西湖大學(xué)學(xué)者實(shí)現(xiàn)無人機(jī)“疊飛”高精度協(xié)同作業(yè)

西湖大學(xué)工學(xué)院人工智能系趙世鈺實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出名為“飛行工具箱”的空中協(xié)同操作系統(tǒng)，使多架旋翼無人機(jī)在“疊飛”狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)高精度協(xié)同作業(yè)，解決了近距離飛行與高精度操作不可兼得的技術(shù)難題。24日，該項(xiàng)成果發(fā)表于《自然》雜志。

據(jù)介紹，“飛行工具箱”由一架工具箱無人機(jī)和一架操作無人機(jī)組成。操作無人機(jī)是擁有可伸展的機(jī)械臂的那個“操作手”，工具箱無人機(jī)能夠攜帶多種不同類型的末端執(zhí)行工具，如爪子、剪刀等。

“如果將操作無人機(jī)視為一名‘主刀醫(yī)生’，工具箱無人機(jī)就像是一名將各種手術(shù)工具遞給醫(yī)生的‘護(hù)士’，它們能代替人類在難以抵達(dá)的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)。”西湖大學(xué)特聘研究員趙世鈺說，應(yīng)用這類操作系統(tǒng)空中作業(yè)機(jī)器人最大的難點(diǎn)是在空中實(shí)現(xiàn)“疊飛”。

圖為“飛行工具箱”在空中進(jìn)行對接。（西湖大學(xué)供圖）

據(jù)介紹，由于單個空中機(jī)器人能攜帶的載荷有限，因此難以單獨(dú)完成復(fù)雜的空中作業(yè)任務(wù)，但當(dāng)兩架無人機(jī)交疊時會產(chǎn)生強(qiáng)烈的“氣流干擾”。實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)兩架無人機(jī)垂直距離接近至0.6米時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的向下氣流，相當(dāng)于氣象學(xué)上的6級“強(qiáng)風(fēng)”。因此，這個看似“簡單”的動作，是無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個“卡點(diǎn)”。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了柔性電磁對接機(jī)構(gòu)、氣流擾動估計(jì)與補(bǔ)償方法、高精度對接與操作控制技術(shù)三個技術(shù)核心模塊，利用自動“吸附”的電磁智能接口、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法及視覺智能等技術(shù)大大提升了對接的精準(zhǔn)度。研究團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)、三機(jī)協(xié)作，在不少于20次的連續(xù)對接中，“飛行工具箱”的平均誤差為0.80厘米，相較于先前的無機(jī)械臂補(bǔ)償?shù)念愃葡到y(tǒng)（精度6-8厘米），精度提升了近一個數(shù)量級。

趙世鈺表示，空中作業(yè)機(jī)器人處于低空經(jīng)濟(jì)和具身智能兩大領(lǐng)域的交匯處，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景，“‘飛行工具箱’就像一個‘空中樂高平臺’，通過模塊化、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，無人機(jī)將能根據(jù)實(shí)際需求，完成更復(fù)雜的任務(wù)?！保ㄓ浾咧旌?/p>

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