文档介绍：江苏省高等学校
大学生实践创新训练计划项目申报表
推荐学校:
南京工程学院
项目名称:
基于陀螺仪和加速度计的飞行器自平衡算法的研究
项目类型:
√重点项目
□一般项目
□指导项目
所属一级学科名称:
电子信息类
项目负责人:
曹珂杰
联系电话:
指导教师:
联系电话:
申报日期:
2013年4月24日
江苏省教育厅制
二○一三年三月
项目名称
基于陀螺仪和加速度计的飞行机器人自平衡算法的研究
项目所属
一级学科
08工学
项目所属
二级学科
电子信息类
项目类型
(√)重点项目()一般项目( )指导项目
项目实施时间
起始时间: 2013 年 6 月完成时间: 2014年 5 月
项
目
简
介
(100字以内)
鉴于融合机械臂与四轴飞行器于一体的飞行机器人高空作业时稳定性差的缺点,利用本套基于陀螺仪和加速度计的自平衡算法,可以消除机械臂运动对飞行器位姿产生的影响,实现系统的自平衡。
主要成果
第二指导教师
姓名
单位
年龄
专业技术职务
主要成果
一、申请理由(包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等)
熟练应用51单片机,并且开始学****arm,以及熟练掌握Protel 99SE,DXP,Multisim,
Altium designer等电路制作以及电路仿真软件的使用,VC++,VS2010,IAR,Keil,OPENCVCodeWarrior等多种编译环境的使用,Matlab等多种数字处理软件的使用。
现正在学****LabView的使用及技巧,基于Linux环境下的软件的编写,Matlab的深入研究。
本组组员已有实践创新成果:
(1) 基于51单片机的智能小车
(2) 基于OPENCV双目测距
(3) 亚洲水下机器人亚军
(4) 对四轴飞行器的研究与制作
(5) 对各种算法深入研究
(6) 对机械臂精细研究
二、项目方案
1、研究现状:
四轴飞行机器人已广泛应用到军事、消防、安检、娱乐等场所;
对机械臂的研究和制作颇具规模;
利用搭载机械臂的四轴飞行器高空作业技术尚未成熟。
研究基于陀螺仪和加速度计的自平衡算法,消除机械臂运动对飞行器位姿产生的影响,实现系统的自平衡,从而完成减小机械臂对物品的操作误差的目标。
:
方案一:
姿态角度测控系统主要由加速度计、陀螺仪、微控制器、滤波电路、电机调速器、,由微处理器对陀螺仪、滤波电路和加速度计构成的传感器组进行高速A/D采样后,通过卡尔曼滤波器对传感器数据进行补偿和信息融合,得到准确的姿态角度信号,此角度信号再通过PID控制器运算,输出给电子调速器转换成PWM信号,,加速度计的输出值与倾角呈非线性关系,,才能得到其倾角值[5-6].测量数据噪声与带宽的平方根成正比,=350ug Bw ×:Bw为传感器带宽(单位为Hz).因此在设计卡尔曼滤波器时,首先要确定被测加速度的频率范围,然后再设计滤波器的参数,尽量使滤波器带宽略高于被测频率,这样不仅有助于滤除高频干扰,,带宽就需要设置得比较小,而这时加速度计动态响应慢,不适合跟踪动态角度运动,如果期望快速的响应,,使得单独应用加速度计检测飞行器倾角并不合适,,通过对角速度积分,,微机械陀螺不能承受较大的震动,同时由于温度变化、不稳定力矩等因素,陀螺仪会产生漂移误差,并会随着时间的推移而累加变大,,也不能单独使用陀螺仪作为本系统的倾角传感器.
2 卡尔曼滤波融合过程
,,估计机械臂下一个位置,对机械臂产生何种影响。在该系统中,采用加速度计估计出陀螺仪常值偏差b,以此偏差作为状态向量得到相应的状态方程和观测方程:
̇
式中,ωgyro为包含固定偏差的陀螺仪输出角速度,e为加速度计经处理后得到的角度值,wg为陀螺仪测量噪声,wa为加速度计测量噪声,b为陀螺仪漂移误差,wg与wa相互独立,此处假设二者为满足正态分布的白色噪声,令Ts为系统采样周期,得到离散系统的状态方程