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這個(gè)無(wú)人機(jī)還會(huì)射箭！80多次反復(fù)測(cè)試，精度達(dá)±10cm，主要用于發(fā)送傳感器到危險(xiǎn)區(qū)

2021-03-24 08:11 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：文摘菌 來(lái)源：大數(shù)據(jù)文摘
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人啊，一旦進(jìn)入長(zhǎng)草期，什么花樣都能玩出來(lái)。就比如說(shuō)這無(wú)人機(jī)吧，之前大家都還主要用它做做航拍啥的?？扇缃瘢h(yuǎn)程測(cè)溫它能做了，線上競(jìng)速它也能做了，甚至研究...

人啊，一旦進(jìn)入長(zhǎng)草期，什么花樣都能玩出來(lái)。就比如說(shuō)這無(wú)人機(jī)吧，之前大家都還主要用它做做航拍啥的。可如今，遠(yuǎn)程測(cè)溫它能做了，線上競(jìng)速它也能做了，甚至研究人員還想用無(wú)人機(jī)來(lái)射箭玩兒。這...魯迅看到了也得直呼“惹不起”。

其實(shí)，研究人員也不真的只是用無(wú)人機(jī)來(lái)比賽射箭，而是想讓無(wú)人機(jī)用這樣的方式把傳感器送入一些危險(xiǎn)區(qū)域，供他們后續(xù)的調(diào)查。據(jù)了解，這個(gè)會(huì)射箭的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)總重650克，一次充電裝機(jī)最多可發(fā)射17次，最遠(yuǎn)能夠在距目標(biāo)4米處，以正負(fù)10厘米的精度將30克重的傳感器送到目標(biāo)點(diǎn)。這項(xiàng)研究由帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員完成，目前以論文的形式發(fā)表在了IEEE上。

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9164987

四旋翼無(wú)人機(jī)+傳感器發(fā)射裝置，80多次測(cè)試確認(rèn)最佳發(fā)射位置

我們還是先來(lái)仔細(xì)看看這個(gè)無(wú)人機(jī)到底有什么特殊的地方。如下圖所示，這個(gè)無(wú)人機(jī)使用了四旋翼配置，最大飛行時(shí)間為16分鐘，重量為650g。該系統(tǒng)還有一個(gè)用來(lái)搭載傳感器的空間，這需要在起飛前手工進(jìn)行加載。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了24g傳感器吊艙，吊艙包括用于彈簧壓縮的元件、飛行穩(wěn)定器和用于傳感器的囊。用于發(fā)射傳感器的能量則是通過(guò)線性彈簧以彈性能量進(jìn)行存儲(chǔ)。

從下圖看到，無(wú)人機(jī)內(nèi)置了兩個(gè)偏置彈簧，一個(gè)能提供偏壓力，一個(gè)主要用于創(chuàng)造不連續(xù)的響應(yīng)機(jī)制。如果需要某種特定的發(fā)射行為，我們可以通過(guò)修改兩個(gè)彈簧的厚度、SMA驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)線的直徑和A與β的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

具體到操作上，第一步我們需要增加A值，以達(dá)到所需的驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度，然后從可用的最小執(zhí)行器導(dǎo)線直徑開(kāi)始，增加零偏壓彈簧的厚度，直到達(dá)到所需的初始拉伸為止，再選擇次級(jí)偏置彈簧，使其歐拉負(fù)載高于零偏置負(fù)載。其次，我們需要確認(rèn)SMA的最大應(yīng)力沒(méi)有達(dá)到迭代，然后減小β，直到Euler負(fù)載盡可能接近零偏置負(fù)載為止。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員對(duì)其進(jìn)行了80多次的反復(fù)測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)，縱向的精度會(huì)隨著距離的增加而降低，而橫向的精度會(huì)受到發(fā)射時(shí)俯仰偏航和側(cè)傾振蕩的影響，但總的來(lái)說(shuō)，隨著目標(biāo)距離增加，下降趨勢(shì)明顯。

戶外測(cè)試不確定因素驟增

隨后，研究人員在戶外進(jìn)行了實(shí)地測(cè)試。他們還發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)了諸多問(wèn)題，比如說(shuō)在森林中，樹(shù)葉會(huì)影響GPS信號(hào)，這就需要用基于位置估計(jì)的車載傳感器進(jìn)行代替。測(cè)試中使用的傳感器依賴于Arduino nano 33 BLE Sense，該傳感器通過(guò)低功耗藍(lán)牙技術(shù)傳輸溫度、大氣壓和亮度等數(shù)據(jù)。在基于視覺(jué)的系統(tǒng)上，研究人員主要使用視覺(jué)慣性里程計(jì)（VIO）來(lái)充當(dāng)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的直接替代品。不過(guò)，例如飛行時(shí)間傳感器、立體視覺(jué)或深度傳感器的機(jī)載定位系統(tǒng)還是有其他優(yōu)勢(shì)的，這些系統(tǒng)可以提供深度信息，知道目標(biāo)深度后，就可以閉合回路以計(jì)算發(fā)射位置。

研究人員主要在戶外進(jìn)行了三項(xiàng)測(cè)試。結(jié)果顯示，傳感器能夠成功附著在2米和4米高的白樺樹(shù)上，再硬一點(diǎn)的木質(zhì)材料就沒(méi)辦法做到穩(wěn)定固定。

實(shí)驗(yàn)室的傳感器放置研究

這項(xiàng)研究由帝國(guó)理工大學(xué)的空中機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（Aerial Robotics Laboratory）主要執(zhí)行完成，論文一作也是實(shí)驗(yàn)室的博士生André Farinha。

實(shí)驗(yàn)室首頁(yè)：

https://www.imperial.ac.uk/aerial-robotics

文摘菌瀏覽了一下實(shí)驗(yàn)室的官網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)他們?cè)?strong>定位和傳感器放置（Perching&Sensor Placement）這一領(lǐng)域還有不少研究成果。比如這個(gè)自主四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，配有絞車式磁體，能夠在垂直表面上棲息并沿垂直表面滑動(dòng)，以便在附近進(jìn)行檢查。這也是首次實(shí)現(xiàn)束縛式四旋翼無(wú)人機(jī)，基于這項(xiàng)研究，該無(wú)人機(jī)就可以在基礎(chǔ)設(shè)施元素附近垂直懸停和棲息，從而實(shí)現(xiàn)各種地面操縱和維修任務(wù)。

再比如這個(gè)配備了被動(dòng)自適應(yīng)棲息機(jī)構(gòu)的自主四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能使無(wú)人機(jī)穩(wěn)定地附著在各種表面上，包括樹(shù)枝和管道等。此外，研究人員還開(kāi)發(fā)了一種混合動(dòng)力運(yùn)動(dòng)控制器，以確保無(wú)人機(jī)達(dá)到所需姿態(tài)時(shí)可以調(diào)節(jié)纜線張力?；旌峡刂品椒ɡ孟到y(tǒng)的機(jī)械柔韌性提高了可靠性，穩(wěn)定地連接到不規(guī)則的自然結(jié)構(gòu)，并且增加了絞盤，使無(wú)人機(jī)可以相對(duì)于分支穩(wěn)定地定向在任何位置或方向上。

除上述研究外，實(shí)驗(yàn)室在自主控制與機(jī)器人、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域也頗有建樹(shù)，感興趣的朋友們千萬(wàn)不要錯(cuò)過(guò)了。話說(shuō)回來(lái)，對(duì)于無(wú)人機(jī)會(huì)射箭這件事，你有什么看法，歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論~

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