基于视觉伺服的小型四旋翼无人机自主飞行控制研究进展

 在GPS信号较弱甚至失效的环境下,视觉伺服能够通过视觉信息控制自主飞行,因此近年来视觉伺服在自主飞行控制领域受到广泛关注。根据获取的图像信息不同,可将视觉伺服分为基于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服。与基于图像的视觉伺服相比,基于位置的视觉伺服位姿估计稳定,可直观地在直角坐标空间定义机器人运动,符合机器人工作方式,且控制器设计简单,但控制精度受摄像机和机器人标定精度的影响,且计算量较大。对于小型四旋翼无人机自主飞行控制的应用研究中,视觉伺服的实时性、精确性和鲁棒性尚待提高,且小型四旋翼无人机的智能化不高,在室内室外模式转换及室内协同控制方面还有广阔的发展空间。     

基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,设计并搭建了四旋翼无人机的硬件飞行控制平台.该平台采用自行组装的四旋翼飞行器作为本体,航向姿态参考系统(AHRS)MTi-G单元作为主要机载传感器,ARM嵌入式系统芯片作为主控制器,AVR单片机作为超控单元.基于四旋翼无人机的非线性动态模型,采用内外环结构的PD控制算法,构造了无人机的位置与姿态跟踪控制器.实现了四旋翼无人机滚转角、俯仰角和水平纵向、横向位置共四个自由度的自动控制.实验结果表明,本文提出的机载控制系统设计取得了较好的飞行控制效果.     

基于深度学习的无人机单目视觉避障算法

针对基于单目视觉的无人机(UAV)避障问题,本研究提出基于单目深度估计和目标检测的四旋翼自主避障方法。其中,单目深度估计模型提供障碍物像素级别的深度信息,目标检测模型提供障碍物的位置信息。单张红绿蓝(RGB)图像的深度图和目标检测结果由卷积神经网络(CNN)获得;图像的区域划分以目标检测结果为依据,区域深度以深度估计结果为计算依据;规划算法依据区域深度和区域划分结果计算无人机的线速度和角速度,实现无人机的自主避障。为验证算法的自主避障性能,采用Parrot Bebop2无人机对本研究提出的算法与直飞算法进行实飞对比实验。结果表明:本研究提出的算法可用于四旋翼无人机的低速自主避障。     

机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油仿真

为准确获取无人机自主空中加油对接阶段受油插头与加油锥套的相对位姿信息,提出一种机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油方案。研究了机器视觉识别跟踪加油锥套的算法,利用卡尔曼滤波算法估计无人机与加油锥套的相对位姿。实验结果表明:机器视觉图像处理算法可精确识别跟踪加油锥套,滤波器估计的相对位姿误差收敛速度较快,满足插头锥套式无人机自主空中加油的需要。     

基于SCKF的4旋翼无人机的姿态估计

获得准确的姿态角对于无人机的控制来说是十分重要的.考虑到平方根容积卡尔曼滤波算法(square-root cubature Kalman filter,SCKF),既能够克服扩展卡尔曼滤波(EKF)方法因线性化带来的误差,具有更好的非线性滤波功能,又在传统容积卡尔曼滤波方法中加入了平方根技术,从而能够有效提高数值计算的稳定性,并降低了算法的复杂度.该文将SCKF算法应用于4旋翼无人机的姿态估计中,提出了一种新的4旋翼无人机的姿态估计方法,并进行了仿真实验.实验结果表明:该方法相比传统的EKF方法滤波精度更高,相比较传统的容积卡尔曼滤波(CKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)方法计算时间更短.     

基于视觉的多旋翼无人机定位与地图构建

 在缺乏GPS 等定位方式的未知环境中,采用视觉的方法对多旋翼无人机定位导航与地图构建逐渐成为该领域研究的热点,本文针对无人机的视觉定位与地图构建技术方法进行综述。首先,分析了两种自主飞行控制方式的优缺点,指出设计的要求和难点;其次,研究无人机定位与地图构建的不同视觉方法,对几种方法特点进行分析并总结研究现状;最后,讨论多旋翼无人机视觉控制的发展趋势。     

变桨距多旋翼无人机研究进展

目前广泛应用的多旋翼无人机均采用螺距角不可变的固定桨距旋翼,此种旋翼结构虽降低了机身复杂度,却限制了动力机构的控制品质和能量效率,且牺牲了动力失效下挽救坠机的能力,而引入变桨距结构则可以很好地解决上述问题.文中总结阐述了变桨距多旋翼无人机的原理、特点、应用场景及研究进展,并提出了其关键技术问题及发展趋势.其研究内容为旋...     

基于ADRC的四旋翼无人机姿态控制研究

四旋翼无人机由于受到自身的非线性、模型的不确定性和外部突发气流等的影响,较难完成预设的飞行任务.为此,使用自抗扰控制,通过安排合理的过渡过程减少超调和设计扩张状态观测器来估计总扰动并实时补偿,并实现四旋翼无人机姿态控制.仿真结果表明:相比传统PID控制,该控制方法使得四旋翼无人机能够更好地适应自身参数的变化和应付外部气流带来的影响,具有更好的鲁棒性和抗扰性.同时验证了自抗扰控制器下的系统具有超调小、精度高、收敛速度快、抗扰能力强和鲁棒性能好等特点.     

四旋翼无人机悬停飞行自适应PD控制器设计

提出一种基于模型参考的自适应PD控制器设计方法,用于质量可变的四旋翼无人机的悬停飞行控制。由无人机的动力学方程对悬停飞行时姿态角近似处理得出参考模型,根据参考模型选取一个与实际系统相似并且有期望动态特性的二阶系统。基于Lyapunov稳定性理论的方法,通过被控对象的输出与参考模型输出之间的误差确定控制器的参数,当被控对象参数发生变化时,自适应机构通过参数估计调整PD控制器的输出,使被控对象参数的估计值总能跟踪其实际值,并分别与常规的PD控制器和加入了限速补偿环节的PD控制器进行仿真实验对比。结果表明,该控制器的控制信号比常规的PD控制器超调量小;比加入了限速补偿环节的PD控制器调节速度快,稳定性更好。对于四旋翼无人机的悬停有更好的控制效果。     

基于改进遗传算法的四旋翼无人机参数辨识

为克服传统遗传算法在参数辨识过程中收敛速度慢的问题,提出了一种基于改进遗传算法的四悬翼无人机参数辨识方法。该方法引入梯度算子为遗传进化提供指示性的方向,利用遗传算法的全局搜索性保证算法的全局收敛,并根据简化四旋翼无人机数学模型设计了优化函数。利用四悬翼无人机实飞数据进行了实验测试,实验结果验证了本文方法的有效性和快速收敛性。     

小型单旋翼无人直升机系统的设计与实现

针对无人直升机动力学建模与飞行控制方法研究的问题,构建了一个由空中飞行平台、数据传输设备以及地面监控平台组成的小型单旋翼无人直升机验证系统.系统中空中飞行平台由Raptor-50型直升机和自主研制的飞行控制系统组成,可以实现不同飞行模态下飞行状态的测量与记录功能;数据传输设备完成小型单旋翼无人直升机机载电子设备与地面站间的通讯传输功能.地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能;地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能.通过实际的飞行测试,所构建的系统能够满足小型单旋翼无人直升机系统建模与控制方法的研究内容对系统性能的要求.     

小型无人直升机在特高压线路架线中的应用探索

小型无人直升机作为动力设备,既有一般直升机的灵活操控性,又具备体积小,重量轻,无人操作,安全风险小、效率高等特点,已被得到广泛应用。在输电线路工程实际运用中解决了河流封航、进度、安全、环境破坏的关系,降低了施工费用。     

基于直升机起降条件的舰船甲板气流场数值模拟

采用三维数值模拟方法对不同风向条件下的船舶外流场进行求解,结合直升机起降条件限制,分析甲板气流场参数变化与风向的关系以及对直升机起降的影响;研究不同停机坪上方气动参数分布及其与上层建筑相对位置的关系。结果表明,船首附近长期受气流绕流的影响不适合直升机起降;右舷来风时,气流绕流上层建筑形成的尾流对甲板大部分区域造成影响,不适合直升机起降;左舷来风时甲板上大部分区域均满足起降条件。     

空间机器人自主视觉伺服控制策略

针对传统的空间机器人遥操作控制方法受时延影响严重的问题,基于最新研制的4自由度空间机器人,提出一种基于多目相机的自主复合控制策略.该策略包含了眼在手和眼到手2种相机配置结构,每个相机均具有独立的位姿计算能力,前者保证了伺服控制的精度以及操作的灵活性,后者能够在观察到全局视景的情况下做出伺服控制.为满足机器人视觉实时控制的需求,对视觉处理算法进行了特别考虑.首先,设计了基于多边形形状拟合的特征识别方法,提出曲线矢量数据贪婪算法来处理图像遍历拟合过程中计算密集的问题;其次,结合特征识别结果和模型目标的空间信息,提出基于弱透视模型的单目位姿估算及优化算法;最后,依据所提策略在实验室环境中完成了自主导航及捕获任务,验证了在较低层次进行这种复合控制的可行性和有效性.     

基于李群代数表达帧间位姿变化矩阵的3D视觉跟踪研究

基于 RAPiD 边缘跟踪方法的思想,采用以帧间位姿变化更新目标物绝对位姿值的办法,引入李群代数表达帧间位姿变化矩阵;然后将帧间位姿变化矩阵参数的求解问题转换为线性最小二乘的最优求解问题.在李群代数的表达方式下,最小二乘的最优问题可较容易获得线性化表达,方便了求解.实验显示了该算法的3D跟踪效果与目标物位姿值的估计结果.     

室外移动机器人仿真试验系统的研究

本文研究了四轮结构汽车的车体动力学模型，包括运动模型、方向系统模型和速度系统模型，根据室外移动机器人的研究的特点，设计并实现了室外移动机器人仿真试验系统。该系统在设计上完全采用真实的接口，车体模型仿真真实车辆，使得上层算法程序能够“透明”地控制仿真车体而不作特别的区分。该系统采用面向对象的设计方法，有较好的扩充性，能够适用于各种车体模型。实验证明，该系统仿真结果可信度高，与实际结果吻合度好，做到了实时仿真，为移动机器人的研究提供了灵活方便的试验平台，起到了积极的作用。     

论传统民俗的内核、价值取向及其强化手段

我国各民族各有其丰富多彩各具特色的传统民俗，这些丰富多彩各具特色的传统民俗又有着共同的内核、价值取向及其强化手段。灵魂、鬼神、命运信仰是其共同内核，命运信仰是其价值取向，而巫术与方术则是强化其共同内核、价值取向的主要手段。把握住传统民俗的这些特点，对于我们宣传无神论，搞好移风易俗具有着十分重要的意义。它不仅使我们充分认识到有神论、巫术和方术对传统民俗影响的根深蒂固，也使我们充分意识到加强无神论教育、破除鬼神迷信和搞好移风易俗工作的重要性、艰巨性和长期性。     

高校思想政治教育网络新阵地建设

本文是在利用网络多渠道与师生或已毕业学生交流基础上,有针对性地对大学生进行思想政治教育实践的一些体会,提出了高校思想政治教育工作者应在充分利用网络互动平台,了解并把握大学生思想动态,以便加强高校思想政治教育的针对性,提高实效性。     

1394总线多视觉传感器并行图像采集处理技术

文章在控制架构中,利用1394总线传输速度快的优点,把多传感器的控制信号网络与图像数据传输信号网络合而为一,简化了整个控制系统,并在DSP图像处理单元里采用了可编程的FLASH存储器。结果证明,该测量系统不仅能满足在线实时测量的要求,而且还具有很好的通用性,可满足不同被测对象的需要。