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光学动捕系统在小型旋翼无人机开发过程中的作用(5)

时间:2020-06-24 17:13来源:无人机 作者:中国通航
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       实时解算六自由度位姿,利用计算机对捕捉到的图像数据进行处理,实时地解算出运动物体的六自由度位姿,即三自由度位置(X,Y, Z坐标)和三自由度姿态(俯仰角,偏航角和滚转角)。该系统也可以称为“室内定位系统”或“室内GPS”。
       如图10,多架相机支持,覆盖范围广,光学室内定位系统采用智能相机,将反光球图像坐标传到主机,不同相机数目将产生不同的覆盖范围,相机越多,覆盖范围越大。
 

图10 光学动捕系统原理图

图11 光学动捕相机
图12 T型标定杆辅助运动捕捉系统的校准

图13 L型标定直角辅助运动捕捉系统中心点配置
软件参数
 


图14 光学动不系统软件界面
 
1、基础功能
1)支持中文的多语言、多视角、多窗口3D显示操作界面
2)可同时对多达数百台Goku™ Camera进行集中管理
3)对视觉惯性同步控制器进行管理
4)高效实时视觉三维重建引擎
5)光学惯性深度融合引擎*
6)多达数百个智能光学刚体创建、标定、管理
7)实时物体追踪解算及绘制
8)数据记录及回放
9)空间捕捉区域实时测算及绘制
10)国际领先的IK算法*
11)实时数据流输出
12)数据记录及回放
*仅在惯性系统部署时应用
2、支持数据格式
 
 
       3、丰富的第三方接口
 
 

 

       4 基于光学动捕系统多旋翼无人机开发国内外案例分析

 

 

       自从无人机的概念提出以来,多旋翼无人机的研究一直是无人机研究领域的热点之一,随着新型材料、微机电系统(MEMS)、传感器技术和飞行控制等技术的不断发展,多旋翼无人机的机身体积和重量大大减轻,机构和稳定性能也得到了极大的优化,多旋翼无人机得到了快速发展。今年来,多旋翼无人机不管是在科学研究方面还是商业方面都有着越来越多的关注,广泛应用于知名高校、企业和科研机构。

 

       4.1、麻省理工学院
       麻省理工学院(Massachusettes Institute of Technology,MIT)的RAVEN(Real-Time Indoor Auto no mous Vehicle Tese Encironment)实验室,内部装有18台运动捕捉摄像机,可以实现无人机的室内定位,实验室内还有多辆自主的地面小车,研究对象有Draganflyer V Ti Pro 多旋翼无人机和无人小车组成。MIT的无人机集群健康管理计划(UAV SWARM Health Management Project)主要研究多架无人机的飞行演示。图5为多架四旋翼无人机对目标进行连续搜索和跟踪实验,图16为多机协同和编队实验。
 

 
 图15 无人机目标搜索和跟踪实验 图16 十架无人机多机协同
 
       4.2、斯坦福大学
       斯坦福大学(Stanford University)的STARMAC(Stanford Testbed of Autonomous Rotorcraft for MultiAgent Control)项目是为了测试和验证多机算法和控制策略,它包含多个能够使用GPS和IMU传感器进行轨迹跟踪的四旋翼飞行器。Hoffmann G M团队基于斯坦福大学的试验台,首先将四旋翼无人机的非线性模型线性化,然后使用LQR控制方法设计了姿态控制器,使用滑模控制方法设计了高度控制器,并取得了良好的控制效果。
       4.3、宾夕法尼亚大学
       宾夕法尼亚大学的GRASP(General Robotics,Automation,Sensing and Perception)实验室对无人机的控制进行了大量研究,并基于光学动捕系统搭建了无人机测试平台,主要研究对象如图17所示。主要研究内容包括对多旋翼无人机的建模、多旋翼无人机自主飞行控制算法和多架无人机协同控制算法的研究。通过大量实验,GRASP实验室已经取得了很多创新成果,在该无人机测试平台下,无人机体现出很大的机动性,能够完成无人机集群航迹追踪、协同合作和编队飞行等测试,图18为多旋翼无人机协同飞行。
 
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