带自动避障系统的智能四轴飞行器的设计

【摘要】无人飞行器不仅被应用于民用和军用事业,它还具备在恶劣的空中环境中作业的特点,如太空资源的探测开发,小型无人飞行器可分为固定翼和旋翼机两种,旋翼飞行器由于其体积小,轻便灵活,并且能够在狭窄的空间内实现目标上空悬浮、全方向飞行、以及垂直起降,所以旋翼式飞行器更适合于去执行一些侦察或者监视一类的任务。本文主要研究了适用于室内或在较为狭窄的空间内飞行作业的四旋翼飞行器,其设计采用STM32作为主控芯片对惯性测量、执行驱动等单元模块进行运算及控制。为了增加飞行的稳定性,硬件上,通过三轴陀螺仪测量出飞行器在立体空间中三个轴的角加速度,通过三轴加速度计测量飞行器在三维空间中三个方向的加速度,软件上,研究了一种基于卡尔曼滤波和PID反馈的飞行器姿态控制算法来调整飞行器平衡。此外,为满足室内和较窄空间安全飞行,飞行器需要在具体的动态性和不确定性的环境中具有一定的识别障碍物、避开障碍物的能力。本文采用了红外传感器来探测障碍物并通过简单的避障算法来实现自动避障。本文研发的四旋翼飞行器重量轻,体积小,机械结构简单,有较好的灵活性和适应性。实验原型机的运行结果验证了此智能飞行器实现自动避障的可行性,为今后进一步工程化和实用化打下了基础。此款飞行器预留有扩展接口,后期可扩展微型摄像头、WIFI模块,使之有更广阔的应用空间,例如：实现办公大楼无死角智能远程巡楼；探测地面机器人或地面智能小车无法到达的危险环境；实现高压输电线的空中巡线等,可以极大的节省人力成本和保证人们的生命安全。
【作者】闫锦龙；
【导师】李正平；
【作者基本信息】安徽大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】四旋翼飞行器；STM32；信息融合；飞行控制；自动避障；

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