[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于單軸云臺(tái)的四旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110411015.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113110542B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雪飛;馬宏軍;陳豹;宋大雷;白樺;徐少杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京君泊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠(yuǎn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于單軸云臺(tái)的四旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤系統(tǒng)，包括機(jī)架，所述機(jī)架的上端活動(dòng)安裝有電機(jī)，所述電機(jī)的上端活動(dòng)安裝有螺旋槳，所述機(jī)架的上端固定安裝有JetsonTX2板載計(jì)算機(jī)，所述JetsonTX2板載計(jì)算機(jī)的上端固定安裝有pixhawk飛行控制器，所述機(jī)架的下端固定安裝有單軸云臺(tái)，所述單軸云臺(tái)的下端活動(dòng)安裝有攝像機(jī)，該基于單軸云臺(tái)的四旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤系統(tǒng)，在算法中設(shè)置一個(gè)虛擬平面估計(jì)目標(biāo)傾角，準(zhǔn)確照在目標(biāo)平面上使目標(biāo)平面和攝像頭成像平面平行，在當(dāng)目標(biāo)平面發(fā)生傾斜的時(shí)候，無(wú)人機(jī)可以自行判定目標(biāo)傾角的大小然后調(diào)整云臺(tái)的角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行追蹤，以獲得同等高度下目標(biāo)的最大圖像。在追蹤偵測(cè)領(lǐng)域有巨大作用。也可在航拍領(lǐng)域進(jìn)行廣泛推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于單軸云臺(tái)的四旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著嵌入式技術(shù)，視覺(jué)處理技術(shù)和空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)迎來(lái)了一個(gè)蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期，由僅僅用于飛行試驗(yàn)和航拍等任務(wù)逐漸擴(kuò)展到了貨物配送，電路設(shè)施檢測(cè)，人員營(yíng)救，環(huán)境探測(cè)，軍事活動(dòng)等領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于其活動(dòng)靈活，具有空中優(yōu)勢(shì)還可搭配傳感器獲取更多信息。

無(wú)人機(jī)搭配視覺(jué)傳感器和激光傳感器等可以充分發(fā)揮其本身機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，獲取信息多的特點(diǎn)。旋翼無(wú)人機(jī)較固定翼無(wú)人機(jī)而言，其機(jī)動(dòng)性和靈活性都有了很大的提升，除此之外，它能夠?qū)崿F(xiàn)自由懸停、垂直起降等比較難的任務(wù)，旋翼無(wú)人機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)低速低空平穩(wěn)飛行，能夠在隱蔽的空間里面執(zhí)行任務(wù)、在很小的范圍進(jìn)行檢測(cè)，因此旋翼無(wú)人機(jī)有更多的優(yōu)勢(shì)。

無(wú)人機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)是搭配視覺(jué)傳感器獲取視覺(jué)信息對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行分析定位。視覺(jué)追蹤是無(wú)人機(jī)應(yīng)用的一個(gè)比較盛行的方向，可以跟蹤目標(biāo)進(jìn)行拍攝或者抓取。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于單軸云臺(tái)的四旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出針對(duì)追蹤技術(shù)不完善，只能框選出目標(biāo)對(duì)其位置進(jìn)行追蹤無(wú)法判別目標(biāo)平面是否發(fā)生變化，對(duì)斜面上的目標(biāo)追蹤效果不佳的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于單軸云臺(tái)的四旋翼無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤系統(tǒng)，其步驟如下：

步驟S1:在此方法中我們一共使用四個(gè)坐標(biāo)系，分別是世界坐標(biāo)系(慣性坐標(biāo)系)I＝{O_i,X_i,Y_i,Z_i}，機(jī)體坐標(biāo)系B＝{O_b,X_b,Y_b,Z_b}，相機(jī)坐標(biāo)系C＝{O_c,X_c,Y_c,Z_c}，虛擬坐標(biāo)系V＝{O_v,X_v,Y_v,Z_v}，我們假設(shè)相機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合。虛擬坐標(biāo)系下的虛擬圖像平面是始終水平的。在機(jī)體坐標(biāo)系下的無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程如下:

F＝-U₁E₃+mgR^Te₃

其中ζ代表的是世界坐標(biāo)系下的位移，R表示的是從機(jī)體坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。上述的第二個(gè)公式表示的是轉(zhuǎn)換矩陣的求導(dǎo)公式。第三個(gè)公式表示機(jī)體坐標(biāo)系下無(wú)人機(jī)的加速度m表示的是無(wú)人機(jī)的質(zhì)量，Ω表示無(wú)人機(jī)的角速度，F(xiàn)是機(jī)體坐標(biāo)系下無(wú)人機(jī)所受的合力，J是無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。第四個(gè)公式是無(wú)人機(jī)旋轉(zhuǎn)方向上的運(yùn)動(dòng)公式，τ是作用在無(wú)人機(jī)上的轉(zhuǎn)矩。第五個(gè)公式表示的是無(wú)人機(jī)在機(jī)體坐標(biāo)系下所受到的合力。

步驟S2:在虛擬坐標(biāo)系計(jì)算完偏角并且云臺(tái)調(diào)整完之后在相機(jī)坐標(biāo)系下基于backstepping控制法的無(wú)人機(jī)控制率如下：