[發(fā)明專利]一種飛行機(jī)器人懸停控制系統(tǒng)設(shè)立方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610984282.2
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN108062104A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常琳
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工大天才智能科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種飛行機(jī)器人懸停控制系統(tǒng)設(shè)立方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

第一步，飛行機(jī)器人模型建立及控制器設(shè)計(jì)，

a.分析了四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)和表示飛行器動力學(xué)模型的牛頓-歐拉方程的推導(dǎo)過程；

b.根據(jù)動力學(xué)模型得到飛行器模型；

c.采用PD控制算法為飛行器設(shè)計(jì)自平衡控制器，并在Matlab Simulink環(huán)境下進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)；

d.仿真結(jié)果表明控制器的控制效果良好；飛行器內(nèi)部自平衡控制器的設(shè)計(jì)也為下一步設(shè)計(jì)飛行器外部視覺控制環(huán)打下了基礎(chǔ)；

第二步，飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，

a.對視覺伺服技術(shù)進(jìn)行了介紹；

b.在Matlab仿真環(huán)境下為飛行機(jī)器人設(shè)計(jì)了視覺伺服控制系統(tǒng)；

c.實(shí)驗(yàn)中，控制系統(tǒng)選取了不同參數(shù)進(jìn)行仿真，并在最后對仿真結(jié)果進(jìn)行分析；

第三步，飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在之前工作的基礎(chǔ)之上，為飛行機(jī)器人AR-Drone搭建視覺伺服控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)上位機(jī)控制程序，并在實(shí)驗(yàn)中對IBVS控制算法的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證、分析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行機(jī)器人懸停控制系統(tǒng)設(shè)立方法，其特征在于，所述第一步中的飛行機(jī)器人模型建立及控制器設(shè)計(jì)包括飛行器的結(jié)構(gòu)、飛行器的動力學(xué)模型、飛行器自平衡控制器的設(shè)計(jì)以及相關(guān)仿真實(shí)驗(yàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行機(jī)器人懸停控制系統(tǒng)設(shè)立方法，其特征在于，所述飛行機(jī)器人為微小型四旋翼飛行器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行機(jī)器人懸停控制系統(tǒng)設(shè)立方法，其特征在于，所述第二步的飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有步驟包括：

a.對視覺伺服控制技術(shù)做了簡要介紹，對比了基于位置的視覺伺服控制策略與基于圖像的視覺伺服控制策略；

b.簡述了采用IBVS視覺伺服控制策略設(shè)計(jì)的飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制器的輸入是飛行器機(jī)載攝像機(jī)獲取的圖像信息，視覺控制器目標(biāo)在于控制飛行器懸停于觀測物上方；

c.主要講解了視覺控制器的設(shè)計(jì)原理，包括攝像機(jī)成像原理與特征雅克比矩陣構(gòu)造原理兩部分；

d.詳述結(jié)合視覺控制器與飛行器自平衡控制器構(gòu)建飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)的過程；

e.為實(shí)驗(yàn)部分，在MATLAB SIMULINK仿真環(huán)境下，對飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模，驗(yàn)證了系統(tǒng)性能。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行機(jī)器人懸停控制系統(tǒng)設(shè)立方法，其特征在于，所述第三步的飛行機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)具有步驟包括：

a.對飛行機(jī)器人AR-Drone作了相關(guān)介紹，并大致介紹了準(zhǔn)備搭建的視覺伺服控制系統(tǒng)基本情況；

b.介紹了系統(tǒng)中控制程序的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對程序的各個(gè)部分進(jìn)行了相關(guān)描述；

c.在AR-Drone沿不同自由度運(yùn)動時(shí)，機(jī)載攝像機(jī)采集多幀圖像，并計(jì)算出對應(yīng)的圖像特征向量；之后利用IBVS控制算法計(jì)算出期望飛行器在下一時(shí)刻達(dá)到速度，最后對實(shí)驗(yàn)中IBVS控制算法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明IBVS控制算法初步可以滿足控制任務(wù)需要，且今后有待進(jìn)一步完善視覺伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對飛行機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。