Реверсная тяга помогла дрону сесть на наклонную поверхность
Канадские инженеры научили квадрокоптер садиться поверхности с углом наклона до 25 градусов. Для этого дрон сразу после касания поверхности начинает вращать пропеллеры в обратном направлении с максимальной тягой. Это позволяет ему быстро погасить подпрыгивание после посадки и остановиться, рассказывают авторы статьи в IEEE Robotics and Automation Letters.
Почти все дроны рассчитаны на посадку на ровную горизонтальную поверхность, для них даже продаются складные коврики, которые можно положить на неровную землю с выступами или углублениями. При посадке дроны часто немного подпрыгивают после первого касания, а если посадка происходит на неровную или наклонную поверхность, то это подпрыгивание может привести к тому, что дрон начнет смещаться в сторону и либо остановиться не там, где рассчитывал пилот, либо перевернется или заденет винтами землю.
Есть проекты дронов, способных на посадку в таких условиях, которые зацепляются за выступы подвижными ногами или площадками с микрошипами. Но эти механизмы отнимают у дрона и без того малый вес полезной нагрузки, и их сложно самостоятельно установить на распространенные гражданские квадрокоптеры.
Джон Басс (John Bass) и Алексис Люссье-Дебьен (Alexis Lussier Desbiens), работающие в Шербрукском университете предложили решение, которое потенциально можно применить ко многим квадрокоптерам без аппаратных модификаций: после касания переводить моторы в реверсный режим, чтобы тяга винтов прижимала дрон к поверхности. Дрон использует для этого отдельный алгоритм, который включается, когда акселерометр обнаруживает перегрузку от 2g и выше.
Они использовали модифицированный квадрокоптер DJI F450 с длинными ногами, которые при посадке обратимо сгибаются и начинают колебаться. Разработчики создали модель дрона, которая описывает все его сегменты. В том числе она отражает поведение ног при посадке, описывая их как отдельные сегменты, прикрепленные к основной части аппарата через пружины. Кроме того, они создали две отдельные модели контакта ног с поверхностью, предназначенные для поверхностей с сильным и слабым сцеплением.
Инженеры протестировали сначала в симуляции, а затем и на реальном дроне два алгоритма. Первый после посадки смягчает отскок от поверхности выключением двигателей, а второй переводит их в реверсный режим с максимальной тягой. Эксперименты показали, что вращение винтов в обратном направлении позволяет посадить дрон при большем наклоне: 25 градусов на поверхности с низким трением и 20 градусов на поверхности с высоким. При этом в симуляции показатели были еще выше.
Разработчики меняли не только градус наклона, но и скорость спуска перед касанием поверхности. Данные экспериментов достаточно неплохо сошлись с результатами симуляций и выявили пороговую скорость, после которой вероятность успешной посадки резко снижается. Для поверхности с низким сцеплением она составляет примерно 1,2 метра в секунду, а для поверхности с высоким порог заметно ниже — 0,8-1 метр в секунду.
Ранее мы рассказывали о других алгоритмах, которые программно улучшают посадку дронов. Например, в 2019 году американские разработчики создали нейросетевой алгоритм, который делает посадку гораздо более плавной и в том числе позволяет избавиться от отскока после первого касания поверхности.
Григорий Копиев
Пока лишь со скоростью 1,6 миллиметра в секунду
Американские инженеры разработали робота, способного автономно передвигаться в толще сыпучего материала, проталкивая себя вперед с помощью двух конечностей, напоминающих плавники. В испытаниях робот продемонстрировал способность передвигаться в песке на глубине около 127 миллиметров со скоростью до 1,6 миллиметра в секунду. Статья опубликована в журнале Advanced Intelligent Systems. Сыпучие материалы, такие как песок, мягкие почвы, снег или лунный реголит, представляют собой довольно сложную среду для передвижения. Объекты, движущиеся в их толще, испытывают высокое сопротивление, возрастающее с глубиной погружения. Кроме того, сыпучая среда ограничивает возможности зондирования и обнаружения препятствий. Тем не менее инженеры пытаются создать роботов, способных передвигаться в таких условиях. Например, американские разработчики представили прототип робочервя, способного двигаться в толще песка. Для снижения сопротивления он выдувает перед собой воздух, и одновременно разматывает мягкую оболочку своей передней части, выталкивая ее вперед, в то время как остальное тело остается неподвижным. Это позволяет значительно снизить сопротивление движению. Однако для его работы требуется воздух, который приходится подводить с поверхности. Создать робота, который смог бы передвигаться в песке автономно, решили инженеры под руководством Ника Гравиша (Nick Gravish) из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Разработанный ими робот перемещается, проталкивая себя вперед через толщу сыпучей среды с помощью двух гибких конечностей, напоминающих плавники морской черепахи. Конечности состоят из пяти звеньев. Каждое звено способно вращаться относительно предыдущего, но углы их отклонений ограничиваются с помощью фиксаторов. В движение оба плавника приводятся через червячную трансмиссию с помощью единственного электромотора. При этом трансмиссия воздействует только на первые ближайшие к корпусу звенья. Благодаря фиксаторам, ограничивающим углы поворотов звеньев, при движении вперед конечности изгибаются, испытывая меньшее сопротивление среды, а при движении назад наоборот, распрямляются, позволяя роботу отталкиваться от песка. На концах конечностей разработчики поместили сенсоры, с помощью которых робот может обнаруживать расположенные сверху объекты. Корпус робота длиной около 26 сантиметров имеет прямоугольное сечение и утолщение в передней части, которое позволяет снизить сопротивление песка при движении. Нос робота заострен и имеет наклонную поверхность сверху, которая необходима для компенсации подъемной силы, возникающей при движении в песке. С этой же целью по бокам после проведенных тестов пришлось разместить два дополнительных наклонных неподвижных плавника, так как робот имел тенденцию задирать нос при движении под действием выталкивающей силы. Чтобы избежать попадания песчинок в механизм, конечности поместили в чехлы из нейлоновой ткани. Разработчики протестировали робота, погруженного на глубину 127 миллиметров в песок, сначала в небольшом искусственном резервуаре, а после в естественных условиях в песке на пляже. В сухом песке робот смог развить скорость 1,6 миллиметра в секунду. В более влажном песке на пляже робот двигался медленнее, со скоростью около 0,57 миллиметра в секунду. В будущем инженеры планируют увеличить скорость передвижения робота, а также научить его самостоятельно погружаться в песок. Ранее мы рассказывали об исследовании, в котором физики выяснили, что происходит со структурой песка при передвижении по нему с помощью прыжков. Они обнаружили, что при правильно подобранном времени задержки между приземлениями и новым толчком, можно увеличить высоту прыжка на 20 процентов и даже больше.