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無(wú)人機(jī)在這幾年大放異彩：監(jiān)視、運(yùn)送任務(wù)、搜索和救援工作。

但是，隨著這些便攜式飛行器承擔(dān)更多獨(dú)特和困難的任務(wù)，他們需要能夠在越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性的情況下降落。

上海交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院開(kāi)發(fā)的一種新設(shè)計(jì)的名為“搭便車”(Hitchhiker)的無(wú)人機(jī)不僅能夠在傾斜的表面著陸，還能在運(yùn)動(dòng)中的傾斜表面著陸，比如行駛中的汽車的側(cè)面。

論文發(fā)表在 IEEE 自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)報(bào)上：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10092478

這款“搭便車”是Sensen Liu在上海交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院無(wú)人系統(tǒng)合作智能實(shí)驗(yàn)室的博士后工作的一部分。他解釋說(shuō): “我們之所以感興趣，是因?yàn)樵S多建筑物ーー包括建筑物、橋梁和地面交通工具ーー都有傾斜的表面，傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)很難在這些表面著陸……通過(guò)創(chuàng)造具有這種能力的無(wú)人機(jī)，我們可以利用這些表面作為著陸點(diǎn)，擴(kuò)大無(wú)人機(jī)技術(shù)的使用可能性。”

劉的團(tuán)隊(duì)對(duì)開(kāi)發(fā)能夠在行駛中的汽車側(cè)面著陸的無(wú)人機(jī)特別感興趣，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的無(wú)人機(jī)將能夠在汽車行駛時(shí)偵察周圍環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)分析。

一旦無(wú)人機(jī)完成偵察任務(wù)，它可以緊貼在汽車的側(cè)面，以幫助節(jié)約能源，延遲電池必須更換或充電之前所需的時(shí)間。

為了制造這種無(wú)人機(jī)，劉和同事們?cè)谏虾＝煌ù髮W(xué)副教授Wei Dong的指導(dǎo)下，開(kāi)發(fā)了一種軌跡規(guī)劃算法，可以計(jì)算出四軸飛行器每個(gè)旋翼的單獨(dú)推力。它采用兩階段跟蹤方法，分析無(wú)人機(jī)的位置和姿態(tài)。

自主設(shè)計(jì)自動(dòng)密封吸盤(pán)，完成最后著陸

為了幫助“搭便車”(Hitchhiker)抓住表面ーー即使是在陡峭的斜坡上ーー無(wú)人機(jī)的底部有一個(gè)機(jī)車軸式，上面安裝了一組自動(dòng)密封的吸盤(pán)。這種軸式增加了吸盤(pán)接觸到所需著陸表面的幾率，有助于彌補(bǔ)無(wú)人機(jī)軌跡規(guī)劃中的任何錯(cuò)誤。

在一系列的實(shí)驗(yàn)中，研究人員在一輛汽車上安裝了一個(gè)可以調(diào)節(jié)傾斜角度的表面，并且評(píng)估了當(dāng)汽車行駛時(shí)搭便車者在傾斜的表面上著陸的情況。研究結(jié)果表明，“搭便車”可以成功且可靠地在表面著陸，此時(shí)車速可達(dá)每秒1.07米，傾角可達(dá)90度，成功率達(dá)到70%以上。

作者說(shuō)，自封吸盤(pán)是幫助“搭便車”抓住物體表面的關(guān)鍵因素，與使用傳統(tǒng)吸盤(pán)的無(wú)人機(jī)相比，自封吸盤(pán)的成功率提高了45%。

有趣的是，無(wú)人機(jī)在向后移動(dòng)的物體表面上比在向前移動(dòng)的路面上更容易成功著陸。

“在表面上進(jìn)行向前和向后運(yùn)動(dòng)的成功率之間的微小差異令人驚訝?！毖芯咳藛T指出，這可能是因?yàn)楫?dāng)表面向后移動(dòng)時(shí)，姿態(tài)和速度控制輸入更加緊密地對(duì)齊，從而最大限度地減少了無(wú)人機(jī)在表面抓地力方面的任何錯(cuò)誤。

未來(lái)展望

“搭便車”目前的一個(gè)局限性是它依賴于外部定位攝像頭。在未來(lái)，研究小組將探索如何確保搭便車者能夠在不需要這種外部設(shè)備的情況下降落在物體表面上。

“為了做到這一點(diǎn)，我們計(jì)劃開(kāi)發(fā)新的基于機(jī)載視覺(jué)的算法，利用先進(jìn)的目標(biāo)定位系統(tǒng)，即使在大型姿態(tài)飛行操作，”研究人員表示，“我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的潛力感到興奮，并正在積極探索各種商業(yè)化機(jī)會(huì)，將其推向市場(chǎng)?！?/p>

相關(guān)報(bào)道：

https://spectrum.ieee.org/drone-landing

https://spectrum.ieee.org/drone-landing-2659913493