四旋翼目标跟踪飞行模式答案

【问题标题】：Quadrotor Target-Tracking Flight Pattern四旋翼目标跟踪飞行模式
【发布时间】：2011-09-08 21:18:18
【问题描述】：

我正在编写一个四旋翼直升机无人机，以使用图像处理自动追踪移动的地面目标。我正在使用的硬件非常有限，所以为了让我的自动命令考虑无人机的速度（它不知道它何时移动），我必须手动跟踪目标随时间的相对位置（大致可以是翻译成无人机的运动）。

这就是我在这方面的看法：

int lastX = Targets_Last_Position_Xcoord();
int lastY = Targets_Last_Position_Ycoord();
int nowX = Targets_Current_Position_Xcoord();
int nowY = Targets_Current_Position_Ycoord();

int speedModX = (float)(60 - (abs(lastX)-abs(nowX))) / 60.0f; // Image dimension is 120
int speedModY = (float)(73 - (abs(lastY)-abs(nowY))) / 73.0f; // Other dimension is 146

changePitch(((nowX - 60)/60.0f)*(1 + speedModX));
changeRoll(((nowY - 73)/73.0f)*(1 + speedModY));

功能“changePitch”和其他类似功能会导致发送给无人机的下一个命令包括预设最大倾斜指定百分比的俯仰变化。所以，我告诉无人机倾斜一个与目标到屏幕中心的距离直接相关的量；然后我根据目标移动的位置（目标的最后一个点和它的当前点之间的距离）加入一个乘数。

无论如何，这是我的意图；这段代码似乎只提供了一点帮助，其他因素，如气流和机械不平衡（它不是目前最优质的设备）可能会产生干扰，让我只能看到我想看到的东西。

我用来解释无人机速度的方法是否正确，和/或是否有更好的方法来处理这个问题？

编辑：speedModX 和 speedModY 的计算已更改，以前的表格在某些情况下会产生不需要的结果。新公式根据目标先前与原点的距离与目标与原点的当前距离之间的差值正确创建修饰符。

【问题讨论】：

标签： image-processing automation robotics

【解决方案1】：

如果您无法找到更好的系统建模方法，您可能需要考虑为此调整 proportional–integral–derivative (PID) controller。它们是用于自动化处理反馈循环的通用解决方案。

根据维基百科的文章：

PID 控制器将“误差”值计算为测量的过程变量与所需设定值之间的差值。控制器试图通过调整过程控制输入来最小化误差 ... 在不了解底层进程的情况下，PID 控制器是最好的控制器。

【讨论】：

我已经开始了这条道路，现在很明显 PID 不仅是解决我的问题的方法，而且涵盖了任何自主控制方法的一些重要方面。谢谢！

【解决方案2】：

这是一个相当具有挑战性的问题，您不太可能通过ad hoc 控制规则找到一个好的解决方案。在机器人文献中，该问题被表示为目标跟踪问题（谷歌“目标跟踪机器人运动规划”以获取一些有趣的阅读。）

我已经为地面轮式机器人实现了目标跟踪，我认为这些方法适用于您的问题。此外，我认为它们可以很好地扩展到您的问题中添加的第 3 维运动。看看实现“潜在领域”。该方法将机器人、目标和/或障碍物建模为带电荷的粒子。目标表现出吸引力；障碍物是用排斥力建模的。该模型易于实施，并且对于简单的跟踪/回避任务来说效果惊人。

Here 是一组介绍该主题的幻灯片。 Here 是一篇关于使用势场避障的非常好的论文。将这些方法应用于跟踪问题应该不是什么大问题（只需反转符号！）。最后，here 是一篇 ACM 论文，作者在其中描述了解决类似的目标跟踪问题。（抱歉，我无法访问 PDF）。

【讨论】：

【解决方案3】：

所以，您在上面的代码中所做的是一个比例控制器。如果您坚持使用 PID 控制器，您可能需要添加积分和微分部分。此外，根据传感器的精度和准确度，您需要考虑使用过滤器来平滑您的值。从一个简单的移动平均线开始，然后到一个卡尔曼滤波器（你会学到很多东西）。

这是您工作的另一个很好的参考：
使用视觉传感器稳定和控制四旋翼微型无人机 http://contentdm.lib.byu.edu/ETD/image/etd2375.pdf

另一个有趣的参考： http://www.ludep.com/

【讨论】：