四旋翼飞行器自主循迹取物运输系统的研究

吉林大学学报(信息科学版) ›› 2019, Vol. 37 ›› Issue (1): 100-106.

四旋翼飞行器自主循迹取物运输系统的研究

夏宏鉴，刘宏楠，刘涛，滕飞

吉林大学仪器科学与电气工程学院，长春130012

出版日期:2019-01-24 发布日期:2019-05-09
通讯作者: 滕飞( 1987— ) ，男( 满族) ，吉林永吉人，吉林大学工程师，硕士，主要从事弱信号检测与智能仪器研究，( Tel) 86-13578970212( E-mail) teng_fei@ jlu． edu． cn。 E-mail:teng_fei@ jlu． edu． cn
作者简介:夏宏鉴( 1996— ) ，男，安徽马鞍山人，吉林大学本科生，主要从事弱信号检测与智能仪器研究，( Tel) 86-17320448984( E-mail) 91708187@ qq． com; 通讯作者: 滕飞( 1987— ) ，男( 满族) ，吉林永吉人，吉林大学工程师，硕士，主要从事弱信号检测与智能仪器研究，( Tel) 86-13578970212( E-mail) teng_fei@ jlu． edu． cn。
基金资助:
国家大学生创新实验计划基金资助项目( 2016A65277)

Study of Automatic Tracking and Object Grasping System of Quadrotor

XIA Hongjian，LIU Hongnan，LIU Tao，TENG Fei

College of Instrument and Electrical Engineering，Jilin University，Changchun 130012，China

Online:2019-01-24 Published:2019-05-09

摘要/Abstract

摘要： 为实现无人机在运输方面的自动化和信息化，设计并实现一种能自主循迹、取物并运输至目标点的四旋翼飞行器。通过对四旋翼飞行器飞行控制原理的分析，使用超声波传感器获取飞行器实时高度，利用计算机图像处理技术实时判断飞行器位置，并用PID( Proportion-Integral-Derivative) 控制器控制飞行器的飞行高度和自身姿态，实现了四旋翼飞行器的自主循迹飞行和物体识别，以及驱动机械手完成对目标物体的抓取与投放。测试结果表明，飞行器可在1 m 高度上以20 cm/s 的速度沿预设轨迹自主循迹飞行，能在50 s 内识别与抓取底面半径为4 cm、高度为8 cm 的圆柱形物体，并投放在以目标点为圆心半径为25 cm 的范围内，达到了预期效果。

关键词: 四旋翼飞行器, 自主循迹, 物体抓取, 计算机视觉, PID 控制器

Abstract: In order to realize the quadrotor's automation and informatization in transportation，we designed and realized a quadrotor which could track and grasp target automatically and then carry it to the specified place．By applying the control theory of quadrotor，the quadrotor could be able to judge its position in real time using computer vision technology and acquire its amplitude with a sonar sensor，thus adjust its flying amplitude and attitude angel with the PID ( Proportion-Integral-Derivative) controller． Thus，the system finished automatically tracking and target identification using camera and drove a manipulator to accomplish target grasping and releasing． The result shows that the quadrotor could keep its flying height at 1 m，and fly at the speed of 20 cm /s． The machine could recognize and grasp a cylindrical target of which the radius is 4 cm and the length is 8 cm． The whole process can be finished in 50 s．

Key words: quadrotor, automatic tracking, object extracting, computer vision, PID controller

中图分类号:

TP242． 6

夏宏鉴, 刘宏楠, 刘涛, 滕飞. 四旋翼飞行器自主循迹取物运输系统的研究[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2019, 37(1): 100-106.

XIA Hongjian, LIU Hongnan, LIU Tao, TENG Fei. Study of Automatic Tracking and Object Grasping System of Quadrotor[J]. Journal of Jilin University (Information Science Edition), 2019, 37(1): 100-106.

[1]	陈冲, 朱晓旭, 万林葳, 付凯宇, 黄自彬, 王文雅, 车浩源. 融合深度学习技术的多模态安全管理应用 [J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2025, 43(6): 1430-1440.
[2]	邢航, 王刚, 王岩, 侯明辉. 自适应深度一致与跨频注意力的多视立体网络 [J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2025, 43(4): 724-735.
[3]	郭祥葛. 应用计算机视觉的监控图像异常行为识别算法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2025, 43(3): 682-687.
[4]	王海宽, 原锦明. 基于 Swin-Transformer 的可视化安卓恶意软件检测研究[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2024, 42(2): 339-347.
[5]	何乐华, 谢光珍, 刘柯翔, 吴宁, 张浩澜, 张忠睿. 基于 YOLOv5 的倒地检测[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2024, 42(2): 378-386.
[6]	李婉莹, 刘学艳, 杨博. 隐私保护的图像替代数据生成方法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2024, 42(1): 59-66.
[7]	张会珍, 刘云麟, 任伟建, 刘欣瑜. 人体行为识别特征提取方法综述[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2020, 38(3): 360-370.
[8]	边莉, 何辉, 杨彦方, 刘文静. 基于改进型蚁狮算法的PID控制器参数优化[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2019, 37(3): 292-298.
[9]	霍凤财，王迪，李政璋. 工业线性指针仪表识别改进方法[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2018, 36(4): 423-429.
[10]	刘富, 蔡文波, 康冰. 基于视觉的四旋翼飞行器稳定飞行控制[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2018, 36(2): 184-189.
[11]	赵晓丽, 陈慧, 宋占伟. 微型四旋翼飞行器的嵌入式视频监控终端[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2016, 34(1): 122-126.
[12]	马兴民1, 孙文财2, 徐艺2, 郑鹏宇3. 驾驶员不良情绪状态检测系统的方法研究[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2015, 33(6): 680-.
[13]	千承辉, 杨慧婷, 任同阳, 李峙雄, 滕飞. 四旋翼飞行器实时航拍及GPS 定位系统设计[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2015, 33(4): 454-.
[14]	刘洋, 于树友, 顾雪来, 陈虹. 基于模糊自整定PID 的爆胎车辆轨迹控制[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2015, 33(4): 380-.
[15]	万云霞, 许伦豹, 胡摇龙, 吴佳鑫, 王言章. 基于Arduino 的四旋翼飞行器控制系统设计[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2015, 33(4): 389-.