进行多地面目标操控的四旋翼飞行器导航方法研究

发布时间：2017-09-21 01:06

  本文关键词：进行多地面目标操控的四旋翼飞行器导航方法研究

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【摘要】：随着旋翼飞行器的用途进一步扩展,其姿态控制、定位导航、任务执行已经成为研究热点。以国际空中机器人大赛(IARC)第七代比赛任务为背景,研究了比赛任务中飞行器对地多目标操控的与导航方法。首先,基于比赛的结构化动态环境,设计了融合光流里程计的视觉定位算法。该方法使用地面横纵相交的直线作为人工路标,进行全局定位。设计卡尔曼滤波器与光流传感器进行融合。使四旋翼无人机在比赛环境中实现全局定位。其次,针对四旋翼飞行器操纵多个地面目标任务所要求的机动性与精确性,研究了基于交汇点速度法的移动目标拦截规划方法、基于速度障碍物法的动态避障方法、基于人工势场的多目标操控决策方法,解决了多目标操控导航的关键问题。最后根据提出的任务层、导航层、执行层、三层系统结构,设计了任务实验系统,进行了有效的多目标操控导航实验。设计了四旋翼导航比赛系统,参加2014年8月在烟台举办的IARC亚太赛区的比赛,验证了系统的实用性。
【关键词】：空中机器人 视觉定位 导航 多目标操控 任务决策
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 论文研究背景及意义9-11
• 1.2 四旋翼室内导航发展概况11-16
• 1.2.1 国外研究现状11-15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.3 基于任务的室内导航方法综述16-17
• 1.4 论文的主要工作安排17-18
• 第2章 牧羊任务分析与竞赛系统架构设计18-26
• 2.1 牧羊任务分析18-21
• 2.1.1 空中机器人行为分析18-19
• 2.1.2 比赛规则分析19-21
• 2.2 空中机器人体系结构设计21-22
• 2.3 机器人操作系统22-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 无约束环境下四旋翼视觉定位算法研究26-42
• 3.1 相关工作27-28
• 3.1.1 人工地标法定位27-28
• 3.1.2 光流里程计定位28
• 3.2 基于光流和人工地标法定位模型28-31
• 3.2.1 光流方程28-29
• 3.2.2 光流传感器PX4FLOW29-31
• 3.3 图像处理与人工地标提取31-35
• 3.3.1 图像预处理31-33
• 3.3.2 直线提取与特征点提取33-35
• 3.4 摄像机全局位置估计35-37
• 3.4.1 摄像机模型35-36
• 3.4.2 图像坐标逆投影36-37
• 3.5 融合定位37-38
• 3.6 实验与结果分析38-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 多目标操控导航与决策方法研究42-52
• 4.1 导航系统设计42-44
• 4.1.1 路径规划器总体设计43-44
• 4.2 拦截规划算法44-45
• 4.2.1 交汇点速度法44-45
• 4.3 基于velocity-obstacle算法的动态避障45-46
• 4.3.1 velocity-obstacle区域设置46
• 4.4 基于速度参考模型的位置控制46-47
• 4.5 多目标操控决策方法47-51
• 4.5.1 地面移动目标预测模型48-49
• 4.5.2 基于人工势场模型的决策方法49-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 牧羊系统设计与多目标操控实验52-59
• 5.1 机器人操作系统具体实现53-55
• 5.2 结构化环境中的全局导航实验55-56
• 5.3 多地面目标操控实验56-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与的学术活动66

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1 宋亚平;浅谈旋翼的防腐维护[J];航空维修与工程;2004年04期

2 _5^懔，

本文编号：891456