这个无人机还会射箭！80多次反复测试，精度达±10cm

       人啊，一旦进入长草期，什么花样都能玩出来。就比如说这无人机吧，之前大家都还主要用它做做航拍啥的。可如今，远程测温它能做了，线上竞速它也能做了，甚至研究人员还想用无人机来射箭玩儿。

这...鲁迅看到了也得直呼“惹不起”。

       其实，研究人员也不真的只是用无人机来比赛射箭，而是想让无人机用这样的方式把传感器送入一些危险区域，供他们后续的调查。

       据了解，这个会射箭的无人机系统总重650克，一次充电装机最多可发射17次，最远能够在距目标4米处，以正负10厘米的精度将30克重的传感器送到目标点。

       这项研究由帝国理工学院的研究人员完成，目前以论文的形式发表在了IEEE上。

四旋翼无人机+传感器发射装置，80多次测试确认最佳发射位置

       我们还是先来仔细看看这个无人机到底有什么特殊的地方。

       如下图所示，这个无人机使用了四旋翼配置，最大飞行时间为16分钟，重量为650g。该系统还有一个用来搭载传感器的空间，这需要在起飞前手工进行加载。

       在后续实验中，研究人员使用了24g传感器吊舱，吊舱包括用于弹簧压缩的元件、飞行稳定器和用于传感器的囊。用于发射传感器的能量则是通过线性弹簧以弹性能量进行存储。

        从下图看到，无人机内置了两个偏置弹簧，一个能提供偏压力，一个主要用于创造不连续的响应机制。如果需要某种特定的发射行为，我们可以通过修改两个弹簧的厚度、SMA驱动器导线的直径和A与β的值来实现。

       具体到操作上，第一步我们需要增加A值，以达到所需的驱动长度，然后从可用的最小执行器导线直径开始，增加零偏压弹簧的厚度，直到达到所需的初始拉伸为止，再选择次级偏置弹簧，使其欧拉负载高于零偏置负载。

       其次，我们需要确认SMA的最大应力没有达到迭代，然后减小β，直到Euler负载尽可能接近零偏置负载为止。

       在实验过程中，研究人员对其进行了80多次的反复测试，可以发现，纵向的精度会随着距离的增加而降低，而横向的精度会受到发射时俯仰偏航和侧倾振荡的影响，但总的来说，随着目标距离增加，下降趋势明显。

户外测试不确定因素骤增

        随后，研究人员在户外进行了实地测试。

        他们还发现并改进了诸多问题，比如说在森林中，树叶会影响GPS信号，这就需要用基于位置估计的车载传感器进行代替。

        测试中使用的传感器依赖于Arduino nano 33 BLE Sense，该传感器通过低功耗蓝牙技术传输温度、大气压和亮度等数据。

        在基于视觉的系统上，研究人员主要使用视觉惯性里程计（VIO）来充当运动捕捉系统的直接替代品。不过，例如飞行时间传感器、立体视觉或深度传感器的机载定位系统还是有其他优势的，这些系统可以提供深度信息，知道目标深度后，就可以闭合回路以计算发射位置。

       研究人员主要在户外进行了三项测试。结果显示，传感器能够成功附着在2米和4米高的白桦树上，再硬一点的木质材料就没办法做到稳定固定。

实验室的传感器放置研究

       这项研究由帝国理工大学的空中机器人实验室（Aerial Robotics Laboratory）主要执行完成，论文一作也是实验室的博士生André Farinha。

       浏览了一下实验室的官网，发现他们在定位和传感器放置（Perching&Sensor Placement）这一领域还有不少研究成果。

比如这个自主四旋翼无人机系统，配有绞车式磁体，能够在垂直表面上栖息并沿垂直表面滑动，以便在附近进行检查。

       这也是首次实现束缚式四旋翼无人机，基于这项研究，该无人机就可以在基础设施元素附近垂直悬停和栖息，从而实现各种地面操纵和维修任务。

        再比如这个配备了被动自适应栖息机构的自主四旋翼无人机系统。

        这个系统能使无人机稳定地附着在各种表面上，包括树枝和管道等。此外，研究人员还开发了一种混合动力运动控制器，以确保无人机达到所需姿态时可以调节缆线张力。

        混合控制方法利用系统的机械柔韧性提高了可靠性，稳定地连接到不规则的自然结构，并且增加了绞盘，使无人机可以相对于分支稳定地定向在任何位置或方向上。

除上述研究外，实验室在自主控制与机器人、软体机器人等领域也颇有建树。

培训单位：龙航集团-启航无人机科技（辽宁）有限公司

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