1、 项目背景

本项目起源于一些贴近我们生活的应用和想法:手机上可较精准定位的Google Maps,可远程操纵的无人机系统,近日频频出现的四旋翼飞行器,还有取快递小包裹却跑半个校园的痛苦……

也许你也和我们一样,会想象一个可以精确在给定点之间自动飞行的灵活飞行器。无论你对这个飞行器的应用有何想法——物流自动投递、路线自动规划、生命探测、地形测绘与建筑物建模、友好的人机交互、手机电脑上的客户端…——让我们从最核心、最基础的简化版本做起:中小型航模的多路联合飞控与定位。

对于已经成熟以及非核心的部分,如载重及速度提升、长途路径规划、GPS与移动基站定位、互联网应用、手机客户端、某些传感器制作等,我们在初期基本不会投入精力,而会在基础的飞控和定位矫位较为成熟之后进行相应升级。

初期研发会在较为简单易用的飞行模型上进行,我们会专注于多传感器结合图像处理的飞行姿态控制(及必要的环境信息探测)与相对位置确定。

2、 项目内容



四轴飞行器(四旋翼)是最近发展起来的一种新型垂直起降飞行器。相比于固定翼飞行器,四旋翼能够进行悬停与垂直起降,能够在室内等狭小环境内飞行;相比于直升机,四旋翼机械机构极其简单,没有复杂的传动机构。最为关键的一点,相比于固定翼与直升机,四旋翼的飞行控制原理简单、便于实现,在四旋翼上对飞行控制相关问题的探究非常适合我们。目前市面上玩具级四旋翼已经比较普遍,应用于实际侦查的四旋翼无人机已经面世。总之,四旋翼是一个非常好的研究飞行控制问题的平台。

本项目首先致力于打造一种能够在室内等狭小环境内精确飞行的飞行器(相对于室外环境简单)。传统的四旋翼飞行器导航方式为单一的惯性导航,无法实现精确的姿态测量,无法实现定点飞行,更无法实现室内等狭小环境的飞行。

考虑到这一点,我们提出一种复合导航的方式,即将惯性导航 + 超声、激光测距+ 图像处理获得的飞行器姿态与位置数据进行整合分析,得到更为精确的姿态与位置数据。

对飞行器的位置进行精确测定一直是飞行器控制的一大难题。传统的GPS + 气压高度计的定位精度最高能够达到1m,但是这样的精度对于室内精确飞行显然是不够的。为了能够在室内等环境中精确获得飞行器姿态,本项目计划采用数字图像处理的方法,在飞行器上安放一或多个摄像头,分析摄像头内的图像及其运动情况,并与传感器交互并综合信息,就可以获得飞行器的精确位置与运动情况。

四旋翼使用的惯性导航平台从硬件到算法目前已有研究并有产品,但是产品级的平台无论是从元件的选择还是算法的设计都存在问题,这使得产品级的惯性导航平台精度较差,很难满足室内精确飞行的需要。本项目的另外一项内容就是研究惯性导航算法,研制一套精度较好的惯性导航平台。

当然红外、GPS、气压等是否对精确性有更多帮助仍需要实践和理论论证来检验。有时间的话我们还会做一些便于展示的附加功能,比如自动障碍物规避,简单路线规划,人物识别,乃至到室外飞行等我们在“项目背景”中想象的功能。

3、 项目计划

考虑到这一项目内容涉及硬件、导航、图像处理等多方面内容,每一方面都比较复杂,需要学习相关数学、算法、力学等领域的知识,初步计划分为3组左右进行不同方向的研发,组成一个5-9人规模的团队,将项目拆分成几个小的项目进行研究,具体的项目划分会在10月末进行讨论后确定。

4、 加入我们!

热切希望对硬件、图像等相关领域有基础或者感兴趣的同学一起加入我们的团队,让我们一起为实现自由飞行的梦想而努力!

联系人:

周梦宇 计算机系 zmy90320@gmail.com ***********

董靖 航院 dongjing3309@gmail.com ***********


2017年4月12日:今天在MSRA玩同事的掌上四旋翼,不禁想起了去年看到一个TED talk: Meet the dazzling flying machines of the future时的感慨,参加MobiSys'16时听best paper Reactive Control of Autonomous Drones的talk时的惊叹,之前Amazon用无人机四旋翼做物流的巧合,最终想起了本科时我和星火四期的同学初生牛犊不怕虎,想用四旋翼做快递投放的事情。

记忆中这个项目起源是在星火班一次集体活动上(C楼学生活动中心的某个房间),唯二的立项思路分享talks之一,我当时作为不懂飞行姿态控制的门外汉,用四旋翼投放快递的故事,吸引了好几位星火四期的同学,最后立项、招人(这篇文章)、买设备、乱倒腾… 虽然最后没做出来想象中的四旋翼,不过整个经历让人难忘。