无人机室内避障及场景三维重建技术的研究
发布时间：2025-02-09 17:28
“人类对飞行的梦想是与生俱来的。”各类飞行器应运而生。按照飞行器的螺旋桨布局结构分类,飞行器可以分为固定翼、直升机、多旋翼等类型。近些年来,旋翼类飞行器在影视航拍、高校科研、救灾灭火、农林畜牧业、国防防务安全等众多高新科技领域快速发展,其独特的布局和使用方式使其在应用过程当中具有其他类型飞行器无法替代的优势。其中,无人机室内避障技术的研究在保护室内人员的安全及无人机的安全具有重要的研究价值,而场景3D重建技术需要依靠飞行器搭载相机拍摄的图像画面,真实地还原出无人机所处的三维空间场景,对航空航天、古迹建筑三维重建、增强现实(AR)技术等诸多领域具有重要意义。本文介绍了国内外无人机室内躲避障碍物以及场景三维重建技术的研究发展现状,设计了一种新型四旋翼无人机,并以此作为实验平台,研究了飞行器室内躲避障碍物及场景三维图形建模技术,主要研究内容如下。本课题首先介绍了多旋翼飞行器的分类,并介绍各类多旋翼飞行器的优缺点及主要应用领域范围,给出了四旋翼飞行器的飞行动力学原理,确定了适合本课题的设计方案,根据飞行器的基本组成要素,设计出了创新型的机架与机翼结构,并对其结构强度进行有限元分析,以满足符合飞行...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 多旋翼飞行器国内外发展历程及研究现状
1.2.1 多旋翼飞行器发展历程
1.2.2 多旋翼飞行器国外研究现状
1.2.3 多旋翼飞行器国内发展现状
1.3 本文主要研究内容
2 四旋翼飞行器的结构设计及强度分析
2.1 多旋翼飞行器的选型
2.1.1 +型多旋翼
2.1.2 x型多旋翼
2.1.3 Y3型与H4型多旋翼
2.1.4 新型四旋翼飞行器的飞行原理
2.2 新型四旋翼飞行器的方案设计
2.2.1 机架
2.2.2 电调
2.2.3 正反桨
2.2.4 飞控
2.3 新型四旋翼飞行器的结构设计
2.3.1 设计要求
2.3.2 机身结构设计
2.4 无人机结构强度有限元分析与优化
2.5 本章小结
3 四旋翼飞行器的姿态解算及系统建模
3.1 基于四元数算法的姿态解算
3.1.1 四元数
3.1.1.1 四元数的表达方式
3.1.1.2 四元数的大小——范数
3.1.1.3 四元数的运算
3.1.2 四元数与坐标变换矩阵之间的关系
3.1.3 四元数初始值的获取和规范化处理过程
3.2 四旋翼飞行器的数学建模
3.2.1 四旋翼飞行器的运动学建模
3.2.2 四旋翼飞行器的动力学建模
3.2.2.1 线运动方程
3.3 本章小结
4 飞行器室内飞行躲避障碍物系统的设计
4.1 障碍物的检测
4.2 无人机躲避障碍物系统设计与实现
4.2.1 超声波传感器
4.2.2 超声波避障板
4.2.3 飞行控制系统与超声波控制板通信
4.3 避障策略的制定及飞行试验
4.3.1 避障飞行测试
4.3.2 测试平台的搭建
4.3.3 US-100采集距离数据的处理
4.3.4 避障飞行实验
4.4 本章小结
5 飞行器机载摄像头室内场景三维重建技术
5.1 基于机器视觉的三维重建原理分析
5.2 摄像头的标定
5.2.1 Kinect摄像头简介
5.2.2 Kinect摄像头的标定
5.3 Kinect摄像头的三维重建过程
5.3.1 特征提取
5.3.1.1 SIFT特征提取算法
5.3.1.2 SURF特征提取算法
5.3.1.3 SIFT算法和SURF算法的比较
5.3.2 特征匹配
5.3.3 三维点云变换矩阵的计算
5.4 多帧RGB-D数据处理
5.5 实验效果分析
5.5.1 单帧室内场景效果图的点云显示
5.5.2 RANSAC优化初始匹配实验结果
5.5.3 基于SIFT算法和SURF算法重建效果的输出对比
5.5.4 基于SURF算法的多帧图像三维重建
5.6 本章小结
总结和展望
参考文献
致谢
攻读研究生阶段发表的学术论文及科研成果
本文编号：4032604
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 多旋翼飞行器国内外发展历程及研究现状
1.2.1 多旋翼飞行器发展历程
1.2.2 多旋翼飞行器国外研究现状
1.2.3 多旋翼飞行器国内发展现状
1.3 本文主要研究内容
2 四旋翼飞行器的结构设计及强度分析
2.1 多旋翼飞行器的选型
2.1.1 +型多旋翼
2.1.2 x型多旋翼
2.1.3 Y3型与H4型多旋翼
2.1.4 新型四旋翼飞行器的飞行原理
2.2 新型四旋翼飞行器的方案设计
2.2.1 机架
2.2.2 电调
2.2.3 正反桨
2.2.4 飞控
2.3 新型四旋翼飞行器的结构设计
2.3.1 设计要求
2.3.2 机身结构设计
2.4 无人机结构强度有限元分析与优化
2.5 本章小结
3 四旋翼飞行器的姿态解算及系统建模
3.1 基于四元数算法的姿态解算
3.1.1 四元数
3.1.1.1 四元数的表达方式
3.1.1.2 四元数的大小——范数
3.1.1.3 四元数的运算
3.1.2 四元数与坐标变换矩阵之间的关系
3.1.3 四元数初始值的获取和规范化处理过程
3.2 四旋翼飞行器的数学建模
3.2.1 四旋翼飞行器的运动学建模
3.2.2 四旋翼飞行器的动力学建模
3.2.2.1 线运动方程
3.3 本章小结
4 飞行器室内飞行躲避障碍物系统的设计
4.1 障碍物的检测
4.2 无人机躲避障碍物系统设计与实现
4.2.1 超声波传感器
4.2.2 超声波避障板
4.2.3 飞行控制系统与超声波控制板通信
4.3 避障策略的制定及飞行试验
4.3.1 避障飞行测试
4.3.2 测试平台的搭建
4.3.3 US-100采集距离数据的处理
4.3.4 避障飞行实验
4.4 本章小结
5 飞行器机载摄像头室内场景三维重建技术
5.1 基于机器视觉的三维重建原理分析
5.2 摄像头的标定
5.2.1 Kinect摄像头简介
5.2.2 Kinect摄像头的标定
5.3 Kinect摄像头的三维重建过程
5.3.1 特征提取
5.3.1.1 SIFT特征提取算法
5.3.1.2 SURF特征提取算法
5.3.1.3 SIFT算法和SURF算法的比较
5.3.2 特征匹配
5.3.3 三维点云变换矩阵的计算
5.4 多帧RGB-D数据处理
5.5 实验效果分析
5.5.1 单帧室内场景效果图的点云显示
5.5.2 RANSAC优化初始匹配实验结果
5.5.3 基于SIFT算法和SURF算法重建效果的输出对比
5.5.4 基于SURF算法的多帧图像三维重建
5.6 本章小结
总结和展望
参考文献
致谢
攻读研究生阶段发表的学术论文及科研成果
本文编号：4032604
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/4032604.html
