时间：2020-06-24 17:13来源：无人机 作者：中国通航
 图17 宾夕法尼亚大学Hummingbird 图18 多旋翼无人机协同飞行
4.3、 瑞士联邦理工学院
 图19 四旋翼无人机抓取泡沫砖块
从前面的介绍可以看出，国际上对旋翼无人机的研究的数量众多，成果丰富。国内对旋翼无人机也进行了一定的研究。虽然和国外相比还是存在很大的差距，但是一些高校已经开始在硬件设计、系统建模、平台搭建、算法研究、自主飞行和轨迹规划等各个方面都紧随世界潮流，进行了大量的研究。中国科学技术大学的郑伟博士以视觉传感器为主导传感器，多个传感器进行了融合的方法实现了路径追踪控制。此外，清华大学、国防科技大学、上海交通大学、南京航空航天大学、南京理工大学、天津大学、哈尔滨工业大学和西北工业大学等高校在多旋翼无人机的系统建模、算法研究、自主飞行、避障和轨迹追踪等方面进行了深入的研究，并且取得了可观的成绩。 5 多旋翼无人机研究的关键问题 多旋翼无人机具有结构简单、控制灵活、机动性强、垂直起降和飞行安全等特点，凭借其良好的机动性、优越的悬停和低速飞行性能受到广泛关注，多旋翼的发展依然存在着很多的关键技术的挑战。 多旋翼无人机室内定位与导航技术。传统的无人机通常使用惯性导航系统（INS）和全球定位系统（GPS）相结合的方式实现无人机的定位与导航。但是在一些环境下，由于建筑物的遮挡或者无线电干扰等因素的存在，导致GPS信号弱，设置有的时候完全不可用，所以研究一种无GPS环境下的导航方式成为目前的研究中需要攻克的技术难题。由于室内多旋翼无人机的惯性导航系统的零漂严重，在短时间内有很高的定位精度。但是随着时间的延长，误差积累使得测量精度不断降低，不宜单独使用，需要与其它传感器配合使用。尽年来，越来越多的学者将激光测距仪和视觉传感器引入无人机的定位与导航，其中视觉设备，包括机载视觉和外部视觉，外部视觉主要是光学动捕系统。另外还有蓝牙定位，宽带技术（Ultra-WideBand，UWB）定位，WiFi定位、超声波定位，照明设备定位也应用于室内定位与导航中。本文所提出的是光学动捕系统。 基于激光测距仪的室内导航定位。近几年，基于激光测距仪的定位导航技术被应用于无人机平台上，其中典型的代表是德国Ascending Technologics GmbH公司生产的一款名为ASCTEC PELICAN的多旋翼无人机，如图20所示，由于特殊的机构可以携带更多的机载设备。如图21中所示，标记1为激光测距仪。该测距仪有效工作探测距离是30米，视场角是270度，测量频率是40Hz，在不需要知道外界环境的情况下，只依靠自身的机载传感器设备，根据稳定的控制系统，研究团队开发了一款可以再室内走廊和大厅环境下实现自主导航的定位系统。  图20 多旋翼无人机ASCTEC PELICAN 图21 MIT使用的多旋翼无人机
机载视觉传感器的定位。机载视觉定位导航主要包括单目视觉主要依靠摄像机来标定，目标的距离信息是通过目标特征和图像之间的对应关系计算出的。具体方法是在测量的地面上铺设与当前地面有颜色区分的参考线，通过机载视觉传感器采集到的图像信息与参考特征的位置信息。其中双目视觉被称为立体视觉，具体是通过两个摄像头获取左右两个相机采集到的图像相位差，同时结合相机模型建立的空间投影关系得到位置信息。视觉导航得到的位置信息可以应用于无人机的室内飞行，但由于其信息量大，处理距离的算法比较复杂，容易导致导航要求的实时性不高，同时容易受到环境的光影影响，所以没有得到大面积的应用。 外部视觉传感器。光学动捕系统是一种最常见的外部视觉传感器，它是基于计算机视觉原理，依靠安装在无人机机身上的特殊红外标志物，通过外部环绕场地排列的多个摄像头来测量运动物体在空间的运动状态。今年来，多所高校在光学动捕系统的环境下，展开了一系列的研究，并取得了丰硕的成果，代表性高校有瑞士联邦理工学院、宾夕法尼亚大学、麻省理工大学和杨百翰大学等。如图8为瑞士联邦理工学院测试平台FMA概念图，图22为杨百翰大学光学动捕系统测试平台概念图。MIT和Jon athan P.How 教授基于光学动捕系统建立了测试平台RAVEN，设计了一套室内环境下实时跟踪及位姿估计得系统。宾西法尼亚大学的Nathan Michacl教授基于光学动捕系统建立测试平台Multiple Micro-UAV Test Bed，实现了室内环境下多机协同。瑞士联邦理工学院的Raffaello D’Andrea教授依靠高分辨率的外部摄像机，完成了飞行器上放置倒立摆的平衡，飞行器投掷抓取小球，飞行器特技飞行等任务。 |
