IEEE Spectrum:在研发过程中,你们遇到的最大的挑战是什么?
Davide Scaramuzza:我觉得最大的挑战是将感知和控制结合起来。要知道,人们总觉得这两部分是分开的。实际上,要机器人针对缝隙实现定位,需要确定一条轨道,它可以让四轴无人机永远面朝缝隙,而且可以在处理各种不确定状态的时候,遵循车辆动力学原理,重新规划轨道。另外,在通过缝隙的过程中,无人机需要与缝隙的边缘保持尽可能大的距离,防止碰撞。将所有限制融合到一个简单的轨道规划问题上是非常重要的,因为当无人机飞向缝隙的时候,可行轨道的数量会大大降低。另外,当无人机离缝隙非常近的时候,它就看不到这条缝隙了,这让它可以在没有任何视觉反馈(即全盲)的情况下顺利通过缝隙。
我们可以用两个步骤解决这些问题。我们计算了一条可以让无人机在全盲条件下通过缝隙的方法,这多亏了缝隙长度较短以及它需要预先输入数据(即给定幅度和零角速度)。要通过缝隙,我们使用了生成轨道法,它让我们可以估测多个备选轨道,针对每个备选轨道,我们会计算无人机和装载的摄像机的最佳定位以及缝隙方向。在短时间内,我们会选择最佳轨道,它可以保证缝隙永远都可以被看见,并且缝隙的中心离图像的中心非常近。这个方法还可以让无人机飞行得非常快,这让它能够接近缝隙并且在找到更精准的角度时,重新规划轨道。
IEEE Spectrum:无人机可以飞成一列通过缝隙吗?它在完成这样的表演时,会遇到什么限制条件?
Davide Scaramuzza:如果我们改变策略,让无人机持续快速飞进缝隙,而不是将它们固定在某个盘旋的位置上的话,它们是可以列阵飞过的。主要的限制就是无人机自身的敏捷度,这一点可以通过将它的重量/惯性转变成限制条件来实现。如果使用一个小型且敏捷的四轴无人机的话,在穿过第一个缝隙之后、接近另一个缝隙之前的这段时间内,它更能保持平衡;另一方面,如果无人机非常笨重,那么在快速通过缝隙之后,它的恢复过程要更长,也就是说要花费更长的时间它才能重新飞过另一个障碍。总的来说,如果无人机的重量减小了,我们就可以缩短每个缝隙障碍之间的距离了。
IEEE Spectrum: 这项研究可以应用在其他方面吗?比如避开树木或者是路灯什么的?
Davide Scaramuzza:当然!避开像树木和路灯这样的障碍是我们接下来即将面对的挑战。其实这些避障场景都非常相似,我们的解决方法是除了识别外,当我们保证不会发生任何碰撞时,把杠杆的距离缩小到的极限(为了将整体飞行时间降到最短)。
IEEE Spectrum: 如果这项研究中用到的是商业无人机或是娱乐无人机的话,会有多困难?
Davide Scaramuzza:其实并不会很难。我们只需要一个搭载在无人机身上的摄像机,一个惯性测量装置和一台计算机。目前,几乎所有商业无人机都有这样的硬件配置,然后再加上合适的算法,我们就可以用它进行类似的研究了。
IEEE Spectrum:您的下一步研究计划是?
Davide Scaramuzza:我们计划将这项研究变得更加多元化。一方面,我们要让无人机在不停止的情况下通过多个缝隙;另一方面,我们会让缝隙动起来,或是在静止的缝隙上安置悬浮荷载。最后,我们希望它能够在树木、杠杆和其他类似的障碍物之间实现通行。
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