（原標(biāo)題：Vijay Kumar實(shí)驗(yàn)室新成果 ：只依靠機(jī)載系統(tǒng)，自動(dòng)穿過(guò)窗戶的無(wú)人機(jī) | 新智造）
小型無(wú)人機(jī)可以自動(dòng)完成很多“空中雜技”表演，比如像之前我們看過(guò)的這個(gè)無(wú)人機(jī)穿過(guò)窗戶縫。不過(guò)這個(gè)場(chǎng)景，卻只能在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。
正如你在動(dòng)圖里看到的，在無(wú)人機(jī)周圍亮著的紅色的燈光的，都是攝像機(jī)，它們以每秒幾百次的速度，搜集精確的數(shù)據(jù)信息，傳輸給外界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制。而無(wú)人機(jī)只需要執(zhí)行計(jì)算機(jī)給出的指令，完成規(guī)定動(dòng)作就可以了。
所以這個(gè)小小的無(wú)人機(jī)，并不是獨(dú)立存在的，它更像是一個(gè)“傀儡”，執(zhí)行周圍龐大的攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令。
然而這一狀況已經(jīng)發(fā)生改變。最近，無(wú)人機(jī)大師 Vijay Kumar 的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一個(gè)令人驚嘆的新系統(tǒng)：他們實(shí)現(xiàn)了讓無(wú)人機(jī)在只需要機(jī)載傳感器和計(jì)算組件的情況下，自動(dòng)穿過(guò)窗戶縫。這意味著外界攝像頭不需要了，外界的計(jì)算機(jī)也不需要了。第一次，這個(gè)無(wú)人機(jī)有了自己的“想法”，可以獨(dú)立完成任務(wù)。
這個(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：單純依靠機(jī)載的傳感器和計(jì)算組件，完成定位、狀態(tài)評(píng)估和路徑規(guī)劃，而不需要任何外界的幫助。
無(wú)人機(jī)上面攜帶了一個(gè) IMU、高通驍龍?zhí)幚砥?以及 Hexagon DSP。 它非常輕巧，只有 250g 重，穿過(guò)窗戶縫的速度是 4.5 m/s， 加速度是 1.5g， 可進(jìn)行 90 度的翻轉(zhuǎn)。
這個(gè)系統(tǒng)的主要研究人員分別是 Giuseppe Loianno、Chris Brunner 和 Gary McGrath，他們都來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué) Vijay Kumar 實(shí)驗(yàn)室。把一個(gè)由整個(gè)實(shí)驗(yàn)室裝備完成的系統(tǒng)，縮小至一個(gè)小無(wú)人機(jī)上，這是一個(gè)巨大的成就。而這個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)工作進(jìn)行了 6 年時(shí)間。
不過(guò)需要注意的一點(diǎn)時(shí)，在完成動(dòng)作之前，無(wú)人機(jī)已經(jīng)預(yù)先被告知了障礙物的位置。也就是說(shuō)，障礙物的位置并不是無(wú)人機(jī)自己實(shí)時(shí)獲得的。對(duì)此，Vijay Kumar 和 Giuseppe Loianno 的回應(yīng)是：
“這個(gè)無(wú)人機(jī)有一個(gè)前置立體攝像頭，可進(jìn)行密集的地圖繪制，但是這個(gè)并沒(méi)有整合到實(shí)時(shí)軌跡規(guī)劃和控制框架里（不過(guò)這一點(diǎn)將會(huì)很快完成）。在這篇論文里，我們解決了狀態(tài)評(píng)估、軌跡控制和規(guī)劃的問(wèn)題：如何依賴單一攝像頭和 IMU 獲得信息，從而估算整個(gè)無(wú)人機(jī)的狀態(tài)，并使用機(jī)載處理器來(lái)進(jìn)行軌跡規(guī)劃和控制。”
Vijay 解釋道，最難的一點(diǎn)，就是軌跡規(guī)劃和控制，因?yàn)檫@需要采取“極具創(chuàng)意的方法”：
“當(dāng)這個(gè)無(wú)人機(jī)穿過(guò)窗戶時(shí)，你會(huì)看到它獲得了動(dòng)力然后翻了個(gè)身。這是自動(dòng)完成的，并且是一個(gè)流暢的動(dòng)作（相較而言，以前飛過(guò)窗戶的動(dòng)作，是拆解成了 3 部分，然后拼接在一起）。另一個(gè)挑戰(zhàn)就是，依靠單一攝像頭和 IMU 來(lái)估算位置和速度，同時(shí)在 200Hz 的頻率下關(guān)閉反饋系統(tǒng)。”
研究人員目前正在致力于實(shí)時(shí)地圖測(cè)繪，這是障礙物偵測(cè)和動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的一個(gè)關(guān)鍵所在。
不過(guò)，我們非常樂(lè)意看到這個(gè)小東西在實(shí)驗(yàn)室之外的環(huán)境中工作。我家有太多半開(kāi)的窗戶了，沒(méi)有無(wú)人機(jī)來(lái)穿一穿，有點(diǎn)浪費(fèi)呀。
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