【摘 要】
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随着机器人技术的发展,无人机成为国内外的研究热点。无人机体积小、结构简单、机动性强,已在室外场景下侦查、救援和预警等任务有广泛应用,但在室内环境下的应用却因缺少定位信息而受到很大限制。因此本文设计了一种基于激光雷达定位及避障的四旋翼无人机飞行平台,用以验证室内避障飞行任务。首先,本文针对室内无GPS场景,设计搭建了以机载计算机的控制信息作为飞行控制器输入来源的四旋翼无人机飞行平台。分别对系统平台构
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随着机器人技术的发展,无人机成为国内外的研究热点。无人机体积小、结构简单、机动性强,已在室外场景下侦查、救援和预警等任务有广泛应用,但在室内环境下的应用却因缺少定位信息而受到很大限制。因此本文设计了一种基于激光雷达定位及避障的四旋翼无人机飞行平台,用以验证室内避障飞行任务。首先,本文针对室内无GPS场景,设计搭建了以机载计算机的控制信息作为飞行控制器输入来源的四旋翼无人机飞行平台。分别对系统平台构建、软硬件构成以及所使用的机载计算机控制下的外部控制模式及其实现进行了介绍;在Gazebo仿真环境和室外场景中进行了圆形飞行仿真实验,验证了外部控制模式在本文搭建飞行平台上的有效性。其次,阐述了四旋翼无人机的飞行原理,基于四旋翼无人机的运动状态,建立动力学模型,并在Simulink中搭建了仿真模型进行验证;分析了四旋翼无人机姿态解算和控制、位置解算和控制的实现原理,研究了外部控制信息对飞行控制器的介入。再次,对两种常用的激光SLAM算法原理进行了研究,并搭建仿真环境进行对比实验,将性能优异的Cartographer实装四旋翼无人机飞行平台获取室内定位信息;研究了动态避障算法,分别在仿真环境和室外场景进行了四旋翼无人机避障飞行验证,实验表明该避障算法在飞行平台上具备有效性。最后,基于Matlab ROS ToolBox与机载计算机的分布式ROS通信特点,在机载计算机上运行激光SLAM算法获取室内位置估计信息,Matlab中运行避障算法得到外部控制信息,完成四旋翼无人机室内避障真机飞行实验,实验表明本文在四旋翼无人机飞行平台上搭建的定位导航及避障系统具备有效性。
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