IARC第7代任務(wù)的機載計算解決方案

　　1.3 避障部分

　　避障部分主要由激光雷達組成，激光雷達測距系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。這里選用日本北陽株式會社產(chǎn)的Hokuyo UTM-30LX激光雷達，如圖5所示，此款雷達有270度的測量范圍和30米的測試距離，總重270g，滿足飛行器避障模塊的要求。

　　2 軟件結(jié)構(gòu)

　　軟件結(jié)構(gòu)主要可以分為4個部分：定位、目標(biāo)識別與跟蹤、高度控制和避障。幾個模塊之間是互相獨立又互相聯(lián)系的，整個控制回路最后數(shù)據(jù)融合輸出到飛行器硬件平臺。在ROS框架下有很多開源的包可以利用，各個軟件模塊都在ROS下實現(xiàn)。軟件整體結(jié)構(gòu)如圖6所示，下面分塊介紹逐個模塊的實現(xiàn)。

　　2.1 TLD算法

　　TLD(Tracking-Learning-Detecting)由英國薩利大學(xué)的Zdenek Kalal提出^[5]。TLD是一種穩(wěn)定、魯棒、可靠的長時間跟蹤算法。該算法研究的出發(fā)點是單獨地運用現(xiàn)有跟蹤算法或檢測算法都無法長時間地跟蹤目標(biāo)。Kalal創(chuàng)造性地將跟蹤算法和檢測算法相結(jié)合來解決跟蹤目標(biāo)在被跟蹤過程中發(fā)生的形變、部分遮擋等問題，同時，通過一種改進的在線學(xué)習(xí)機制不斷更新跟蹤模塊的“顯著特征點”和檢測模塊的目標(biāo)模型及相關(guān)參數(shù)，從而使得跟蹤效果更加理想。

　　在此系統(tǒng)中，為了保持好的追蹤效果。根據(jù)地面機器人在圖像中的位置，引入一個PD控制器，使飛行器保持在地面機器人上方?？刂破鞯妮斎胧菙z像頭畫面中央的像素位置，反饋值是實際捕捉到的地面機器人在圖像中的位置，控制框圖如圖7所示，根據(jù)實驗調(diào)整PD參數(shù)而使地面機器人保持在圖像的中央。圖8顯示了飛行器識別出的地面機器人，圖9顯示飛行器正在跟蹤地面機器人。

　　2.2 高度控制算法

　　根據(jù)實際飛行器實驗和悟空控制系統(tǒng)的說明^[6]，測試到油門信號與飛行器的實際升降有對應(yīng)關(guān)系，具體如圖10所示。油門PWM信號占空比分子在1000到2000之間變化，當(dāng)在1450到1550之間時，悟空控制系統(tǒng)會使飛行器會自動鎖定當(dāng)前高度，根據(jù)這一特點設(shè)計了開關(guān)控制器，當(dāng)高度低于給定值將占空比分子設(shè)置成1580，這樣飛行器會緩緩上升。當(dāng)高度高于給定值時設(shè)成1430，這樣飛行器緩緩下降。并設(shè)置實際值在給定值上下5cm不作控制，即自動鎖定當(dāng)前高度。如圖11，實驗時給定值在0.5m—1m—1.5m切換時，飛行器能及時達到給定值。在打舵的時候，飛行器高度會有所改變，該控制器也能及時調(diào)整達到設(shè)定高度。圖11中直線表示給定高度，綠線表示飛行器的實際高度，在時間10s附近開啟高度控制器。

　　3 結(jié)束語

　　基于國際空中機器人大賽第7代任務(wù)，本文提出了一種機載設(shè)備的實現(xiàn)方法，并詳細介紹了該方法的硬件平臺和軟件模塊。此方法完成了定位、高度控制、障礙物規(guī)避和單一地面機器人識別與跟蹤。飛行器續(xù)航能力有限且比賽時間有一定要求，所以要完成比賽a階段的追趕目標(biāo)，上層的策略模塊還需要進一步完善。比賽的b階段增加了飛行器的同臺博弈，因此還需要更多的實驗以增加系統(tǒng)的魯棒性。

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