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灵巧作业无人机实现“精准操控”究竟有多难

2023年01月17日 09:56   来源: 科普中国军事科技

混乱条件下,空中作业需要克服由作业任务和对象带来的晃动和质心变化等影响,例如抓取和投放物资等。北京航空航天大学“飞行器先进导航与控制系统技术”科技部重点领域创新团队在负责人郭雷教授带领下,系统性地提出了复合干扰分离与估计、具有适应可变性能的复合抗干扰控制等方法,突破了仿生优化设计、浮动基座变质心高精度指向控制等关键技术,研发了一款空中灵巧作业无人机系统。

进行风力干扰测试中的无人机

无人机普遍被用在人类难以涉及的环境,比如高温高压等危险、极端、特殊、恶劣场景。在高危环境中,由于外部情况复杂,操控人员如果想要进行正常的机器操作和视频记录,则对无人机采集图像的稳定性要求极高。这就对飞控的抗干扰能力提出了新要求,如果不够平稳,则会出现“果冻”效应。航拍领域中所说的“果冻”效应是由于机身震动过大、减震球不合适等因素造成照片、视频中出现抖动现象,由于神似被戳动的果冻而被成为“果冻”效应。

因无人机的机构振动导致的“果冻”效应,正是一种典型的飞行干扰。应用郭雷教授的复合精细抗干扰控制方法,综合分析模型误差、内部噪声、质心偏移以及外部扰动等复合干扰,进而分离识别与抑制补偿,使得“灵巧作业”精准度显著提高。

既然叫做灵巧作业无人机,那么其灵巧程度就成了衡量关键。在航空航天领域,最有代表性的就是空间非合作目标的在轨抓捕测试。空间非合作目标的在轨抓捕与一般合作目标的抓捕不同,其最主要的特点就是目标具有非合作性——即不具有抓捕所需要的专用接口,并且不提供任何用于对其进行抓捕的有效信息。

团队受邀参加2021年“中国机器人峰会”和“北京国际科技博览会”

团队针对抓捕目标的非合作特性,以抗干扰位姿估计与复合精细抗干扰控制方法为技术背景,研究抓捕非合作目标过程中的目标识别与捕获控制问题,首次完成了空中非合作目标捕获测试。团队余翔教授介绍目前达到了毫米级的末端控制精度,属于目前已知的国际最高精度。多用于航天领域的“空间非合作目标的在轨抓捕测试”首次在无人机领域完成,这是国内无人机领域的一个创新,更是灵巧无人机作业精度的体现。

未来,在应急救援、感知安监等多个领域,灵巧作业无人机均有广阔的应用场景。团队将研究方向从任务需求场景出发,以系统总体为研究视角,经过一体化设计,来提高灵巧无人机的作业精度。无人机的智能化升级迭代,不断深入细分领域方向,也必将使得中国无人机在准度、精度、安全上走在全球前列。

专家简介:王腾,军事装备科普专家,陆军装甲兵学院硕士研究生学历,先后在中央电视台、人民日报从事一线军事新闻工作,参加策划并制作多个军事科技专题。长期对国内外高科技装备、各兵种主战装备等方面进行科普研究,先后在《人民日报海外版》、《法制日报》、《科普中国》等平台发表文章,获“国家信息化领导小组”颁发的先进个人奖项。

出品:科普中国军事科技前沿

作者:王腾

策划:金赫

监制:光明网科普事业部

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标签: 无人机  抓捕  灵巧  果冻  作业 

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