基于视觉抓取的四旋翼飞行器系统设计

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1、工学学士学位论文基于视觉抓取的四旋翼飞行器系统设计Vision-basedCrawlQuad-rotorSystemDesign佳木斯大学2016年6月国内图书分类号：工学学士学位论文基于视觉抓取的四旋翼飞行器系统设计本科生：导师：申请学位级别：工学学士专业：机械设计制造及其自动化所在单位：机械工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：佳木斯大学佳木斯大学工学学士学位论文摘要四旋翼飞行器是一种用4个无刷直流电机做动力源驱动4个螺旋桨旋转且机架呈十字型的旋翼飞行器，它在军事侦察、灾区救援、农药喷洒和机器人技术等领域被广泛的

2、应用。目前大部分的四旋翼无人飞行器的运用都是通过搭载微型摄像头和其他传感器去实现对地面上物体进行侦察和监控，而缺乏主动对环境物体进行交互和操作的功能。为了实现对环境物体主动交互和操作的功能，本文采用常规的四旋翼飞行器作为实视觉抓取系统的试验平台，主要研究基于视觉的自动识别抓取和对目标物体的运动跟踪问题，完成了系统设计、识别跟踪算法和物体抓取算法设计，并对此系统设计进行一整套流程的实验验证。本文以基于视觉抓取的四旋翼飞行器系统设计为研究对象，首先对四旋翼飞行器的机械结构和飞行原理进行阐述，接着对飞行器作力学建模及受力分析，在此

3、基础上利用三维设计软件SolidWorks对飞行器进行三维建模设计，并将三维模型文件导入ADAMS中，然后使用ADAMS/Control模块提供ADAMS与MATLAB/Simulink联合仿真的数据接口，实现联合动态仿真，验证了虚拟样机中视觉抓取系统的有效性。在运动跟踪和目标抓取的问题上，本文采用Camshift跟踪算法去实现对目标运动跟踪，根据Camshift算法的特点确定飞行器对目标物体抓取的方案。最后进行系统设计和试验研究，介绍飞行器的硬件系统组成和以VS2010和ArduinoIED为系统软件开发平台分别开发了系统

4、的上位机和下位机，并对系统设计进行验证。关键字：四旋翼飞行器；SolidWorks；MATLAB/Simulink；ADAMS；Camshift算法；VS2010；ArduinoIDE；70佳木斯大学工学学士学位论文AbstractItisaFour-RotorAircraftwithfourbrushlessDCmotor-poweredsourcedrivefourpropellersrotateandtherackwasacross-shapedrotoraircraft,whichiswidelyusedinthef

5、ieldofmilitaryreconnaissance,disasterrelief,pesticidesprayingandroboticsapplications.Atpresent,mostofthefour-rotorUAVmountedthroughtheuseofminiaturecamerasandothersensorstoachievetheobjectsonthegroundtoconductreconnaissanceandsurveillance,andthelackofinitiativeonth

6、eenvironmenttointeractwithobjectsandoperationsfunctions.Inordertoachievetheobjectsoftheenvironmentinitiativeofinteractionandoperationfunctions,itusesaconventionalfour-rotoraircraftasarealvisualcrawlingsystemtestplatform,mainlybasedonautomaticidentificationandvisual

7、crawltargetobjectmotiontracking,completesystemdesign,objectrecognitionandtrackingalgorithmsandcrawlingalgorithmdesign,systemdesignandexperimentalverificationofthissetofprocesses.Inthispaper,basedonvisualcrawledfour-rotoraircraftsystemsdesignedforthestudy,thefirstof

8、themechanicalstructureandprinciplesofflightelaboratefour-rotoraircraft,andthentotheaircraftformechanicalmodelingandstressanalysis,basedontheuseof