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仿果蝇无人机DelFly Nimble登上了《Science Robotics》的封面

时间:2020-11-20 来源:机器人在线 阅读:3367

今天为大家介绍一款真正用翅膀起飞的无人机,据悉是以果蝇为灵感开发的,大家一定很好奇吧。



看它舞动着透明的翅膀,一溜烟飞走了,有没有想起一种我们都讨厌的小动物。



夏天的时候,大家最讨厌的应该就是果蝇了,飞得贼快,拿着苍蝇拍悄悄的接近它,眨眼间就逃走了。不过果蝇飞行的稳定性和敏捷性成为了科学家开发无人机的灵感。



这是荷兰代尔夫特理工大学的微型无人机实验室(MAVLab)在2018年的作品,仿果蝇无人机——DelFly Nimble,通过拍打翅膀飞行,长为33厘米,重29克。当时DelFly Nimble在IMAV 2018室内竞赛中还获得“最具创新性设计”奖,登上了《Science Robotics》的封面。



最近,MAVLab公布了DelFly Nimble的最新视频,可完成多种飞行和避障任务。令人眼前一亮的还有它的续航能力,在充满电的电池上可以飞行超过1公里的距离,并能够携带4克的额外有效负载。


遵循预定的飞行路线飞行:



通过障碍物:



通过多个圆形“窗户”:



拍打翅膀实现多种飞行任务


和果蝇一样,DelFly Nimble具有一对翅膀,包括两个机翼拍打机构,由透明的聚酯薄膜制成,每秒拍打17次,从而产生飞行所需的升力。



不仅如此,还可以通过机翼的微小调整来控制前后和侧向飞行,甚至在空中转个360度的圈:


DelFly Nimble通过旋转伺服致动器实现各个方向的俯仰、偏航和滚动。



俯仰:

通过调节二面角(翅膀的中线)来产生俯仰转矩,该二面角相对于质心向前或向后移动两个翼对的翼拍平均推力矢量。



偏航:

通过致动一对翅膀的根部伺服致动器来实现偏航,通过改变两个拍打机构的相对方向来调节,使得它们各自的机翼拍打平均推力沿相反的方向倾斜,从而产生围绕偏航轴的扭矩。



滚动:

通过以不同的拍打频率驱动两个机翼对来实现滚动,这会导致推力差,从而围绕滚动轴产生扭矩。



没有尾巴也能保证稳定性


与果蝇不同的一点在于,DelFly Nimble没有尾巴来保持稳定性,依靠主动稳定功能,由车载自动驾驶仪(STM32微控制器,MPU60006DOF IMU)和Paparazzi UAV软件实现。



研究人员采用了具有比例(P)和微分(D)项的姿态反馈控制,从姿态设定点产生参考,姿态设定点均由自动驾驶仪中的预编程序列确定,以确保多次飞行的一致性,这使所有果蝇启发的动作都是由无人机完全自主执行的。在Paparazzi UAV软件中姿态稳定的标准实现的基础上,研究人员还向控制器输出添加了一个低通滤波器(二阶Butterworth),以减少伺服执行器命令中的噪声量。



DelFly Nimble带有实时视频输入的摄像系统,并通过一种叫做LongSeq的视觉算法来躲避障碍,支持图像行中具有恒定视差的长序列,即使在像素不好的情况下也不会对匹配质量造成影响。



看完这款无人机,小编觉得果蝇也没有那么讨厌了。


除了对生物研究有利外,在无人机领域,DelFly Nimble所具有的高效飞行能力和灵活的操纵性,可以让我们看到未来,昆虫仿生无人机或许会比现在的旋翼无人机更有前途。使用现有工艺和组件,DelFly Nimble 机器人制造成本也相对低廉。


目前DelFly Nimble的开发仍在继续,一起期待它未来的表现吧。

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