像模型
4.4 飞行器避障设计
第五章 系统测试与验证
5.1 设计结果
5.2 测试与验证
5.2.1 电池及系统供电
5.2.2 遥控及数传通信系统
5.2.3 姿态参数调节及校准
5.2.4 传感器测距试验
5.2.5 避障效果实验
5.2.6 分析与改进
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析无人机自动避障系统[J]. 刘海波,李冀. 中国计量. 2017(09)
[2]陀螺仪工作原理的实用推导教学法[J]. 杨东方,杨艳丽,廖守亿,陈励华. 时代教育. 2016(17)
[3]一种自主四旋翼飞行器控制系统结构研究[J]. 杨立本,章卫国,何墉,黄得刚. 飞行力学. 2016(01)
[4]四旋翼飞行器的研究与应用[J]. 方璇,钟伯成. 上海工程技术大学学报. 2015(02)
[5]四旋翼无人机的室内自主飞行控制[J]. 王伟,吴旻,王昱. 计算机仿真. 2015(01)
[6]基于四轴飞行器的单目视觉避障算法[J]. 赵海,陈星池,王家亮,曾若凡. 光学精密工程. 2014(08)
[7]基于双目视觉的微型无人机室内3维地图构建[J]. 余小欢,韩波,张宇,李平. 信息与控制. 2014(04)
[8]三轴数字MEMS加速度计现场标定方法[J]. 彭孝东,张铁民,李继宇,闫国琦. 振动.测试与诊断. 2014(03)
[9]基于四元数互补滤波的无人机姿态解算[J]. 吕印新,肖前贵,胡寿松. 燕山大学学报. 2014(02)
[10]高精度数字陀螺仪安装误差标定与补偿方法[J]. 范建英,李杰,陈文蓉,秦丽,刘俊. 传感技术学报. 2013(04)
硕士论文
[1]小型四旋翼飞行器平台设计与控制方法研究[D]. 刘军雨.哈尔滨工业大学 2016
[2]微惯性姿态测量系统的MEMS传感器校准与补偿算法研究[D]. 龚大伟.重庆邮电大学 2016
[3]基于单目视觉的旋翼无人机自主避障研究[D]. 杨维.湖南工业大学 2015
[4]无人机视觉稳定避障系统的设计与实现[D]. 刘天奇.北京工业大学 2015
[5]四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现[D]. 白志君.厦门大学 2014
[6]基于单目视觉的实时测距方法研究[D]. 王文波.大连理工大学 2014
[7]带自动避障系统的智能四轴飞行器的设计[D]. 闫锦龙.安徽大学 2014
[8]小型四旋翼飞行器实验平台设计[D]. 宋佳佳.华中科技大学 2012
[9]基于立体视觉和三维激光扫描仪的无人机自主避障和导航技术研究[D]. Syed Ghafoor Shah.南京航空航天大学 2012
本文编号：3334103
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3334103.html
