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Project · 01

無人載具自主導航與飛控系統

開發基於 ROS / PX4 等嵌入式控制平台,整合多重感測器融合與避障演算法,實現無人機與自走車的自主移動功能,達成複雜環境下的精準導航與智慧決策。

Drone AGV Navigation ROS PX4 Embedded System

🔍 研究概覽

本研究專注於無人機(UAV)與自走車(AGV)的自主控制系統開發。透過整合 ROS(Robot Operating System)與 PX4 飛控韌體,建立一套高度模組化的控制架構,使載具能夠在動態環境下進行穩定飛行、精準定位與自主避障。

研究核心在於多重感測器融合技術,結合 IMU、GPS、光流感測器與深度相機,透過 EKF(Extended Kalman Filter)演算法對載具狀態進行即時估測,提升定位準確度與系統穩定性。

在路徑規劃方面,採用 A*、RRT* 等演算法於已知地圖環境進行全域規劃,並結合動態窗口法(DWA)實現局部避障,確保載具在複雜環境中安全抵達目標位置。

🎯

精準定位

EKF 多感測器融合,定位誤差 < 10 cm

🛡️

即時避障

DWA 局部規劃器,20 Hz 即時響應

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模組化架構

ROS 節點設計,支援多載具協同任務

⚙️

嵌入式部署

支援 Jetson Nano / Raspberry Pi 邊緣運算

📌 研究主題

✈️

飛行控制系統

設計 PID / LQR 飛控演算法,實現四旋翼無人機的姿態穩定控制與精準懸停,並支援自動起降功能。

🗺️

自主路徑規劃

結合全域路徑規劃(A*、Dijkstra)與局部避障(DWA、VFH),在靜態與動態障礙物環境下實現安全導航。

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感測器融合

整合 IMU、LiDAR、深度相機與 GPS 資料,透過擴展卡爾曼濾波器(EKF)提升狀態估測精度。

🤖

地面自走車控制

開發差速驅動 AGV 的運動控制模型,實現倉儲環境中的自主巡線、搬運與目標追蹤功能。

🖥️

嵌入式系統整合

在 NVIDIA Jetson、Raspberry Pi 等邊緣運算平台上部署 ROS 節點,實現車載即時推理與控制。

🌐

多機協同任務

研究多台無人機或無人車的分散式協調策略,完成編隊飛行、協同探索與任務分配等應用。

🎯 研究目標

01

建立高穩定飛控架構

設計能抵抗外部干擾的魯棒飛控系統,確保複雜氣流環境下的穩定飛行。

02

實現 GPS-denied 導航

在無 GPS 訊號的室內環境中,透過視覺里程計(VO)與 SLAM 技術完成自主定位。

03

開發輕量化邊緣推理

將目標偵測模型壓縮部署至嵌入式裝置,在功耗限制下達到即時感知與決策。

04

建構多機協同框架

設計分散式通訊協定,支援異構載具(UAV + AGV)執行協作任務。

🛠️ 使用技術與工具

ROS / ROS2 PX4 Autopilot ArduPilot Python C++ MAVROS Gazebo Simulation OpenCV ORB-SLAM3 Extended Kalman Filter NVIDIA Jetson Raspberry Pi LiDAR Depth Camera (RealSense) IMU A* / RRT*