基于红外检测的四旋翼飞行避障算法研究

发布时间：2017-07-27 13:23

  本文关键词：基于红外检测的四旋翼飞行避障算法研究

  更多相关文章： 四旋翼 红外避障 串级PID STM32

【摘要】：四旋翼以其结构简单、易于维护,能轻易实现垂直起降、悬停旋转、全向飞行等灵活动作,并容易搭载诸如摄像头、GPS导航、无线通信等扩展设备。随着四旋翼普及和安全问题日益凸显,本文旨在四旋翼避障方面进行探索。姿态控制方面,本文采用基于MPU6050的传感器模块作为姿态数据来源,以STM32 103C8T6作为主控芯片。采集俯仰角、横滚角、偏航角速度数据,配合串级PID控制算法进行姿态控制,实现平稳飞行。无线遥控方面,本文以手机运行APP的方式作为遥控设备,以WIFI模块作为飞行器遥控数据接收单元,约定控制代码,采用TCP/IP协议将量化的油门、偏航、前进后退等数据发送到飞行器,实现对飞行器的控制。自主避障方面,本文以夏普红外测距模块所测数据作为避障的依据。四旋翼搭载两个红外测距传感器,和步进电机一起构成红外雷达,设置在四旋翼顶面,水平方向不间断旋转,360°扫描测距,测距动作和数据采集由一块STM32单片机统一控制,综合数据后通过串口将数据发给主控芯片,采用最小方差的方法匹配扫描数据,辨识出位移变化和航向角变化,实现水平面上定点并锁定航向角。为实现纵向稳定,本文在四旋翼底面设置一个超声波模块,向下对地测量距离,自主控制油门实现纵向稳定。测距数据融合遥控数据后,得到新的控制指令,传递给姿态控制程序,进而实现自主避障动作。本文通过对红外雷达测得的数据进行计算分析,验证了所设计数据处理算法的有效性和提出不足之处和改进设想。
【关键词】：四旋翼 红外避障 串级PID STM32
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1;TN219
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-18
• 1.1 四旋翼发展历程9-12
• 1.1.1 早期的尝试9-10
• 1.1.2 微机电技术的推动10-12
• 1.2 课题背景和意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 国内现状13-15
• 1.3.2 国外现状15-16
• 1.3.3 小结16-17
• 1.4 论文研究内容与结构17-18
• 第二章 飞行和避障原理18-22
• 2.1 前言18
• 2.2 基本结构18
• 2.3 飞行动力学18-20
• 2.3.1 悬停19
• 2.3.2 偏航19
• 2.3.3 横滚、俯仰19-20
• 2.3.4 小结20
• 2.4 避障原理20-22
• 2.4.1 基于超声波20
• 2.4.2 基于光学测量20-21
• 2.4.3 复合型、机器视觉避障系统21
• 2.4.4 小结21-22
• 第三章 四旋翼平台的设计与实现22-31
• 3.1 整体结构图22
• 3.2 主控模块与主控流程22-24
• 3.2.1 芯片简介22-23
• 3.2.2 最小系统板23
• 3.2.3 主控软件流程图23-24
• 3.3 姿态传感与姿态控制24-27
• 3.3.1 芯片简介24-25
• 3.3.2 姿态模块25
• 3.3.3 串级PID姿态控制25-26
• 3.3.4 串级PID参数整定26-27
• 3.4 遥控实现与数据传输27-31
• 3.4.1 芯片简介27-28
• 3.4.2 手机简介28
• 3.4.3 遥控功能简述28-29
• 3.4.4 遥控数据与流程29
• 3.4.5 油门控制29-30
• 3.4.6 失控和降落30-31
• 第四章 避障系统的设计与实现31-39
• 4.1 测距模块31-36
• 4.1.1 测距原理31
• 4.1.2 红外测距31-34
• 4.1.3 超声波测距34-36
• 4.1.4 红外雷达36
• 4.1.5 小结36
• 4.2 避障原理简介36-39
• 4.2.1 位移和角度计算37
• 4.2.2 悬停和行进避障37-39
• 第五章 数据分析39-55
• 5.1 模拟数据与算法说明39-45
• 5.1.1 模拟数据测量39-40
• 5.1.2 重心的计算40-41
• 5.1.3 图形的平移41-42
• 5.1.4 图形旋转匹配42-44
• 5.1.5 两次测量点之间的位移计算44
• 5.1.6 小结44-45
• 5.2 实际数据测量分析45-55
• 5.2.1 测量误差45-48
• 5.2.2 均值下的运算结果48-49
• 5.2.3 单次测量下的运算结果49-52
• 5.2.4 单次测量在滤波条件下的运算结果52-54
• 5.2.5 小结54-55
• 第六章 总结与展望55-56
• 6.1 总结55
• 6.2 不足与展望55-56
• 参考文献56-58
• 附录A 模拟数据58-60
• 附录B 实测数据60-67
• 致谢67-68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;未来10年将生产5448架军用旋翼机[J];航空维修与工程;2005年01期

2 陆洋;李建波;朱清华;;自转旋翼机配平及操纵响应特性[J];南京航空航天大学学报;2008年05期

3 道格拉斯·罗伊斯;赵;;民用旋翼机市场前景不容乐观[J];国际航空;2010年03期

4 徐慧;张伯虎;董文柱;石婷;;多功能无人旋翼机在公共安全方面的应用[J];现代电子技术;2011年20期

5 冯磊;佟勇;宋秀峰;;旋翼飞行器概述[J];科技创新导报;2012年29期

6 金德余;;航宇18-A型旋翼机[J];直升机技术;1994年03期

7 蔡汝鸿;;潜水艇载风筝式旋翼机[J];直升机技术;1994年04期

8 申斌;吴一波;林冬生;;旋翼机的发展与应用[J];科技传播;2013年23期

9 蔡汝鸿;;卡特旋翼机(三)——精彩纷呈的卡特旋翼机[J];航空知识;2005年06期

10 李长江;;新颖奇特的旋翼机[J];航空知识;1999年04期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 唐正飞;;旋翼飞行器及其系统发展研究[A];航空科学技术学科发展报告（2010-2011）[C];2011年

2 章洪;;新概念“直升旋翼机”[A];第六届中国科学家论坛论文汇编[C];2007年

3 ;旋翼无人机参赛报告[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张广林 张慧;世界旋翼机市场预测及产业发展的经验和启示[N];中国航空报;2008年

2 李昊;美陆军将启动高速旋翼机研制项目[N];中国航空报;2011年

3 本报记者 胡海波;自转旋翼机：会飞的“风车”[N];中国民航报;2011年

4 高翔;美陆军基于亚太战略评估其旋翼机计划[N];中国航空报;2012年

5 黎时;1923：旋翼机问世[N];中国航空报;2003年

6 姜曙光;未来十年生产5448架军用旋翼机[N];中国航空报;2004年

7 姜曙光;蒂尔预测未来十年旋翼机市场[N];中国航空报;2004年

8 王兰;轻型军用旋翼机市场将步入紧缩期[N];中国航空报;2011年

9 记者 刘军国;日本 美将如期部署“鱼鹰”旋翼机[N];人民日报;2012年

10 李昊;美国开展下一代高速旋翼机技术预研项目[N];中国航空报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王超;电控旋翼直升机气动特性研究[D];南京航空航天大学;2014年

2 朱清华;自转旋翼飞行器总体设计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2007年

3 陈淼;自转式无人旋翼机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

4 魏鹏;旋翼非定常流场的黏性涡数值模拟方法及其混合方法的研究[D];南京航空航天大学;2012年

5 肖中云;旋翼流场数值模拟方法研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年

6 彭程;共轴八旋翼无人飞行器姿态与航迹跟踪控制研究[D];吉林大学;2015年

7 邓寅U，

本文编号：581638