基于视觉伺服的四旋翼无人机自主飞行控制

发布时间：2023-12-02 10:17

　　四旋翼无人机具有体积小和垂直起降等诸多优点,能够在室内、城市等复杂环境中进行定点悬停、目标跟踪等多种方式的飞行,广泛用于航拍、搜救、巡视等任务。随着机器人技术的崛起,高性能传感器、新型材料、嵌入式设备等技术的出现,也加速了四旋翼无人机行业的发展。利用先进的控制方法和传感器提高四旋翼无人机的性能,可以代替人工操作实现自主飞行。本文主要研究了四旋翼无人机基于视觉伺服的自主飞行控制问题,以摄像头作为主要传感器,对四旋翼进行定点悬停和地面移动目标追踪两个飞行任务的控制。视觉伺服控制最主要的问题是图像深度,同时四旋翼本身具有的动力学特性也给基于视觉伺服的控制带来了困难。针对这些问题,本文研究了四旋翼无人机以机载相机作为主要传感器时基于视觉伺服的控制问题,主要研究内容和创新点可以总结为以下三个方面:首先,本文定义了虚拟相机坐标系,生成了虚拟图像坐标系,基于图像的视觉伺服控制都将在该平面上处理。虚拟图像平面始终平行于水平地面,使得地面目标具有相同的深度值。通过透视投影和设定适当的图像矩特征来推导出四旋翼无人机的视觉伺服模型,用于实现基于视觉伺服的四旋翼无人机自主飞行控制。其次,针对四旋翼无人机基于视...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 视觉伺服控制研究现状
    1.3 基于视觉伺服的四旋翼控制方法概述
    1.4 论文的结构安排
第2章 四旋翼无人机基于视觉伺服的建模
    2.1 四旋翼无人机工作原理
    2.2 四旋翼无人机的数学建模
        2.2.1 坐标系建立
        2.2.2 坐标系间转换
        2.2.3 四旋翼运动学和动力学模型
    2.3 四旋翼无人机的视觉伺服建模
        2.3.1 虚拟相机坐标系建立
        2.3.2 图像矩特征
        2.3.3 四旋翼的视觉伺服模型
    2.4 本章小结
第3章 四旋翼无人机基于视觉伺服的有限时间定点悬停
    3.1 问题描述
    3.2 四旋翼无人机姿态控制器设计
        3.2.1 非奇异快速终端滑模
        3.2.2 控制器设计
    3.3 四旋翼无人机位置控制器设计
        3.3.1 非奇异快速终端滑模
        3.3.2 控制器设计
    3.4 仿真算例
    3.5 本章小结
第4章 四旋翼无人机基于视觉伺服的地面移动目标追踪
    4.1 问题描述
    4.2 目标跟踪控制器
    4.3 仿真算例
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3869463