【摘 要】
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随着桥梁使用年限的增长,桥梁病害逐渐增多,需要进行定期桥梁检测和养护。然而,传统的检测手段具有检测效率低、成本高、灵活性差、需要进行交通管制等缺点。近年来,旋翼无人
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随着桥梁使用年限的增长,桥梁病害逐渐增多,需要进行定期桥梁检测和养护。然而,传统的检测手段具有检测效率低、成本高、灵活性差、需要进行交通管制等缺点。近年来,旋翼无人机技术发展迅速,利用无人机进行桥梁检修任务具有成本低、灵活性高、对交通影响小等优点,因此具有十分广泛的应用前景。道桥检测存在环境复杂、障碍物多、视场遮挡等问题,给基于无人机的自主运动规划带来了挑战,因此面向道桥检测任务的运动规划方法研究还有待深入。本文主要研究面向道桥检测任务的无人机运动规划方法,主要工作如下:首先,给出了检测任务所需的坐标系定义及转换关系,建立了无人机的动力学模型以及摄像头的检测模型,将检测过程分为接近、覆盖、返航三个阶段,将运动规划问题分为基于目标的运动规划和覆盖规划两类,建立了这两类运动规划问题的数学描述。其次,针对基于目标的运动规划问题,建立了栅格地图模型,提出了一种基于改进A*算法的路径规划方法,给出了一种基于贝塞尔曲线优化的轨迹生成方法。再次,针对桥面覆盖运动规划问题,提出了一种基于Morse分解和欧拉回路的覆盖路径规划方法,给出了无人机覆盖空间的数学描述,并在此基础上提出了一种基于贝塞尔曲线优化的覆盖轨迹生成方法;针对桥墩覆盖运动规划问题,提出了一种基于圆环轨迹和直线轨迹的覆盖轨迹生成方法,并给出了桥墩覆盖时间的定量估计。然后,针对出现突发障碍物、信息不准确等原因导致原轨迹不可用的问题,提出了一种基于Elastic Band的路径重规划算法,提出了一种可以保证轨迹平稳性和满足运动学限制的基于B样条曲线的轨迹生成算法。最后,搭建了仿真实验平台,给出算法流程并实现了所有提出的算法,通过仿真实验说明了算法的可行性和有效性。
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