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設想一下，一架四(si)旋翼無人(ren)機(ji)飛行途中(zhong)，部分螺旋槳無法旋轉，如何(he)依(yi)然保持安全飛行？北京航空(kong)航天大學(xue)科研團隊歷經多年(nian)研究(jiu)，在(zai)多旋翼無人(ren)機(ji)容錯控(kong)制技(ji)術(shu)方面取(qu)得重要(yao)突破，為上(shang)述難題找到答案(an)。相關成果近日(ri)在(zai)機(ji)器(qi)人(ren)領(ling)域(yu)重要(yao)國(guo)際學(xue)術(shu)期刊(kan)《IEEE機(ji)器(qi)人(ren)學(xue)匯刊(kan)》發表。
圖為正在飛行的僅一個螺旋槳工(gong)作的四旋翼無人機照片(pian)。(科研團(tuan)隊(dui)供圖)
工業(ye)巡檢、消防救援(yuan)、包裹遞送、拍照攝像……無(wu)人(ren)(ren)(ren)機已(yi)深入(ru)大眾生(sheng)產(chan)生(sheng)活。常見(jian)微小型無(wu)人(ren)(ren)(ren)機涉及多(duo)旋翼(yi)、固定翼(yi)、直升機等(deng)類(lei)型，其(qi)中多(duo)旋翼(yi)無(wu)人(ren)(ren)(ren)機是目前應用最(zui)廣泛的(de)飛行(xing)器(qi)之一，其(qi)通(tong)過(guo)多(duo)個螺旋槳提供升力(li)，具有垂直起降和懸停能力(li)。然而，無(wu)人(ren)(ren)(ren)機快速普及之時(shi)，常出現因極端(duan)天氣(qi)、碰撞障礙(ai)物等(deng)導致“罷工”墜地的(de)情況，造(zao)成(cheng)人(ren)(ren)(ren)財物損失。如何提升飛行(xing)安(an)全(quan)性，成(cheng)為行(xing)業(ye)緊迫課題。
北航自動(dong)(dong)化科學與電氣(qi)工(gong)程學院可(ke)靠飛行(xing)控(kong)制團(tuan)隊，以四(si)旋(xuan)翼(yi)無人(ren)機(ji)切入研究，針對飛行(xing)器執行(xing)機(ji)構突發(fa)故障后的(de)受(shou)力特點，成(cheng)功設計出(chu)被動(dong)(dong)容災控(kong)制算法(fa)。團(tuan)隊通過實(shi)驗(yan)驗(yan)證發(fa)現，四(si)旋(xuan)翼(yi)無人(ren)機(ji)的(de)“控(kong)制大(da)腦(nao)”搭載該算法(fa)后，即(ji)便有(you)三個螺旋(xuan)槳失(shi)效，仍可(ke)保持安全(quan)飛行(xing)并實(shi)現可(ke)控(kong)返(fan)航。該團(tuan)隊成(cheng)員、北航柯(ke)晨旭博士(shi)說，相關成(cheng)果可(ke)拓(tuo)展應用于六(liu)旋(xuan)翼(yi)、八旋(xuan)翼(yi)等(deng)多旋(xuan)翼(yi)無人(ren)機(ji)。
“如(ru)果(guo)部分螺(luo)(luo)旋槳(jiang)失靈，無人(ren)機整體平衡就會被打破，機身(shen)會像陀螺(luo)(luo)一樣自(zi)轉起(qi)來，螺(luo)(luo)旋槳(jiang)出現(xian)‘公轉’。借助這(zhe)種現(xian)象，我們研(yan)發(fa)的(de)算法能讓正常運轉的(de)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)‘分身(shen)’，提供全部的(de)升力(li)——這(zhe)好(hao)比打乒(ping)乓(pang)球(qiu)，如(ru)果(guo)一個(ge)人(ren)運動速度(du)足夠(gou)快，可(ke)實現(xian)自(zi)己(ji)發(fa)球(qiu)、自(zi)己(ji)跑到對面接(jie)球(qiu)，如(ru)此往復，完成一個(ge)人(ren)的(de)球(qiu)賽。”北航教(jiao)授、該團隊(dui)成員全權說。
全權(quan)表(biao)示，未(wei)來該成果(guo)將應用于新型多旋翼無人機研(yan)發，提(ti)升(sheng)多旋翼無人機飛行(xing)安全性能(neng)。
《IEEE機器人(ren)(ren)學(xue)匯(hui)刊》審稿人(ren)(ren)評(ping)價，該研(yan)究創新性運(yun)用被動容災控制算法，有望為無人(ren)(ren)機飛行安(an)全方面的(de)科研(yan)提供可(ke)靠參考。
文字 | 趙旭
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