申请/专利权人：湖南文理学院

申请日：2023-07-12

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN116700348B

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46;G05D109/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2023.09.22#实质审查的生效;2023.09.05#公开

摘要：本发明公开了一种四旋翼飞行器视觉受限的视觉伺服控制方法及系统，所述方法包括：建立四旋翼飞行器的可操作空间到任务空间的瞬时运动学方程；对摄像设备的单个特征点透视投影模型进行求导简化处理，并基于求导简化结果与所述瞬时运动学方程结合；将单个特征点在虚拟图像二维平面中与摄像设备的运动关系应用到跟踪目标的多个特征点中进行多特征点方程的构建处理；对多特征点方程进行降维处理；进行控制成本函数构建处理；进行非线性优化处理，形成非线性优化问题方程；对非线性优化问题方程进行求解处理，并基于求解结果进行视觉伺服控制处理。在本发明实施例中，实现仅靠摄像设备和惯性测量即可实现四旋翼飞行器对地面运动物体的跟踪控制。

主权项：1.一种四旋翼飞行器视觉受限的视觉伺服控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于设置在四旋翼飞行器底部的摄像设备采集的图像信息建立四旋翼飞行器的可操作空间到任务空间的瞬时运动学方程；对所述摄像设备的单个特征点透视投影模型进行求导简化处理，并基于求导简化结果与所述瞬时运动学方程结合，获得单个特征点在虚拟图像二维平面中与所述摄像设备的运动关系；将单个特征点在虚拟图像二维平面中与所述摄像设备的运动关系应用到跟踪目标的多个特征点中进行多特征点方程的构建处理，获得多特征点方程；采用动态模式分解对所述多特征点方程进行降维处理，获得视觉伺服控制的状态方程；基于所述视觉伺服控制的状态方程进行控制成本函数构建处理，获得控制成本函数；基于所述控制成本函数和所述状态方程引入约束条件进行非线性优化处理，形成非线性优化问题方程；基于非线性最优化工具CasADI对所述非线性优化问题方程进行求解处理，并基于求解结果进行视觉伺服控制处理；其中，所述基于设置在四旋翼飞行器底部的摄像设备采集的图像信息建立四旋翼飞行器的可操作空间到任务空间的瞬时运动学方程，包括：构建四旋翼飞行器动态模型中的惯性坐标系A＝{Oa,Xa,Ya,Za}和机体坐标系B＝{Ob,Xb,Yb,Zb}，机载相机参考系C＝{Oc,Xc,Yc,Zc}摄像设备的虚拟二维平面投影坐标系Cp＝{Vp,Up}，四旋翼飞行器的重心与机体坐标系的原点Ob重合；假设ηa＝[ηxηyηzψ]T表示四旋翼飞行器在惯性坐标系下的位置向量和航向角；ηx0ηy0ηz0表示重心在机体坐标系下的坐标；fxfyfz表示摄像设备到四旋翼飞行器的重心的距离；建立摄像设备与四旋翼飞行器的空间位置关系方程如下： 其中，s＝sin·,c＝cos·；对方程1微分，同时引入四旋翼飞行器的机动性约束μ＝[μlμmμnω]T，构建四旋翼飞行器的可操作空间到任务空间的瞬时运动学方程如下： 其中，所述瞬时运动学方程中的Jaψt如下： 所述瞬时运动学方程表示四旋翼飞行器的可操作空间μt到任务空间的线性映射；μt表示四旋翼飞行器的机动性约束函数；ψ表示航向角；ψt表示航向角的时间函数；Jaψt表示映射矩阵；

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权利要求：

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