激光雷达果树空中避障系统设计-精品文档.docx
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1、激光雷达果树空中避障系统设计摘要:在山地丘陵地带果树植保机飞行经过中,拥有对地形的全感悟能力显得尤为重要,丘陵地带植保机作业经过中,地形起伏较大,需要植保机具有避障能力。基于激光雷达的无人机避障系统使用激光雷达作为主传感器,机载电脑融合IMU所给出的飞机状态量信息,综合评判飞行器所处的状态,通过比照和预测飞机状态实现对障碍物的躲避。关键词:激光雷达;场势能算法;地形跟随;避障;无人机近年来,农用植保无人机发展迅速。与传统人工施药方式相比,植保无人机喷洒速度快效率高,能有效的降低人工成本,提高工作效率。由植保机械代替人工喷洒农药将是将来农业的发展趋势。但是目前适用于平原大田作物的植保机因无法进行
2、有效的地形跟随和避障并不合适在山地丘陵地区进行果树植保作业。制约我国果树植保行业无人机推广的主要瓶颈问题已由飞行平台与控制系统的稳定性问题转化为无人植保机智能化程度低、环境感悟功能缺失的问题。完善的自主避障系统将能够在很大程度上减少因人员操作失误造成的无人机损坏,增加作业效率。本文主要利用pixhawk飞控与HOKUYOUST-30LX激光雷达完成植保无人机自主避障的功能并做出相应的算法优化。1系统构架与工作原理本文研制了一种新型的适用于植保无人机上的基于激光雷达的避障系统,这套避障系统由激光雷达、Intelmini计算机系统下面简称机载计算机、USB转GPIO端口控制模块、供电模块构成,其系
3、统拓扑图如下列图所示:无人机避障系统使用激光雷达模块获取周围点云信息,激光雷达模块能够直接输出所探测到的周围15M范围以内的障碍物的点的位置信息、角度信和距离信息到计算机中,机载计算机通过处理激光雷达所给出的信息生成真实环境数据,提供应避障程序做避障断定,程序断定需要进行避障以后,发送相应的控制代码和障碍物位置信息给飞行控制系统,飞行控制系统自行判定能否需要进行避障,能否根据激光雷达避障系统所给出的避障操作进行避障。并且返回若干个真值给避障系统,供应避障系统做下一次的判定使用。在这套激光雷达避障系统中,机载计算机起到对所收集的所有信息进行汇总处理的一个作用,由于linux不是实时操作系统,需要
4、对linux系统打补丁使它具有实时操作系统的特性,在毫秒级系统时间内完成对程序系统树优先级的断定和检测,比照激光雷达所给出的数据信息完成对障碍物位置的断定和距离检测,同时给飞控输出障碍物位置信息和避障指令,机载计算机通过Mavlink协议获取飞控实时的状态量,会有一定的延迟。为了能缩短避障指令执行所需要的时间,我们把控制飞行器避障的经过交给飞控来完成。机载计算机只提供必要的障碍物信息和经过计算以后的躲避障碍物所规划的道路,飞控通过融合本身GPS信息、IMU所给出的倾斜角度信息、加速度信息判定躲避障碍物的道路能否拥有可执行力,假如判定根据目前状态会撞击到障碍物,就根据机载计算机所给出的途径进行回
5、避。假如飞控根据当前姿态计算并不会撞上障碍物,就会根据目前状态继续执行飞行任务。2避障系统硬件搭配在硬件上,载机我们使用基于pixhawk2飞控的植保无人机,pixhawk2飞行控制系统搭载ardupilot3.5固件,能够实现跟机载计算机通过Mavlink通讯协议进行通讯。避障感悟系统使用HOKUYO-UTM-30LX激光雷达,能够实现0.35-30M距离内的比拟精准的测距,超过0.35M距离激光雷达会输出一个激光点强度值,能够通过激光点强度值和位置信息的变换来进行真值点的及计算,排除0.35M以外的噪点,实现较为准确的距离的测算。3STM32控制算法实现本方案采用激光雷达传感器获取飞行环境
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