基于多傳感器信息融合與外形識(shí)別的四旋翼飛行器避障算法研究.pdf

1、隨著四旋翼飛行器在地質(zhì)勘探、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、搶險(xiǎn)搜救等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深入，人們對四旋翼飛行器的要求不斷提高，達(dá)到自主控制飛行是其發(fā)展的必然趨勢，而四旋翼飛行器的自主避障則是實(shí)現(xiàn)其完全自主飛行的基礎(chǔ)。此外，四旋翼飛行器應(yīng)用的普及化也帶來了許多安全問題，各種撞機(jī)、墜機(jī)事故時(shí)有發(fā)生，其對人身財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大的威脅。因此展開對四旋翼飛行器航行中及時(shí)有效地避開障礙物以保護(hù)人身、機(jī)身和建筑物的研究具有重要意義。
　　針對四旋翼飛行器的避

2、障問題，文章研究了基于多傳感器信息融合與外形識(shí)別的避障算法。全文的主要內(nèi)容包括：
　　（1）搭建了以STM32F407為主控芯片、MPU6050為慣性導(dǎo)航單元、GPS為定位導(dǎo)航系統(tǒng)的四旋翼飛行器硬件平臺(tái)；采用Kalman濾波器對激光傳感器和超聲波傳感器的測距信息進(jìn)行融合，并用遺忘因子 b對原算法予以優(yōu)化，然后用 MATLAB中的Simulink模塊仿真得到最佳遺忘因子b值，完成了Sage_Husa自適應(yīng)Kalman濾波器的設(shè)計(jì)；最

3、后對三種材質(zhì)的障礙物進(jìn)行了距離信息融合的實(shí)驗(yàn)。
　?。?）開展了關(guān)于障礙物外形識(shí)別的研究。介紹了基于超聲波傳感器三點(diǎn)直線排布識(shí)別障礙物外形的方法，根據(jù)其不足和局限之處，研究了一種新的測量方法——超聲波傳感器三點(diǎn)120°鈍角等腰排布測量法。針對五種基本障礙物外形，用幾何法推導(dǎo)了其測量公式，闡述了外形識(shí)別的原理，為系統(tǒng)的避障算法做好理論鋪墊。
　?。?）基于障礙物距離信息和外形信息，制定了四旋翼飛行器的避障算法：首先，根據(jù)距離的

4、融合信息判斷四旋翼飛行器的安全狀態(tài)，以確定自動(dòng)避障系統(tǒng)的開啟與否；其次，自動(dòng)識(shí)別障礙物的外形，根據(jù)不同外形制定不同的避障措施；然后，利用PID算法實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的避障動(dòng)作；最后，進(jìn)行了障礙物外形識(shí)別與避障的實(shí)驗(yàn)。
　　多傳感器信息融合的實(shí)驗(yàn)表明：使用單一傳感器測距容易出現(xiàn)采集值不穩(wěn)定和不精確的問題，而利用Kalman濾波器進(jìn)行信息融合可以輸出穩(wěn)定的障礙物距離信息，并降低測量誤差；而Sage_Husa自適應(yīng)Kalman濾波器的融合