時間：2020-06-24 17:13來源：無人機 作者：中國通航
 圖17 賓夕法尼亞大學Hummingbird 圖18 多旋翼無人機協(xié)同飛行
4.3、 瑞士聯(lián)邦理工學院
 圖19 四旋翼無人機抓取泡沫磚塊
從前面的介紹可以看出，國際上對旋翼無人機的研究的數量眾多，成果豐富。國內對旋翼無人機也進行了一定的研究。雖然和國外相比還是存在很大的差距，但是一些高校已經開始在硬件設計、系統(tǒng)建模、平臺搭建、算法研究、自主飛行和軌跡規(guī)劃等各個方面都緊隨世界潮流，進行了大量的研究。中國科學技術大學的鄭偉博士以視覺傳感器為主導傳感器，多個傳感器進行了融合的方法實現(xiàn)了路徑追蹤控制。此外，清華大學、國防科技大學、上海交通大學、南京航空航天大學、南京理工大學、天津大學、哈爾濱工業(yè)大學和西北工業(yè)大學等高校在多旋翼無人機的系統(tǒng)建模、算法研究、自主飛行、避障和軌跡追蹤等方面進行了深入的研究，并且取得了可觀的成績。 5 多旋翼無人機研究的關鍵問題 多旋翼無人機具有結構簡單、控制靈活、機動性強、垂直起降和飛行安全等特點，憑借其良好的機動性、優(yōu)越的懸停和低速飛行性能受到廣泛關注，多旋翼的發(fā)展依然存在著很多的關鍵技術的挑戰(zhàn)。 多旋翼無人機室內定位與導航技術。傳統(tǒng)的無人機通常使用慣性導航系統(tǒng)（INS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）相結合的方式實現(xiàn)無人機的定位與導航。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，導致GPS信號弱，設置有的時候完全不可用，所以研究一種無GPS環(huán)境下的導航方式成為目前的研究中需要攻克的技術難題。由于室內多旋翼無人機的慣性導航系統(tǒng)的零漂嚴重，在短時間內有很高的定位精度。但是隨著時間的延長，誤差積累使得測量精度不斷降低，不宜單獨使用，需要與其它傳感器配合使用。盡年來，越來越多的學者將激光測距儀和視覺傳感器引入無人機的定位與導航，其中視覺設備，包括機載視覺和外部視覺，外部視覺主要是光學動捕系統(tǒng)。另外還有藍牙定位，寬帶技術（Ultra-WideBand，UWB）定位，WiFi定位、超聲波定位，照明設備定位也應用于室內定位與導航中。本文所提出的是光學動捕系統(tǒng)。 基于激光測距儀的室內導航定位。近幾年，基于激光測距儀的定位導航技術被應用于無人機平臺上，其中典型的代表是德國Ascending Technologics GmbH公司生產的一款名為ASCTEC PELICAN的多旋翼無人機，如圖20所示，由于特殊的機構可以攜帶更多的機載設備。如圖21中所示，標記1為激光測距儀。該測距儀有效工作探測距離是30米，視場角是270度，測量頻率是40Hz，在不需要知道外界環(huán)境的情況下，只依靠自身的機載傳感器設備，根據穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，研究團隊開發(fā)了一款可以再室內走廊和大廳環(huán)境下實現(xiàn)自主導航的定位系統(tǒng)。  圖20 多旋翼無人機ASCTEC PELICAN 圖21 MIT使用的多旋翼無人機
機載視覺傳感器的定位。機載視覺定位導航主要包括單目視覺主要依靠攝像機來標定，目標的距離信息是通過目標特征和圖像之間的對應關系計算出的。具體方法是在測量的地面上鋪設與當前地面有顏色區(qū)分的參考線，通過機載視覺傳感器采集到的圖像信息與參考特征的位置信息。其中雙目視覺被稱為立體視覺，具體是通過兩個攝像頭獲取左右兩個相機采集到的圖像相位差，同時結合相機模型建立的空間投影關系得到位置信息。視覺導航得到的位置信息可以應用于無人機的室內飛行，但由于其信息量大，處理距離的算法比較復雜，容易導致導航要求的實時性不高，同時容易受到環(huán)境的光影影響，所以沒有得到大面積的應用。 外部視覺傳感器。光學動捕系統(tǒng)是一種最常見的外部視覺傳感器，它是基于計算機視覺原理，依靠安裝在無人機機身上的特殊紅外標志物，通過外部環(huán)繞場地排列的多個攝像頭來測量運動物體在空間的運動狀態(tài)。今年來，多所高校在光學動捕系統(tǒng)的環(huán)境下，展開了一系列的研究，并取得了豐碩的成果，代表性高校有瑞士聯(lián)邦理工學院、賓夕法尼亞大學、麻省理工大學和楊百翰大學等。如圖8為瑞士聯(lián)邦理工學院測試平臺FMA概念圖，圖22為楊百翰大學光學動捕系統(tǒng)測試平臺概念圖。MIT和Jon athan P.How 教授基于光學動捕系統(tǒng)建立了測試平臺RAVEN，設計了一套室內環(huán)境下實時跟蹤及位姿估計得系統(tǒng)。賓西法尼亞大學的Nathan Michacl教授基于光學動捕系統(tǒng)建立測試平臺Multiple Micro-UAV Test Bed，實現(xiàn)了室內環(huán)境下多機協(xié)同。瑞士聯(lián)邦理工學院的Raffaello D’Andrea教授依靠高分辨率的外部攝像機，完成了飛行器上放置倒立擺的平衡，飛行器投擲抓取小球，飛行器特技飛行等任務。 |
