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机器人飞艇的组件式控制系统研究

甄静伟  
【摘要】:机器人飞艇在十八世纪开始出现,并在当今社会得到广泛应用。随着科技的发展,对无人飞艇提出了更高的技术指标,要求无人飞艇的安全性越来越高,而且滞空时间越来越长,它能够执行各种任务,比如商业宣传、城市规划、地理测绘等多个方面;对使用者而言,它要有多种选择,比如手动控制与自动控制等方式,便于操作,具有很高的性价比特点。无人飞艇相对于其他的飞行器材,具有功耗低,速度慢、便于控制等优点,使得它的性价比很高,其在管制、探险、监测、摄影、通讯和军事等领域具有广阔应用前景,除在军事领域扮演侦察和管制哨兵角色外,还在民用工程中扮演机器人角色,如环境和气候研究、航空测绘、地质勘探、石油和电力施工、交通指挥,生物多样性调查、大气污染物测量、森林及国家公园监测、土地规划、农作物及污染源调查等等。因此机器人飞艇的研究具有相当高的科研价值,对国民经济发展、和谐社会建立具有重大的现实意义。 在本论文中,飞控板采用ARM处理器作为核心控制部件,内部安装GPS导航系统、陀螺和压力等传感器,采集飞艇的当前姿态、位置信息等。与飞艇的目标信息进行比较,利用PID控制算法进行调节,驱动飞艇的舵机。飞艇的飞行控制包括自身的稳定控制、高度控制、航向控制等三个方面,飞控板除了进行飞艇的实时控制外,还要实时传输各种有用信息。在论文的结构方面,第一章介绍了机器人飞艇的研究目的、意义,同时介绍了机器人飞艇国内外的研究现状。第二章介绍了机器人飞艇飞行控制的基本原理,包括飞艇的结构及组成,飞艇在空中的受力情况,以及飞艇的飞行姿态控制方法。第三章介绍了机器人飞艇控制系统的硬件实现,包括器件的选型需求,以及各个功能单元的硬件实现。第四章介绍了机器人飞艇的软件控制方法,包括飞艇软件控制的整体结构,以及各个程序单元的软件实现。第五章介绍了如何提高系统的可靠性。


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