洞穴探險神器？可自主導航的單旋翼自旋無人機，效率更高！

PULSAR 的結構圖

【環球網無人機綜合報道】香港大學消息，最近，香港大學(港大) 工程學院機械工程系助理教授張富博士所領導的團隊，最新設計出一種利用動力飛行而不需要驅動雷達感測的無人機，名為「脈衝星」（PULSAR）。 「脈衝星」具備感知及建圖等多種功能，彷如將科幻電影《普羅米修斯》中，人類利用自旋探測器即時建構洞穴的三維地圖的場景成為現實。

據報道，無人機在搜救、洞穴勘查以及建築繪圖等多個領域中的重要性逐漸增加。張博士的團隊以自旋運動為研究核心，「脈衝星」利用動力飛行、不需要驅動雷達感測，因其自旋運動和光達光束的掃瞄模式，與天文學上的脈衝星在直覺上十分相似而命名。 「脈衝星 」配備了微型機載電腦和雷射雷達，實現了完全自主的感知、建圖、規劃和控制，無論在室內還是室外環境都不需要外部設備輔助。單執行器在脈衝星上用於驅動無斜盤機構，能夠同時產生推力和轉矩。

張博士的團隊利用“脈衝星”，在環境探索和多方向動態避障方面進行了實驗，結果顯示它可以在不依賴任何外部設備輔助的情況下，在未知環境中執行自主導航並且即時探測環境中的靜態和動態障礙物。

「脈衝星」具備在夜間進行全自動導航的能力，顯示其航行性能不受光照條件限制。此外，它能應付外部風擾。即使遭受每秒4.5公尺的最大風速幹擾，「脈衝星」仍能在一個較小的範圍內保持懸停位置。這些特性使飛行器在野外環境中更加安全及穩定。

感測器還可以透過內在的自旋運動來增加視野範圍，從而提高無人機的感知能力和任務效率，除了上述的能力。目前有兩種主要的方法用於拓展感測器的視場，它們共同的特徵是整體功耗較高。一種可採用的方法是運用大視野的感測器，例如魚眼鏡頭、反射型相機或360度雷射雷達。然而魚眼相機和自反射相機往往會存在顯著的變形，360度雷射雷達在垂直方向上的視野仍然較窄且解析度較低。另一種方法是同時使用多個感測器，如多相機系統或多雷射雷達系統，可是多感測器系統會帶來額外的成本和較長的資料處理時間。同樣，採用雲台系統去拓展視野也會帶來類似的問題。

張博士的團隊發現「脈衝星」與具有相同槳葉面積和載荷的四旋翼無人機相比，它能夠節省26.7%的能量消耗，同時保持良好的靈活性。脈衝星的動力系統採用單一執行器，能達到更高的能量轉換效率，整體效率可達每瓦6.65公克。僅憑藉直徑只有37.6公分的螺旋槳和容量為41瓦時的小容量電池，這個重達1234克的無人機就實現了超過12分鐘的懸停時間。如果替換光達為更大的槳葉和電池，"脈衝星"的懸停時間可延長超過40分鐘。

研究成果已發表在《科學·機器人學》（Science Robotics）上，文章標題為「A self-rotating, single-actuated UAV with extended sensor field of view for autonomous navigation」並獲刊登在《科學》網站首頁圖片。

張博士表示其團隊建立的研究平台有利於更深入地研究自旋無人機，「我們認為該平台的建立將有利於探究高速旋轉下的無人機控制方法和劇烈運動下的同時定位與建圖（SLAM）技術。」

以上是洞穴探險神器？可自主導航的單旋翼自旋無人機，效率更高！的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！