تشانغ بينغ، شين جي وانغ لى رن قنغ

(جامعة نانجينغ كلية العلوم في الهندسة الكهربائية والتحكم، نانجينغ 211816)

واقترح استخدام الطائرات بدون طيار أربعة الدوار على متن كاميرات الفيديو في وضع يمكنها من تحقيق برنامج البصرية. الهرم متفرق لوكاس-كندي طريقة التدفقات الضوئية للحصول على مستوى الانحراف النقاط ميزة الصورة. ارتفاع، والجمود والأفقي دمج البيانات الانحراف، والانصهار البيانات كموقف من نوع المدخلات تحكم PID ردود الفعل. من أجل الحد من الأخطاء المواقع البصرية الكشف خلال مسار، لإزالتها قبل استخدام خطأ الوراء غير متطابقة نقاط، وفقدان مشكلة نقطة تتبع في الوقت المناسب، ولاية مرشح كالمان باستخدام تقدير الوقت منفصلة. محاكاة وعرض التجربة أن هذا المخطط تمكن أربعة الدوار UAV له تأثير جيد المتمركزة على ارتفاع معين.

تدفق البصرية، الانصهار البيانات؛ الوراء وإلى الأمام الخطأ، وPID

CLC: TP273

كود الوثيقة: A

DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.02.009

شكل الاقتباس الصيني: تشانغ بينغ، شين جي وانغ لي، وهلم جرا. Quadrotor منطقة البصرية المواقع تصميم نظام التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (2): 44-46،50.

الإنجليزية شكل الاقتباس: تشانغ بينغ، شين جي وانغ لي، وآخرون. وهناك تصميم من نظام توطين منطقة البصرية لquadrotor .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (2): 44-46،50.

0 مقدمة

مع تطور التكنولوجيا، والصناعة التحويلية والطيران العام باعتبارها التكامل الذكي لتطوير الطائرات بدون طيار أربعة الدوار من الاهتمام، والتي يتم تطبيقها على نطاق واسع في مجالات مدنية وعسكرية، مثل ارتفاع عال التصوير الجوي، وعمليات التفتيش نظام الطاقة والتحقيق وذلك على أو بالقرب من < 1>.

يشير هنا إلى نظام رؤية لتحديد المواقع الطائرات العمودية المحمولة جوا جهاز الإرسال FIG أربعة الطائرات بدون طيار على ارتفاع معين، والوصول إلى تدفق البيانات البصرية حساب Quadrotor UAV النزوح النسبي للحركة الأرض، من ارتفاع الكاميرا، وبالقصور الذاتي دمج البيانات صنع القرار، تلقائية ضبط موقفها وموقف، لدرجة أن الطائرات بدون طيار أربعة الدوار يمكن أن تحوم في منطقة معينة.

1 مكونات أجهزة النظام

هنا Quadrotor UAV رقاقة تحكم جوهر تي مايكروإلكترونيكس STM32F407ZET6، ورقاقة فلاش مع 1 MB سعة كبيرة، وانخفاض القوة، واجهة الطرفية متعددة الوظائف، والتي لديها أكبر ميزة هي أن وحدة الفاصلة العائمة ، وزيادة القدرة على معالجة البيانات.

Quadrotor UAV الاستشعار بالقصور الذاتي للسيطرة على الموقف باستخدام MPU6050، التي لديها MEMS محور يتجزأ التسارع وMEMS triaxial جيروسكوب، ثلاثة محاور المغنطيسية AK8975 القطع الناقص المناسب بعد تعويض المجال المغناطيسي للبيانات التوجه، وهما الاستشعار الخلفي لجنة التحقيق المستقلة باستخدام تتواصل تحكم بالبيانات المضيفة الحصول على 9 محاور حل الموقف زاوية لفة الحصول عليها، وزاوية الملعب زاوية ياو .

من أجل تمكين وضع مستقر من البصرية، وزيادة التجريبية مجموعة منصة عالية وضع اختيار HC-SR04 وحدة استشعار بالموجات فوق الصوتية، المقرر الانتهاء منه بحلول بالقصور الذاتي دمج البيانات عالية الأداء فلتر التكميلي.

منذ الحاجة إلى استخدام العديد من خوارزميات معالجة الرؤية الحاسوبية المعقدة، في حين أن متحكم العاديين معالجة سعة البيانات المحدودة المطلوبة من قبل الكمبيوتر المضيف لعملية، الصورة المختارة، فإن المعلومات الصورة المنقولة عن طريق الارسال اللاسلكي 5.8 G لاستقبال 700 خط التقاط الكاميرا FPV، واستقبال نقل إلى الكمبيوتر المضيف عن طريق بطاقة الحصول على البيانات. وPC معالجة الصور بعد نقل البيانات إلى وحدة تحكم لاسلكية وحدة Quadrotor UAV استهداف بصريا المهام. Quadrotor UAV تكوين النظام استهداف البصري هو مبين في الشكل 1.

2 البصرية خوارزمية استهداف

تتبع الطريقة المستخدمة هنا الهرم لوكاس-كندي تدفق البصرية ومتفرق، الحشرة خوارزمية نشأت في حركة يسبب تغيرات الشبكية . متفرق لوكاس-كندي تدفق البصرية على أساس ثلاثة افتراضات: سطوع (1) ثابت، (2) والحركة هي "الحركات الصغيرة"، ثابت (3) مساحة .

نقطة الزاوية باستخدام البصرية طريقة تتبع تدفق شي وتوماسي، نقطة الزاوية التي تم الحصول عليها عن طريق تحريك تدفق البصرية كمية الانحراف د يتم تخزين في مجموعة ديناميكية، ومن ثم قسمة الناتج على عدد من النقاط الزاوية الكشف عن الحصول على متوسط قيمة، ذاكرة مجموعة ديناميكية التي يتم تحريرها بعد الاستخدام، تحسين الكفاءة التشغيلية.

في نقطة تتبع تدفق البصرية الفعلية، فإن بعض نقطة تتغير كثيرا أو فجأة تختفي في عملية التتبع، وهذا الوضع يؤدي إلى فشل نقطة التتبع، إلى الأمام والخطأ مسار الوراء يمكن إزالة بكثير من نقاط متطابقة حالة .

الخطأ الوراء الصغيرة التي تم الحصول عليها قبل مسار نقطة ميزة ليأخذ أكبر الوسيط. عندما تكون القيمة المتوسطة لخطأ المسار المنحنى أكبر من نقطة الميزة، ضع نقطة ميزة التخلص منها، والخطأ مسار نقطة الميزة عند متوسط أو أقل من ذلك، يتم الاحتفاظ نقطة الميزة.

عندما يحدث الانجراف في أربعة الدوار UAV الاتجاه الأفقي، يمكن العثور على سرعة السيارات في الاتجاهين يتم تخفيض، مثل أن زاوية الميل، وزيادة الميل للاتجاه قيم التسارع مما أدى إلى جهاز بالقصور الذاتي أكبر. قيمة لا يتجزأ من سرعة تسارع تصفيتها من الأجهزة بالقصور الذاتي، وسرعة الداخلي PID ردود الفعل المدخلات:

حيث أن الجهاز هو قيمة تسارع AX الأشعة الاتجاه بالقصور الذاتي، وVX قيمة السرعة التي تم الحصول عليها من خلال دمج التسارع، ر يمثل دورة عملية، هو 2 مللي ثانية. وبالمثل، فإن القيم سرعة ص الاتجاه التي تم الحصول عليها.

تحديد المواقع خوارزمية البصرية هنا هيكل الإطار هو مبين في الشكل. الانحراف عن dexp_x القيمة المطلوبة (ص) وvexp_x المطلوب قيمة السرعة الافقية (ص) كلها 0، خوارزمية التحكم PID استخدامها في جميع المزدوج حلقة الموضعية PID، الحلقات الداخلية والخارجية السيطرة على ترددات مختلفة، الموضعية أسلوب التحكم PID هو كما يلي:

حيث KP، تي، الدفتيريا تحكم على التوالي المعلمات النسبي، لا يتجزأ والمشتقات المالية. ه (ك) هو الفرق، ش (ك) هو قيمة الانتاج تحكم PID.

تحديد المواقع وافر من مخرجات تحكم تكامل البيانات إلى المحرك عن طريق PWM (نبض التحوير العرض، PWM)، لإعطاء (5) في شكل بطريقة الانصهار الصيغة:

في الصيغة، مي هو قيمة PWM الانتاج السيارات، uultra بالموجات فوق الصوتية PWM ثابتة عالية القيمة، uyaw السيطرة ياو الموقف هي قيمة PWM، ux_out س سيطرة اتجاه الموقف قيمة PWM، uy_out تشكل ص الاتجاه القيمة تحكم PWM.

3 تجربة وتحليل

مبدأ التصوير الكاميرا، يمكن اشتقاق صيغة مثلثات متشابهة: عندما يكون البعد البؤري و هي قيمة ثابتة، وأربعة الدوار قيمة الطائرات بدون طيار في بعض الارتفاع ساعة، وصورة تنسيق نظام ونقطة الزاوية العلوية أربعة يتم نقل بدون طيار مسافة الطائرات العمودية العاشر (ص) آلة الحركة الأفقية مسافة X (Y) مباشرة علاقة طردية.

FIG 3 هو أربعة الدوار سرعة الطائرات بدون طيار وقيمة ارتفاع الرسم البياني. بعد دمج سرعة تسارع بالموجات فوق الصوتية مرشح سرعة مكملة للحصول على معدل الانصهار، حيث الداخلي المدخلات ردود الفعل PID، 2 مللي قياس الزمن FIG 3 (أ) أدناه؛. بالموجات فوق الصوتية قيمة ارتفاع موجة باسم الخارجي مدخلات ردود الفعل PID، 50 مللي السيطرة على الوقت FIG 3 (ب)، والخطأ ارتفاع UAV أربعة الدوار داخل 5 سم النطاق.

للحد من الأخطاء في عملية تحديد المواقع، وذلك قبل استخدامها لتقليل متطابقة نقطة العودة إلى الخطأ، والتحركات أربعة الدوار في ص الاتجاه محاكاة الطيران العمودي، كما هو مبين، قبل استخدامها لإزالة بعض الخطأ الوراء بعد معايرة متطابقة 4 النقطة.

قبل استخدام تحليل الأخطاء الوراء لFIG 4، وجدت FIG في بعض الصفر، يتم فقدان الأداء المستهدف من وجهة تتبع. البيانات البصرية دفق باستخدام تقدير الدولة مرشح كالمان، يصبح البيانات التقديرية على نحو سلس جدا، كما هو مبين في الشكل.

Quadrotor UAV أن يطير على ارتفاع حوالي 0.6 متر يتم تبديل وضع عالية للمجموعة، ومن ثم تعديلها لتطير فوق الكائن، كما هو مبين في الشكل (6)، بعد تحول الوضع إلى وضعية استقرار الرحلة البصرية.

FIG. 7 هو الاتجاه الطولي للسرعة تدفق البصرية ومنحنى قيمة الانحراف. والتي تم الحصول عليها بعد جزءا لا يتجزأ من تسارع في اتجاه x على سرعة السلك يأخذ قيمة سلبية، وPID ردود الفعل إدخال الحلقة الداخلية، 2 مللي ثانية تتحكم 1، FIG 7 (أ) كما هو مبين؛ Y الاتجاه تحول تدفق البصرية في صورة نظام الإحداثيات بعد كمية مرشح كالمان، حيث أن مدخلات الداخلي ردود الفعل PID، و 80 مللي تتحكم 1، FIG 7 (ب) هو مبين في الشكل. تغيير في العلاقة بين البلدين عكس ذلك، والخاضعة للسيطرة المشتركة إلى الأمام وإلى الوراء الاتجاهات.

8 هو اتجاه اليسار واليمين وتدفق البصرية سرعة الانحراف الرسم البياني. و-الاتجاه ذ على الإطار الجسم للحصول على قيمة سرعة يأخذ جزءا لا يتجزأ السلبي لتسريع، حيث الداخلي المدخلات ردود الفعل PID، 2 مللي ثانية تتحكم 1، كما هو مبين في الشكل 8 (أ) كما هو موضح، تدفق البصرية X الاتجاه على صورة نظام تنسيق تعويض بعد بعد تصفية كالمان، والخارجي مدخلات ردود الفعل PID، و 80 مللي تتحكم 1، كما هو موضح في الشكل 8 (ب). تغيير في العلاقة بين البلدين عكس ذلك، والاتجاه الجانبي لسيطرة مشتركة.

منذ كاميرات الفيديو على متن الطائرة مع الكمية المقاسة من التغيير هو محلي، الخطأ التجريبي للنتيجة وضع لا يمكن قياسها تجريبيا تعطى القيم في حد ذاته، لذلك هذا الخيار في عرض 1 متر، وطول 1.5 متر رحلة المتمركزة على القماش عطيل، ومنطقة المواقع البصرية حوالي 1 M2.

4 خاتمة

بالنسبة لحالة أربعة الدوار UAV الانجراف يحدث عندما لا تحكم، والمستخدمة هنا، الهرم لوكاس-كندي تدفق البصرية الحصول متفرق الأفقية تعويض، قيمة الارتفاع وسيطرة على المواقع البصرية بالقصور الذاتي دمج البيانات. وقد حققت التجربة بعض النجاح. ومع ذلك، ويرجع ذلك إلى وحدة بالقصور الذاتي الانجراف الصفر الحسابي الناجمة عن الأخطاء المتراكمة من الصعب إزالة كل شيء، نقل صورة واللاسلكية الرقمية تدخل جهاز نقل الحركة وغيرها من الأسباب في الحاضر منصة التجربة الصعب تحديد المواقع البصرية مجموعة صغيرة جدا، اتبع تقدير دولة الأمثل المزيد الحد من الخطأ تحديد المواقع.

مراجع

وي شريحة جدا. UAV لقياس الطول والبصرية هدف الاعتراف FPGA الأمثل دراسة تشانغشا: الجامعة الوطنية لتكنولوجيا الدفاع، عام 2013.

جيانغ بن صغير المنخفضة للارتفاع الطائرات بدون طيار أربعة الدوار المتكاملة التصميم هانغتشو: جامعة تشجيانغ، 2013.

والطباعة الجديدة لو شياو قبل باهظة الثمن، Shousong مقرها التكميلية الخوارزمية من أربعة موقف لUAV جامعة يانشان، 2014،38 (2)؛ 175-180.

Fumiya ليدا. مستوحاة بيولوجيا عداد المسافات البصرية للملاحة من الروبوت تحلق . الروبوتات والأنظمة ذاتية الحكم، 2003،44 (3): 201-208.

جيانغ تشى جيون، يي هوا رونغ هرم صورة طريقة تتبع ميزة على أساس التدفق البصري جامعة ووهان للتكنولوجيا (علم المعلومات)، 2007،32 (8): 680-683.

بن جديد، ليو يانغ، وتشانغ وآخرون، استنادا إلى أربعة الدوار UAV البصرية للتحكم في الطيران مستقلة صغيرة مجلة الهندسة الميكانيكية، 2015،51 (9): 58-63.

قلال Z، MIKOLAJCZYK K، خطأ MATAS J.Forward متخلفا: الكشف التلقائي لتعقب الفشل الاعتراف .Pattern (ICPR) 201020 المؤتمر الدولي on.IEEE 2010: 2756-2759.