211service.com
Kijk hoe deze robot-quadcopter agressief door nauwe openingen vliegt
Microluchtvoertuigen zouden ooit een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan zoek- en reddingsoperaties na rampen zoals aardbevingen of tsunami's. Het is gemakkelijk voor te stellen dat quadcopters gebouwen beoordelen, door gebarsten muren naar binnen gaan en door ingestorte ruimtes vliegen om mensen te vinden die vastzitten.
Maar als deze voertuigen ooit deze taak willen volbrengen, moeten ze autonoom door nauwe openingen navigeren met snelheid en met een grote verscheidenheid aan hoekversnellingen, draaiend en draaiend terwijl ze vliegen om zich door de beschikbare ruimte te wurmen.
Dat is makkelijker gezegd dan gedaan. Inderdaad, geen enkele drone is in staat geweest om dit te doen zonder aanzienlijke externe verwerkingskracht om te helpen (zie Daredevil Drone-bestanden door de bomen als een aas).
Vandaag verandert dat dankzij het werk van Davide Falanga en vrienden aan de Universiteit van Zürich in Zwitserland. Deze jongens hebben een autonome drone ontwikkeld die snel door nauwe openingen kan vliegen met weinig meer dan de gegevens van een naar voren gerichte camera en wat slimme verwerking aan boord.
Het team heeft een rechthoek gemaakt met een dikke zwarte rand om ervoor te zorgen dat de drone het kan zien. Vervolgens hangen ze deze rechthoek in het midden van een kamer en sturen de drone om er op eigen kracht doorheen te vliegen.
De drone is uitgerust met een naar voren gerichte fisheye-camera, die hij gebruikt om de opening te detecteren. Om de taak te vereenvoudigen, kent de drone de grootte van de rechthoek en hoeft hij alleen het vereiste traject te berekenen.
Dit is nog een uitdagende opgave. De ingebouwde processor voert de trajectberekening in twee fasen uit. Het berekent eerst hoe de drone door de opening moet vliegen en de specifieke draai, gier of rol die hij moet uitvoeren om de opening te doorkruisen. Het doet dit door de afstand van de drone tot de randen van de rechthoek te maximaliseren om een botsing te voorkomen.
Nadat hij dit traverse traject heeft bepaald, berekent de ingebouwde processor een nadering die de drone op het punt brengt waar het het traverse traject kan initiëren.
Het naderingstraject kent enkele bijkomende beperkingen. Dit traject moet bijvoorbeeld de rechthoek te allen tijde binnen het gezichtsveld van de camera houden. De drone moet de opening zien, zodat hij zijn locatie kan bepalen.
En de processor moet het traject voortdurend herberekenen en ervoor zorgen dat de vereiste aanpassingen binnen de aerodynamische mogelijkheden van de drone vallen. De processor is in staat om 40.000 trajecten per seconde te ontwerpen en te testen.
Een reden waarom het traject in twee delen moet worden behandeld, is dat de drone de rechthoek tijdens de traverse niet kan zien. Het moet deze manoeuvre dus blind uitvoeren, iets wat mogelijk is omdat dit deel van de vlucht zo kort is. Het traject wordt gegenereerd om het risico op aanvaring te minimaliseren en, vanwege de korte duur, geen visuele feedback nodig, die niet beschikbaar is tijdens de traverse, zeggen Falanga en co.
Nadat de quadcopter door de opening is gepasseerd, moet hij zijn houding herstellen en zweven. Hiervoor is hij uitgerust met een afstandssensor en een naar beneden gerichte camera die hij alleen voor deze taak gebruikt.
Het team testte deze aanpak met een quadrotor met afmetingen van 55 bij 12 centimeter en een gewicht van 830 gram. De quadcopter is zo aangepast dat de motoren 15 graden gekanteld zijn. Dit zorgt voor drie keer meer giercontrole, maar verliest slechts 3 procent van de collectieve stuwkracht.
De rechthoekige opening was 80 bij 28 centimeter en het team vloog er 35 missies doorheen met snelheden tot drie meter per seconde, waarbij een rolhoek tot 45 graden en een hellingshoek tot 30 graden nodig waren.
De resultaten zorgen voor indrukwekkende lectuur en zijn te zien hier . Het team beschouwt een vlucht als geslaagd als de quadcopter zonder botsing door het gat gaat en daarna tot stilstand komt. We behaalden een opmerkelijk slagingspercentage van 80 procent, zeggen ze. Voor zover wij weten, is dit het eerste werk dat agressieve vluchten door nauwe gaten aanpakt en met succes rapporteert.
Referentie: arxiv.org/abs/1612.00291 : Agressieve Quadrotor-vlucht door nauwe openingen met detectie en computer aan boord