基于ORB的交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统

为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global positioning system,GPS)信号不稳定的情况下实现对目标的视觉跟踪,设计了一种交叉双旋翼无人直升机视觉跟踪控制系统。首先,设计了一种视觉模块,对跟踪目标进行图像处理,利用基于方向性快速的特征点检测和旋转BRIEF(Oriented FAST and rotated BRIEF,ORB)描述子特征匹配和矩形检测,获取跟踪目标的中心点像素坐标,通过相机模型和旋转矩阵解算出跟踪目标的中心点实际位置。然后,设计了一种跟踪控制模块,采用串级比例积分微分(Proportional-integral-derivative,PID)加前馈的控制结构,为了限制极限位置和最大加速度,位置控制中采用平方根控制器,姿态控制中设计了一种交叉双旋翼姿态控制机构。之后,通过飞控地面站搭建仿真环境,对添加视觉模块的飞行控制系统进行仿真验证,结果表明,无人直升机可以很好地跟踪到视觉模块输出的期望位置。最后,进行实验验证,在设定最大飞行速度为1 m/s的条件下,姿态角最大为8°左右,位置与期望位置之间的误差最大为0.08 m,可以实现交叉双旋翼无人直升机对目标的视觉跟踪。

视觉辅助的交叉双旋翼无人直升机自主降落控制系统

为了使交叉双旋翼无人直升机在全球定位系统(Global Positioning System,GPS)信号干扰的情况下实现平稳的自主降落,采用AprilTags视觉基准系统中的TAG36H11图像作为降落地标,并基于该降落地标设计了一种视觉辅助的交叉双旋翼无人直升机自主降落控制系统。对降落地标进行图像预处理,基于Canny边缘检测、Hough变换直线检测和矩形检测,提取降落地标的特征信息,然后通过相机成像原理和坐标系转换解算出无人直升机的相对位姿信息,针对GPS信号干扰的情况下提出了一种利用Hough变换直线检测解算偏航角的算法,最后设计了一种串级PID控制结构的位姿控制算法,位置控制中设计了一种开方控制器,用于限制无人直升机的极限期望位置和最大加速度。同时,在姿态控制中设计了一种交叉双旋翼无人直升机姿态控制机构,通过6个数字舵机控制倾斜盘的倾角实现交叉双旋翼的周期变距,改变无人直升机的飞行姿态。通过Mission Planner飞控地面站进行仿真验证,将视觉处理系统与飞行控制系统组合,仿真结果表明,视觉辅助的飞行控制系统可以很好地跟踪无人直升机的期望位置。经过实验验证,姿态角度偏移量控制在4°以内,位置偏移量控制在0.05 m以内,可以实现交叉双旋翼无人直升机视觉辅助的自主降落。

筒状共轴折叠双旋翼无人直升机控制仿真与设计

针对双电机驱动的共轴折叠双旋翼无人直升机载荷偏小的问题,文中提出一种单层周期变距的筒状共轴折叠双旋翼无人直升机。动力系统采用伞齿机械同步结构使上下层旋翼同速旋转,旋翼系统采用下层周期变距和上层变总距。上下桨毂采用不等长设计,避免旋转展开时打桨。然后,建立该筒状共轴无人直升机的动力学模型和气动模型;并针对共轴双旋翼直升机的非线性控制问题,设计一种基于滑模控制的姿态和位置控制器,利用Matlab对该控制器进行仿真。最后,制作原理样机,通过实验验证控制方案的有效性。结果表明,所设计的无人直升机可以顺利打开桨叶,实现稳定悬停和飞行。

一种共轴双旋翼无人直升机旋翼及操纵系统设计

文中对共轴双旋翼无人直升机旋翼系统进行剖析,参考通航共轴双旋翼直升机的旋翼系统设计经验,结合无人直升机的特性,确定旋翼及操纵优化设计思路。根据共轴双旋翼无人直升机的总体参数,计算分析旋翼系统关键结构件的受力情况,进行旋翼系统机构设计并对关键件进行强度分析。通过使用动力学分析软件,分析旋翼及操纵系统的控制方式,对旋翼及操纵机构的总距变化进行运动仿真,以供相关工作者参考。

新型三轴式双旋翼直升机姿态控制

无人直升机在军事、民用领域扮演着重要角色.新型三轴式双旋翼直升机结构简单、容易控制、稳定性强.通过对新型直升机进行数学建模,提出电机实时分组控制新算法,实现了各姿态角独立控制,进而实现了直升机的姿态和航向控制.测试证明,新型直升机具有良好的操控性和稳定性,应用前景广泛.

基于悬停状态下共轴双旋翼气动干扰分析

随着“低空经济”的快速发展,多旋翼飞行器因其低成本、高稳定性及垂直起降能力等显著优点,在人员运输、货物搬运和安防监控等多个领域得到了广泛应用。特别是共轴双旋翼结构由于其动力布局的高效性,已被广泛集成于各类飞行装备中,如飞行汽车、共轴直升机以及多旋翼无人机等,典型如Ehang184和小鹏汇天旅行者飞行汽车等。这种结构不仅节省空间、提供强大动力,还因其上下旋翼间可能产生的气动干扰问题而备受关注,这些问题的解决对于提升飞行器性能至关重要。

无人直升机的共轴技术

首届"中航工业杯"国际无人飞行器创新大奖赛开幕在即,《兵器知识》杂志社作为协办单位,再次走进正在紧张备战的参赛队。这一次走入我们采访镜头里的是天津大学联合研究室,他们最经典的产品就是复合式共轴双桨无人直升机。我们都知道,在有人驾驶的直升机领域,卡-28舰载机采用的就是共轴式双桨布局。这种布局使直升机可以省去尾梁和尾桨,从而使得直升机结构紧凑、外形尺寸小、气动力平衡、对风向和风速不敏感,以此提高飞行性能,特别适合舰载。共轴双桨布局的这种特性应用到无人直升机领域又会产生哪些特殊的效果呢?

逍遥骑士——舰载无人机

1917年,当时的日不落帝国——英国率先制成世界上第一架无人机。然而,此后相当长的时间里,限于技术及无人机设备过于简单,所以它们大多只能担负靶机等一般性的保障任务。直到20世纪六七十年代,无人机换用涡轮喷气发动机作动力之后,逐渐成为"新亮点",开始进入实用发展阶段:担负高空侦察和中低空干扰、靶标及攻击等任务。在越南战争中,美军"火蜂"