面向空中-水面協(xié)作的自主起降系統(tǒng)設計及控制.pdf

1、近年來野外移動機器人獲得了巨大的發(fā)展，以無人機、無人船、無人車為代表的無人移動平臺自主控制系統(tǒng)不斷成熟，移動機器人行為規(guī)劃的發(fā)展也日臻完善。移動機器人研究所面臨的主要問題是環(huán)境感知能力的欠缺。小型無人機因體積小重量輕移動速度快，便于攜帶，擁有寬廣的視角而在各個領(lǐng)域得到了廣泛應用。但其缺點也很突出，如續(xù)航能力差，一般多旋翼無人機只能持續(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。無人船負載大，續(xù)航時間長，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-水面子母機器人系統(tǒng)的概念，以期通過無人機的廣域環(huán)境感知和機動能力與水面機器人的局部環(huán)境精細感知和長續(xù)航能力融合，提高整個系統(tǒng)在復雜環(huán)境中的感知能力和自主行為性能。由于無人機需要進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)作才會成為可能。

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