这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

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编者按:本文来自微信公众号“大数据文摘”(ID:BigDataDigest),作者:Caleb,36氪经授权发布。

人啊,一旦进入长草期,什么花样都能玩出来。

就比如说这无人机吧,之前大家都还主要用它做做航拍啥的。

可如今,远程测温它能做了,线上竞速它也能做了,甚至研究人员还想用无人机来射箭玩儿。

这…鲁迅看到了也得直呼“惹不起”。

其实,研究人员也不真的只是用无人机来比赛射箭,而是想让无人机用这样的方式把传感器送入一些危险区域,供他们后续的调查。

据了解,这个会射箭的无人机系统总重650克,一次充电装机最多可发射17次,最远能够在距目标4米处,以正负10厘米的精度将30克重的传感器送到目标点。

这项研究由帝国理工学院的研究人员完成,目前以论文的形式发表在了IEEE上。

这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

论文链接:

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9164987

四旋翼无人机+传感器发射装置,80多次测试确认最佳发射位置

我们还是先来仔细看看这个无人机到底有什么特殊的地方。

如下图所示,这个无人机使用了四旋翼配置,最大飞行时间为16分钟,重量为650g。该系统还有一个用来搭载传感器的空间,这需要在起飞前手工进行加载。

在后续实验中,研究人员使用了24g传感器吊舱,吊舱包括用于弹簧压缩的元件、飞行稳定器和用于传感器的囊。用于发射传感器的能量则是通过线性弹簧以弹性能量进行存储。

这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

从下图看到,无人机内置了两个偏置弹簧,一个能提供偏压力,一个主要用于创造不连续的响应机制。如果需要某种特定的发射行为,我们可以通过修改两个弹簧的厚度、SMA驱动器导线的直径和A与β的值来实现。

这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

具体到操作上,第一步我们需要增加A值,以达到所需的驱动长度,然后从可用的最小执行器导线直径开始,增加零偏压弹簧的厚度,直到达到所需的初始拉伸为止,再选择次级偏置弹簧,使其欧拉负载高于零偏置负载。

其次,我们需要确认SMA的最大应力没有达到迭代,然后减小β,直到Euler负载尽可能接近零偏置负载为止。

在实验过程中,研究人员对其进行了80多次的反复测试,可以发现,纵向的精度会随着距离的增加而降低,而横向的精度会受到发射时俯仰偏航和侧倾振荡的影响,但总的来说,随着目标距离增加,下降趋势明显。

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户外测试不确定因素骤增

随后,研究人员在户外进行了实地测试。

他们还发现并改进了诸多问题,比如说在森林中,树叶会影响GPS信号,这就需要用基于位置估计的车载传感器进行代替。

测试中使用的传感器依赖于Arduino nano 33 BLE Sense,该传感器通过低功耗蓝牙技术传输温度、大气压和亮度等数据。

在基于视觉的系统上,研究人员主要使用视觉惯性里程计(VIO)来充当运动捕捉系统的直接替代品。不过,例如飞行时间传感器、立体视觉或深度传感器的机载定位系统还是有其他优势的,这些系统可以提供深度信息,知道目标深度后,就可以闭合回路以计算发射位置。

这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

研究人员主要在户外进行了三项测试。结果显示,传感器能够成功附着在2米和4米高的白桦树上,再硬一点的木质材料就没办法做到稳定固定。

实验室的传感器放置研究

这项研究由帝国理工大学的空中机器人实验室(Aerial Robotics Laboratory)主要执行完成,论文一作也是实验室的博士生André Farinha。

这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

实验室首页:

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

文摘菌浏览了一下实验室的官网,发现他们在定位和传感器放置(Perching&Sensor Placement)这一领域还有不少研究成果。

比如这个自主四旋翼无人机系统,配有绞车式磁体,能够在垂直表面上栖息并沿垂直表面滑动,以便在附近进行检查。

这也是首次实现束缚式四旋翼无人机,基于这项研究,该无人机就可以在基础设施元素附近垂直悬停和栖息,从而实现各种地面操纵和维修任务。

这个无人机还会射箭,80多次反复测试,精度达±10cm,主要用于发送传感器到危险区

再比如这个配备了被动自适应栖息机构的自主四旋翼无人机系统。

这个系统能使无人机稳定地附着在各种表面上,包括树枝和管道等。此外,研究人员还开发了一种混合动力运动控制器,以确保无人机达到所需姿态时可以调节缆线张力。

混合控制方法利用系统的机械柔韧性提高了可靠性,稳定地连接到不规则的自然结构,并且增加了绞盘,使无人机可以相对于分支稳定地定向在任何位置或方向上。

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除上述研究外,实验室在自主控制与机器人、软体机器人等领域也颇有建树,感兴趣的朋友们千万不要错过了。

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