基于开源飞控的固定翼航拍无人机的设计与实现

研究设计了一套基于开源飞控技术的固定翼航拍无人机。本固定翼无人机使用PIXHAWK开源飞控板作为控制部分,通过板载陀螺仪和外置GPS模块,构成固定翼飞控系统。通过将飞控系统和轻型航拍设备搭载到固定翼载机上,组成固定翼航拍无人机。本固定翼航拍无人机可实现空中姿态自动稳定,自主飞行,通过地面站控制可完成远程定点巡航拍摄。     

基于PX4飞控无人机的避障飞行系统设计

具有自主避障功能的四旋翼无人机无论其应用性还是安全性都得到了极大的提升,文章先阐述了无人机避障系统的总体设计思想,接着介绍了基于开源飞控PX4的无人机的硬件结构及其飞控框架,最后从控制模块间通信、程控避障的实现、飞行姿态控制等方面,分析了四旋翼无人机避障飞行系统的设计思路。     

基于多传感器的无人机避障方法研究及应用

随着无人机巡检作业方式应用越来越广泛,巡检过程中对障碍物检测并进行避障显得愈发关键。若无人机碰到杆塔或线路不仅会造成无人机自身的损坏,还会对居民用电造成影响,给检修带来麻烦。毫米波雷达、激光雷达、双目视觉传感器在机器人避障中有广泛应用。但是基于输电线路巡检的多旋翼无人机的实际情况,传感器器件的选型、尺寸、重量,以及障碍物信息与飞控的融合,显得尤为重要。通过对多旋翼无人机搭载毫米波雷达、双目视觉传感器、差分GPS进行了研究,采用多传感器融合方法检测障碍物,利用虚拟力场法(VFF)进行航迹重规划,并实际飞行验证。测试表明该方法对杆塔避障取得了较好的应用效果。     

基于卡尔曼滤波算法的无人机避障路线智能生成方法

为了提高无人机避障效果,提出基于卡尔曼滤波算法的无人机避障路线生成方法。在障碍物匹配和潜在障碍物检测的基础上,利用卡尔曼滤波算法提取障碍物位置信息,并求解无人机的最优飞行方向,通过控制线速度和角速度实现无人机自动生成避障路线。以避障效果、障碍物检测率、定位误差率为实验指标进行实验,实验结果表明所提方法避障效果好、障碍物的检测率高和定位障碍物的误差率低。     

基于改进人工势场法和自适应神经网络的共轴双旋翼无人机避障飞行控制

针对共轴双旋翼无人机(coaxial rotor unmanned aerial vehicle, CR-UAV)在未知和危险环境中飞行避障的控制问题，基于飞行态势图和改进人工势场算法，提出了一种新的避障方法。首先，该方法通过飞行态势图对障碍物信息进行建模，考虑了CR-UAV飞行控制的约束条件，可使无人机有效利用障碍物信息进行避障，避免了局部极小点的问题，无人机的控制和避障能力显著提高；其次，采用基于径向基函数的神经网络(RBFNN)对CR-UAV飞行中的干扰进行估计并实时补偿，采用非线性状态误差反馈实现CR-UAV的姿态跟踪控制，从而保持无人机避障飞行过程中的姿态稳定；最后，进行了仿真实验。从仿真结果可以看出，无人机在避障飞行具有良好的姿态稳定能力。     

3维动态环境下的无人机路径跟踪算法

针对固定翼无人机在动态环境下沿参考轨迹飞行时可能与未知障碍物发生碰撞的问题,提出了可实时避障的路径跟踪算法.采用3维毕达哥拉斯速端曲线(PH)作为参考飞行路径.PH曲线具有曲率连续、曲线平滑等特性,能满足固定翼无人机运动学约束,适于无人机飞行跟踪控制实现.给出了3维空间内稳定跟踪参数化曲线路径的充分条件.设计了非线性模型预测控制器使无人机能稳定跟踪3维PH参考路径,并改进了目标函数形式使无人机在沿参考路径飞行时能及时避开环境中未知的大型静止障碍物和移动障碍物,在避障后继续朝目标点飞行.最后通过MATLAB仿真实验验证了算法的有效性.     

基于凸面体圆弧航路的无人机自主避障算法

为解决无人机飞行过程中障碍物规避问题,提出一种新的三维自主避障算法.首先,根据障碍物的若干信息利用标准凸面体对不规则障碍物进行数学建模,用一个或多个标准凸面体覆盖障碍物整体或关键部分;然后,根据障碍物模型设计圆弧规避航路算法,将避障问题转化为跟踪规避航路控制问题,并定义避障判定、避障方向判断和成功避障规则;最后,结合非...     

基于贝叶斯决策的无人机飞行路径自动规划方法

传统无人机飞行路径自动规划方法无法获取全部障碍物信号,使无人机飞行不能达到避障效果,导致飞行路线规划效果较差;为此提出基于贝叶斯决策的无人机飞行路径自动规划方法;无人机飞行路径自动规划硬件模块包含自动规划模块、动画演示模块、地图导航模块和数据导出模块,自动规划模块负责控制无人机飞行;动画演示模块使用240PRO型号的LEWITT声卡,为展示飞机飞行路线提供声音;LS-TM8N地图导航模块通过串口将射频信号发送到天线的输入端,再由数据导出模块导出并保存相关数据;基于贝叶斯决策原理,结合贝叶斯元胞蚁群算法,计算贝叶斯先验概率和后验概率,规划无人机飞行路径,获取最优路径;实验结果表明,该方法遇到静态障碍物捕获的避障信号在-28～30mV范围内波动,动态障碍物捕获的避障信号在-27～30 mV范围内波动,与实际障碍物信号波动范围一致,避障效果较优.     

智能型四旋翼无人机飞控系统的设计与实现

通过数学建模进行动力学系统分析,设计实现智能型四旋翼无人机飞控系统。构建四旋翼无人机动力学模型并进行理论分析;设计无人机机架,对各组成模块进行测试、分析和实验;实现无人机飞控系统的自主避障和智能飞行;实现旋转机臂,使无人机具有新型的加速机制和变向模式。飞行实验结果表明,该无人机飞控系统取得较好的效果,灵敏性强、稳定性高,总体性能良好。     

基于UWB的无人机自主导航系统设计

针对卫星拒止环境下的无人机导航,提出一种基于超宽带（Ultra Wide-Band,UWB）技术的局部定位系统,实现无人机定位与导航。首先利用UWB技术实现测距,进而解算无人机在局部坐标系下的三维坐标,然后基于扩展卡尔曼滤波（EKF）融合多传感器数据以提高无人机的定位精度。基于开源飞控Pixhawk搭建了无人机飞行验证平台,将UWB定位系统数据与飞控传感器数据融合,对无人机在局部坐标系下的自主飞行进行了仿真。最后通过实验验证了基于UWB的多传感器数据融合导航在无人机自主导航控制上的可行性,实现了无人机在地面平台上的自主起降、对地目标伴飞等飞行导航任务。     

基于LGMD的无人机避障方法研究

为提高无人机避障的灵活性和可靠性，提出了一种基于LGMD（Lobula Giant Movement Detector）的无人机避障方法，通过将视场分割为上、下、左、右4个方位，形成4个方位竞争的LGMD（C-LGMD），并利用Matlab软件进行算法实现和视频仿真分析，最后将算法移植到无人机硬件系统，开展悬停测试和实时飞行实验研究。由视频仿真分析和悬停测试结果表明，该算法能有效分辨来自不同方位的障碍物，具有较好的避障性能和鲁棒性；在实时飞行测试中，无人机在室内环境中可实现三维空间有效避障，验证了该算法的可靠性。研究结果为进一步探索无人机高效、可靠避障提供参考依据。     

基于柱状空间和改进A*算法的无人机规避方法

针对无人机避障问题,提出了基于改进A~*算法和柱状空间的无人机规避方法。首先,根据无人机飞行区域的障碍物分布情况,建立飞行区域的柱状空间;然后将障碍物对无人机的影响引入到估价函数中,重新设计启发函数;最后将基于柱状空间和改进A~*算法的无人机规避方法应用于无人机的规避中,并对规划的路径进行平滑处理。仿真结果表明,该算法能够有效地实现无人机的规避。     

基于T-S模糊神经网络的智能轮椅避障控制策略

针对传统智能轮椅避障策略的路径规划效率差、功耗高等缺点,提出一种基于模糊神经网络的环境深度分区控制策略;利用红外、超声波和激光传感器的测量信息将待识别环境分为3个不同的深度区间,同时,利用T-S模糊神经网路算法融合异质传感器的测量信息,然后设计模糊控制规则,实现智能轮椅避障动作;最后建立智能轮椅的运动学模型和测量模型,并进行Simulink仿真测试;经仿真可知,该方法控制可靠,可快速无碰撞地通过障碍区,并能减少功耗,提高续航能力。     

基于RFID技术的四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统设计

为促进四旋翼无人机的飞行自主性,增强无人监管情况下飞行器主机所具备的避障行进能力,设计基于RFID技术的四旋翼无人机轨迹跟踪控制系统;采用RFID标签识别技术,调制处理既定控制信号,利用标签识别协议,连接微型四旋翼轨迹控制器与内环姿态控制器,通过数据通信链路,提取轨迹跟踪控制所需的传输电子量,完成轨迹跟踪控制系统硬件设计;利用动力系统中的参数辨识策略,确定与轨迹姿态控制相关的物理规律标注,实现四旋翼无人机轨迹跟踪控制;实验结果表明,与机器视觉型控制系统相比,基于RFID技术的控制系统的SSI避障行进指标数值相对较高,全局最大值达到了 79％,四旋翼无人机滚转角平均值为85°,能够有效抑制四旋翼无人机滚转角的数值上升趋势,增强无人监管情况下飞行器主机避障行进能力.     

分布式无人机队列控制与动态障碍规避设计

研究分布式无人机集群巡航任务中的协同路径跟踪问题与动态避障控制问题.利用transverse feedback linearization(TFL)方法对无人机的动力学模型进行变换,通过解耦控制实现对期望巡航路径的跟踪.在期望路径方向上,设计基于一致性协议的分布式无人机队列协同控制算法,并结合势场法设计协同巡航过程中对移动障碍物的规避控制策略.在队列达成一致性目标的同时,能够保障队列行进的安全性.基于Lyapunov分析方法和LaSalle不变原理证明闭环系统的稳定性,同时采用能量法证明队列中的无人机不会与动态障碍物发生碰撞.最后,基于搭建的无人机协同飞行实验平台,完成多架无人机的协同队列控制和移动障碍物规避实验,飞行实验结果验证了所设计协同控制算法与避障控制策略的有效性.     

面向斜拉桥索塔巡检的旋翼UAV避障航迹规划

针对斜拉桥索塔巡检的旋翼UAV避障航迹规划问题,提出了一种面向斜拉桥索塔巡检的旋翼UAV避障航迹规划方法。该方法以巡检过程中旋翼UAV的能量消耗为航迹优劣评价指标,利用基于信息熵理论改进后的遗传算法获取能量消耗最少航迹,并提出双圆弧避障策略对航迹上存在斜拉索障碍的局部区域进行航迹重新规划,使之能有效地避让斜拉索障碍,保障旋翼UAV的飞行安全。以咸阳渭城桥索塔的外观巡检为例进行仿真验证,仿真结果表明,所提方法规划的航迹有效地降低了巡检旋翼UAV的能量消耗,确保了巡检旋翼UAV的飞行安全,能够较好地适用于斜拉桥索塔外观巡检。     

基于改进A*算法的无人机避障路径规划

近年来,物流行业的飞速发展,运输是物流的重要环节之一,根据数据显示,运输的成本占据整个物流成本的50%以上.无人机的使用有效的控制了运输成本,合理规划物流无人机的飞行路线,也起着至关重要的作用.在物流无人机的航迹规划中,必须保证无人机飞行过程中能够准确避开禁飞区.本文基于A^*算法,结合多种类型的禁飞区,设计出一种改进算法,能够找到任意两客户点间无人机避障飞行的最优路线.仿真结果表明,本文所设计的算法能够有效解决多类型禁飞区并存的无人机避障路径规划问题.