📄Работа №191786
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ LiDAR ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ МУЛЬТИРОТОРНОГО ТИПА
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Информатика и вычислительная техника
Объем:
82 листов
Год:
2019
Просмотров:
52
5820
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ литературных источников 8
1.1 Обзор мультироторных устройств 8
1.1.1 Принцип работы мультироторных устройств 9
1.2 Знакомство с датчиками технологии LiDAR 11
1.2.1 Подсистема измерения расстояния 13
1.2.2 Методы определения расстояния 14
1.2.3 Методы детекции 15
1.2.4 Бегущий луч и массив 15
1.2.5 Подсистема сканирования 16
1.2.6 Подсистема позиционирования и ориентации 20
1.2.7 Система управления (системный контроллер) 21
2 Оборудование для создания испытательного летательного аппарата 22
2.1 Рама квадрокоптера 22
2.2 Плата управления квадрокоптером 22
2.3 Двигатели квадрокоптера 24
2.4 Питание квадрокоптера 26
2.5 Электронные регуляторы скорости (ESC) 27
2.6 Приемник и передатчик 28
2.7 Внешний компас и модуль GPS 29
2.8 Телеметрия 30
3 Сборка квадрокоптера 32
4 Калибровка квадрокоптера 36
4.1 Mission Planner 36
4.2 Настройка и калибровка составляющих квадрокоптера 38
5 Настройка ПИД закона регулирования полетного контроллера 44
5.1 Настройка ПИД-регулятора в Mission Planner 47
6 Анализ оборудования для автономного полета квадрокоптера 52
6.1 Robot Operating System (ROS) 52
6.2 QGroundControl 56
6.3 Mavlink 57
6.4 Бортовой компьютер квадрокоптера 58
7 Работа с датчиком LiDAR 61
7.1 Обзор датчиков компании Velodyne LiDAR 61
7.2 Технические характеристики и принцип работы VLP-16 62
7.3 Пакеты данных датчика VLP-16 65
7.4 Программное обеспечение Veloview 68
7.5 Декодирование пакета данных датчика Velodyne LiDAR 69
7.5.1 Вычисление азимута 69
7.5.2 Вычисление расстояния 70
7.5.3 Преобразование к декартовой системе координат 70
7.6 Облако точек в средстве визуализации Rviz 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Анализ литературных источников 8
1.1 Обзор мультироторных устройств 8
1.1.1 Принцип работы мультироторных устройств 9
1.2 Знакомство с датчиками технологии LiDAR 11
1.2.1 Подсистема измерения расстояния 13
1.2.2 Методы определения расстояния 14
1.2.3 Методы детекции 15
1.2.4 Бегущий луч и массив 15
1.2.5 Подсистема сканирования 16
1.2.6 Подсистема позиционирования и ориентации 20
1.2.7 Система управления (системный контроллер) 21
2 Оборудование для создания испытательного летательного аппарата 22
2.1 Рама квадрокоптера 22
2.2 Плата управления квадрокоптером 22
2.3 Двигатели квадрокоптера 24
2.4 Питание квадрокоптера 26
2.5 Электронные регуляторы скорости (ESC) 27
2.6 Приемник и передатчик 28
2.7 Внешний компас и модуль GPS 29
2.8 Телеметрия 30
3 Сборка квадрокоптера 32
4 Калибровка квадрокоптера 36
4.1 Mission Planner 36
4.2 Настройка и калибровка составляющих квадрокоптера 38
5 Настройка ПИД закона регулирования полетного контроллера 44
5.1 Настройка ПИД-регулятора в Mission Planner 47
6 Анализ оборудования для автономного полета квадрокоптера 52
6.1 Robot Operating System (ROS) 52
6.2 QGroundControl 56
6.3 Mavlink 57
6.4 Бортовой компьютер квадрокоптера 58
7 Работа с датчиком LiDAR 61
7.1 Обзор датчиков компании Velodyne LiDAR 61
7.2 Технические характеристики и принцип работы VLP-16 62
7.3 Пакеты данных датчика VLP-16 65
7.4 Программное обеспечение Veloview 68
7.5 Декодирование пакета данных датчика Velodyne LiDAR 69
7.5.1 Вычисление азимута 69
7.5.2 Вычисление расстояния 70
7.5.3 Преобразование к декартовой системе координат 70
7.6 Облако точек в средстве визуализации Rviz 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
📖 Введение
В последнее время все большее распространение для решения задач локального мониторинга окружающего пространства находят беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Одним из перспективных вариантов конструктивной реализации БПЛА являются мультикоптеры - это летательный аппарат, построенный по вертолетной схеме с тремя и более несущими винтами.
В настоящее время управление полетом осуществляется в полуавтоматическом режиме по командам оператора с использованием навигации по опорным точкам или в дистанционном режиме с помощью пульта управления. Наряду с этим существенно возрастает роль программного управления БПЛА на базе интеллектуальных автопилотов. Это связано с мировой тенденцией увеличения уровня автономности БПЛА при решении поставленных целевых задач, таких как планирование и автоматическое управление полетом по заданной траектории.
В данной работе создается и исследуется летательный аппарат. Помимо популярных решений по ручному управлению летательным аппаратом, в данной работе предлагается вариант автоматического управления дроном.
Основной целью работы является разработка системы автоматического управления дроном и испытательном данной системы на разработанном летательном объекте.
Основные задачи работы:
- анализ литературных источников, изучение принципа работы летательных аппаратов мультироторного типа;
- изучение принципов работы датчиков технологии LiDAR;
- сборка квадрокоптера на основе выбранного оборудования;
- настройка и калибровка основных модулей квадрокоптера;
- тестовый полет квадрокоптера;
- подготовка квадрокоптера к автономному полету;
-получение и анализ данных датчика LiDAR.
В настоящее время управление полетом осуществляется в полуавтоматическом режиме по командам оператора с использованием навигации по опорным точкам или в дистанционном режиме с помощью пульта управления. Наряду с этим существенно возрастает роль программного управления БПЛА на базе интеллектуальных автопилотов. Это связано с мировой тенденцией увеличения уровня автономности БПЛА при решении поставленных целевых задач, таких как планирование и автоматическое управление полетом по заданной траектории.
В данной работе создается и исследуется летательный аппарат. Помимо популярных решений по ручному управлению летательным аппаратом, в данной работе предлагается вариант автоматического управления дроном.
Основной целью работы является разработка системы автоматического управления дроном и испытательном данной системы на разработанном летательном объекте.
Основные задачи работы:
- анализ литературных источников, изучение принципа работы летательных аппаратов мультироторного типа;
- изучение принципов работы датчиков технологии LiDAR;
- сборка квадрокоптера на основе выбранного оборудования;
- настройка и калибровка основных модулей квадрокоптера;
- тестовый полет квадрокоптера;
- подготовка квадрокоптера к автономному полету;
-получение и анализ данных датчика LiDAR.
✅ Заключение
В результате работы были рассмотрены мультироторные устройства, в частности квадрокоптеры. Изучены их основные принципы действия, зависимости скорости вращения двигателей и направления движения дрона. Подробно рассмотрен состав квадрокоптера, его основные и дополнительные составляющие и был осуществлен выбор оборудования для создания испытательного летательного аппарата.
Была осуществлена начальная настройка ЛА с помощью программного обеспечения Mission Planner и произведена калибровка основных составляющих квадрокоптера. Был осуществлен стартовый запуск аппарата и полет в ручном режиме управления.
Также была рассмотрена работа ПИД-регуляторов и приведены зависимости изменения параметров составляющих ПИД-регулятора и полета квадрокоптера. Приведены сравнительные графики коптера без настройки регулятора и после успешной настройки с помощью функции Autotune.
Проведен анализ работы датчиков LiDAR. Были получены сырые данные с датчика и построены облака точек местности в ПО Veloview и Rviz. Приведен алгоритм по декодированию сырых данных датчика Velodyne LiDAR для дальнейшего использования в ROS-совместимых программных средствах.
Завершающим этапом работы было написание программы для автономного передвижения квадрокоптера. Выбор дополнительного вычислительного оборудования и размещение его на базе квадрокоптера. Для правильной работы всего оборудования использовался ROS, как метаоперационная система и протокол mavlink для связи полетного контроллера и бортового компьютера с наземной станцией.
Промежуточные результаты работы были представлены на конференциях и опубликованы в статьях. Под номерами [31-36] представлены опубликованные статьи.
Была осуществлена начальная настройка ЛА с помощью программного обеспечения Mission Planner и произведена калибровка основных составляющих квадрокоптера. Был осуществлен стартовый запуск аппарата и полет в ручном режиме управления.
Также была рассмотрена работа ПИД-регуляторов и приведены зависимости изменения параметров составляющих ПИД-регулятора и полета квадрокоптера. Приведены сравнительные графики коптера без настройки регулятора и после успешной настройки с помощью функции Autotune.
Проведен анализ работы датчиков LiDAR. Были получены сырые данные с датчика и построены облака точек местности в ПО Veloview и Rviz. Приведен алгоритм по декодированию сырых данных датчика Velodyne LiDAR для дальнейшего использования в ROS-совместимых программных средствах.
Завершающим этапом работы было написание программы для автономного передвижения квадрокоптера. Выбор дополнительного вычислительного оборудования и размещение его на базе квадрокоптера. Для правильной работы всего оборудования использовался ROS, как метаоперационная система и протокол mavlink для связи полетного контроллера и бортового компьютера с наземной станцией.
Промежуточные результаты работы были представлены на конференциях и опубликованы в статьях. Под номерами [31-36] представлены опубликованные статьи.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.