四軸無人機群協同控制系統開發
機電信息2022-05-19 21:10
關鍵詞:編隊協作系統
介紹
隨著新材料、機電壹體化、慣性導航系統和控制技術的發展，加上四軸飛行器價格低廉、操作靈活、控制性能穩定、對環境適應能力強、避免人員傷亡等特點，近年來在軍事和民用領域得到了廣泛應用。但單機在面對復雜環境時存在功能有限、載荷有限、效率低等問題，影響了各項任務的可執行性和完成。近年來，國內外許多專家學者發現，借鑒自然界生物群體的協調機制，可以解決上述問題。群體智能和由此發展而來的機器人學都是從對動物的研究中誕生的。許多動物群體使用的協調機制已被證明能夠解決各種復雜的問題。比如蟻群算法、粒子算法等智能工程的設計靈感就來自於生物學。自然界中魚、鳥、蜂的集群行為對無人機群的飛行控制很有啟發。
在此背景下，本文圍繞本地通信和分布式控制展開無人機群協同系統的研究。通過將生物集群行為與機器人技術相結合，設計了壹種動態調整無人機編隊的系統，使多架無人機可以在三維空間中獨立地排列在特定的結構中，使其在飛行過程中保持穩定的隊列，並可以根據外界條件和任務要求進行動態調整，從而使整個機群協調壹致。
為了進壹步研究和開發四軸無人機群的協同控制系統，本文從結構設計、系統開發和飛行試驗三個方面進行了詳細闡述。
1的結構設計
在結構設計方面，本文在現有優秀四軸飛行器結構的基礎上，進行了適當的改進和傳感器設置，以更好地測試和驗證四軸飛行器無人機群的協同控制系統。如圖1所示，設計為微型四軸無人機，主要由空心杯電機、旋翼、框架、飛行控制器、光流傳感器五部分組成。四軸無人機以“X”模型為四旋翼模式，以面向北方的羅盤為飛行正方向，因此統壹正方向有利於更好地規劃編隊的三維空間布局，快速動態調整。飛行控制器中嵌入了3.7V鋰電池和T0F(TimeofFlight)傳感器，從而有效減小了飛機的體積。為了使無人機群按照規律動態調整，在無人機正下方設置了光學流量傳感器，可以有效抑制無人機漂移，從而趨向於在飛行方向勻速運動。