仿生飞行颈眼系统的位姿估计与运动控制研究
发布时间：2021-08-18 13:06
多旋翼微型无人飞行器由于具有模型结构简单,体积小巧和机动性强等特点得到了大量研究关注。其大多数应用离不开两个基本能力:感知定位能力与规划控制能力。在传统的四旋翼微型无人飞行器研究框架中,无人机的轨迹规划往往考虑的是运动模型约束和避障限制,而感知定位则与图像传感器的种类、数量、分布和实际场景息息相关。然而在众多的飞行器结构中,传感器与飞行器本体通常是捷联的,这样的结构导致飞行器感知模块的信息输入与其本身运动轨迹严重耦合。特别是由于相机对观测角度、运动速度和外部环境的敏感性,增加了基于相机的观测系统在各种环境下失效的风险。因此,若直接将关于这两个能力的独立研究成果应用于传感器捷联的飞行器系统中,并不能完全满足实际任务场景的需求。针对上述实际问题,本文着眼于提高感知定位系统的稳定性与鲁棒性。受到鸟类视觉系统的启发,设计了一套新颖的仿生飞行机械颈双鱼眼惯性系统。将用于感知定位的视觉惯性测量模块放置于六自由度机械颈的末端,作为仿生系统的头部,利用基于末端视觉惯性设备的位姿估计器估计飞行器本体的位姿。通过这种方式,系统的末端感知设备可以由机械颈控制,并相对于飞行器本体独立地运动。这种将飞行器本体与...
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无人飞行器在各行各业中的应用
机械臂抓取任务过程中，飞行器的抓取姿态受限，此时若可使相机相对目标抓取物体自由移动，能够有效提升视觉伺服系统感知效果；在飞行器对场景自主探索并建立地图或执行指定飞行轨迹时，由于相机感知模块观测的场景未知或者只能被动地观测环境，有观测到诸如白墙、纯色表面等毫无特征的场景的可能，因此存在视觉系统失效甚至飞行器坠毁的风险。而如果能够相对于飞行器本体主动地移动相机感知模块，趋利避害地主动调整观察环境的视角，观察场景特征丰富的区域，即能降低系统失效的风险，有效增加飞行视觉感知系统的鲁棒性。图2-1鸟类的颈眼系统图2-2飞行颈眼系统示意图因此，本文将针对室内狭窄环境的特点，模仿鸟类颈眼的结构，构建一套放置于六自由度机械颈末端的双鱼眼惯性测量感知模块。2.1.2系统硬件结构设计系统整体架构（图2-3）由机械系统和软件系统组成。图中深色矩形为机械结构模块，浅色矩形为软件算法模块，淡灰色矩形为计算单元模块。虚线框代表软件系统模块，模块间的箭头链接线是数据流走向，无箭头的连接线代表机械连接。其中，机械系统分为飞行器本体与机械颈两部分。飞行器本体为六旋翼飞行器，有足够的负载冗余搭载机械颈眼设备。机械颈基于[51,52]中的设计，改进六自由度串联机械臂的部分关节的连接结构，作为机械颈，并将末端的机械爪替换为感知模块。此模块由两个鱼眼相机组成的双鱼眼相机和一个惯性测量模块组成，作为仿生头部，通过感知模块的位姿估计结果来估计飞行器本体的位姿。而软件系统则主要分为上层软件系统和底层软件系统，分别作为大脑和小脑。上层计算设备负责运行需要大量算力的视觉里程计、主动视觉规划等上层算法，而底层主控设备负责飞行器的与机械颈的控制。本文将这个搭载于无人飞行器上的机械颈眼系?
讨校?尚衅鞯淖ト∽颂?芟蓿?耸比艨墒瓜嗷?喽阅勘曜ト∥锾遄?由移动，能够有效提升视觉伺服系统感知效果；在飞行器对场景自主探索并建立地图或执行指定飞行轨迹时，由于相机感知模块观测的场景未知或者只能被动地观测环境，有观测到诸如白墙、纯色表面等毫无特征的场景的可能，因此存在视觉系统失效甚至飞行器坠毁的风险。而如果能够相对于飞行器本体主动地移动相机感知模块，趋利避害地主动调整观察环境的视角，观察场景特征丰富的区域，即能降低系统失效的风险，有效增加飞行视觉感知系统的鲁棒性。图2-1鸟类的颈眼系统图2-2飞行颈眼系统示意图因此，本文将针对室内狭窄环境的特点，模仿鸟类颈眼的结构，构建一套放置于六自由度机械颈末端的双鱼眼惯性测量感知模块。2.1.2系统硬件结构设计系统整体架构（图2-3）由机械系统和软件系统组成。图中深色矩形为机械结构模块，浅色矩形为软件算法模块，淡灰色矩形为计算单元模块。虚线框代表软件系统模块，模块间的箭头链接线是数据流走向，无箭头的连接线代表机械连接。其中，机械系统分为飞行器本体与机械颈两部分。飞行器本体为六旋翼飞行器，有足够的负载冗余搭载机械颈眼设备。机械颈基于[51,52]中的设计，改进六自由度串联机械臂的部分关节的连接结构，作为机械颈，并将末端的机械爪替换为感知模块。此模块由两个鱼眼相机组成的双鱼眼相机和一个惯性测量模块组成，作为仿生头部，通过感知模块的位姿估计结果来估计飞行器本体的位姿。而软件系统则主要分为上层软件系统和底层软件系统，分别作为大脑和小脑。上层计算设备负责运行需要大量算力的视觉里程计、主动视觉规划等上层算法，而底层主控设备负责飞行器的与机械颈的控制。本文将这个搭载于无人飞行器上的机械颈眼系统称为飞行机械颈眼系
本文编号：3349942
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无人飞行器在各行各业中的应用
机械臂抓取任务过程中，飞行器的抓取姿态受限，此时若可使相机相对目标抓取物体自由移动，能够有效提升视觉伺服系统感知效果；在飞行器对场景自主探索并建立地图或执行指定飞行轨迹时，由于相机感知模块观测的场景未知或者只能被动地观测环境，有观测到诸如白墙、纯色表面等毫无特征的场景的可能，因此存在视觉系统失效甚至飞行器坠毁的风险。而如果能够相对于飞行器本体主动地移动相机感知模块，趋利避害地主动调整观察环境的视角，观察场景特征丰富的区域，即能降低系统失效的风险，有效增加飞行视觉感知系统的鲁棒性。图2-1鸟类的颈眼系统图2-2飞行颈眼系统示意图因此，本文将针对室内狭窄环境的特点，模仿鸟类颈眼的结构，构建一套放置于六自由度机械颈末端的双鱼眼惯性测量感知模块。2.1.2系统硬件结构设计系统整体架构（图2-3）由机械系统和软件系统组成。图中深色矩形为机械结构模块，浅色矩形为软件算法模块，淡灰色矩形为计算单元模块。虚线框代表软件系统模块，模块间的箭头链接线是数据流走向，无箭头的连接线代表机械连接。其中，机械系统分为飞行器本体与机械颈两部分。飞行器本体为六旋翼飞行器，有足够的负载冗余搭载机械颈眼设备。机械颈基于[51,52]中的设计，改进六自由度串联机械臂的部分关节的连接结构，作为机械颈，并将末端的机械爪替换为感知模块。此模块由两个鱼眼相机组成的双鱼眼相机和一个惯性测量模块组成，作为仿生头部，通过感知模块的位姿估计结果来估计飞行器本体的位姿。而软件系统则主要分为上层软件系统和底层软件系统，分别作为大脑和小脑。上层计算设备负责运行需要大量算力的视觉里程计、主动视觉规划等上层算法，而底层主控设备负责飞行器的与机械颈的控制。本文将这个搭载于无人飞行器上的机械颈眼系?
讨校?尚衅鞯淖ト∽颂?芟蓿?耸比艨墒瓜嗷?喽阅勘曜ト∥锾遄?由移动，能够有效提升视觉伺服系统感知效果；在飞行器对场景自主探索并建立地图或执行指定飞行轨迹时，由于相机感知模块观测的场景未知或者只能被动地观测环境，有观测到诸如白墙、纯色表面等毫无特征的场景的可能，因此存在视觉系统失效甚至飞行器坠毁的风险。而如果能够相对于飞行器本体主动地移动相机感知模块，趋利避害地主动调整观察环境的视角，观察场景特征丰富的区域，即能降低系统失效的风险，有效增加飞行视觉感知系统的鲁棒性。图2-1鸟类的颈眼系统图2-2飞行颈眼系统示意图因此，本文将针对室内狭窄环境的特点，模仿鸟类颈眼的结构，构建一套放置于六自由度机械颈末端的双鱼眼惯性测量感知模块。2.1.2系统硬件结构设计系统整体架构（图2-3）由机械系统和软件系统组成。图中深色矩形为机械结构模块，浅色矩形为软件算法模块，淡灰色矩形为计算单元模块。虚线框代表软件系统模块，模块间的箭头链接线是数据流走向，无箭头的连接线代表机械连接。其中，机械系统分为飞行器本体与机械颈两部分。飞行器本体为六旋翼飞行器，有足够的负载冗余搭载机械颈眼设备。机械颈基于[51,52]中的设计，改进六自由度串联机械臂的部分关节的连接结构，作为机械颈，并将末端的机械爪替换为感知模块。此模块由两个鱼眼相机组成的双鱼眼相机和一个惯性测量模块组成，作为仿生头部，通过感知模块的位姿估计结果来估计飞行器本体的位姿。而软件系统则主要分为上层软件系统和底层软件系统，分别作为大脑和小脑。上层计算设备负责运行需要大量算力的视觉里程计、主动视觉规划等上层算法，而底层主控设备负责飞行器的与机械颈的控制。本文将这个搭载于无人飞行器上的机械颈眼系统称为飞行机械颈眼系
本文编号：3349942
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3349942.html
最近更新
教材专著
