煤矿四旋翼飞行机器人测控系统研发
发布时间：2021-11-15 17:19
由于煤矿井下具有低照度、巷道结构复杂且尚无精确的导航定位系统（如北斗、GPS）等问题,导致常用于地面上空作业的四旋翼飞行机器人测控系统远远不能满足煤矿井下的飞行控制和巡检作业需求,针对以上问题,结合煤矿环境参数、设备状态等巡检需求,提出并设计一种煤矿四旋翼飞行机器人测控系统。（1）研究分析煤矿四旋翼飞行机器人测控系统的设计需求,提出该机器人测控系统的总体方案,将测控系统分为飞行控制系统与巡检信息回传系统两大部分,并进行软硬件系统设计。（2）针对测控系统在性能和功能上的设计需求,确定测控系统硬件的基本组成部分,并采用模块化设计思想搭建定位模块、控制模块、自主避障模块、巡检作业模块以及电源管理模块,对传感器等相关元器件进行选型,设计巡检作业模块和电源管理模块的接口电路和转换电路。（3）为解决井下远程操控机器人难度大、自主性差等问题,利用MAVROS软件包对Pixhawk飞控器进行二次开发,设计机器人井下飞行控制的应用程序;利用光流定位原理和基于单目相机标定的方法,解决机器人井下姿态稳定和空间位置解算等问题;利用多方位超声测距的方法,设计机器人自主避障策略,保障井下飞行的安全。（4）基于云平...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 四旋翼飞行器测控系统国内外研究现状
1.2.2 无人机巡检技术国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容与技术路线
2 煤矿四旋翼飞行机器人总体方案设计
2.1 基于煤矿四旋翼飞行机器人的井下巡检系统
2.2 煤矿四旋翼飞行机器人需求分析
2.2.1 煤矿井下作业环境分析
2.2.2 测控系统需求分析
2.3 煤矿四旋翼飞行机器人测控系统总体设计
2.3.1 硬件整体设计
2.3.2 软件整体设计
2.4 煤矿四旋翼飞行机器人相关技术分析
2.4.1 井下飞行控制相关技术分析
2.4.2 井下巡检信息回传相关技术分析
2.5 本章小结
3 煤矿四旋翼飞行机器人测控系统硬件设计与实现
3.1 测控系统基本组成
3.2 控制模块设计
3.2.1 飞行控制器
3.2.2 机载计算机
3.3 井下定位模块设计
3.3.1 光流传感器
3.3.2 单目相机
3.4 自主避障模块设计
3.5 巡检作业模块设计
3.5.1 温湿度传感器
3.5.2 气体传感器
3.5.3 视频采集模块
3.6 电源管理模块设计
3.7 本章小结
4 煤矿四旋翼飞行机器人测控系统软件设计与实现
4.1 自动控制程序设计
4.1.1 飞行控制器固件源码修改
4.1.2 飞行控制应用程序开发
4.2 井下定位方案设计
4.2.1 井下定位悬停
4.2.2 空间位置解算
4.3 自主避障控制策略设计
4.4 巡检回传系统设计
4.4.1 井下巡检方案设计
4.4.2 信息回传方案设计
4.5 本章小结
5 试验测试与分析
5.1 飞行控制系统试验
5.1.1 定点悬停功能测试
5.1.2 位置解算试验
5.1.3 自主避障功能测试
5.2 巡检回传系统试验
5.2.1 数据采集回传功能测试
5.2.2 视频采集回传功能测试
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于迭代最近点的井下无人机实时位姿估计[J]. 王岩,马宏伟,王星,杨林. 工矿自动化. 2019(09)
[2]煤矿巡检机器人同步定位与地图构建方法研究[J]. 杨林,马宏伟,王岩,王川伟,张珍珍. 工矿自动化. 2019(09)
[3]双摇臂履带式矿山机器人结构优化设计[J]. 胡坤,张志远,李德永,王爽. 工矿自动化. 2019(09)
[4]矿山钻孔救援探测机器人研究进展[J]. 马宏伟,马琨,田海波. 工矿自动化. 2019(02)
[5]基于煤矿固定场所的智能视频巡检系统设计[J]. 张永福,吴庆娟,李倩倩. 机电信息. 2018(33)
[6]对煤炭生产建设项目档案建设的思考[J]. 温爱红. 办公室业务. 2018(21)
[7]基于PX4飞控无人机的避障飞行系统设计[J]. 万宇楼,张琳琳,路淑贞,徐佳,陈娉婷. 电子制作. 2018(13)
[8]煤矿巷道悬线巡检机器人结构设计及仿真[J]. 姜俊英,周展,曹现刚,马晓燕,狄航,吴旭东. 工矿自动化. 2018(05)
[9]一种煤矿轨道巡检机器人的研制[J]. 周明静,裴文良,岑强. 制造业自动化. 2018(04)
[10]可自动回撤煤矿探测机器人设计[J]. 王志同,牛志刚,郭晨星,李一君. 工矿自动化. 2018(05)
博士论文
[1]基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究[D]. 郑伟.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]矿用悬线巡检机器人控制系统研究[D]. 周展.西安科技大学 2018
[2]基于云平台的无人机智能控制系统的研究[D]. 樊知非.西安电子科技大学 2018
[3]一种四旋翼无人机控制系统的设计和实现[D]. 朱明明.华中师范大学 2018
[4]无人机电力巡检及三维模型重建技术研究[D]. 马青岷.山东大学 2017
[5]基于云平台的智能家居分析控制系统的设计与实现[D]. 卢海峰.东华大学 2017
[6]煤炭供给侧结构性改革路径及调控政策研究[D]. 刘乐乐.哈尔滨工程大学 2017
[7]四旋翼无人机建模与控制问题研究[D]. 刘昌龙.湖北工业大学 2016
[8]基于航拍图像的目标检测系统设计与实现[D]. 韩露.北京理工大学 2015
[9]航拍图像中指定目标的锁定与跟踪技术研究[D]. 于映雪.南京航空航天大学 2012
[10]一种四旋翼无人直升机飞行控制器的设计[D]. 黄溪流.南京理工大学 2010
本文编号：3497197
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 四旋翼飞行器测控系统国内外研究现状
1.2.2 无人机巡检技术国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容与技术路线
2 煤矿四旋翼飞行机器人总体方案设计
2.1 基于煤矿四旋翼飞行机器人的井下巡检系统
2.2 煤矿四旋翼飞行机器人需求分析
2.2.1 煤矿井下作业环境分析
2.2.2 测控系统需求分析
2.3 煤矿四旋翼飞行机器人测控系统总体设计
2.3.1 硬件整体设计
2.3.2 软件整体设计
2.4 煤矿四旋翼飞行机器人相关技术分析
2.4.1 井下飞行控制相关技术分析
2.4.2 井下巡检信息回传相关技术分析
2.5 本章小结
3 煤矿四旋翼飞行机器人测控系统硬件设计与实现
3.1 测控系统基本组成
3.2 控制模块设计
3.2.1 飞行控制器
3.2.2 机载计算机
3.3 井下定位模块设计
3.3.1 光流传感器
3.3.2 单目相机
3.4 自主避障模块设计
3.5 巡检作业模块设计
3.5.1 温湿度传感器
3.5.2 气体传感器
3.5.3 视频采集模块
3.6 电源管理模块设计
3.7 本章小结
4 煤矿四旋翼飞行机器人测控系统软件设计与实现
4.1 自动控制程序设计
4.1.1 飞行控制器固件源码修改
4.1.2 飞行控制应用程序开发
4.2 井下定位方案设计
4.2.1 井下定位悬停
4.2.2 空间位置解算
4.3 自主避障控制策略设计
4.4 巡检回传系统设计
4.4.1 井下巡检方案设计
4.4.2 信息回传方案设计
4.5 本章小结
5 试验测试与分析
5.1 飞行控制系统试验
5.1.1 定点悬停功能测试
5.1.2 位置解算试验
5.1.3 自主避障功能测试
5.2 巡检回传系统试验
5.2.1 数据采集回传功能测试
5.2.2 视频采集回传功能测试
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于迭代最近点的井下无人机实时位姿估计[J]. 王岩,马宏伟,王星,杨林. 工矿自动化. 2019(09)
[2]煤矿巡检机器人同步定位与地图构建方法研究[J]. 杨林,马宏伟,王岩,王川伟,张珍珍. 工矿自动化. 2019(09)
[3]双摇臂履带式矿山机器人结构优化设计[J]. 胡坤,张志远,李德永,王爽. 工矿自动化. 2019(09)
[4]矿山钻孔救援探测机器人研究进展[J]. 马宏伟,马琨,田海波. 工矿自动化. 2019(02)
[5]基于煤矿固定场所的智能视频巡检系统设计[J]. 张永福,吴庆娟,李倩倩. 机电信息. 2018(33)
[6]对煤炭生产建设项目档案建设的思考[J]. 温爱红. 办公室业务. 2018(21)
[7]基于PX4飞控无人机的避障飞行系统设计[J]. 万宇楼,张琳琳,路淑贞,徐佳,陈娉婷. 电子制作. 2018(13)
[8]煤矿巷道悬线巡检机器人结构设计及仿真[J]. 姜俊英,周展,曹现刚,马晓燕,狄航,吴旭东. 工矿自动化. 2018(05)
[9]一种煤矿轨道巡检机器人的研制[J]. 周明静,裴文良,岑强. 制造业自动化. 2018(04)
[10]可自动回撤煤矿探测机器人设计[J]. 王志同,牛志刚,郭晨星,李一君. 工矿自动化. 2018(05)
博士论文
[1]基于视觉的微小型四旋翼飞行机器人位姿估计与导航研究[D]. 郑伟.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]矿用悬线巡检机器人控制系统研究[D]. 周展.西安科技大学 2018
[2]基于云平台的无人机智能控制系统的研究[D]. 樊知非.西安电子科技大学 2018
[3]一种四旋翼无人机控制系统的设计和实现[D]. 朱明明.华中师范大学 2018
[4]无人机电力巡检及三维模型重建技术研究[D]. 马青岷.山东大学 2017
[5]基于云平台的智能家居分析控制系统的设计与实现[D]. 卢海峰.东华大学 2017
[6]煤炭供给侧结构性改革路径及调控政策研究[D]. 刘乐乐.哈尔滨工程大学 2017
[7]四旋翼无人机建模与控制问题研究[D]. 刘昌龙.湖北工业大学 2016
[8]基于航拍图像的目标检测系统设计与实现[D]. 韩露.北京理工大学 2015
[9]航拍图像中指定目标的锁定与跟踪技术研究[D]. 于映雪.南京航空航天大学 2012
[10]一种四旋翼无人直升机飞行控制器的设计[D]. 黄溪流.南京理工大学 2010
本文编号：3497197
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