下一级无人机技术:匈牙利实验室掌握自主精确交付
Delivery drones时,我们很多人想象着未来场景:悬停设备直接在阳台上或花园大门前下单,然而现实要复杂得多,最大的挑战在于使这些设备能够自主、安全、可靠地在经常不可预测的城市环境中导航,HUN-REN SZTAKI Systems and Control Lab(SCL)的研究人员通过开发智能控制解决方案,让无人机在消耗最少能量的同时,对环境变化做出实时反应,在这一领域取得了全球独一无二的成果。
一架看到、思考和决定的无人机
无人机要安全飞行,必须知道它在哪里、周围是什么、应该朝哪个方向飞行。预先编程的飞行路径还不够快,需要临时适应。一只路过的鸟、一台为施工而架设的起重机,甚至突然的一阵风,都可以迫使计划路线发生变化。自主无人机可以依靠一系列传感器来定向:GPS、加速度计和陀螺仪、相机和激光雷达(LIDAR),其工作方式与雷达类似,但使用激光而不是无线电波来绘制环境中的物体和障碍物。
这给我们带来了这项技术的根本困境之一:我们可以为无人机配备尽可能最好的传感器,但这些传感器很重,消耗大量能量,使系统复杂化。然而,无人机只能承载有限的重量,其电池容量有限。这就是为什么需要智能、高效的控制解决方案,目标不是检测和记录每一点数据,而是感知和处理足以做出快速、安全的决策。
研究人员在 勋仁·斯塔基 SCL 是在开发软件系统,可以根据现有数据做出快速可靠的决策。“这些系统不仅提前计划,而且不断地重新计划无人机的运动,以应对哪怕是最轻微的意外变化”SCL研究员塔马斯·佩尼(Tamás Péni)说。“仅仅知道在给定时刻障碍物在哪里是不够的,无人机还必须预测该物体如何移动并相应地调整自己的运动,保持适当的安全距离。”
2个层面上进行飞行路径规划,首先是全球层面,其功能很像使用GPS向目的地行驶,根据可用的地图和数据,无人机预先规划其航线,但是当出现意外情况时,无人机在路径中出现障碍物,无人机切换到地方层面的规划,调整其飞行路径甚至重新思考其整个航线,如果同时有多架无人机在空中,它们也可以相互通信,例如,如果发现新的障碍物,如起重机一样,没有在地图上标记,它可以立即与其他人共享这些信息,这样,所有无人机都从单个实时“map”工作,并且可以安全地到达目的地。
HUN-REN SZTAKI研究人员开发的系统,无人机可以用简单的钩子从移动的车辆中自主地拾取一个包裹,并以厘米级的精度将其送到另一个移动的车辆中。任何玩过嘉年华钓鱼游戏的人都知道:这不是一件容易的事,即使在人类的手控制下。截至目前,只有匈牙利实验室已经证明了完全自主地执行这项任务的能力。“其他国际项目使用更复杂和更重的主动抓握机制,如钉子,电磁铁或机械臂”而我们的解决方案不仅在技术上更简单,而且更节能,”SCL研究员Roland Tóth博士说。“这使得更小,更便宜的无人机可以执行复杂的任务,并且钩子几乎可以相对容易地连接到任何包裹上。”
刚才不要用无人机点披萨
然我们经常想象送货无人机在城市环境中运行,但第一个真正功能的系统在城市街道上不会看到,原因很简单:农村、人口稀少的地区或像仓库这样的封闭空间是可预测的很多。
些国家已经推出了无人机运送药物、食物或小包裹的初始服务,然而,这些服务在稳定的天气条件下运行,在低层建筑和轻型空中交通的环境中,不需要高精度或快速机动。
相比之下,允许无人机在行驶中的车辆之间自主、安全地运送包裹的控制还不是日常现实的一部分。此类任务所需的实时、厘米级精确的运动控制正是 HUN-REN SZTAKI 研究人员的工作在全球范围内取得突破性的成果。
(industrial)或后勤设施中,这些发展得到了最好的测试:在这种封闭的空间中,没有随机的动作,没有鸟类,也没有行人,风或雾不会干扰飞行。这些条件为推进精确自主飞行提供了理想的环境,无人机可以在真正的挑战下,但在受控的环境下证明其可靠性。
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