Beobachten Sie, wie dieser Roboter-Quadrocopter aggressiv durch enge Lücken fliegt

Micro Air Vehicles könnten eines Tages einen wesentlichen Beitrag zu Such- und Rettungseinsätzen nach Katastrophen wie Erdbeben oder Tsunamis leisten. Man kann sich leicht vorstellen, dass Quadcopter Gebäude untersuchen, durch rissige Wände eindringen und durch eingestürzte Räume fliegen, um Menschen zu finden, die eingeschlossen sind.

Aber wenn diese Fahrzeuge diese Aufgabe jemals bewältigen sollen, müssen sie autonom mit Geschwindigkeit und einer Vielzahl von Winkelbeschleunigungen durch enge Lücken navigieren und sich im Flug drehen und wenden, um sich durch den verfügbaren Raum zu zwängen.

Das ist einfacher gesagt als getan. In der Tat war keine Drohne in der Lage, dies ohne erhebliche externe Rechenleistung zu tun (siehe Daredevil Drone Files through the Trees Like an Ace).

Heute ändert sich das dank der Arbeit von Davide Falanga und seinen Freunden an der Universität Zürich in der Schweiz. Diese Jungs haben eine autonome Drohne entwickelt, die mit wenig mehr als den Daten einer nach vorne gerichteten Kamera und einer cleveren Verarbeitung an Bord schnell durch enge Lücken fliegen kann.

Das Team erstellte ein Rechteck, das mit einem dicken schwarzen Rand markiert ist, um sicherzustellen, dass die Drohne es sehen kann. Dieses Rechteck hängen sie dann mitten im Raum auf und lassen die Drohne aus eigener Kraft hindurchfliegen.

Die Drohne ist mit einer nach vorne gerichteten Fisheye-Kamera ausgestattet, mit der sie die Lücke erkennt. Um die Aufgabe zu vereinfachen, kennt die Drohne die Größe des Rechtecks ​​und muss nur die erforderliche Flugbahn berechnen.

Das ist nach wie vor eine herausfordernde Aufgabe. Der integrierte Prozessor führt die Trajektorienberechnung in zwei Stufen durch. Es berechnet zunächst, wie die Drohne durch die Lücke fliegen soll und welche Drehung, Gier oder Rolle sie ausführen muss, um die Lücke zu durchqueren. Dies geschieht, indem der Abstand der Drohne von den Rändern des Rechtecks ​​maximiert wird, um eine Kollision zu vermeiden.

Nachdem er sich für diese Traversenbahn entschieden hat, berechnet der Bordprozessor dann einen Anflug, der die Drohne an den Punkt bringt, an dem sie die Traversenbahn einleiten kann.

Die Anflugbahn weist einige zusätzliche Beschränkungen auf. Beispielsweise muss diese Trajektorie das Rechteck jederzeit im Blickfeld der Kamera halten. Die Drohne muss die Lücke sehen, damit sie ihren Standort bestimmen kann.

Und der Prozessor muss die Flugbahn ständig neu berechnen und gleichzeitig sicherstellen, dass alle erforderlichen Anpassungen innerhalb der aerodynamischen Fähigkeiten der Drohne liegen. Der Prozessor ist in der Lage, 40.000 Trajektorien pro Sekunde zu entwerfen und zu testen.

Ein Grund, warum die Trajektorie in zwei Teilen behandelt werden muss, besteht darin, dass die Drohne das Rechteck während der Traverse nicht sehen kann. Also muss er dieses Manöver blind durchführen, was möglich ist, weil dieser Teil des Fluges so kurz ist. Die Trajektorie wird so generiert, dass das Kollisionsrisiko minimiert wird, und benötigt aufgrund ihrer kurzen Dauer kein visuelles Feedback, das während des Traversierens nicht verfügbar ist, sagen Falanga und Co.

Nach dem Passieren der Lücke muss der Quadcopter seine Fluglage wiedererlangen und schweben. Dafür ist er mit einem Abstandssensor und einer nach unten gerichteten Kamera ausgestattet, die er nur für diese Aufgabe nutzt.

Das Team testete diesen Ansatz mit einem Quadrotor mit Abmessungen von 55 mal 12 Zentimetern und einem Gewicht von 830 Gramm. Der Quadcopter ist so angepasst, dass die Motoren um 15 Grad geneigt sind. Dies bietet dreimal mehr Gierkontrolle, verliert aber nur 3 Prozent des kollektiven Schubs.

Der rechteckige Spalt misst 80 mal 28 Zentimeter, und das Team flog 35 Missionen hindurch, mit Geschwindigkeiten von bis zu drei Metern pro Sekunde, was einen Rollwinkel von bis zu 45 Grad und einen Nickwinkel von bis zu 30 Grad erforderte.

Die Ergebnisse sind beeindruckend und können sich sehen lassen Hier . Das Team wertet einen Flug als erfolgreich, wenn der Quadrocopter die Lücke ohne Kollision passiert und sich danach selbst zum Schweben bringt. Wir haben eine beachtliche Erfolgsquote von 80 Prozent erreicht, heißt es. Nach unserem besten Wissen ist dies die erste Arbeit, die die aggressive Flucht durch enge Lücken thematisiert und erfolgreich berichtet.

Ref: arxiv.org/abs/1612.00291 : Aggressiver Quadrotor-Flug durch enge Lücken mit Onboard-Sensorik und -Computing

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