一種基于視覺慣性里程計的微型無人機控制系統設計

孫藝東，戴天虹，羅飛揚

（1.東北林業大學 機電工程學院，黑龍江哈爾濱，150000；2.中國民航大學 航空工程學院，天津，300000）

0 引言

近年來，微型無人機系統的應用范圍越來越廣，適用途徑也從傳統的航拍，巡邏等應用，逐漸向室內外建圖、農業播撒、特種偵察等專業的行業應用轉變[1]。針對無人機本身設計難度適中及愈發豐富的行業應用背景，越來越多的高校將無人機控制系統設計納入大學本科和研究生階段重要的創新環節。各類關于無人機的學科競賽也層出不窮，其中全國大學生電子設計競賽是教育部和工業和信息化部共同發起的大學生學科競賽之一，組委會于2021年比賽中，提出了面向行業應用的“植保無人機”賽題。

賽題要求設計一基于四旋翼飛行器的模擬植保飛行器，完成自主飛行、循跡和控制激光筆的閃爍功能，以此來模擬對指定田塊完成“撒藥”作業。這類賽題要求無人機能夠在室內無GPS場景下進行位置和姿態控制[2]，并完成指定的路徑的規劃和目標搜索和識別功能。對無人機姿態控制系統、機載傳感器和機載圖像識別模塊都有了更復雜的需求。本文針對上述賽題需求，提出了一種基于視覺慣性里程計的微型無人機控制系統設計方案，解決了無人機在室內無GPS有效定位條件下的無人機位姿控制和路徑規劃問題，結合對各類視覺識別傳感器的分析，最終提出了一套針對“植保無人機”賽題的解決方案。

目前針對無人機等微小型機器人，常用的室內定位方法包括，光流法、短距基站定位法、并發建圖與定位法和視覺慣性里程計法[3]。……