【摘 要】
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随着智能化的飞速发展,无人机领域对自主控制的要求越来越高。自主降落技术是实现无人机自主执行任务的重要前提,而现阶段无人机面向移动平台自主降落过程中存在实时性差、着陆精度低的问题。鉴于此,本文基于自行设计的机库平台及降落标识,研究无人机对移动标识的识别能力并设计跟踪降落控制系统,从而实现无人机的自主跟踪降落。首先,对无人机视觉辅助自主降落平台进行总体设计。基于对小型旋翼无人机的移动部署、精准回收等功
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随着智能化的飞速发展,无人机领域对自主控制的要求越来越高。自主降落技术是实现无人机自主执行任务的重要前提,而现阶段无人机面向移动平台自主降落过程中存在实时性差、着陆精度低的问题。鉴于此,本文基于自行设计的机库平台及降落标识,研究无人机对移动标识的识别能力并设计跟踪降落控制系统,从而实现无人机的自主跟踪降落。首先,对无人机视觉辅助自主降落平台进行总体设计。基于对小型旋翼无人机的移动部署、精准回收等功能需求,设计并制作了可灵活搭载在不同车辆上的移动机库平台,并采用ANSYS软件对机库平台进行了静力分析。其次,通过设计组合地标为无人机提供视觉引导标识。将无人机摄像头采集到的组合地标进行图像增强、颜色空间转换、边缘检测等技术的预处理;以此为基础,采用基于解析几何特征和Ar Uco标识码的定位算法分阶段解算目标位置信息。测试结果表明,本文方案具有较高的识别精度,且在检测速度上有明显优势。然后,在MATLAB环境下完成自主降落控制器的设计与仿真。建立四旋翼动力学模型,通过求解各通道传递函数获得升力与控制量的关系。在水平方向采用PID算法,提高无人机跟踪移动目标的响应速度;在垂直方向采用ADRC算法,解决下降控制中的超调问题。最后,对无人机自主降落系统进行实验验证。使用ROS提供的三维仿真软件Gazebo对整个降落过程进行仿真验证,并在验证后完成实物飞行实验。实验结果表明:无人机可以在10m高度处有效识别定位移动目标,降落至移动平台的平均误差为0.28m。
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