基于XBee通信模块的多四族翼无人机编队控制的设计与实现
发布时间：2021-04-22 17:19
随着四旋翼无人机技术的迅速发展,越来越多的四旋翼无人机被应用到民用场景或军事领域中,由于单个无人机的工作能力及效率有限,难以完成一些复杂的任务。而多无人机协同工作可以提高工作效率,能够完成更加复杂的任务,在对未知环境探测、受灾地区网络搭建、恶劣环境搜救以及货物搬运等方面具有广泛的应用前景。本文设计并实现了一种基于无线Mesh通信网络的多四旋翼无人机分布式自主编队的方法。论文的主要工作包括:1、基于开源飞控的开放性和可扩展应用的特点,采用了三台DJI M100组建了多四旋翼无人机编队的实验平台,开发了基于ROS的具有可拓展性和可移植性的软件系统。在此基础上,搭建了基于XBee无线模块的多四旋翼无人机通信网络,并通过实验验证了多个无人机之间能够进行稳定的数据通信。2、考虑到编队飞行时的安全问题,采用超声波传感器进行测距,研究了人工势场避障算法在无人机飞行中的应用。仿真实验中研究了算法的参数选取,仿真结果验证了避障算法的可行性。实际的飞行实验验证了所搭建的系统能够实现无人机在飞行过程中自主规避障碍物,完成航迹飞行任务。3、利用XBee 900HP模块组建了无线Mesh通信网络,采用PID控制...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多无人机编队飞行国外研究现状
1.2.2 多无人机编队飞行国内研究现状
1.2.3 多四旋翼无人机编队控制研究现状
1.3 研究内容与章节安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
第2章 多四旋翼无人机编队平台搭建
2.1 四旋翼无人机硬件平台
2.1.1 四旋翼无人机选型
2.1.2 四旋翼机载处理平台选型
2.1.3 无线通信模块选型
2.1.4 无人机硬件平台搭建
2.2 四旋翼无人机软件系统
2.2.1 基于ROS的软件方案
2.2.2 系统软件架构
2.3 本章小结
第3章 多无人机编队通信与控制方案
3.1 无线通信网络
3.1.1 无线通信网络介绍
3.1.2 无线通信网络组成
3.2 无线通信功能测试
3.3 多无人机通信功能测试
3.4 分布式编队控制方案
3.4.1 编队控制器设计
3.4.2 基于Guidance的避障策略
3.5 本章小结
第4章 单四旋翼无人机飞行避障
4.1 无人机避障技术
4.1.1 无人机检测障碍物方案介绍
4.1.2 超声波测距
4.2 避障算法介绍
4.2.1 避障算法概述
4.2.2 人工势场避障算法
4.3 单机避障总体方案设计
4.3.1 系统软件设计
4.4 人工势场避障算法仿真与实控飞行
4.4.1 算法仿真
4.4.2 避障飞行实验
4.5 本章小结
第5章 多四旋翼无人机组网编队飞行的实现
5.1 系统软件开发
5.1.1 系统软件流程图
5.2 启动机载处理平台程序
5.3 实验结果
5.3.1 双机协同飞行实验
5.3.2 多机编队飞行仿真实验
5.3.3 多四旋翼无人机组网编队飞行实验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]鲁棒PI控制方法在无人机编队飞行稳定性中的应用[J]. 张佳龙,闫建国,吕茂隆. 飞行力学. 2019(03)
[2]多无人机完全分布式有限时间编队控制[J]. 王丹丹,宗群,张博渊,秦新立. 控制与决策. 2019(12)
[3]美国空军无人机系统发展综述[J]. 刘丽,曲珂,汪涛. 飞航导弹. 2016(12)
[4]美国分布式低成本无人机集群研究进展[J]. 宋怡然,申超,李东兵. 飞航导弹. 2016(08)
[5]无人机编队飞行的自适应控制设计[J]. 王建宏,许莺,熊朝华. 华东交通大学学报. 2016(01)
[6]一种基于蜂拥策略的分布式无人机编队控制方法[J]. 王品,姚佩阳,梅权,王娜. 飞行力学. 2016(02)
[7]ONR开发无人机集群技术[J]. 李洪兴. 现代军事. 2015(07)
[8]基于信息一致性的无人机紧密编队集结控制[J]. 朱旭,张逊逊,尤谨语,闫茂德,屈耀红. 航空学报. 2015(12)
[9]无人机自动防撞冲突检测与优化控制方法[J]. 许云红,周锐,夏洁,陈哨东. 电光与控制. 2014(01)
[10]基于虚拟结构的卫星编队机动控制[J]. 冯成涛,王惠南,刘海颖. 系统工程与电子技术. 2011(01)
博士论文
[1]多无人机分布式协同编队飞行控制技术研究[D]. 薛瑞彬.北京理工大学 2016
[2]基于信息一致性的多无人机编队控制方法研究[D]. 朱旭.西北工业大学 2014
[3]无人机自主编队飞行控制系统设计方法及应用研究[D]. 万婧.复旦大学 2009
硕士论文
[1]Qball-X4四旋翼无人机飞行控制和编队控制研究与实现[D]. 王可.西安理工大学 2018
[2]基于小型四旋翼的多无人机编队飞行控制系统设计[D]. 沈俊楠.哈尔滨工业大学 2017
[3]多机器人领航—跟随型编队控制研究[D]. 陈传均.杭州电子科技大学 2015
本文编号：3154163
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多无人机编队飞行国外研究现状
1.2.2 多无人机编队飞行国内研究现状
1.2.3 多四旋翼无人机编队控制研究现状
1.3 研究内容与章节安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 章节安排
第2章 多四旋翼无人机编队平台搭建
2.1 四旋翼无人机硬件平台
2.1.1 四旋翼无人机选型
2.1.2 四旋翼机载处理平台选型
2.1.3 无线通信模块选型
2.1.4 无人机硬件平台搭建
2.2 四旋翼无人机软件系统
2.2.1 基于ROS的软件方案
2.2.2 系统软件架构
2.3 本章小结
第3章 多无人机编队通信与控制方案
3.1 无线通信网络
3.1.1 无线通信网络介绍
3.1.2 无线通信网络组成
3.2 无线通信功能测试
3.3 多无人机通信功能测试
3.4 分布式编队控制方案
3.4.1 编队控制器设计
3.4.2 基于Guidance的避障策略
3.5 本章小结
第4章 单四旋翼无人机飞行避障
4.1 无人机避障技术
4.1.1 无人机检测障碍物方案介绍
4.1.2 超声波测距
4.2 避障算法介绍
4.2.1 避障算法概述
4.2.2 人工势场避障算法
4.3 单机避障总体方案设计
4.3.1 系统软件设计
4.4 人工势场避障算法仿真与实控飞行
4.4.1 算法仿真
4.4.2 避障飞行实验
4.5 本章小结
第5章 多四旋翼无人机组网编队飞行的实现
5.1 系统软件开发
5.1.1 系统软件流程图
5.2 启动机载处理平台程序
5.3 实验结果
5.3.1 双机协同飞行实验
5.3.2 多机编队飞行仿真实验
5.3.3 多四旋翼无人机组网编队飞行实验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]鲁棒PI控制方法在无人机编队飞行稳定性中的应用[J]. 张佳龙,闫建国,吕茂隆. 飞行力学. 2019(03)
[2]多无人机完全分布式有限时间编队控制[J]. 王丹丹,宗群,张博渊,秦新立. 控制与决策. 2019(12)
[3]美国空军无人机系统发展综述[J]. 刘丽,曲珂,汪涛. 飞航导弹. 2016(12)
[4]美国分布式低成本无人机集群研究进展[J]. 宋怡然,申超,李东兵. 飞航导弹. 2016(08)
[5]无人机编队飞行的自适应控制设计[J]. 王建宏,许莺,熊朝华. 华东交通大学学报. 2016(01)
[6]一种基于蜂拥策略的分布式无人机编队控制方法[J]. 王品,姚佩阳,梅权,王娜. 飞行力学. 2016(02)
[7]ONR开发无人机集群技术[J]. 李洪兴. 现代军事. 2015(07)
[8]基于信息一致性的无人机紧密编队集结控制[J]. 朱旭,张逊逊,尤谨语,闫茂德,屈耀红. 航空学报. 2015(12)
[9]无人机自动防撞冲突检测与优化控制方法[J]. 许云红,周锐,夏洁,陈哨东. 电光与控制. 2014(01)
[10]基于虚拟结构的卫星编队机动控制[J]. 冯成涛,王惠南,刘海颖. 系统工程与电子技术. 2011(01)
博士论文
[1]多无人机分布式协同编队飞行控制技术研究[D]. 薛瑞彬.北京理工大学 2016
[2]基于信息一致性的多无人机编队控制方法研究[D]. 朱旭.西北工业大学 2014
[3]无人机自主编队飞行控制系统设计方法及应用研究[D]. 万婧.复旦大学 2009
硕士论文
[1]Qball-X4四旋翼无人机飞行控制和编队控制研究与实现[D]. 王可.西安理工大学 2018
[2]基于小型四旋翼的多无人机编队飞行控制系统设计[D]. 沈俊楠.哈尔滨工业大学 2017
[3]多机器人领航—跟随型编队控制研究[D]. 陈传均.杭州电子科技大学 2015
本文编号：3154163
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3154163.html
