基于图像的四旋翼无人机视觉伺服控制

发布时间：2024-04-16 03:02

　　四旋翼无人机有着体积小和重量轻的特点,可以在狭小的空间中起飞、降落和在障碍物密集的复杂环境中进行灵活的操作。其具备定点悬停、低空飞行、慢速巡航等多种飞行的方式,能够方便地应用于航拍、地形地势勘测、灾后搜救、以及军事侦察等任务。得益于高性能硬件设备、传感器技术、嵌入式设备、新型材料等相关技术的发展,使实现高度智能自主的智能机器人系统成为可能。当四旋翼无人机结合合适的传感器和控制算法,其可以代替工人更好的执行复杂危险的任务。本文研究了基于图像的四旋翼无人机视觉伺服问题。利用四旋翼上的机载单目相机的实时视觉图像反馈来控制四旋翼无人机的运动。针对四旋翼无人机非线性、欠驱动的动力学模型,研究在四旋翼装备单目相机和惯性测量元件(IMU)时的视觉伺服问题。论文主要研究内容以及研究贡献可以归纳总结为下面的三个方面:1.四旋翼无人机的线速度观测器和基于反步法(Backstepping)的视觉伺服控制器设计。针对机载传感器无法直接提供四旋翼无人机线速度信息的问题,根据四旋翼动力学模型和图像特征运动学模型设计了指数收敛的速度估计器来为四旋翼无人机的控制提供线速度信息。考虑速度估计器存在的估计误差,根据反步法...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 前人研究工作
    1.3 论文的主要工作
    1.4 章节安排
第二章 四旋翼无人机视觉伺服系统建模
    2.1 四旋翼无人机的结构
    2.2 四旋翼动力学模型
    2.3 相机模型和虚拟相机
    2.4 图像矩特征
    2.5 本章小结
第三章 基于虚拟平面的四旋翼视觉伺服
    3.1 线速度估计器
    3.2 基于虚拟平面的视觉伺服控制器
    3.3 目标平面为斜面的情况
    3.4 仿真与实验验证
        3.4.1 仿真
        3.4.2 实验
    3.5 本章小结
第四章 基于在图像空间中规划和跟踪的视觉伺服
    4.1 图像特征的轨迹规划
    4.2 轨迹跟踪控制器设计
    4.3 仿真与实验验证
        4.3.1 仿真
        4.3.2 实验
    4.4 本章小结
第五章 基于图像的四旋翼运动目标视觉跟踪
    5.1 目标跟踪控制器
    5.2 仿真
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
附录A 部分符号说明
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表和录用的论文



本文编号：3956342