基于智能手机运动感知的小型无人飞行器姿态控制

发布时间：2017-08-10 00:00

  本文关键词：基于智能手机运动感知的小型无人飞行器姿态控制

  更多相关文章： 小型无人飞行器 智能手机 传感器校准 姿态估计 动作感知

【摘要】：小型无人飞行器(UAV)的发展,越来越多的受到世界的关注,各大科技巨头都开始参与小型UAV的研究。小型UAV已经在空中运输、航拍、农业等领域得到了广泛的应用。同时,智能手机也已经在世界各地普及,并且得益于智能手机上集成的各种各样的传感器,能够开发出无数的应用程序。本文将这两种技术结合在一起,实现基于智能手机运动感知的小型UAV姿态控制。为了保证控制小型UAV的准确度,需要保证智能手机自身的空间姿态估计准确、可靠。由于智能手机中的传感器属于低成本的微机电系统,测量误差大,会造成较大的姿态估计误差。因此本文首先对智能手机中的磁力计、加速度计、陀螺仪的校准算法进行了研究,提出了一套不需要借助辅助工具的传感器校准策略。然后,本文通过将校准后的磁力计、加速度计和陀螺仪的测量值进行数据融合,提出了基于最优梯度下降法的姿态滤波器算法,能够准确、稳定的估计出智能手机的空间姿态。最终,通过设计一套无线数据传输设备,将智能手机空间姿态作为控制量传递到小型UAV上,实现智能手机对小型UAV的姿态控制。本文通过使用APM飞控和Open Pilot飞控进行了实际飞行实验,对本文设计的通过智能手机运动感知来控制小型UAV的技术进行了验证,通过实验结果充分证明了本文设计的控制方式能够稳定、实时、灵活的控制小型UAV,并且功能上具有可扩展性。
【关键词】：小型无人飞行器 智能手机 传感器校准 姿态估计 动作感知
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究的意义8-9
• 1.2 相关技术研究现状9-12
• 1.2.1 手机控制机器人的技术研究现状9-10
• 1.2.2 传感器校准的技术研究现状10-11
• 1.2.3 姿态估计的技术研究现状11-12
• 1.3 主要研究内容12-14
• 第2章 传感器校准算法14-27
• 2.1 传感器误差模型14-17
• 2.1.1 加速度计和陀螺仪误差模型15-16
• 2.1.2 磁力计误差模型16
• 2.1.3 统一误差模型16-17
• 2.2 传感器校准算法的研究17-25
• 2.2.1 磁力计校准算法17-20
• 2.2.2 加速度计校准算法20-22
• 2.2.3 陀螺仪校准算法22-25
• 2.3 校准策略25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 姿态估计算法27-36
• 3.1 空间姿态表示方法27-28
• 3.2 空间姿态估计算法28-32
• 3.2.1 陀螺仪估计空间姿态29
• 3.2.2 加速度计和磁力计估计空间姿态29-32
• 3.3 姿态滤波器融合算法32-33
• 3.4 姿态计算中的传感器误差补偿33-34
• 3.4.1 磁场失真补偿33
• 3.4.2 陀螺仪偏差漂移补偿33-34
• 3.5 姿态估计算法设计34
• 3.6 本章小结34-36
• 第4章 实验平台设计36-40
• 4.1 智能手机控制端设计36
• 4.2 无线传输策略的设计36-38
• 4.3 飞控平台选择38-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第5章 实现与分析40-61
• 5.1 传感器校准数据分析40-47
• 5.1.1 传感器数据采集40
• 5.1.2 磁力计校准数据分析40-42
• 5.1.3 加速度校准数据分析42-44
• 5.1.4 陀螺仪校准数据分析44-47
• 5.2 姿态数据仿真分析47-52
• 5.3 数据传输实验52-54
• 5.4 飞行实验结果与分析54-60
• 5.4.1 APM飞控实验54-57
• 5.4.2 Open Pilot飞控实验57-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 白鹏;;张力赐予建筑的运动感[J];美术大观;2007年04期

2 白鹏;;谈张力赋予建筑表现的运动感[J];艺术教育;2009年10期

3 李华旭;;论三角形构图之美与形式的演进[J];现代装饰(理论);2013年03期

4 刘强;;头文字 R FAW-VW Bora R[J];汽车与运动;2005年08期

5 陈方晓;;有力量的曲线 西安开元第一城生活美学馆[J];室内设计与装修;2014年05期

6 闻涛;;基于运动感知的管理场景构建方法与实践分析[J];科技创新与应用;2012年06期

7 张静;谢慧;高俊;李荣辉;;极低频磁场天线运动感应噪声研究[J];微计算机信息;2007年01期

8 ;[J];;年期

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 徐恩存;山势撼人与深远意境[N];美术报;2008年

2 赵光品（四川，2000级研修班）;浅说书法线条的质感[N];中国艺术报;2002年

3 浙江绍兴市少儿艺术学校 梁文斌;小学书法教学之我见[N];美术报;2001年

4 陈雄亮;M6：穿着休闲装的运动员[N];中国商报;2003年

5 刘关飞;谈书法的“法度”[N];中国老年报;2001年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 张腾;基于智能手机运动感知的小型无人飞行器姿态控制[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 陈佳;静中之动—论传统人物画中运动感的表达[D];渤海大学;2012年

3 王智慧;绘画艺术的运动感表达[D];河北师范大学;2008年

4 陈淼;静中的动[D];南京艺术学院;2009年

5 曹海艇;浅析西方绘画的运动感[D];天津美术学院;2007年

6 李甜甜;乐音的“运动”及其原理[D];中央音乐学院;2011年

7 赵彦杰;面向虚拟油泥造型的空间环境运动感知交互界面研究[D];南京航空航天大学;2014年

8 刘冉冉;浅析雕塑的生命“能量”[D];河北师范大学;2012年

，

本文编号：647880