多旋翼無人機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、機(jī)動性強(qiáng)、垂直起降和飛行安全等特點(diǎn)，憑借其良好的機(jī)動性、優(yōu)越的懸停和低速飛行性能受到廣泛關(guān)注，多旋翼的發(fā)展依然存在著很多的關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)。

       為什么要研究無人機(jī)室內(nèi)自主控制與自主導(dǎo)航？

       傳統(tǒng)的無人機(jī)通常使用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的定位與導(dǎo)航。但是在一些環(huán)境下，由于建筑物的遮擋或者無線電干擾等因素的存在，導(dǎo)致GPS信號弱，設(shè)置有的時(shí)候完全不可用，所以研究一種無GPS環(huán)境下的導(dǎo)航方式成為目前的研究中需要攻克的技術(shù)難題。

 

       為什么在研究無人機(jī)室內(nèi)自主控制和自主導(dǎo)航時(shí)要用到外部視覺工具？

       由于室內(nèi)多旋翼無人機(jī)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的零漂嚴(yán)重，在短時(shí)間內(nèi)有很高的定位精度。但是隨著時(shí)間的延長，誤差積累使得測量精度不斷降低，不宜單獨(dú)使用，需要與其它傳感器配合使用。

       在對無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)時(shí)，工程師需要對空中懸停、飛行中避障、機(jī)身姿態(tài)控制、定位、著陸等功能進(jìn)行開發(fā)和測試，因此工程師需要一把工作在三維空間中的尺子，實(shí)時(shí)對無人機(jī)在空間中的高度、位置、姿態(tài)、抖動、延時(shí)等指標(biāo)進(jìn)行測量，以提升開發(fā)效率。在對無人機(jī)、無人車等智能體進(jìn)行高精度編隊(duì)時(shí)，工程師需要構(gòu)建一個(gè)空間測量基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)可以實(shí)時(shí)精確測量每個(gè)智能體在空間中的位置和姿態(tài)，并通過運(yùn)行有控制軟件（如ROS）的計(jì)算機(jī)下達(dá)編隊(duì)指令。

 

       無人機(jī)自主導(dǎo)航中，無人機(jī)運(yùn)動狀態(tài)識別是無人機(jī)航跡預(yù)測的基礎(chǔ)，對無人機(jī)空管系統(tǒng)的構(gòu)建具有重要意義。無人機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)可簡化為幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，如等速狀態(tài)、等加速狀態(tài)和協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎狀態(tài)等。無人機(jī)的真實(shí)飛行過程可以認(rèn)為是由不同運(yùn)動狀態(tài)組合或轉(zhuǎn)換而成的。通過確定無人機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)，可以對無人機(jī)航跡進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而評估無人機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、建立監(jiān)管系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)。但無人機(jī)真實(shí)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，觀測數(shù)據(jù)在觀測和數(shù)據(jù)鏈傳輸過程中包含一定噪聲，難以通過簡單的閾值確定無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。所以需要一個(gè)精準(zhǔn)的外部視覺對其運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行測量。

 

       有哪些外部視覺工具？

 

       光學(xué)動捕系統(tǒng)、寬帶技術(shù)（Ultra-WideBand，UWB）定位，激光定位、超聲波定位等。

 

       外部視覺工具有哪些優(yōu)劣勢？

 

 

 

       由對比表可以看出，在光學(xué)動捕是對多旋翼無人機(jī)室內(nèi)自主控制與自主導(dǎo)航研究中光學(xué)動捕系統(tǒng)是最優(yōu)質(zhì)的選擇。

 

       悟空™光學(xué)動捕系統(tǒng)

       工作原理:

 

       精準(zhǔn)記錄運(yùn)動信息，基于計(jì)算機(jī)視覺原理，光學(xué)室內(nèi)定位系統(tǒng)通過布置在空間中的多個(gè)紅外攝像機(jī)捕捉區(qū)域內(nèi)物體上反光標(biāo)識點(diǎn)的運(yùn)動信息，并以圖像的形式記錄下來。

 

       實(shí)時(shí)解算六自由度位姿，利用計(jì)算機(jī)對捕捉到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)地解算出運(yùn)動物體的六自由度位姿，即三自由度位置（X,Y, Z坐標(biāo)）和三自由度姿態(tài)（俯仰角，偏航角和滾轉(zhuǎn)角）。該系統(tǒng)也可以稱為“室內(nèi)定位系統(tǒng)”或“室內(nèi)GPS”。

 

       多架相機(jī)支持，覆蓋范圍廣，光學(xué)室內(nèi)定位系統(tǒng)采用智能相機(jī)，將反光球圖像坐標(biāo)傳到主機(jī)，不同相機(jī)數(shù)目將產(chǎn)生不同的覆蓋范圍，相機(jī)越多，覆蓋范圍越大。

 

 

       硬件參數(shù)

 

 

 

 

       T型標(biāo)定桿輔助運(yùn)動捕捉系統(tǒng)的校準(zhǔn)L型標(biāo)定直角輔助運(yùn)動捕捉系統(tǒng)中心點(diǎn)配置

       軟件參數(shù)

 

 

 

       1、基礎(chǔ)功能

       1）支持中文的多語言、多視角、多窗口3D顯示操作界面

       2）可同時(shí)對多達(dá)數(shù)百臺Goku™ Camera進(jìn)行集中管理

       3）對視覺慣性同步控制器進(jìn)行管理

       4）高效實(shí)時(shí)視覺三維重建引擎

       5）光學(xué)慣性深度融合引擎*

       6）多達(dá)數(shù)百個(gè)智能光學(xué)剛體創(chuàng)建、標(biāo)定、管理

       7）實(shí)時(shí)物體追蹤解算及繪制

       8）數(shù)據(jù)記錄及回放

       9）空間捕捉區(qū)域?qū)崟r(shí)測算及繪制

       10）國際領(lǐng)先的IK算法

       11）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流輸出

       12）數(shù)據(jù)記錄及回放

       *僅在慣性系統(tǒng)部署時(shí)應(yīng)用