Vijay Kumar实验室新成果 :只依靠机载系统,无人机能自动穿过窗户 | 新智造

2016-09-14 10:32:35     作者:亚萌      来源:雷锋网

这个无人机系统的特点是:单纯依靠机载的传感器和计算组件,完成定位、状态评估和路径规划,而不需要任何外界的帮助。

小型无人机可以自动完成很多“空中杂技”表演,比如像之前我们看过的这个无人机穿过窗户缝。不过这个场景,却只能在实验室的环境下实现。

正如你在动图里看到的,在无人机周围亮着的红色的灯光的,都是摄像机,它们以每秒几百次的速度,搜集精确的数据信息,传输给外界的计算机系统,然后由计算机对无人机进行控制。而无人机只需要执行计算机给出的指令,完成规定动作就可以了。

所以这个小小的无人机,并不是独立存在的,它更像是一个“傀儡”,执行周围庞大的摄像机和计算机系统的指令。

然而这一状况已经发生改变。最近,无人机大师 Vijay Kumar 的实验室发布了一个令人惊叹的新系统:他们实现了让无人机在只需要机载传感器和计算组件的情况下,自动穿过窗户缝。这意味着外界摄像头不需要了,外界的计算机也不需要了。第一次,这个无人机有了自己的“想法”,可以独立完成任务。

这个无人机系统的特点是:单纯依靠机载的传感器和计算组件,完成定位、状态评估和路径规划,而不需要任何外界的帮助。

无人机上面携带了一个 IMU、高通骁龙处理器 以及 Hexagon DSP。 它非常轻巧,只有 250g 重,穿过窗户缝的速度是 4.5 m/s, 加速度是 1.5g, 可进行 90 度的翻转。

这个系统的主要研究人员分别是 Giuseppe Loianno、Chris Brunner 和 Gary McGrath,他们都来自宾夕法尼亚大学 Vijay Kumar 实验室。把一个由整个实验室装备完成的系统,缩小至一个小无人机上,这是一个巨大的成就。而这个系统的研发工作进行了 6 年时间。

不过需要注意的一点时,在完成动作之前,无人机已经预先被告知了障碍物的位置。也就是说,障碍物的位置并不是无人机自己实时获得的。对此,Vijay Kumar 和 Giuseppe Loianno 的回应是:

“这个无人机有一个前置立体摄像头,可进行密集的地图绘制,但是这个并没有整合到实时轨迹规划和控制框架里(不过这一点将会很快完成)。在这篇论文里,我们解决了状态评估、轨迹控制和规划的问题:如何依赖单一摄像头和 IMU 获得信息,从而估算整个无人机的状态,并使用机载处理器来进行轨迹规划和控制。”

Vijay 解释道,最难的一点,就是轨迹规划和控制,因为这需要采取“极具创意的方法”:

“当这个无人机穿过窗户时,你会看到它获得了动力然后翻了个身。这是自动完成的,并且是一个流畅的动作(相较而言,以前飞过窗户的动作,是拆解成了 3 部分,然后拼接在一起)。另一个挑战就是,依靠单一摄像头和 IMU 来估算位置和速度,同时在 200Hz 的频率下关闭反馈系统。”

研究人员目前正在致力于实时地图测绘,这是障碍物侦测和动态路径规划的一个关键所在。

不过,我们非常乐意看到这个小东西在实验室之外的环境中工作。我家有太多半开的窗户了,没有无人机来穿一穿,有点浪费呀。

Via Spectrum IEEE

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