SpiderMAV：無人機(jī)棲息和穩(wěn)定飛行解決方案

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

憑借改裝的 DJI Matrice 100 無人機(jī)，英國倫敦帝國理工學(xué)院空中機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的研究人員完成了一種全新棲息技術(shù)的概念驗(yàn)證，并于2017年末在溫哥華舉行的智能機(jī)器人和系統(tǒng)（IROS）會議上展示了該技術(shù)。

SpiderMAV模擬了一種蛛網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)，其附加模塊能夠射出類似于蛛絲的繩索，幫助無人機(jī)懸浮在附近表面上。

為什么棲息功能有價(jià)值？

對于無人機(jī)而言，風(fēng)速變化時(shí)保持飛行穩(wěn)定是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，算法處理的內(nèi)容非常多，需要消耗大量能量。節(jié)能研究通常并不那么令人激動，然而Mirko Kova?博士解釋說：“空中機(jī)器人技術(shù)的主要挑戰(zhàn)之一是飛行時(shí)的高能耗，這不僅限制了系統(tǒng)重量——低于2千克（或4.4磅），而且限制了飛行時(shí)間——通常只有幾十分鐘?！毖娱L飛行時(shí)間對于今天的無人機(jī)技術(shù)以及未來飛行機(jī)器人的可能性來說無疑具有巨大的價(jià)值。

棲息技術(shù)不僅可以節(jié)省能量，而且還可以讓無人機(jī)懸浮在空中，從而獲得穩(wěn)定性和精確度。風(fēng)的變化不利于感測、檢驗(yàn)或攝影無人機(jī)的運(yùn)行。

棲息功能的另一個(gè)價(jià)值是允許無人機(jī)在危險(xiǎn)或不安全的條件下更加自主?！霸摷夹g(shù)的一個(gè)核心應(yīng)用領(lǐng)域是深礦，比如無人機(jī)可以在礦井中執(zhí)行測繪任務(wù)、采樣任務(wù)，以及查找貴金屬位置等”，Kova?表示。

研究人員還在考慮如何能夠讓飛行機(jī)器人進(jìn)行增材制造，比如3D打印或ad-hoc構(gòu)造，以修復(fù)受損表面。只有棲息技術(shù)能夠同時(shí)提供飛行穩(wěn)定性和能效時(shí)，人們才能實(shí)現(xiàn)這種類型的機(jī)器人無人機(jī)技術(shù)。

近期潛在應(yīng)用包括：天氣條件變化時(shí)（比如暴風(fēng)雨的強(qiáng)風(fēng)）實(shí)現(xiàn)無沖擊影片拍攝。我們不建議在強(qiáng)風(fēng)中飛行無人機(jī)，但是以下視頻描述了在大風(fēng)中導(dǎo)航無人機(jī)的一些注意事項(xiàng)。

piderMAV如何棲息？

SpiderMAV利用兩個(gè)附加模塊實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的空中棲息。安裝在無人機(jī)頂部的是棲息模塊，安裝在無人機(jī)底部的是穩(wěn)定模塊。兩個(gè)模塊采用了相同的發(fā)射和錨固技術(shù)，不同的是頂部的棲息模塊豎直向上發(fā)射繩索以固定無人機(jī)的垂直方向，而底部的穩(wěn)定模塊使用水平錨線固定機(jī)身。

模塊利用壓縮氣體發(fā)射一塊栓有聚苯乙烯繩索的磁鐵。將磁鐵固定到諸如梁或金屬片之類的磁性表面之后，機(jī)器的卷繞系統(tǒng)將繩索卷入，從而將繩索拉緊。無人機(jī)穩(wěn)固后，可以降低電機(jī)速度，或者完全關(guān)閉電機(jī)。

在測試中，研究人員用風(fēng)扇模擬側(cè)風(fēng)，在沒有任何穩(wěn)定繩索的情況下，懸停的DJI在x軸上偏移了5.4英寸，在y軸上偏移了15.2英寸，在z軸上偏移了4.2英寸。風(fēng)扇模擬條件不變，測試SpiderMAV時(shí)，由于配備了穩(wěn)定功能，其空間偏移在x軸上減小到1.9英寸，在y軸上減小到3.1英寸，在z軸上減小到2.9英寸。除了穩(wěn)定性顯著增加之外，電池消耗也幾乎降低到了零。

SpiderMAV的靈感

設(shè)備名稱含有“Spider”（蜘蛛）字樣，顯而易見，研究人員從蜘蛛身上獲得了靈感。

為SpiderMAV帶來靈感的蜘蛛叫做達(dá)爾文樹皮蜘蛛。在這個(gè)展示運(yùn)動中的蜘蛛視頻中，您可以看到蜘蛛如何吐絲，然后通過風(fēng)形成一條82英尺長的錨線。這種動物用蛛絲制作強(qiáng)力支撐結(jié)構(gòu)的能力為研究團(tuán)隊(duì)帶來了靈感。

倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員正在將仿生作為許多設(shè)計(jì)的核心功能。“仿生設(shè)計(jì)成功的核心是從生物學(xué)中抽象基本設(shè)計(jì)原則，以及如何使用最先進(jìn)的技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)設(shè)計(jì)”，Kova?表示。

當(dāng)然，靈感來自自然界的技術(shù)并不是什么新鮮事，比如飛行蝙蝠機(jī)器人（Bat Bot），還有由各種動物啟發(fā)的六足機(jī)器人等等。

未來研究

到目前為止，SpiderMAV仍然是一個(gè)概念驗(yàn)證，只是展示了這種功能研究所帶來的直接好處。雖然錨固機(jī)制有了技術(shù)原型，但是研究人員尚未研究出SpiderMAV如何脫離其棲息位置——這是實(shí)現(xiàn)全功能模塊的重要部分。

此外，研究團(tuán)隊(duì)正致力于開發(fā)其他錨固系統(tǒng)（非磁力）。雖然磁鐵對金屬表面非常有效，但為了讓錨定功能在現(xiàn)實(shí)世界中使用，系統(tǒng)需要適應(yīng)金屬以外的其他材料。

為了說明這種錨線制造技術(shù)如何用于機(jī)器人無人機(jī)，研究團(tuán)隊(duì)用兩架無人機(jī)合作編織了一個(gè)支撐網(wǎng)，并拍攝了相關(guān)視頻?！巴ㄟ^這種方法，繩索就像一個(gè)智能結(jié)構(gòu)，可以纏繞到任何幾何體上”，Kova?表示。

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級版適用于所有熱愛電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇