基于单目视觉的四旋翼无人机位姿估计与控制
发布时间：2021-02-21 03:38
四旋翼无人机的位姿估计（即定位）一直是无人机研究领域的核心问题。四旋翼无人机准确的定位是实现飞行控制、避障、路径规划以及抓取等各种复杂任务的基础和前提。目前广泛应用的定位方法可以分为两类:一类是基于四旋翼无人机自身对环境进行同步定位与制图（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）,从而获得准确的位置信息;另一类是基于外部设备提供准确的位置信息,如全球卫星定位系统（Global Positioning System,GPS）,运动捕捉系统。但是,在建筑物密集、室内、隧道等地方GPS定位几乎是失效的,而运动捕捉系统只能应用在实验室、研究室这种特定的场合,这些都大大局限了四旋翼无人机的应用范围。本文主要研究如何利用无人机自身携带的单目相机和SLAM算法实现未知环境下的自主定位,以及基于视觉定位信息的无人机飞行控制。本文首先搭建了基于单目视觉的四旋翼无人机定位系统,其中硬件部分由四旋翼无人机和笔记本电脑组成,软件部分由单目SLAM系统、扩展卡尔曼（Extended Kalman Filter,EKF）滤波器和比例-积分-微分（Proportion ...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DRobotics公司的Solo无人机2012年，大疆公司接连发售了风火轮系列四旋翼机架、悟空四旋翼无人机
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文导航。在室内飞行时，Phantom 3 利用自身据实现自主定位。用户可以通过遥控器或手种飞行动作以及稳定悬停。Phantom 3 还配置3 飞行过程中拍摄的高清画面可以实时传送3 的控制距离明显增加，使其可以进行更高止大疆公司虽然没有将所有飞控设计开源，及 DIY 爱好者们仍可以用大疆无人机作为平1]。
图 1-3 MIT 研制的 SkyCall 运动控制系统英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）研究人员开发的一款四旋翼无人机通过自身配置的摄像头、压力传感器和超声传感器实现自身定位，并对所处的飞行环境进行制图，还可以跟踪飞行环境中的物体。因为这款四旋翼无人机的精确位姿信息来自自身传感器数据的融合，所以可以广泛应用于室内和室外。例如，在放牧过程中，一旦有离群的牛羊可以实时追踪，节省大量人力物力。这款四旋翼无人机还可以进行多无人机的协同合作，通过预测其他无人机的动作，实现有效路径规划，避免相撞[44]。在 GPS 失效环境中，Bachrach et al.使用 Hokuyo 激光传感器和 2D SLAM 算法实现了四旋翼无人机在迷宫中的自主导航，赢得了国际微小型飞行器大赛（IMAV）的迷宫导航比赛。不同于摄像头，即使在纹理少的环境中，激光传感器也能提供有效信息。虽然激光传感器有如此大的优势，但缺点也是很明显的，比如有限感知范围，有限视野，质量大且耗能大[45]。国内对四旋翼无人机定位问题的研究还处于初级阶段，从事这方面研究工
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向井下无人机自主飞行的人工路标辅助位姿估计方法[J]. 单春艳,杨维,耿翠博. 煤炭学报. 2019(S1)
[2]基于LabVIEW Vision的无人机自主着降系统设计与实现[J]. 张佳. 计算机测量与控制. 2017(08)
[3]基于四旋翼无人机的环境监测系统[J]. 严孝鑫,张航,周鑫,张帅,邱紫阳,仇国庆. 自动化与仪器仪表. 2016(10)
本文编号：3043787
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DRobotics公司的Solo无人机2012年，大疆公司接连发售了风火轮系列四旋翼机架、悟空四旋翼无人机
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文导航。在室内飞行时，Phantom 3 利用自身据实现自主定位。用户可以通过遥控器或手种飞行动作以及稳定悬停。Phantom 3 还配置3 飞行过程中拍摄的高清画面可以实时传送3 的控制距离明显增加，使其可以进行更高止大疆公司虽然没有将所有飞控设计开源，及 DIY 爱好者们仍可以用大疆无人机作为平1]。
图 1-3 MIT 研制的 SkyCall 运动控制系统英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）研究人员开发的一款四旋翼无人机通过自身配置的摄像头、压力传感器和超声传感器实现自身定位，并对所处的飞行环境进行制图，还可以跟踪飞行环境中的物体。因为这款四旋翼无人机的精确位姿信息来自自身传感器数据的融合，所以可以广泛应用于室内和室外。例如，在放牧过程中，一旦有离群的牛羊可以实时追踪，节省大量人力物力。这款四旋翼无人机还可以进行多无人机的协同合作，通过预测其他无人机的动作，实现有效路径规划，避免相撞[44]。在 GPS 失效环境中，Bachrach et al.使用 Hokuyo 激光传感器和 2D SLAM 算法实现了四旋翼无人机在迷宫中的自主导航，赢得了国际微小型飞行器大赛（IMAV）的迷宫导航比赛。不同于摄像头，即使在纹理少的环境中，激光传感器也能提供有效信息。虽然激光传感器有如此大的优势，但缺点也是很明显的，比如有限感知范围，有限视野，质量大且耗能大[45]。国内对四旋翼无人机定位问题的研究还处于初级阶段，从事这方面研究工
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向井下无人机自主飞行的人工路标辅助位姿估计方法[J]. 单春艳,杨维,耿翠博. 煤炭学报. 2019(S1)
[2]基于LabVIEW Vision的无人机自主着降系统设计与实现[J]. 张佳. 计算机测量与控制. 2017(08)
[3]基于四旋翼无人机的环境监测系统[J]. 严孝鑫,张航,周鑫,张帅,邱紫阳,仇国庆. 自动化与仪器仪表. 2016(10)
本文编号：3043787
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