面向空中-水面協(xié)作的自主起降系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制.pdf

1、近年來野外移動(dòng)機(jī)器人獲得了巨大的發(fā)展，以無人機(jī)、無人船、無人車為代表的無人移動(dòng)平臺(tái)自主控制系統(tǒng)不斷成熟，移動(dòng)機(jī)器人行為規(guī)劃的發(fā)展也日臻完善。移動(dòng)機(jī)器人研究所面臨的主要問題是環(huán)境感知能力的欠缺。小型無人機(jī)因體積小重量輕移動(dòng)速度快，便于攜帶，擁有寬廣的視角而在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但其缺點(diǎn)也很突出，如續(xù)航能力差，一般多旋翼無人機(jī)只能持續(xù)飛行20分鐘左右，環(huán)境感知精度低，無法獲取局部精確的環(huán)境信息。無人船負(fù)載大，續(xù)航時(shí)間長，可以安裝多傳感器

2、以獲取精確的局部信息，但由于其傳感器安裝位置較低很難獲取全局環(huán)境信息。因此，我們提來空中-水面子母機(jī)器人系統(tǒng)的概念，以期通過無人機(jī)的廣域環(huán)境感知和機(jī)動(dòng)能力與水面機(jī)器人的局部環(huán)境精細(xì)感知和長續(xù)航能力融合，提高整個(gè)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的感知能力和自主行為性能。由于無人機(jī)需要進(jìn)行多次在無人船上自主起降，因此自主起降系統(tǒng)在子母機(jī)器人系統(tǒng)中，不可或缺的也是至關(guān)重要的一環(huán)。只有在自主起降能夠順利完成的基礎(chǔ)之上，后續(xù)的環(huán)境感知，空中水面協(xié)作才會(huì)成為可能。

3、
　　本文針對(duì)無人機(jī)自主起降所面臨的問題，如無人機(jī)定位，無人機(jī)與無人船通信，無人機(jī)對(duì)無人船的跟蹤，自主起降控制策略等問題，設(shè)計(jì)出了一套起降的解決方案。論文主要包括以下四個(gè)部分：
　?。?）首先無人機(jī)定位方式采用差分GPS進(jìn)行定位，同時(shí)通過卡爾曼濾波融合了陀螺儀、加速度計(jì)、電子羅盤等傳感器信息提高無人機(jī)定位精度和頻率。介紹了使用四元數(shù)對(duì)無人機(jī)的姿態(tài)解算的方法，以及PID控制器來實(shí)現(xiàn)位置控制。
　?。?）完成無人機(jī)與無人船