农药喷洒多旋翼无人机避障设计与实现

摘要

随着现代化农业的发展，通过无人机进行农药喷洒作业省时省力，已经成为农业生产的必然要求。本文针对农药喷洒无人机的自主飞行控制，提出基于地理等高线模型躲避障碍物的路线规划算法，即通过地理高程数据识别出房屋、铁塔、池塘等障碍物，以规划避障路径并加以优化。 在基于GPS/惯性导航系统实时获得无人机位姿信息的基础上，充分利用地理高程数据，对农药喷洒无人机进行路径规划。针对等高线数据特征，将地理等高线等效成闭合多边形曲线，并以无人机的机身长度作为膨胀系数对此多边形进行膨胀，得到障碍物的等高线模型，然后利用Maximin原则计算避障路径。考虑到障碍物模型的纵横比对最优避障路径的影响，同时为保证农药喷洒的作业面积最大化，本文提出一种改进的避障路径优化算法。同时基于ARM平台对农药喷洒无人机控制系统设计多旋翼飞行器的机械机构和控制电路以及外围驱动电路;更主要的是在软件中将加速度计、陀螺仪姿态数据进行融合，用互补滤波器滤除多旋翼飞行器倾角信号的噪声，进而还原飞行器真实的角度，实现多旋翼飞行器的自平衡输出算法。 最后为验证基于等高线模型的无人机路径规划的有效性，在C#环境下进行仿真实验，分别给出基于Maximin原则的避障路径和改进算法下的优化路线，实验结果表明该算法具有可行性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景

1．2无人机研究现状及发展前景

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3课题研究的内容及意义

1．4本章小结

第2章避障系统的设计

2．1无人机路线规划

2．2 GPS／惯性导航

2．3避障路线规划

2．4基于地理高程数据的等高线

2．4．1 地理高程数据的获取

2．4．2 SRTM高程数据的读取输出

2．5基于等高线的避障路线规划

2．5．1建立障碍物模型

2．5．2避障路线算法

2．6障碍物的选择依据

2．7载重与航程

2．8本章小结

第3章无人机避障系统硬件设计

3．1系统硬件设计

3．2硬件电路模块的功能及设计

3．3农药喷洒系统

3．4本章小结

第4章无人机避障系统软件设计

4．1开发工具和开发框架介绍

4．2软件驱动程序功能及设计

4．2．1系统初始化

4．2．2数据滤波处理

4．2．3 GPS数据处理

4．3避障路线算法优化

4．4本章小结

第5章避障系统的实现

5．1飞行控制系统调试

5．2避障系统仿真

5．3本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢