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無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具無人機(jī)飛行時(shí)很容易發(fā)生碰撞，即使是小型的障礙物，也可能使其出現(xiàn)故障，因此工程師需要定期修理或更換設(shè)備。
近日，麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種針對(duì)無人機(jī)的VR訓(xùn)練系統(tǒng)——飛行護(hù)目鏡系統(tǒng)（Flight Goggles），使無人機(jī)能夠在物理空間中“看到”虛擬環(huán)境。
該系統(tǒng)可以顯著降低無人機(jī)在實(shí)際飛行中遇到碰撞事故的頻率。同時(shí)，作為一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，它可以訓(xùn)練無人機(jī)，使其在不同環(huán)境和條件下都能平穩(wěn)飛行。
麻省理工學(xué)院航空航天學(xué)院副教授Sertac Karaman表示：“我們認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)對(duì)無人機(jī)的發(fā)展至關(guān)重要。有了該系統(tǒng)，可以使無人機(jī)在飛行過程中更靈敏、速度更快、效率更高?！?
Karaman 團(tuán)隊(duì)將在下周的“IEEE國際機(jī)器人與自動(dòng)化大會(huì)”上，詳細(xì)介紹這一系統(tǒng)的相關(guān)信息。
靈感來源
Karaman最初的想法源自一種新興競技賽事：無人機(jī)競賽。在競賽中，參賽者遙控的無人機(jī)需要穿過迷宮一樣的空間，空間內(nèi)設(shè)許多障礙物(比如窗戶、門)，操控?zé)o人機(jī)安全通過且速度最快的，將贏得這場比賽。Karaman不禁好奇：使用自動(dòng)駕駛的無人機(jī)，飛行速度上能否與玩家操控的無人機(jī)相提并論？甚至比后者速度更快、駕駛精度更高？
“接下來的兩三年里，我們計(jì)劃用自動(dòng)駕駛的無人機(jī)進(jìn)行比賽，并擊敗最厲害的參賽者?！盞araman說。為此，該團(tuán)隊(duì)將不得不開發(fā)一種全新的培訓(xùn)方案。
目前，訓(xùn)練自動(dòng)駕駛的無人機(jī)是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。研究人員要在大型的封閉式測(cè)試場地中遙控?zé)o人機(jī)，在場地上經(jīng)常掛著護(hù)網(wǎng)，以保護(hù)那些飛行中出現(xiàn)故障的無人機(jī)。他們還設(shè)置了一些路障，例如門窗，無人機(jī)可以通過躲避這些障礙物以學(xué)習(xí)飛行。另外，當(dāng)無人機(jī)發(fā)生碰撞時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行修理或更換，這也會(huì)延誤開發(fā)并增加項(xiàng)目成本。
Karaman說，這種傳統(tǒng)的訓(xùn)練方式可以用于測(cè)試那些對(duì)速度沒有硬性要求的無人機(jī)，比如用于繪制周圍環(huán)境的無人機(jī)（只需緩慢飛行）。但是對(duì)于需要在飛行環(huán)境中快速處理視覺信息的無人機(jī)來說，新的培訓(xùn)系統(tǒng)是必要的，這時(shí)就需要某種虛擬環(huán)境。
VR訓(xùn)練系統(tǒng)
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型VR訓(xùn)練系統(tǒng)包括動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、圖像渲染程序和電子設(shè)備，使其能夠快速處理圖像并將數(shù)據(jù)傳輸至無人機(jī)。
測(cè)試無人機(jī)的場地位于麻省理工學(xué)院31號(hào)大樓，內(nèi)部配備了動(dòng)作捕捉攝像頭，用于追蹤無人機(jī)飛行時(shí)的方向。
借助圖像渲染系統(tǒng)，Karaman團(tuán)隊(duì)就可以繪制真實(shí)的場景，比如公寓或起居室，并將這些圖像傳送給無人機(jī)，而實(shí)際上這些場景都是虛擬的，無人機(jī)周圍空無一物。
Karaman解釋道，“無人機(jī)將在空蕩蕩的房間里飛行，但我們會(huì)構(gòu)建出一個(gè)完全不同的虛擬場景，并使無人機(jī)在該場景中飛行。”
無人機(jī)以大約每秒90幀的速度處理虛擬圖像，大約是人眼處理圖像速度的三倍。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Karaman團(tuán)隊(duì)定制了一個(gè)嵌入超級(jí)計(jì)算機(jī)的特制電路板，同時(shí)在無人機(jī)上安裝了IMU（一種測(cè)量物體角速率以及加速度的裝置）和一個(gè)微型攝像頭。
測(cè)試過程
Karaman團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是：讓無人機(jī)在虛擬窗口（大約是無人機(jī)兩倍大?。╋w行，窗口置于虛擬客廳內(nèi)。當(dāng)無人機(jī)在實(shí)際飛行時(shí)，研究人員將客廳場景圖像傳輸給無人機(jī)。研究人員還調(diào)整了導(dǎo)航算法，使無人機(jī)能夠即時(shí)學(xué)習(xí)。
根據(jù)動(dòng)作捕捉攝像機(jī)提供的定位信息，在超過10次飛行中，無人機(jī)以每秒2.3米（5英里/小時(shí)）的速度飛行，成功地通過虛擬窗口361次，只“撞”到窗口三次。Karaman指出，即使這架無人機(jī)墜毀數(shù)千次，也不會(huì)對(duì)開發(fā)成本產(chǎn)生太大影響，因?yàn)樗窃谔摂M環(huán)境中崩潰，與現(xiàn)實(shí)世界并沒有任何實(shí)際接觸。
在最后的測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)在測(cè)試設(shè)施中設(shè)置了一個(gè)真窗口，并打開無人機(jī)的機(jī)載攝像頭，使其能夠看到窗口并應(yīng)對(duì)實(shí)際環(huán)境。通過使用研究人員在虛擬系統(tǒng)中的導(dǎo)航算法，無人機(jī)在八次飛行中，成功通過真實(shí)窗口119次，只有六次崩潰或需要人為干預(yù)。
“它在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中也順利通過了障礙物，”Karaman說?！斑@是我們?cè)谔摂M環(huán)境中對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練的結(jié)果。我們?cè)谔摂M環(huán)境中編寫程序，通過分析錯(cuò)誤幫助無人機(jī)學(xué)習(xí)飛行?！?
Karaman表示：虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)具有高度的可塑性。例如，研究人員可以在他們自己設(shè)定的場景中訓(xùn)練無人機(jī)。訓(xùn)練系統(tǒng)也可用于測(cè)試新的傳感器或現(xiàn)有傳感器的規(guī)格，以了解如何訓(xùn)練快速飛行的無人機(jī)。
實(shí)際上，就無人機(jī)的飛行狀態(tài)上來說，無人機(jī)在起飛前對(duì)角度的把控，起飛過程中對(duì)于高度、周圍事物的感知都需要傳感器來充當(dāng)它的眼睛。無人機(jī)機(jī)身一般都裝配大量的各種傳感器，包括角速率、姿態(tài)、位置、加速度、高度和空速等傳感器，這是飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
“我們可以在虛擬環(huán)境中嘗試不同規(guī)格的傳感器，并研究這些傳感器將如何幫助無人機(jī)飛行，”Karaman說。
該系統(tǒng)還可用于訓(xùn)練無人機(jī)在人們周圍安全飛行。例如，Karaman設(shè)想將訓(xùn)練場分成兩部分，一部分是無人機(jī)在里面飛行，另一部分則是穿著動(dòng)作捕捉服裝的人隨機(jī)走動(dòng)，人們的動(dòng)作會(huì)映射到無人機(jī)的虛擬訓(xùn)練場景中。無人機(jī)將在VR中“看到”人類。由于無人機(jī)實(shí)際是在空地中進(jìn)行訓(xùn)練所以即使它撞到人身上，也不會(huì)造成危害。
目前，這項(xiàng)研究得到了美國海軍研究辦公室，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室和NVIDIA公司的支持。
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