Квадрокоптер обучили скалолазанию
Исследователи из Стэнфордского университета создали прототип квадрокоптера, который способен садиться на вертикальные плоскости и карабкаться по ним. Подробнее об устройстве рассказывает IEEE Spectrum.
Квадрокоптер под названием SCAMP способен летать, а также висеть и ползать по вертикальным поверхностям без помощи роторов. При подлете к вертикальной плоскости дрон при помощи акселерометра определяет контакт с препятствием и два из четырех роторов начинают вращаться быстрее, «опрокидывая» беспилотник в вертикальное положение. Робот упирается задним упором и двумя ножками в стену, а роторы вращаются до тех пор, пока не исчезнут колебания — после этого беспилотник может отключить двигатели.
Для передвижения робот использует две ножки, на которых по очереди подтягивается. В контактных площадках ножек установлены металлические коготки, которые могут цепляться за малейшие неровности поверхности. В случае срыва беспилотник быстро реагирует включением роторов и, тем самым, предотвращает крушение, что выгодно отличает его от обычных ползающих роботов. После работы в вертикальном положении робот способен самостоятельно перейти обратно в режим квадрокоптера.
Такая схема работы, по словам авторов, позволяет значительно сэкономить заряд аккумулятора за счет отключения роторов. При этом посадка на вертикальную поверхность может быть критичным умением для беспилотника, работающего, например, в зоне стихийного бедствия — обрушившиеся строения затрудняют поиск ровной площадки для посадки обычного мультикоптера, в то время как стены зачастую частично сохраняются после обрушения здания.
Авторы особо отмечают, что большинство существующих беспилотников, способных к сложным маневрам, могут работать только в лабораторных условиях с дополнительной системой позиционирования или отдельным компьютером, управляющим полетом дрона. Однако квадрокоптеру SCAMP не требуется дополнительное оборудование — беспилотник может передвигаться как внутри помещений, так и на улице, опираясь при смене режимов передвижения только на сосбтвенные вычислительные возможности и показания бортовых датчиков.
Ранее разработчики уже демонстрировали возможность крепления подобной системы на беспилотник самолетного типа. По их словам, цепляющиеся за стены беспилотники идеально подходят для сбора данных при чрезвычайных ситуациях. Кроме сбора данных такие дроны могут нести на себе ретрансляторы для оперативного развертывания сотовой сети или сети передачи данных, при новый прототип может ползать по стене, что позволяет передвигать робота в поисках наилучшего положения для приема и передачи радиосигналов.
Ранее инженеры из Корейского института передовых технологий представили квадрокоптер, способный передвигаться по вертикальным поверхностям при помощи колес, на базе которого позже разработали прототип огнеупорного противопожарного квадрокоптера, способного передвигаться по стенам внутри горящего здания. Кроме KAIST разработкой ездящего по стенам робота с роторами также занимались специалисты из Disney Research.
Гексакоптер оснащен двумя взлетно-посадочными платформами для квадрокоптеров
Инженеры из Сколтеха разработали гибридный гексакоптер MorphoLander, который выступает в роли передвижного аэродрома для дронов меньшего размера. MorphoLander не только летает, но и может ходить по неровной поверхности при помощи четырех ног. В верхней части корпуса расположены две взлетно-посадочные платформы для микродонов. Дрон может пригодиться для инспекции объектов и поиска пострадавших во время стихийных бедствий, говорится в препринте на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Дроны отлично подходят для выполнения задач поиска, инспекции и мониторинга, но потребляют много энергии и не могут долго находиться в полете. Одним из способов преодолеть это ограничение стала разработка дронов гибридной конструкции, которые могут не только летать, но и передвигаться по земле, например, с помощью колес или ног. Несмотря на то, что такой подход позволяет продлить время работы за счет менее энергозатратного способа передвижения по поверхности, продолжительность полета гибрида и его эффективность часто снижается из-за дополнительного веса. Инженеры под руководством Дмитрия Тетерюкова (Dzmitry Tsetserukou) из Сколтеха предложили использовать громоздкий дрон в качестве носителя для дронов поменьше. Тогда большой дрон выступает в роли передвижного «улья», который в нужный момент выпускает рой маленьких дронов, способных более эффективно выполнить задачу на большой территории за счет совместной работы. Разработанный прототип под названием MorphoLander представляет собой гексакоптер с четырьмя ногами, каждая из которых имеет три степени свободы. С их помощью дрон может передвигаться по неровной поверхности. Масса гибрида немного больше 10 килограмм. Встроенного аккумулятора хватает на 12 минут полета. Сверху на корпусе закреплены две посадочные платформы диаметром 20 сантиметров, на которые могут садиться микродроны. Чтобы микродронам (инженеры использовали Crazyflie 2.1 массой 27 грамм) было проще садиться на MorphoLander, материнский дрон с помощью алгоритма стабилизации старается удерживать горизонтальное положение платформ, подстраивая высоту ног под неровности поверхности. Посадка микродронов происходит под управлением алгоритма машинного обучения, его обучение с подкреплением проходило в симуляторе на платформе игрового движка Unity, который позволяет имитировать физику, с использованием пакета машинного обучения Unity ML Agents. Обученный алгоритм посадки затем испытали в трех сценариях с участием реальных дронов. В первом два микродрона должны были взлетать с расстояния полутора метров от MorphoLander и затем садиться на его платформы. Среднее значение отклонения от центра платформы в этом сценарии составило всего около 5,5 миллиметра. Во втором сценарии микродроны должны были садиться на материнский дрон, стоящий на неровной поверхности. В этом случае ошибка возросла и составила 25 миллиметров. Третий сценарий имитировал реальное применение: микродроны взлетали с платформ, в то время как MorphoLander отходил от места взлета на некоторое расстояние, после чего микродроны должны были сесть обратно. Среднее значение отклонения от центра 20-сантиметровой платформы составило 35 миллиметров. В будущем инженеры планируют увеличить точность и устойчивость алгоритма управления микродронами за счет контроля тяги отдельных винтов. https://www.youtube.com/watch?v=fV8_Ejy81s8&t=1s Совместная работа помогает роботам справляться с более трудными задачами. К примеру японские инженеры разработали систему из работающих в паре дрона и наземного робота. Они соединены друг с другом тросом, что позволяет наземного дрону взбираться на более крутые подъемы. Для этого дрон закрепляет трос на вершине, после чего наземный робот натягивает его с помощью лебедки и поднимается наверх.