近日,北京大学人工智能研究院朱毅鑫助理教授课题组在IROS 2022上发表论文“Downwash-Aware Control Allocation for Overactuated UAV Platforms”,介绍了一种适用于由四旋翼无人机模块组成的无人机平台的控制策略。该控制策略能够兼顾无人机之间的气流冲刷现象和平台整体的推力效率问题,大大增加了此类无人机平台实际使用时的稳定性和安全性。
基于多个四旋翼和被动自由度机构的过驱动无人机平台
无人机由于其灵巧、简单的特点,一直备受市场和学术界的关注。传统的四旋翼无人机受其欠驱动结构的限制,无法实现位置和姿态的独立控制。打个比方,当我们希望四旋翼无人机向前飞行时,其机身必定是向前倾斜的。为了解决这个问题,研究人员曾设计出一种由多个四旋翼无人机模块组成的过驱动无人机平台。该平台不仅能够实现其位置和姿态的独立控制,更拥有较高的推力效率,大大拓宽了无人机作业的可行范围与机动性。
多机协作时的Down-wash effects(中文可译为气流冲刷现象)一直备受领域内研究人员关注。想要让过驱动无人机平台做出炫酷的动作,首先要保证的就是各个模块无人机之间的气流不会彼此干扰,在此基础之上,尽可能地保留无人机平台的高推力效率能够进一步保证其机动性和安全性。在这篇论文的研究工作中,研究人员提出了一种适用于由四旋翼无人机模块组成的无人机平台的控制策略。该控制策略能够兼顾无人机之间的气流冲刷现象和平台整体的推力效率问题,大大增加了此类无人机平台实际使用时的稳定性和安全性。
什么是无人机之间的气流冲刷现象呢?我们可以将四旋翼无人机飞行时产生的气流视作一个圆柱形气流场。当一台无人机进入另一台无人机产生的气流场时,气流冲刷在这台无人机的机体上,使得其无法稳定控制,这被称为气流冲刷现象。气流冲刷现象会大大影响无人机控制的稳定性,进而影响其安全性。对于无人机平台,每个模块彼此之间都有可能遇到气流冲刷现象,这对控制策略提出很大挑战。