我國科研團(tuán)隊(duì)成功破解多旋翼無人機(jī)飛行失控難題

設(shè)想一下，一架四旋翼無人機(jī)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(tuán)隊(duì)歷經(jīng)多年研究，在多旋翼無人機(jī)容錯(cuò)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(jī)器人領(lǐng)域重要國際學(xué)術(shù)期刊《IEEE機(jī)器人學(xué)匯刊》發(fā)表。

工業(yè)巡檢、消防救援、包裹遞送、拍照攝像……無人機(jī)已深入大眾生產(chǎn)生活。常見微小型無人機(jī)涉及多旋翼、固定翼、直升機(jī)等類型，其中多旋翼無人機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的飛行器之一，其通過多個(gè)螺旋槳提供升力，具有垂直起降和懸停能力。然而，無人機(jī)快速普及之時(shí)，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(cái)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(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院可靠飛行控制團(tuán)隊(duì)，以四旋翼無人機(jī)切入研究，針對(duì)飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)突發(fā)故障后的受力特點(diǎn)，成功設(shè)計(jì)出被動(dòng)容災(zāi)控制算法。團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，四旋翼無人機(jī)的“控制大腦”搭載該算法后，即便有三個(gè)螺旋槳失效，仍可保持安全飛行并實(shí)現(xiàn)可控返航。該團(tuán)隊(duì)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(jī)。

“如果部分螺旋槳失靈，無人機(jī)整體平衡就會(huì)被打破，機(jī)身會(huì)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(yùn)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(gè)人運(yùn)動(dòng)速度足夠快，可實(shí)現(xiàn)自己發(fā)球、自己跑到對(duì)面接球，如此往復(fù)，完成一個(gè)人的球賽。”北航教授、該團(tuán)隊(duì)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(jī)研發(fā)，提升多旋翼無人機(jī)飛行安全性能。

《IEEE機(jī)器人學(xué)匯刊》審稿人評(píng)價(jià)，該研究創(chuàng)新性運(yùn)用被動(dòng)容災(zāi)控制算法，有望為無人機(jī)飛行安全方面的科研提供可靠參考。