只需1秒，无人机就能平地翻跟头 | IEEE

Posted 2021-08-30 QbitAl

萧箫 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

翅膀轻轻一推，无人机翻身只需1.1秒：

迅速旋转翅膀，调整成能减轻飞行重量的的角度：

在你反应过来之前，它已经“嗖”的一下从地上起飞了：

不仅平地能轻松翻身，碎石地、木屑地、斜坡也能轻松handle，简直像甲虫一样灵活~

目前，这项研究已经登上IEEE。再也不用担心自己的无人机掉在奇怪的地方了！

披了件甲虫的“外衣”

这架无人机，确实也参考了甲虫，用上了两对翅膀：鞘翅（elytron）和后翅（hind-wing）。

其中，鞘翅主要负责“翻身”、保护机翼和提供上升动力，后翅则主要负责飞行。

下图是这架无人机的机身构造图。

从图中可见，要控制这对鞘翅，需要用到鞘翅俯仰控制伺服系统（pitching elytron servos）。

伺服系统，用于精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，使物体的位置、方位、状态，能跟随输入目标（或给定值）进行灵活变化，能有效调节力矩、速度和位置。

其中，伺服系统主要依靠伺服电机提供动力，控制鞘翅做出扭转或平移的动作来。

无人机的其他部件参数如下：

经过实验发现，鞘翅越长，无人机“翻身”的成功率更高、所需时间更短。因此团队最后选择了17cm的鞘翅。

这就轻松解决了小型无人机在“躺平”时，需要人手动调整的麻烦。

同时，机翼还能在无人机上升时提供动力。

这个“甲虫”无人机的性能如何？

只需1.1秒，斜坡平地都能翻

从翻身速度来看，这架无人机只需要1秒左右就能“鲤鱼打挺”，直接翻过来。

当然，设计后的无人机，地形适应能力也非常强，包括斜坡和不同路面都能进行翻身。

从斜坡来看，这架无人机在最高30°的斜坡上也能成功翻身（超过30°会打滑）：

从路面类型来看，这个无人机在人行道、碎石路面、洒满木屑的地面等5种地形上都能达到100%成功翻身的效果。

至于草地和沙地这种比较复杂的地形，成功率也在20%~40%左右。

从设计来看，相比于其他自适应机器人而言，“甲虫”无人机在设计上要简洁得多。

例如，“扶墙走”或是“变形”的自适应机器人，往往需要复杂的机械系统设计；而参考蟑螂设计的飞行机器人，又无法伸展机翼、提供升力。

至于普通的无人机，为了防止翻倒所做的一些设计，更是只能增加重量、降低动力。

但给无人机加上一对甲虫翅膀后，不仅能给飞机提供上升动力、调整位置，还极大地降低了设计的复杂程度。

这让网友想到了Minecraft里面的鞘翅。作为一种飞行工具，鞘翅在滑翔时会向两边展开：

△图源：推特@Minecraft Dungeons

现在，游戏中的效果已经在无人机上实现了。

团队介绍

几名作者均来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的智能系统实验室。

实验室侧重于AI和机器人研究方向，包括生物机器人、人机融合等。

实验室负责人是Dario Floreano，引用次数达到28341次，单篇论文最高引用次数2500+。

这篇论文的一作Charalampos Vourtsis，除了做机器人以外，也会制作一些3D打印项目和计算机视觉方向的东西，例如3D打印树莓派。

接下来，团队还想进一步优化这个无人机，使它成为一个“保护壳”，保护机翼在刮蹭时不受损。

想要详细了解甲虫无人机的小伙伴，可以戳下方论文查看。

论文地址：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9479684

参考链接：
[1]https://spectrum.ieee.org/tech-talk/robotics/drones/nothing-can-keep-this-drone-down
[2]https://minecraft.fandom.com/wiki/Elytra