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中国农机化学报

中国农机化学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (7): 179-187.DOI: 10.13733/j.jcam.issn.20955553.2022.07.026

• 农业智能化研究 • 上一篇    下一篇

基于头部姿态控制的农田监测无人机云台设计与实现

周利杰1, 2,孙迎建1, 2,蔡国庆1,郝瑞林1,刘辉1   

  1. 1. 河北水利电力学院机械工程系,河北沧州,061001;

    2. 河北省工业机械手控制与可靠性技术创新中心,河北沧州,061001
  • 出版日期:2022-07-15 发布日期:2022-06-27
  • 基金资助:
    河北省高等学校科学技术研究青年基金项目(QN2021226);省属高等学校基本科研业务费研究项目(SYKY2009);河北省大学生创新训练项目(S201910085010)

Design and implementation of airborne gimbal for farmland monitoring based on head attitude tracking

Zhou Lijie, Sun Yingjian, Cai Guoqing, Hao Ruilin, Liu Hui.    

  • Online:2022-07-15 Published:2022-06-27

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

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