关于旋翼飞行器使用摄像头视角的研究.doc

国际计算机应用杂志(0975-8887)2010年12月10号-卷11
关于旋翼飞行器使用摄像头视角的研究
Debadatta Sahoo Amit Kumar 教授助理 K. Sujatha
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摘要
本文以介绍控制摄像机的光轴安装摄像机机械手并固定在四旋翼遥控车为中心。一个四自由度的四旋翼无人机模型将用两自由度相机运动学模型来创建一个单一的系统与提供了相机视图的完整的六自由度驱动相结合。这个调查工作提出利用所有的相机中的信号来描述框架。该闭环控制器设计是基于李雅普诺夫型分析来使生产范围内的最终跟踪结果显(GUUB)。由建议的控制器提供的计算机仿真结果证明。
关键词
使用MATLAB,直流无刷电机,遥控,手动控制,可视摄像头
引言
使用四旋翼飞行器(或任何飞行器)的典型场景摄像头作为视频平台是基于相机安装在一个位置,从车辆独立控制。当导航或监视任务变得复杂,可能需要两个人来实现摄像头瞄准目标:一个试点无人机导航和摄影师。摄像机操作者,使这个方案是可行的一部分的重要的基本操作是,拍摄者必须补偿扰乱瞄准摄像机无人机的运动; 摄像头上的无补偿的摄像头平台运动轴可能会失去目标,但一个场景,摄像头定位用于补偿平台运动可以保持摄像头视图。此典型操作情景的潜在缺点可以总结为:ⅰ)多个熟练的技术人员通常是必需的,ii)该摄像头操作者必须补偿导频的动作,以及iii)它不是直观的摄像头操作者的分裂摄像头的动作之间的摄像头瞄准任务定位在由操作者控制和命令的导频。提供直观的接口,其中操作者可以移动定位的摄像机、头,使摄像头跟踪目标图像的问题出现在很多地方。移动系统的困难在于遵循一个摄像头最近被解决的主题。固定的的角度来看这一相同的基本相机定位问题提出了相机平台,四旋翼无人机,相机定位装置被认为是一个单一的机械装置。在这项工作的基础上,以示对合并四转子摄像系统,从摄像头场- 视移动两个元素生成的操作员命令的工作速度控制器的设计。本文的结构如下。在第3节中,四转子的运动学和动力学模型。运动学定位为三连杆相机的开发;然而,只有两个链路被用在任何位置的情况。这样做的情况下定位成用在2链路,倾斜辊配置,以期待通过控制设计和仿真进行[2]。
2、文献综述

。的四旋翼无人飞行器模型的元素被显示在图2的四转子体固定帧,F,被选择为与重心这意味着它具有对角线惯性矩阵一致。运动学和四转子的动态模型被表示为[1,2]
(1)
(2)
(3)
(4)
在这个模型中 R表示相对于地球固定的惯性坐标系的四转子体固定框架F的线速度,I表示被检体内的固定帧,F中,和 R表示的角速度相对于惯性坐标系的旋翼本体固定帧F,I,身体的固定框架,(1) - (3)表示的四转子的运动。在(1)中是旋翼的速度,在(2)中表示,角速度变换由矩阵变换的位置和角度,,,被认为是可衡量的。式(2)表示的建模假设角速度四转子的被代替的建模​​角度动力学的直接计算; 被认为是作为系统的输入。平移速度的动力学显示在(4)并且包含引力术语,,当gR,表示重力加速度,E3=表示在惯性坐标系的坐标的单位矢量,是四转子的已知质量,代表一个有界函数,例如,气动阻尼力,是斜对称矩阵的一般形式[6]。四转子具有固有的6自由度的;然而,四线转子只有四个控制输入:沿z轴和三个角速度1平移力。
图1:四旋翼带云台摄像机辊定位
矢量指的是四转子平移力,但在现实代表被求和的四个转子产生的力产生和被表示为单一的平移力[0 0 U1] ,其中B1 = I3是一款配置矩阵(执行器动力学超出了设计范围),并
图2 四转子的运动
四转子有四个电动机位于跨框的前,后,左,右端。四转子是通过改变每个电机的旋转速度进行控制。前后转子逆时针方向旋转而左和右转子以顺时针方向旋转,平衡转矩由旋转的转子。左边和右边转子的相对速度是控制无人机的滚转率的变化。由合适的电机的速度降低相同的量增加了左马达的速度将保持由四个转子大致相同的所提供的总推力。另外,通过这两个转子产生的总扭矩保持恒定。类似地,俯仰速率是通过改变前后转子的相对速度控制。横摆率是通过改变向顺时针的相对速度(右和左)和逆时针(前和后)的转子来控制。集体推力是通过同时改变所有的转子的速度控制[1-3],[4]。

如前所述,四转子可以在z方向上的推力,但是它不能推力在x-或y-方向。由于直升机旋翼下致动在它的两个平移速度,两致动器镜头被添加来实现六个自由度(DOF)控制的在相机中的帧。一个tiltroll相机被添加到直升机看到。有了新的摄像头边框的正面,现在有三个旋转