基于视觉定位的无人机自动续航系统

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1、[基于视觉定位的无人机自动续航系统][北京大学2016年校长基金结题论文][作者姓名]孙嘉裕，朱清扬，李煜东[指导老师]罗定生[日期]2016年10月10日基于视觉定位的无人机自动续航系统信息科学技术学院2013年级孙嘉裕朱清扬李煜东摘要：多旋翼无人机无论是军用还是民用，都有十分广阔的市场前景。在进行野外探测，货物运输等工作中，无人机会起到其不可替代的作用。当今无人机已成为众多科研机构的重点研究课题。但是无人机的续航问题一直是阻碍无人机发展的重大问题之一。电量不足成为了无人机活动范围受限的主要原因

2、。当今的民用无人机，续航时间大约仅有半小时左右。飞行距离不超过20公里。这使得许多野外探测和货物运输活动都受到了极大地阻碍。在电池容量难以突破的背景下，建立大量的无人机充电基站，使得无人机在野外有一个稳定的续航基站，是扩大无人机活动半径的最直接、最有效的解决方案。本作品旨在为无人机提供通用的充电基站，配合视觉定位系统，使得无人机可以在户外工作甚至是处于荒郊野岭时，能够在电量不足时自主充电。极大地扩大了无人机的工作半径，使得许多之前无法展开的工作和任务得以进行。第一章绪论多旋翼无人机无论是军用还是民

3、用，都有十分广阔的市场前景。在进行野外探测，货物运输等工作中，无人机会起到其不可替代的作用。无人机可以用来运输药品，农业测量，排雷，送快递等等。当今无人机已成为众多科研机构的重点研究课题。Matternet研发的无人机体型较大，现在被用于向边远地区运输药品。AirRobot被用来检测灾情，如火山爆发，泥石流等，目前已经成功完成多次灾情监控，使得后方的工作人员能够更好地应对现场情况。Halodrop是五人的小团队，在几个小时内使用无人机完成建筑物的损伤检查，如检查桥体损伤情况等。更有趣的是MUPPe

4、tte使用无人机来3D打印，可在受灾现场3D打印出帐篷等救灾物资。但是以上这些功能都受限于无人机的电池问题。无人机的续航问题一直是阻碍无人机发展的重大问题之一。电量不足成为了无人机活动范围受限的主要原因。当今的民用无人机，续航时间大约仅有半小时左右。飞行距离不超过20公里。这使得许多野外探测和货物运输活动都受到了极大地阻碍。锂电池虽然使得大量的技术得以有了长足的突破，但是锂电池容量目前难以突破，飞机的载重有限决定了不能背负大量电池。此外，氢电池是当前热门的探究方向。HYDRONE-1800化氢燃料

5、多旋翼无人机在2016年4月与公众见面，号称续航能力长达273分钟，也就是约四个半小时。但是因为氢气的来源是电解双氧水，而且作为催化剂的铂，也就是我们通常所言的铂金，价格昂贵不容多言，不仅如此，氢气作为最轻的物质，有严重的安全问题，很容易爆炸。在派送快件方面，电池成为了瓶颈。瑞士邮政和Matternet合作派送快件，但是单次只能将一公斤的物品送到最远二十公里的地方，运送结果不合人意。在电池容量难以突破的背景下，建立大量的无人机充电基站，使得无人机在野外有一个稳定的续航基站，是扩大无人机活动半径的最

6、直接、最有效的解决方案。我们的作品旨在为无人机提供通用的充电基站，配合视觉定位系统，使得无人机可以在荒郊野岭并且电量不足时能够自主充电，这一研究极大地扩大了无人机的工作半径，使得许多之前无法展开的工作和任务得以成功进行。1.1无人机自动飞行系统介绍本系统由两部分硬件组成：可以自主续航充电的无人机系统以及地面充电基站。1.1.1地面站结构地面系统是一个带有自动稳压整流功能的充电基站，它可以将220V的市电转换为稳定电压12.6V并且限制最高电流为2A的充电电流。地面充电基站是一个长90cm宽90cm

7、的方形的充电板。整个充电板被等分成四个部分，每个部分都有金属材料制作的接触电极，其中正极覆盖有棕红色铜板，负极覆盖有银白色铝片。正极与负极之间由宽度大约5厘米的绝缘材料间隔，用以保证电路不会被短路。当无人多旋翼无人机降落在充电基站时，四个（或更多）接触点只要有两个接触点分别与正极极板和负极极板接触，就可以进行充电。充电基站上还带有特殊颜色的特征点，特征点主要位于充电基站的四个角落上，特征点成圆形，颜色为蓝色和紫色。同时，在充电基站的中心也有红色的特征点，主要用于无人机在低空飞行时（起飞,降落）的定

8、位。1.1.2无人机结构本系统的演示无人机为X型机架的四轴无人机。期中机架与地面一共有四个接触点，四个接触部分均由导电材料组成，每个接触点都配合了由多个二极管组成的导电整流桥。这就使得四个接触点中的任意两个接触点分别与充电板的正负极接触就可以实现充电。由充电板获得的12.6V电压经过二极管整流和稳压后将会输出给充电模块。充电模块可以在无人机工作的时候对无人机进行带电充电。无人机机身上带有微型FPV鱼眼摄像头，选用FPV的摄像头原因主要是FPV摄像头小巧。在空间紧张的无人控制飞机上非