基于头部姿态控制的农田监测无人机云台设计与实现

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.

关键词：云台、农田监测、姿态解算、四元数、互补滤波

所属期刊栏目：43

分类号：S126:TP391.4(农业物理学)

资助基金：河北省高等学校科学技术研究青年基金项目;省属高等学校基本科研业务费研究项目;河北省大学生创新训练项目

在线出版日期：2022-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：179-187