四旋翼无人机自主避障系统研究

摘要

四旋翼无人机已经因其简单的结构和较强的机动能力成为国内外无人机研究的热点，在科研机构等各个领域方面得到了广泛的应用与关注。电力部门无人机巡线发展前景也比较大，一方面是由于无人机电力巡线成本低，另一方面无人机电力巡线效率非常高，无人机电力巡线面临一个关键问题就是自主避障。本论文通过研究前人避障方案，综合以往研究的优缺点设计一套无人机自主避障系统。
　　首先通过四旋翼避障设计模块分别介绍了四旋翼无人机飞行以及控制原理，分析了目前市面上几款主流开源飞控，并介绍了本课题选用的四旋翼无人开源APM飞控以及地面站（Mission-Planner）。然后对避障系统硬件进行了设计与选型，飞控制系统硬件采用Pixhawk飞控板，机载数据处理器采用单板机Odroid-Xu4，避障系统传感器硬件是KS103超声波传感器及英特尔Real Sense视觉实感摄像头，在完成整个硬件设计选型后对避障系统进行全部集成。
　　其次介绍四旋翼无人机传感数据处理，对RealSense上的RGB相机和红外相机标定以及KS103超声波传感器数据获取进行介绍，又进一步讨论传感器、飞控，地面站硬件间通信并进行相应的调试，阐述了障碍检测过程以及检测的调试与实验。
　　再之，根据上面内容叙述提出了避障系统控制策略生成，实现避障。在整个软件设计方面，结合开源APM飞控编写了避障程序，基于Ubuntu16.04平台结合计算机C语言编写传感器与单板机、飞控三者之间的数据通信程序。通过SITL仿真模拟实验以及实际飞行实验，验证整个避障系统的合理性以及可靠性。
　　最后对四旋翼无人机自主避障系统进行实际飞行测试，测试结果表明，本论文设计的四旋翼无人机自主避障系统具备一定的避障能力，对于建筑外墙，树木等目标较大的目标能实现较好的避障效果。

目录

声明

1绪论

1.1选题背景以及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要内容

2四旋翼无人机自主避障系统设计

2.1无人机飞行平台设计选型

2.2无人机开源飞控选型

2.3四旋翼无人机避障传感器

2.4四旋翼无人机机载数据处理器

2.5四旋翼无人机自主避障系统集成

2.6 本章小结

3四旋翼无人机避障传感器数据处理

3.1避障传感器数据获取与标定

3.2通信模块

3.3无人机障碍检测

3.4本章小结

4四旋翼无人机自主避障控制与调试

4.1四旋翼无人机避障策略生成

4.2四旋翼无人机自主避障

4.3 SITL仿真实验

4.4飞行实验验证

4.5本章小结

5总结与展望

5.1全文内容总结

5.2 研究工作展望

参考文献

致谢

附录A

附录B

附录C