Se denna robotquadcopter flyga aggressivt genom smala luckor

Mikroflygfordon kan en dag ge ett betydande bidrag till sök- och räddningsoperationer efter katastrofer som jordbävningar eller tsunamier. Det är lätt att föreställa sig quadcoptrar som bedömer byggnader, går in genom spruckna väggar och flyger genom kollapsade utrymmen för att hitta människor som är instängda.

Men om dessa fordon någonsin ska klara av den här uppgiften kommer de att behöva navigera autonomt genom smala luckor i hastighet och med en mängd olika vinkelaccelerationer, vrida och svänga när de flyger för att pressa sig genom det tillgängliga utrymmet.

Det är lättare sagt än gjort. Faktum är att ingen drönare har kunnat göra detta utan betydande extern processorkraft för att hjälpa (se Daredevil Drone Files through the Trees Like an Ace).

Idag förändras det tack vare Davide Falangas och vänners arbete vid universitetet i Zürich i Schweiz. Dessa killar har utvecklat en autonom drönare som kan flyga snabbt genom smala luckor med lite mer än data från en framåtriktad kamera och en del smart bearbetning ombord.

Teamet skapade en rektangel markerad med en tjock svart kant för att säkerställa att drönaren kan se den. De hänger sedan upp denna rektangel i mitten av ett rum och styr drönaren att flyga genom den under sin egen ånga.

Drönaren är utrustad med en framåtriktad fisheye-kamera, som den använder för att känna av gapet. För att förenkla uppgiften vet drönaren storleken på rektangeln och behöver bara beräkna den nödvändiga banan.

Detta är fortfarande en utmanande uppgift. Den inbyggda processorn utför banaberäkningen i två steg. Den beräknar först hur drönaren ska flyga genom gapet och den speciella vridning, girning eller roll som den måste utföra för att korsa gapet. Det gör sitt genom att maximera drönarens avstånd från rektangelns kanter för att undvika en kollision.

Efter att ha bestämt sig för denna traversbana, beräknar den inbyggda processorn sedan en inflygning som tar drönaren till den punkt där den kan initiera traversbanan.

Tillvägagångssättet har några ytterligare begränsningar. Till exempel måste denna bana hela tiden hålla rektangeln inom kamerans synfält. Drönaren behöver se gapet så att den kan bestämma sin plats.

Och processorn måste kontinuerligt räkna om banan samtidigt som den säkerställer att alla nödvändiga justeringar ligger inom drönarens aerodynamiska kapacitet. Processorn kan designa och testa 40 000 banor i sekunden.

En anledning till att banan måste behandlas i två delar är att drönaren inte kan se rektangeln under traverseringen. Så den måste utföra denna manöver blind, något som är möjligt eftersom den här delen av flygningen är så kort. Banan är genererad för att minimera risken för kollision och kräver på grund av sin korta varaktighet ingen visuell återkoppling, som inte är tillgänglig under traverseringen, säger Falanga och co.

Efter att ha passerat genom gapet måste quadcoptern återställa sin attityd och sväva. För detta är den försedd med en avståndssensor och en nedåtvänd kamera som den endast använder för denna uppgift.

Teamet testade detta tillvägagångssätt med en quadrotor med dimensioner på 55 gånger 12 centimeter och en vikt på 830 gram. Quadcoptern är anpassad så att motorerna lutas 15 grader. Detta ger tre gånger mer girkontroll men förlorar bara 3 procent av den kollektiva drivkraften.

Det rektangulära gapet mätte 80 gånger 28 centimeter, och teamet flög 35 uppdrag genom det med hastigheter på upp till tre meter per sekund, vilket krävde en rullningsvinkel på upp till 45 grader och en stigningsvinkel på upp till 30 grader.

Resultaten ger imponerande läsning och kan ses här . Teamet anser att en flygning är en framgång om quadcoptern passerar genom gapet utan en kollision och sedan får sig själv att sväva efteråt. Vi uppnådde en anmärkningsvärd framgång på 80 procent, säger de. Så vitt vi vet är detta det första arbetet som adresserar och framgångsrikt rapporterar aggressiv flygning genom smala luckor.

Ref: arxiv.org/abs/1612.00291 : Aggressiv Quadrotor-flygning genom smala luckor med inbyggd avkänning och beräkning

Dölj