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基于头部姿态控制的农田监测无人机云台设计与实现

作  者:
周利杰;孙迎建;蔡国庆;郝瑞林;刘辉
单  位:
河北水利电力学院机械工程系
关键词:
云台;农田监测;姿态解算;四元数;互补滤波
摘  要:
针对农田监测无人机对大范围观测视野、便利操控和高质量拍摄图像的需求问题,设计跟随人体头部姿态的监测云台.首先,根据云台对小体积、轻量化和易集成的设计要求,设计云台结构,并利用ANSYS有限元分析软件进行静力学载荷校核和动力学模态分析;其次,采用四元数方法进行头部姿态解算,利用互补滤波算法进行加速度计和陀螺仪的数据融合,利用嵌入式平台设计并制作云台控制系统;最后,对云台系统的姿态解算准确度进行动态测试和静态测试,对云台的减振性能进行对比测试.结果表明:云台在结构强度和减震性能上满足需求;控制算法和系统能够稳定可靠的解算姿态,并控制云台实时跟随,动态姿态角度误差不超过2°,600 s的静态角度漂移不超过5.5°;云台具有较好的减振和抗振性能,平飞测试中振动加速度均方根值比航拍云台的小41.8%,机动测试中振动加速度最大幅值比航拍云台小21%.该装置可以为无人机的农田监测任务提供更好的便利性.
译  名:
Design and implementation of airborne gimbal for farmland monitoring based on head attitude tracking

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