【摘 要】
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随着科技日新月异,国内外的机器人技术蓬勃发展,无人机的发展也随之瞬息万变。无人机本身包含着大量的理论知识与工程框架,许多国内外科研人员不断的研究无人机的各个方面,无论是它的底层驱动控制,还是上层应用,每一次理论上的突破与工程上的改进,都能为无人机质的飞跃提供了坚实的基础。为更好的拓展无人机的应用,往往需要给无人机续航,而其中无人机的自主降落技术担任着极其重要的角色。本文重点围绕移动降落中的相对位置
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(61903093);
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随着科技日新月异,国内外的机器人技术蓬勃发展,无人机的发展也随之瞬息万变。无人机本身包含着大量的理论知识与工程框架,许多国内外科研人员不断的研究无人机的各个方面,无论是它的底层驱动控制,还是上层应用,每一次理论上的突破与工程上的改进,都能为无人机质的飞跃提供了坚实的基础。为更好的拓展无人机的应用,往往需要给无人机续航,而其中无人机的自主降落技术担任着极其重要的角色。本文重点围绕移动降落中的相对位置、相对速度、目标的跟踪和降落策略等这些关键技术进行研究。自主开发整一套的研究平台,并且整合出了一套移动降落的方案以及对已有技术的稍微改进,主要分为:(1)自研飞控,软件硬件的具体设计,使用梯度下降进行姿态解算,串级ADRC的姿态控制以及位置控制,增加无人机的抗干扰性能,最终实现了定点与按照航点巡航功能。降落平台的控制器的软硬件开发,实时传输降落平台的姿态,位置与速度等相关数据给无人机,为研究移动降落给予一定的基础。(2)Apriltags视觉识别二维码标签,提供无人机与降落平台的相对位置信息,以及其相关数据处理,协助无人机的降落。(3)移动降落的整体策略,简要概述为:起飞前的安全检测,然后飞到预设安全高度后进行跟踪。当视觉处理器识别出二维码后进入准备降落模式,在降落的时候实时检测降落平台的各个状态,保证成功降落。(4)针对视觉处理器识别帧率有限,跟踪目标速度变化太大而识别失败的不足之处,改进了位置估计的算法,提出了结合视觉与GPS两者数据的位置速度估计方法。利用速度差与GPS位置精度因子进行变权重的互补滤波,计算出较优相对位置与相对速度。针对常用的跟踪方法具有高速状态下的加速度差不准,小误差跟踪缓慢的问题,对此进行了改进,提出了带有自抗干扰结构的跟踪控制器,通过ADRC跟踪速度,获取较为准确的加速度差信息。从而弥补高速状态下加速度零偏较大数据不准的问题,以及小误差大增益的非线性反馈方式增加快速跟踪加速度较大的移动目标,增加在跟踪时的鲁棒性。
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