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無(wú)人機(jī)整機(jī)
無(wú)人機(jī)配件
無(wú)人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具該團(tuán)隊(duì)去年開發(fā)的初代SQUID得尺寸為 3英寸（7.6厘米）的四旋翼無(wú)人機(jī)，并且需要手動(dòng)發(fā)射。而今年的SQUID升級(jí)為功能更強(qiáng)大的6英寸版本，旋翼增加為六個(gè)，并實(shí)現(xiàn)了完全的自主權(quán)，從發(fā)射到穩(wěn)定的整個(gè)過(guò)程都不需要人為輸入。新的6英寸SQUID進(jìn)行了一些重大更新，包括空氣動(dòng)力學(xué)重新設(shè)計(jì)，通過(guò)使用可展開的翅膀改進(jìn)了發(fā)射和彈道飛行期間的被動(dòng)穩(wěn)定性。自治硬件包括一個(gè)攝像頭（FLIR Chameleon3），測(cè)距儀（TeraRanger Evo 60m），IMU /氣壓計(jì)（VectorNav VN-100）和車載計(jì)算機(jī)（NVIDIA Jetson TX2）。
SQUID從管道發(fā)射出來(lái)后的飛行包括兩個(gè)主要階段：被動(dòng)穩(wěn)定和主動(dòng)穩(wěn)定。
在第一階段中，SQUID并不是自主飛行，而是跟隨其離開發(fā)射器時(shí)的彈道。如果只是在固定不動(dòng)的條件下發(fā)射并直線上升，這并不復(fù)雜；但是如果無(wú)人機(jī)以一定角度或從行駛中的車輛發(fā)射，就需要考慮空氣動(dòng)力學(xué)，以確保無(wú)人機(jī)在發(fā)射后沿著彈道運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)穩(wěn)定性。較高的重心（電池位于鼻錐中）對(duì)此有幫助，可展開的翅膀起到雙重作用：使無(wú)人機(jī)被動(dòng)地指向氣流中，同時(shí)還充當(dāng)起落架。翅膀具有閂鎖機(jī)制，以使其既可折疊又足夠穩(wěn)定。
一旦無(wú)人機(jī)的翅膀完全展開，就會(huì)在軌跡的最高點(diǎn)之前開始主動(dòng)穩(wěn)定，進(jìn)入第二階段。無(wú)人機(jī)的主動(dòng)穩(wěn)定是基于視覺跟蹤，利用開源的魯棒視覺慣性里程表（ROVIO），這是一個(gè)擴(kuò)展的卡爾曼濾波器，可同時(shí)跟蹤3D標(biāo)志和圖像補(bǔ)丁特征。由于ROVIO將圖像強(qiáng)度信息與內(nèi)部數(shù)據(jù)緊密集成以生成距離估算值，因此ROVIO能夠在粗糙，低質(zhì)感的環(huán)境（例如人行道，水和其他行星的表面）中運(yùn)行。
在開始視覺跟蹤時(shí)，無(wú)人機(jī)的俯仰和偏移速率必須接近零，以確保相機(jī)捕獲低運(yùn)動(dòng)模糊的幀。其次，垂直速度必須接近零，因此多旋翼和地面之間的距離保持恒定，并且可以使用測(cè)距儀測(cè)量很好地確定初始特征深度。最后，橫向速度必須很小以最小化運(yùn)動(dòng)模糊。當(dāng)無(wú)人機(jī)達(dá)到這幾點(diǎn)要求后，無(wú)人機(jī)的姿勢(shì)估計(jì)值會(huì)被輸入到飛行控制器狀態(tài)估計(jì)濾波器中，以與慣性測(cè)量單元（IMU）融合。SQUID具有完整的機(jī)載狀態(tài)估計(jì)，可以自主控制高度和橫向位置。
以下幾個(gè)步驟可以總結(jié)SQUID無(wú)人機(jī)的彈射與自主飛行：
彈射并被動(dòng)穩(wěn)定
姿態(tài)控制以保持俯仰和偏移為零
控制以保持垂直速度為零
初始化視覺慣性里程表（ROVIO），并開始視覺跟蹤。此時(shí)SQUID可以進(jìn)行自主機(jī)載狀態(tài)估計(jì)，并控制自身高度和橫向位置來(lái)達(dá)到研究人員希望的飛行軌跡。
總結(jié)與展望
目前，加州理工大學(xué)和NASA團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在地面上（包括固定位置和快速行駛的卡車）部署和發(fā)射SQUID。未來(lái)，他們考慮將SQUID應(yīng)用于外空行星探測(cè)工作中，可以在空中部署SQUID，例如從大型飛機(jī)上發(fā)射小型SQUID無(wú)人機(jī)。這為在火星的航天器上部署小型無(wú)人機(jī)提供一種途徑，從而有可能減少對(duì)大型著陸器的需求。實(shí)際上，在飛行棋進(jìn)入大氣的過(guò)程中，機(jī)殼將著陸器運(yùn)送到行星表面以平衡自身，這是很常見的，方法是放下一堆（例如150公斤）重量來(lái)調(diào)整迎角。這些重量完全是沒用的鎢塊，但是如果可以放一些可在空中部署的無(wú)人機(jī)，則可以在不增加額外質(zhì)量或不增加現(xiàn)有任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的情況下，做更多的科學(xué)工作。
2025-09-04 21:58
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