新算法比人类赛车飞行员更快地飞行无人机

为了有用，无人机需要快速。由于电池寿命有限，他们必须在尽可能短的时间内完成任何任务——在灾难现场寻找幸存者、检查建筑物、运送货物。他们可能必须通过一系列航路点（如窗户、房间或特定位置）进行检查，在每个路段采用最佳轨迹和正确的加速或减速。最好的人类无人机飞行员非常擅长这样做，并且迄今为止在无人机比赛中的表现总是优于自主系统。现在，苏黎世大学 (UZH) 的一个研究小组创建了一种算法，该算法可以找到最快的轨迹来引导四旋翼飞行器——一种带有四个螺旋桨的无人机——通过电路上的一系列航点。 “我们的无人机在实验赛道上击败了两名世界级人类飞行员的最快圈速”，大卫·斯卡拉穆扎说，他是 UZH 机器人和感知小组和 NCCR Robotics 救援机器人大挑战的负责人，该项目资助了这项研究。 Scaramuzza 说：“该算法的新颖之处在于它是第一个生成充分考虑无人机局限性的时间最佳轨迹的算法。”以前的工作依赖于四旋翼系统的简化或飞行路径的描述，因此它们是次优的。 “关键的想法是，我们的算法只是告诉无人机通过所有航点，而不是如何或何时通过所有航点，而不是将飞行路径的各个部分分配给特定的航路点，”博士生兼第一作者 Philipp Foehn 补充道的纸。研究人员让算法和两名人类飞行员驾驶同一个四旋翼飞行器穿过赛道。他们使用外部摄像头来精确捕捉无人机的运动，并且——在自主无人机的情况下——向算法提供有关无人机在任何时刻所处位置的实时信息。为了确保公平比较，人类飞行员有机会在赛前在赛道上进行训练。但是算法赢了：它所有的圈数都比人类的要快，而且性能更稳定。这并不奇怪，因为一旦算法找到了最佳轨迹，它就可以多次忠实地再现它，这与人类飞行员不同。在商业应用之前，该算法需要降低计算要求，因为现在计算机需要长达一个小时来计算无人机的时间最佳轨迹。此外，目前，无人机依靠外部摄像头随时计算其所在位置。在未来的工作中，科学家们希望使用机载相机。但自动无人机原则上可以比人类飞行员飞得更快的演示是有希望的。 Scaramuzza 说：“这种算法可以在无人机包裹递送、检查、搜索和救援等方面有巨大的应用。”菲利普·弗恩、安吉尔·罗梅罗、大卫·斯卡拉穆扎Quadrotor Waypoint 飞行的时间最优规划。科学机器人。 2021 年 7 月 21 日。DOI：10.1126/scirobotics.abh1221