小型四旋翼飞行器集群协作实验平台设计

发布时间：2017-06-20 11:14

  本文关键词：小型四旋翼飞行器集群协作实验平台设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人飞行器(UAV)协作技术是目前分布式人工智能的一个热点研究领域,具有广泛的应用前景。协作技术研究中的关键技术包括：动态环境约束下的路径冲突预测方法、集群协同条件下的动态任务分配策略以及集群通信机制。协作技术研究中多使用软件模拟仿真对理论和方法进行评估验证,而缺少实际环境下的性能测试；针对上述问题,本文综合运用现有研究结果,设计了一套基于小型四旋翼飞行器的协作实验平台,为协作技术研究中的关键算法提供物理测试环境。 实验平台由自行设计的四旋翼飞行器、任务协作系统以及远程服务器三大部分组成。四旋翼飞行器的惯性测量单元由低成本的MEMS惯性元件组成,采用基于方向余弦矩阵的姿态测量算法；任务协作系统由搭载Linux系统的微型嵌入式硬件平台Raspberry Pi和运行在Linux操作系统之上的定制软件组成,负责完成任务调度、自组网络路由维护等功能；远程服务器主要是为方便实验数据观测和记录而设计的,由任务管理器、实时状态显示以及通信接口三个模块组成。 论文最后是对多飞行器协作实验平台进行功能验证。首先对四旋翼飞行器的惯性测量单元进行了静态测试和跟踪测试；进而是对实验平台所采用的路由协议进行数据包分组投递率、端到端延时以及路由负载等测试,以验证自组织网络性能；最后是针对整个平台系统进行了多飞行器的编队飞行实验。
【关键词】：多机协作 四旋翼飞行器 路由协议 惯性测量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V279;V216.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 选题背景8-9
• 1.2 小型四旋翼飞行器研究现状9
• 1.3 本课题的主要工作及组织结构9-11
• 2 实验平台总体结构11-14
• 2.1 系统结构划分11-12
• 2.2 四旋翼飞行器组成结构12-14
• 3 四旋翼飞行器硬件电路设计14-20
• 3.1 飞行控制板主控电路设计14-15
• 3.2 惯性测量单元设计15-18
• 3.3 掉电存储电路设计18
• 3.4 电源电路设计18-20
• 4 四旋翼飞行器软件设计20-34
• 4.1 飞行器软件设计方案20
• 4.2 姿态算法设计与实现20-29
• 4.2.1 坐标系约定21
• 4.2.2 方向余弦矩阵的建立21-23
• 4.2.3 通过陀螺仪输出计算方向余弦矩阵23-24
• 4.2.4 余弦矩阵归一化处理24-25
• 4.2.5 漂移处理25-28
• 4.2.6 基于方向余弦矩阵的姿态算法实现28-29
• 4.3 控制器设计29-31
• 4.3.1 控制器结构介绍29
• 4.3.2 PID控制算法29-31
• 4.4 UART通信模块设计31-33
• 4.4.1 UART简介31
• 4.4.2 通信模块设计31-33
• 4.5 飞行姿态显示模块设计33-34
• 5 多飞行器协作系统设计34-52
• 5.1 协作系统结构简介34-35
• 5.2 硬件平台介绍35
• 5.3 嵌入式Linux系统构建35-40
• 5.3.1 Bootloader移植36-37
• 5.3.2 Linux内核移植37-38
• 5.3.3 Linux根文件系统构建38-40
• 5.4 飞行器间通信系统实现40-49
• 5.4.1 移动自组织网络简介40-42
• 5.4.2 AODV-UU路由协议分析42-46
• 5.4.3 AODV-UU移植46-47
• 5.4.4 无线网卡驱动移植47-49
• 5.5 远程服务器设计49-52
• 5.5.0 任务管理器模块49-50
• 5.5.1 实时状态显示模块50
• 5.5.2 通信接口模块50-52
• 6 实验平台测试52-57
• 6.1 姿态测量性能测试52-53
• 6.2 AODV路由协议仿真测试53-55
• 6.3 组队飞行测试55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-61
• 致谢61-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周权;黄向华;朱理化;;四旋翼微型飞行平台姿态稳定控制试验研究[J];传感器与微系统;2009年05期

2 岳基隆;张庆杰;朱华勇;;微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析[J];电光与控制;2010年10期

3 马崇霄;吴长奇;;基于网络仿真器NS2的Ad hoc网络路由协议仿真[J];电子测量技术;2008年05期

4 高艳辉;龚华军;;嵌入式实时linux在PC104平台上的实现[J];仪器仪表用户;2008年02期

5 江杰;魏然;;飞行器飞行工况视频监测及图像处理[J];硅谷;2012年05期

6 张爱民;梁书剑;马志强;;AODV-UU协议实现技术分析[J];信息技术;2011年06期

7 李惠娟;王汝传;任勋益;;基于Netfilter的数据包捕获技术研究[J];计算机科学;2007年06期

8 谭长庚;张芝华;王建新;陈松乔;;移动自组网性能评价参数的研究及仿真分析[J];计算机仿真;2008年01期

9 刘铭;徐杨;陈峥;梁瀚;孙婷婷;;基于Multi-Agent系统的多飞行器协同路径规划方法的研究[J];计算机科学;2012年01期

10 张恒博;白振兴;;关于足球机器人系统工作模式及RoboCup仿真比赛机制的研究[J];现代电子技术;2006年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 雷斌;群体机器人系统合作控制问题研究[D];武汉理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 曹飞;嵌入式航向姿态参考系统的设计与实现[D];南京理工大学;2012年

  本文关键词：小型四旋翼飞行器集群协作实验平台设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：465451