四旋翼无人机室内自主导航系统的研究与实现

【摘要】无人机的导航技术近年来有较大的发展,但大部分的导航技术只适用于室外场地,对于室内导航技术还需要加强深入研究。本文根据室内飞行要求搭建了微型四旋翼无人机,将其作为飞行平台,运用单目视觉辅助系统与激光测距仪开发了室内自主导航系统,并完成无人机系统的室内自主导航。本文的主要工作和创新如下所述。首先,在比较几种室内导航方法的基础上,结合采纳视觉导航与激光测距仪导航的优点,决定综合运用两者共同服务于室内导航；根据室内飞行环境的要求,通过对比分析,为四旋翼无人机选择“X”字飞行模式与室内导航实现方案；采用单目摄像机、图像传输模块和激光测距仪等组成室内导航系统；根据所选方案构建四旋翼无人机的硬件系统；研究开发包含四旋翼无人机的姿态控制回路、位置控制回路和高度控制回路的飞行控制软件,并将经典PID控制应用与四旋翼无人机的飞行控制。其次,对单目视觉系统的辅助导航进行了研究。根据摄像机成像原理,选择镜头畸变的非线性摄像机模型,通过摄像机标定确定摄像机内参,根据PnP问题理论,利用窗口4个共面的特征角点来解算进入窗口目标的位姿；采用机器视觉的透视可变形模板匹配方法解算识别密文标志,并确定了密文标志相对无人机的姿态角信息,从而辅助无人机进入目标房间。然后,利用激光测距仪的数据点集创建局部地图,通过数据匹配实现四旋翼无人机的自定位；根据单目视觉系统提供的信息进行路径规划,从而实现更加智能化的室内自主导航。在进行激光测距仪数据匹配时,采用改进的ICP匹配,减少了匹配的计算时间,提高了导航的实时性。最后,用四旋翼无人机进行了室内导航飞行实验。通过实验验证了四旋翼无人机室内导航系统的可行性,并且实现了在复杂楼道多房间内进入目标房间的任务。
【作者】白志君；
【导师】林麒；
【作者基本信息】厦门大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】四旋翼PID控制；单目视觉系统；激光测距仪导航；ICP匹配；

【参考文献】
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