微小型多旋翼无人机LiDar子系统设计

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151800059硕士学位论文（学生类别：全日制专业型硕士研究生学位类别：工程硕士领域名称：计算机技术论文题目：微小型多旋翼无人机LiDar子系统设计英文题目：DesignofTheLiDarSubsystemforMicroMulti-RotorUAV学生姓名：赵乐导师姓名：李健教授杨景荣高级工程师二○一八年六月由扫描全能王扫描创建内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着无人机的微型化和相关技术的迅速发展，其应用领域和飞行场景也变得更为复杂，比如空间狭小的隧道或建筑物内。无人机在这样

2、复杂环境中飞行时通常会受到障碍物遮挡、信号屏蔽等因素的影响，无法可靠获得GNSS信号，从而使无人机的应用受到限制。因此，如何利用二维激光雷达等机载传感器实现对微小型多旋翼无人机在复杂环境下的SLAM已经成为各国学者们的研究热点。课题研究工作目标是设计一个可支持微小型多旋翼无人机SLAM算法及相关研究与应用的研究平台。论文首先对目前市场上的二维激光雷达进行了分析，选择SLAMTEC公司开发的低成本RPLIDARA1激光雷达获取周围环境二维信息；并对微小型多旋翼无人机LiDar子系统的设计方案和器件选型进行了分析和研究，确定采用

3、MPU9250和KS103获取无人机的姿态与高度信息。其次，设计了一个以STM32F103RCT6微控制器为核心，利用二维激光雷达、姿态测量模块以及超声波测距模块对信息进行采集，可通过串口将采集到的周围环境信息、姿态信息和高度信息提供给地面站的硬件系统；并针对硬件系统的设计开发要求，对软件系统的总体设计方案、多传感器的接口软件设计、数据采集与处理软件设计、数据通信软件设计、激光雷达采样点实际角度与距离解算，以及基于四元数的姿态解算算法等问题进行了逐一的研究，完成系统基本软件设计，可为无人机在复杂环境下实现SLAM提供数据支持

4、。最后，对设计完成的微小型多旋翼无人机LiDar子系统进行了静态与动态测试，并对系统测试结果进行评价。论文还设计搭建了基于ROS的测试平台，该平台可通过内部具有的SLAM功能包对激光雷达数据进行处理，实时构建被测室内环境的平面二维地图，可为基于微小型多旋翼无人机在未知环境下利用激光雷达实现SLAM的后续研究与设计提供支持。关键词：微小型多旋翼无人机；多传感器；LiDar；SLAMI内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththeminiaturizationofUAVsandtherapiddevelopmentof

5、relatedtechnologies,itsapplicationsandflightsceneshavebecomemorecomplex,suchasthenarrowspacetunnelorinsidebuilding.WhenUAVisflyinginacomplexenvironment,theGNSSsignalscannotguaranteedeliveryreliablybecauseofobstacleslikeobstructionsandsignalshieldingwhichleadtothere

6、straintapplicationofUAV.Therefore,howtousetheairbornesensorssuchastwo-dimensionallaserradartoimplementSLAMinthecomplexenvironmentofsmallmulti-rotorUAVshasbecomeahottopicforscholarsinvariouscountries.Thegoaloftheresearchworkistodesignaresearchplatformwhichcansupport

7、SLAMalgorithmofmicromulti-rotorUAVanditsrelatedresearchandapplication.Firstly,basedoninvestigatingandsurveyforthetwo-dimensionallaserradaronthemarket,IselectRPLIDARA1laserradardevelopedbySLAMTECcompanyastheresearchobjectforitsthelowcost.Thetwo-dimensionalinformatio

8、nsurroundingenvironmentisobtainbytheoftheRPLIDARA1afterthatIanalyzesthisdesignschemeandselecttheattitudeandheightinformationoftheUAVfromMPU9250an