无人机伞降自动避损系统的设计与实现

作     者：卢国营 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周永录

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 081202[工学-计算机软件与理论] 

主      题：无人机 伞控 避损 控制 

摘      要：随着无人机技术的快速发展和无人机应用的日益广泛,无人机搭载的设备也随之增多,无人机空中作业日渐频繁,坠机损毁的可能性也随之增大。为避免或减少坠机后的损失,对无人机配备相关避损设备或系统的现实需求也就凸显出来。鉴于无人机在避损技术与装备方面的现实需要,本文通过对无人机避损技术的深入研究与分析,提出了一种无人机伞降自动避损技术方案,并设计实现了一个无人机伞降自动避损实验系统,包括机载伞控子系统和地面遥控子系统两个主要组成部分。在整个实验系统的硬件和软件的设计与实现过程中,采用了模块化的设计方法。在硬件设计实现方面,采用ATmage2560微控制器、MPU6000运动处理传感器、MS5611气压传感器、E32-TTL-100无线通信模块、SG90舵机等主要组件构建成机载伞控子系统;采用Arduino Nano微控制器模块、E32-TTL-100无线通信模块等主要组件构建成地面遥控子系统。在软件设计实现方面,机载伞控子系统通过运动处理传感器检测无人机的工作状态,采用判别无人机翻滚倾覆状态和自由落体下落状态作为实施降落伞开伞避损的关键策略,具有较好的无人机失控判别准确度。同时,结合气压传感器检测无人机高度状态,可以设置最高开伞高度和最低开伞高度参数,达到更好的避损效果。地面遥控子系统在无人机已经失控但机载伞控子系统自控开伞工作不正常或者不及时的情况下,提供了人工控制开伞避损的补充手段,进一步提高了整个避损系统的可用性与安全性。在完成整个实验系统硬件和软件设计实现的基础上,分别进行了静态测试、地面测试、室内测试、室外空中测试等多种场景下的测试。测试结果表明,本文设计实现的无人机伞降自动避损实验系统均取得了较好避损效果,达到了预期设计目标。