我國科研團隊破解多旋翼無人機飛行失控難題

設(shè)想一下，一架四旋翼無人機飛行途中，部分螺旋槳無法旋轉(zhuǎn)，如何依然保持安全飛行？北京航空航天大學(xué)科研團隊歷經(jīng)多年研究，在多旋翼無人機容錯控制技術(shù)方面取得重要突破，為上述難題找到答案。相關(guān)成果近日在機器人領(lǐng)域重要國際學(xué)術(shù)期刊《IEEE機器人學(xué)匯刊》發(fā)表。

圖為正在飛行的僅一個螺旋槳工作的四旋翼無人機照片。
（科研團隊供圖）

工業(yè)巡檢、消防救援、包裹遞送、拍照攝像……無人機已深入大眾生產(chǎn)生活。常見微小型無人機涉及多旋翼、固定翼、直升機等類型，其中多旋翼無人機是目前應(yīng)用最廣泛的飛行器之一，其通過多個螺旋槳提供升力，具有垂直起降和懸停能力。然而，無人機快速普及之時，常出現(xiàn)因極端天氣、碰撞障礙物等導(dǎo)致“罷工”墜地的情況，造成人財物損失。如何提升飛行安全性，成為行業(yè)緊迫課題。

北航自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院可靠飛行控制團隊，以四旋翼無人機切入研究，針對飛行器執(zhí)行機構(gòu)突發(fā)故障后的受力特點，成功設(shè)計出被動容災(zāi)控制算法。團隊通過實驗驗證發(fā)現(xiàn)，四旋翼無人機的“控制大腦”搭載該算法后，即便有三個螺旋槳失效，仍可保持安全飛行并實現(xiàn)可控返航。該團隊成員、北航柯晨旭博士說，相關(guān)成果可拓展應(yīng)用于六旋翼、八旋翼等多旋翼無人機。

圖為僅一個螺旋槳工作的四旋翼無人機飛行動圖（0.1倍速）。
（科研團隊供圖）

“如果部分螺旋槳失靈，無人機整體平衡就會被打破，機身會像陀螺一樣自轉(zhuǎn)起來，螺旋槳出現(xiàn)‘公轉(zhuǎn)’。借助這種現(xiàn)象，我們研發(fā)的算法能讓正常運轉(zhuǎn)的螺旋槳‘分身’，提供全部的升力——這好比打乒乓球，如果一個人運動速度足夠快，可實現(xiàn)自己發(fā)球、自己跑到對面接球，如此往復(fù)，完成一個人的球賽。”北航教授、該團隊成員全權(quán)說。

全權(quán)表示，未來該成果將應(yīng)用于新型多旋翼無人機研發(fā)，提升多旋翼無人機飛行安全性能。

《IEEE機器人學(xué)匯刊》審稿人評價，該研究創(chuàng)新性運用被動容災(zāi)控制算法，有望為無人機飛行安全方面的科研提供可靠參考。