近几年,带悬挂负载的多旋翼无人机系统因操作灵活、运动性能好和成本低等优点,在物流、建筑和农业等领域受到人们的普遍关注。但是由于带悬挂负载的无人机系统飞行过程中会受到负载的干扰,较纯粹无人机的控制复杂的多,因此近几年成为了无人机领域的研究热点。本文针对无人机悬挂负载的控制问题,提出了基于视觉伺服的方法,实现了无人机悬挂物负载系统的稳定性控制,并根据视觉定位技术实现负载的自主投放。针对设计要求,本文在四旋翼无人机模型的基础上,采用Euler-Lagrange方法建立了多旋翼无人机-悬挂负载系统的动力学模型,并将该模型运用到跟踪控制器设计中。由于无人机搬运和投放过程中,地面载物平台并非静止,因此针对这个问题,本文提出了利用视觉信息跟踪控制方法。考虑到无人机与地面移动目标距离问题,本文利用计算机视觉领域流行的Open TLD和April Tag跟踪算法,提出了自适应目标物跟踪策略:当无人机距离移动目标较远时,采用基于Open TLD目标图像位置的视觉伺服控制器;当无人机距离移动目标较近且April Tag能够被稳定地检测到时,利用April Tag计算得到的目标位姿作为参考输入控制无人机飞行。由于悬挂负载会对无人机的控制产生严重干扰,因此本文在视觉伺服控制器的基础上,结合无人机-悬挂负载动力学模型,设计了基于视觉伺服输出参考的跟踪控制器,其中包括无人机和悬挂负载的位置控制环、悬挂负载的姿态控制环及无人机的姿态控制环三部分。为了验证所提出无人机悬挂搬运方法,本文利用Gazebo动力学引擎搭建了六旋翼无人机-悬挂负载系统仿真平台,并在该平台下对地面运动目标进行了跟踪。实验结果表明视觉伺服控制器能够稳定地跟踪地面运动目标,同时快速有效地稳定负载的摆动。最后通过MATLAB验证了视觉伺服跟踪控制器对负载的摆动有较好的控制效果。本文对于单个无人机悬挂负载搬运的研究可以扩展到多无人机的协作负载搬运、悬挂负载轨迹规划跟踪控制等方面的研究,对未来对无人机搬运领域的深入研究具有重要意义。