Дрон пролетел через качающийся обруч на большой скорости
Швейцарские инженеры разработали алгоритм управления квадрокоптером, позволяющий ему пролетать через быстро двигающиеся проемы. Статья принята к публикации в IEEE Transactions on Robotics, ее препринт опубликован на arXiv.org.
Серийно производящиеся дроны уже умеют избегать столкновений с препятствиями и огибать их, сканируя окружающую среду с помощью камер или других датчиков. Это позволяет безопасно снимать на дрон рядом с деревьями или стенами, но пока такие алгоритмы работают недостаточно быстро и точно, чтобы, к примеру, работать в гоночных FPV-дронах, помогая пилоту так же, как помогают водителям автомобилей системы экстренного торможения. Кроме того, эти алгоритмы, как правило, обучены отслеживать неподвижные предметы.
Группа инженеров из Цюрихского университета под руководством Давиде Скарамуцца (Davide Scaramuzza) уже не первый год создает алгоритмы для избегания столкновения с динамическими объектами. Мы рассказывали о том, как они научили дрон автономно летать по трассе с двигающимися воротами, но тогда алгоритм работал с большими и довольно медленными проемами. Теперь Скарамуцца и его коллега Юньлун Сун (Yunlong Song) создали новый алгоритм, позволяющий дрону адаптироваться к высоким скоростям (как своей, так и препятствия).
Алгоритм основан на классическом методе управления с прогнозирующими моделями, использующем обратную связь и адаптирующем траекторию движения к предсказываемому изменению состояния системы. Инженеры решили использовать контроллер на базе метода управления с прогнозирующими моделями и менять его высокоуровневые параметры с помощью нейросети (многослойного перцептрона).
Перед реальными полетами разработчики обучили нейросеть в симулированной среде с рамками, которые двигаются влево и вправо, как маятник. Задача виртуального дрона заключалась в том, чтобы пролететь через центр рамки, после чего цель менялась на новую — центр следующей рамки. После обучения инженеры собрали самодельный квадрокоптер на базе одноплатного компьютера Odroid XU4 и полетного контроллера Lumenier. Тесты показали, что обученный в виртуальной среде алгоритм работает и в реальном мире, позволяя дрону пролетать через двигающийся обруч. Стоит отметить, что пока метод не получится применять на практике, потому что дрон получал координаты себя и обруча от внешней системы слежения, установленной в помещении, а не от собственной камеры.
Впрочем, у этой группы есть и проект автономного дрона, избегающего столкновений (правда, статичных) на высокой скорости. Недавно мы рассказывали о том, как инженеры протестировали в лесу дрон, летающий со скоростью до семи метров в секунду и огибающий деревья.
Григорий Копиев
Это помогло увеличить время полета
Инженеры из компании Elythor разработали квадрокоптер-конвертоплан, оснащенный четырьмя поворачиваемыми крыльями. Они могут независимо друг от друга складываться вдоль корпуса или отклоняться на 90 градусов, превращая дрон в биплан. Бортовая электроника дрона отслеживает положение корпуса, а также скорость и направление ветра, в реальном времени подстраивая положения крыльев под эти условия. Благодаря этому удается повысить стабильность полета и снизить энергопотребление. Описание квадрокоптера приведено в диссертации разработчика. Инженеры давно разрабатывают дроны с гибридной конструкцией, которые совмещают преимущества мультикоптеров, способных вертикально взлетать и садиться, с возможностью полета на дальние дистанции, которой обладают дроны самолетного типа. Обычно у гибридов есть крылья и поворотные винты, которые разворачиваются в нужном направлении в зависимости от режима полета. В другом варианте используется две группы винтов, одна из которых работает только в режиме висения Несмотря на универсальность гибридных дронов, они имеют и недостатки. Из-за больших габаритов в мультикоптерном режиме у них низкая маневренность и высокая парусность по сравнению с дронами без крыльев. Поэтому их сложно использовать в ограниченном пространстве, а вне помещений в режиме висения гибриды тратят больше энергии на борьбу с ветром, что снижает продолжительность полета. Выход из этой ситуации предложили инженеры из стартапа Elythor, созданного сотрудниками Федеральной политехнической школы Лозанны. Они разработали квадрокоптер Morpho, со складными крыльями, которые автоматически адаптируются к ветру и режиму полета. Всего у дрона массой 3,8 килограмма четыре подвижных крыла, по два с каждой стороны фюзеляжа. Сервомоторы могут независимо отклонять каждое из крыльев на 90 градусов. Четыре винта дрона расположены как и у обычного квадрокоптера на концах крестообразной рамы и вращаются 500-ваттными электромоторами. Заряда аккумуляторов прототипа хватает на 17 минут полета. Садится дрон на хвост, а в качестве опор могут использоваться отклоненные назад крылья. В полностью сложенном состоянии крылья расположены вдоль фюзеляжа дрона. При переходе к горизонтальному полету они поворачиваются перпендикулярно корпусу, превращая дрон в биплан. Бортовая электроника отслеживает положение дрона в пространстве, определяет направление и скорость ветра, воздействующего на корпус, и исходя из этого подстраивает углы отклонения крыльев. Так, например, в режиме висения, когда требуется сохранять стабильность полета, крылья остаются сложенными вдоль корпуса, чтобы снизить парусность дрона. Однако, если необходимо совершить поворот вокруг вертикальной оси алгоритм с помощью сервомоторов отклоняет то или иное крыло в нужный момент, используя их в качестве парусов. Таким образом ветер помогает дрону совершать необходимые маневры, снижая нагрузку на моторы. По словам разработчиков, благодаря этому при сильном ветре расход энергии во время вертикального полета можно снизить до 85 процентов. Разработчики предполагают, что основным применением Morpho станет инспекция расположенных на больших площадях инженерных сооружений, например, электростанций и высоковольтных линий электропередач. После вертикального взлета дрон будет подлетать к нужным объектам, проводить их обследование с помощью камер, а затем перелетать к следующей цели, используя горизонтальный полет, если она располагается достаточно далеко. https://www.youtube.com/watch?v=tOUkn7YmYV4 Для дронов, которые планируется использовать в тесных помещениях, на первый план выходит безопасность полета. Инженеры из компании Cleo Robotics создали дрон, несущие винты которого находятся внутри пончикообраного корпуса. Благодаря этому они надежно защищены от столкновений с окружающими предметами.