四旋翼飞行器的手势遥控研究

针对传统四旋翼遥控器专业性强、操作复杂的问题,设计了一种简单易实现并且利用手的姿态即可遥控四旋翼飞行器的遥控器。该遥控器利用其内部的MEMS姿态传感器获取手的姿态信息,通过ZigBee无线收发模块实现姿态角数据的无线收发,接收器接收到姿态角数据并传输至飞控板,从而实现四旋翼飞行器的手势遥控。该遥控器改进了传统四旋翼遥控器的设计,其具有操作简单,体积小便于携带的优点。     

四旋翼飞行器网络个性化定制应用服务研究

介绍了在"互联网+"环境下的四旋翼飞行器个性化定制服务的C2B商业模式以及3D打印技术在四旋翼飞行器个性化定制产品加工制作中的应用,进一步提出了四旋翼飞行器网络个性化定制的流程及个性化定制后的四旋翼飞行器产品加工制造任务匹配优化。最后产品服务通过网络化订单系统进行管理及社会供应链中的物流供应进行配送。以互联网为核心的四旋翼飞行器网络个性化定制服务使得四旋翼飞行器制造企业在贸易与生产的效率方面得到很大的提高。     

四旋翼飞行器航迹规划和控制研究

以四旋翼飞行器为研究对象,提出一种航迹规划和控制方案,使其能完成室内环境下的避障探索任务。通过激光扫描仪对室内场景建模,并采用快速扩展随机树(RRT)算法规划可行航迹,进行平滑处理。为了实现对规划航迹的跟踪,采用模型预测控制算法,分别设计航迹、航姿控制器。数值仿真结果表明所设计控制器可以完成较准确的轨迹跟踪控制。     

风场环境下四旋翼飞行器抗干扰研究

针对四旋翼在室外飞行时易受到气流干扰,难以实现精准控制的问题,首先对四旋翼在室外飞行时的风场环境进行建模,将风场影响添加到四旋翼动力模型当中;其次,设计了自适应扩展卡尔曼滤波器(Adaptive extended kalman filter,AEKF),通过实时调整噪声协方差的自适应因子提高飞行器姿态数据的滤波精度,并将数据反馈给PID位置控制器对飞行器进行控制。实验表明,建立的模型能够有效反映四旋翼在风场环境下的运动规律,采用PID与AEKF相结合的控制策略可以提高系统的抗干扰能力,实现在风场环境下对四旋翼的精准控制。     

智能续航四旋翼飞行器充电平台

为了提高飞行器的工作时间,提出了智能续航四旋翼飞行器的全新模式,飞行器上搭配GPS和地面视觉定位,还有飞行器机构设计以及降落平台一一对应,使飞行器电量警报时在充电平台精准降落,充电台上的电池能够能快速和飞行器上的电池互换,给飞行器更换上新的电池,从而实现续航功能。结果表明:此充电平台的设计结构巧妙,充分利用机械设计的方法,实现定位误差及姿态误差的补偿,整套系统有效地解决了四旋翼飞行器的续航问题。     

四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。     

基于自适应控制的四旋翼飞行器控制系统研究

四旋翼飞行器的模型参数具有不确定性和时变性,在复杂环境下执行任务时容易受到外界环境的干扰,导致常规控制器很难使四旋翼按照期望的轨迹稳定飞行。针对这一问题,基于Lyapunov稳定理论设计了一种性能优越的模型参考自适应控制方法。首先对四旋翼飞行器进行动力学建模,然后基于模型设计了自适应控制律。仿真结果表明,与常规PID控制方法相比,自适应控制方法能有效改善飞行过程中的漂移和震动,提高飞行器的抗干扰能力和自我调节能力。     

可伸缩折叠式四旋翼飞行器设计

针对四旋翼飞行器的结构外形不便于随身携带的特点,进行了优化设计。通过分析四旋翼飞行器结构特点和飞行原理,设计出可自动伸缩、折叠的四旋翼飞行器平台,并进行强度校核,最后进行了三维仿真建模与模型制作和试验测试。结果表明设计的四旋翼无人飞行器实现了空中自动伸缩、着陆后手动折叠的功能,同时节省携带空间,达到了良好的效果。     

基于深度确定性策略梯度算法的四旋翼控制器自主导航方法研究

自主导航作为四旋翼无人机飞行导航的核心问题,为了更好地优化四旋翼无人机自主导航路径规划和路径跟踪能力,采用了一种基于改进的深度确定性策略梯度算法的机器学习算法（DDPG）的四旋翼无人机自主导航跟踪控制器,算法中增加了对动作探索策略的设计和对奖励函数的改进,以及采用二维及三维电子地图模拟四旋翼无人机的飞行轨迹,提出基于Matlab软件进行四旋翼无人机自主导航仿真实验以确保系统的稳定性和可行性。结果表明,所改进的深度确定性策略梯度算法可以在仿真实验中实现四旋翼无人机在二维及三维环境下的路径规划、跟踪与避障,并做到导航过程中的姿态状态的自主调整。     

带机械臂四旋翼飞行器的控制方法研究

四旋翼飞行器机械原理简单,主要由四个螺旋桨和十字架结构机身组成,是典型的强耦合,非线性欠驱动的六自由度系统。四旋翼飞行器利用四个螺旋桨的转速变化,来控制机身的姿态变化。例如:绕Y轴的俯仰和沿Y轴的左右移动;绕X轴的横滚和沿X轴的前进与后退;绕Z轴的偏航和沿Z轴的上升与下降。四旋翼飞行器的姿态控制是控制系统的核心部分,是热门研究课题。文章的主要内容如下:1.首先对四旋翼飞行器进行了受力分析,通过导航坐标系与机体坐标系之间的变换及Newton-Euler方程对四旋翼飞行器建立运动学模型、动力学模型;2.根据建立的四旋翼飞行器的模型设计研究了基于抗饱和的串联PID控制算法,基于matlab/Simulink中提供的模块对四旋翼飞行器进行模拟仿真实验;3.基于饱和的串联PID控制算法进行仿真实验,结果表明基于抗饱和的串联PID控制算法有良好的动态特性;4.将携带的机械臂考虑成四旋翼无人机在飞行过程中所受的干扰,进行实验。本论文对携带机械臂四旋翼飞行器做了初期的研究,希望后期有更多这方面的学者深入研究。     

四轴旋翼飞行器结构设计与模态分析

通过分析四轴旋翼飞行器的飞行原理,基于UG NX环境进行了四轴旋翼飞行器的自顶向下的机械结构总体设计,并在FEM集成模式下对机架的结构模态进行了求解,得到了机架的10阶模态。结果表明:本文设计的快速插接式机架结构,最低自然频率低于振源频率,可以有效避免振源的激振,且结构比载重余量较大,扩展性高。     

一种四旋翼飞行器超声波避障系统

为提高四旋翼飞行器的安全性,开发了一种基于STM32微控制器和超声波模块的避障系统。在分析超声波数据特点的基础上,对其进行了滤波处理,并根据处理后的数据控制飞行器避障,最后进行了飞行测试。测试结果表明,滤波处理后的超声波数据满足避障控制对实时性、稳定性的要求,同时该避障系统能保证飞行器的安全。     

基于视觉的小型四旋翼飞行器跟踪系统研究

针对小型四旋翼飞行器跟踪地面移动目标的问题,提出一种基于视觉的地面移动目标跟踪方法并搭建了基于Linux的飞行实验平台。在跟踪过程中,由搭载的云台相机采集图像数据并使用Open CV库函数对图像数据进行实时处理;通过改进的压缩跟踪算法对图像数据中的目标进行实时的目标跟踪;通过建立的地面移动目标运动模型计算目标的位置状态信息;由ROS平台通过坐标系转换估计四旋翼飞行器运动数据并向飞行器的飞行控制系统发送具体的飞行指令。最后,通过具体的四旋翼飞行器目标跟踪实验来验证此方法的可行性。     

四旋翼飞行器的力学建模及LQR控制算法研究

针对四旋翼飞行器数学建模问题,分析系统运行过程中受力情况,探讨其动力学方程,并提出了基于此力学模型采用LQR控制方法实现对飞行器的控制,通过实时控制曲线,证实该方法的有效性和可行性。     

基于ARM的四旋翼无人飞行器控制系统

为改变传统以单片机为处理器的四旋翼无人飞行器的控制方式,提出了一种基于嵌入式ARM的飞行控制系统的设计和实现方案.详细介绍了控制系统的总体构成以及硬、软件设计方法,包括传感器模块、电机模块、无线通信模块.试验结果表明,该设计结合嵌入式实时操作系统,保证了系统的高可靠性和高实时性,能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的...     

基于光流定位的四旋翼飞行器技术研究

以四旋翼为研究对象,提出一种改进LK光流定位算法。通过自主设计的四旋翼平台在室内飞行对算法进行验证,四旋翼无人机基于此改进算法在光流估计过程中,利用前后向误差对异常特征点进行剔除,并对可靠特征点的估计偏移量进行更新,以提高无人机的定位精度和飞行稳定性。结果表明,改进LK光流法定位精度高,在室内能够稳定悬停飞行,其定点悬停精度大约为半径40 cm的圆形。     

室内移动机器人自主导航系统设计与方法

针对移动机器人室内自主导航中环境检测、动态目标定位跟踪和路径规划,设计了"双目+单目"多信息融合的视觉系统。提出一种自适应环境、融合色彩饱和度信息的单尺度Retinex室内阴影消除算法,以有效提取障碍物信息及可行路面区域。研究了一种特征点辅助的时空上下文目标跟踪算法,运用目标特征点进行目标粗定位;引入特征点变化率信息,自动调节时空上下文模型更新,以有效提高复杂环境下动态目标定位的准确性。改进了传统速度向量场吸引速度、排斥速度和切向速度函数,解决了路径规划中机器人轨迹抖动、目标点附近震荡和目标处于障碍物排斥场不可到达等问题。移动机器人室内环境下自主导航实验实现了障碍物、机器人和目标特征提取及其实时定位,移动机器人以最短的避碰路径完成动态目标的有效跟踪。     

基于微小型四旋翼飞行器目标监测与识别方法研究

本文提出一种图像匹配方法来识别外部环境,使飞行器能在复杂环境下自主定位。该方法对图像进行分块处理,并将图像的整体色调与颜色变化的不一致程度综合考虑进行匹配,与传统方法相比提高了查询图像和定位的准确性。这种方法应用于微小型四旋翼飞行器上,进行了指定位置飞行与路径跟随等实验,得到了较好结果,体现出了优越性。     

单目视觉和惯性导航的四旋翼飞行器设计

针对姿态测量中存在的机械振动问题采用了滑动滤波的方法进行处理。对机体的三个轴分别建立了线性状态方程,从而使用卡尔曼滤波对陀螺仪与加速度计的数据进行融合,有效的消除了传感器的测量误差。在此基础上设计了串级PID进行姿态控制。由于姿态与位置的强耦合关系,使得姿态稳定前提下,配合单目摄像头测量的位置信息,使用单级PID就可以获得很好的位置控制效果。实验结果表明姿态测量精度满足要求,并且取得了很好的控制效果,实现了飞行器稳定悬停飞行。