文档介绍：参赛队伍:乐恩竞技者
基于光电目标识别的空投救援
无人飞行器
一、四轴飞行器飞行原理
四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机,但只有四个输入力,同时却有六个状态输出,所以它又是一种欠驱动系统。
二、四轴飞行器具体方案
无人飞行器采用四旋翼飞行器,系统主要由stm32控制模块、姿态采集模块、电源模块、电机驱动模块、D图像处理模块等七部分组成,采用十字型飞行模式。整套系统运行模式流程主要是:首先飞行器装载启动,自动定高沿着场地中间白***线向前匀速飞行。飞行至场地底部边线后,D相机对目标进行识别,然后将所载的乒乓球投到相应的盒子里。最后原路返航至起点进行下一次装载投掷。
控制系统的选择方案
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飞行姿态控制方案
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角度测量模块的方案
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CCD相机图像识别的方案
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主控板使用stm32。Stm32板子的I/O口很多,自带定时器和多路PWM,可以实现的功能较多,符合实验要求。Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大,对飞机的载重量要求不是很高。
十字飞行方式。四轴的四个电机以十字的方式排列,x轴和y轴成直角,调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整,角度融合简单,适合初学者,能明确头尾,飞行时机体动作精准,飞控起来也容易。鉴于我们是初次设计,所以选择了十字飞行方式。
MPU6050三轴陀螺仪。MPU6050三轴陀螺仪就是可以在同一时间内测量三个不同方向的加速度、角速度、角度。单轴的话,就只可以测定一个方向的量,那么一个三轴陀螺就可以代替三个单轴陀螺。它现在已经成为激光陀螺的发展趋向,具有可靠性很好、结构简单不复杂、重量很轻和体积很小等等特点,但是其输出数据需要大量的浮点预算才能保证较高的精度,这样会影响主控板对最终的姿态控制的响应速率。使用彩色摄像头,由于红线和地面颜色不同,通过颜色的不同进行红线提取。基本思路和第一种有相似之处,但是效果更好,但是处理的数据量较第一种方案要多,采集速度需要提高,因此使用DMA快速读取,这样不占据CPU时间,提高效率。同时降低图像大小,采用QQVGA(120*160)图像格式,这样能够减少图像处理的时间,提高效率。
三、技术路线及可行性分析

PID控制算法分析由于四旋翼飞行器由四路电机,带动两对反向螺旋桨来产生推力,所以如何保证电机在平稳悬浮或上升状态时转速的一致性,及不同动作时各个电机转速的比例关系,是飞行器按照期望姿态飞行的关键。所以这里我们采用到pid控制理论把飞机的当前姿态调整到期望姿态。
比例
积分
微分
被控对象
r(t)
e(t)
u(t)
C(t)
_
四、拟解决的问题
。
,使飞行器能更加稳定而快速行驶。
D相机对采集图像的数据处理的算法以及反馈给主控芯片的速度。
五、特色与创新点
本方案的特色是提出了使用彩色摄像头,通过绿色地面与外界白色分量的不同使用特殊的算法,将白线信息从的图像中提取出来。控制飞行路线。以及彩色摄像头对目标彩色盒子的采集识别。