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多旋翼无人机手抛起飞

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发表于 2018-6-13 10:38:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

首先要说明的是:手抛起飞不是什么革命性的操作方式,也不是Lily首先提出的(其他产品也提出过,高校也曾经研究过),本文也完全不反对这种操作方式,甚至可以说,对于一般小白用户,相对于繁琐的自检、解锁、起飞还有传感器校准等标准流程,扔出去就可以飞反倒是最正常的操作逻辑了(军用微型固定翼无人机,如以云雀、黑寡妇等也都是一直支持手抛起飞的)。因此,之所以手抛起飞的方案之所以并没有被主流厂商所广泛采用,并不是他们没有想到,而是因为其中的坑太深太大,主流厂商都还在坑边架设脚手架想办法下坑时,Lily义无反顾地直接跳了下去,还在坑底向世人炫耀而已,至于能不能从坑中成功爬出来,现在看来并不是那么乐观。

  消费级无人机之所以能够被称为无人机而不是航模,根本上是因为自动化的飞行和简便的操作方式,一切能够推动这两点发展的技术,都将是这个行业努力的方向,下面就从典型的工作流程为主线来分析一下,对于消费级多旋翼无人机,手抛起飞为什么是个深坑,以及如何才能安全可靠地实现手抛起飞。  

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  先说上电自检。无人机是靠多种传感器测量实时姿态位置等信息,并结合控制算法完成自动飞行的,因此传感器的初始化和故障检测就是一项很重要的工作,你可以说上电自检这段时间我可以等啊,大不了多拿在手上十秒钟,不过很不幸,这不是时间能够解决的问题,这就是手抛起飞要解决的第一个问题——传感器精度。由于消费级无人机的成本、厂商技术实力和设备的限制,采用传感器的精度和对传感器的标定都有不足,比如当前多数产品上电自检过程就会采集陀螺仪数据以便对零点漂移进行补偿,这段时间就要求无人机尽量保持静止,在这种策略下,如果放在手上自检和解锁,传感器漂移估计会出现误差,抛出去之后就有无人机可能变成无头苍蝇了(这里打个比方而已,事实上自检过程中如果没有保持静止,现有产品多数都会有补救措施)。当然如果采用了较高等级的传感器,或者对传感器温度漂移、零点漂移和比例系数进行了标定,又或者采用稍微复杂的算法对传感器漂移进行估了计,就可以在一定程度上减少对自检时机身保持静止的要求,放在手上进行自检,成功率也会大大提高。

  自检完成,通常的无人机产品可以进行解锁和起飞了,而手抛起飞的无人机如果这么干,外科医生可就要忙到底朝天了,毕竟以现在的消费级无人机产品的可靠性,说明书恨不得让无人机与人相距十米开外,某款产品要放在手上解锁,并且还要扔出去?想想还是算了吧,因此手抛起飞的无人机肯定是要抛出去后自动解锁了,这又引出来第二个关键性问题——手抛检测。正常情况下,手抛检测其实不麻烦,毕竟有加速度传感器在,只要是将无人机拿在手上,传感器测量出的加速度总会是重力加速度与手抛引起加速度的矢量和,而抛出去之后由于接近于自由落体,检测的各向加速度均会在零附近。而实际情况下,手抛检测则会受诸多因素影响,例如如果加速度计测量值本身误差过大,则即使是自由落体,无人机也无法识别(当然,在传感器精度问题未解决之前,手抛起飞是不能轻易实施的),还有,Lily宣传片中在大桥上和山顶抛飞无人机,这两种环境很容易出现风切变,不稳定的阵风也会扰乱手抛检测,此外,抛飞动作往往会有个回拉再抛出的过程,回拉动作某些情况下是有可能与自由落体时的加速度大小类似的,如果在这个过程中无人机解锁,外科医生就又要忙了。不过上述问题可以通过相对复杂的数据分析和处理算法进行解决,毕竟人手回拉抛飞的动作,与风导致的加速度偏差在时域和频域上都能较好地区分开,这也就是几十块钱的运动手环就能很好地识别出人是在走路还是在故意甩动手环的原理(但是人走动和狗走动就不是那么好区分了)。

  无人机被抛出并自动解锁的问题算是能够解决了,下面就是解锁后启动电机并自稳的过程了。现在的消费级无人机产品为了降低操作门槛,油门和姿态的响应速度会设计得比较慢,为了保证续航时间,电机的最大扭矩(电流)也不会比悬停时大很多,而手抛起飞无人机为了能够快速启动和自稳,则需要电机能够迅速达到最大转速。当然,大扭矩电机造成的重量和续航短板只是比较小的问题,忽略不计,这里要说的就是解锁时机的把握,就是检测到被抛出多长时间后解锁,时间长了可能无人机早都掉地上了(如果无人机被平抛出去,理论上半秒钟之后就会下落1.25米),而如果时间过短,则导致无人机距离操作者很近时就开始工作,如果此时无人机的姿态恰好朝着操作者倾斜,就有可能对操作者的安全造成一定威胁。如果说电机的快速启动可以通过电机扭矩增大而实现,那么检测到被抛出与电机启动的时间差则需要厂商对各自应用场景进行试验得出了,甚至是需要辨识出应用场景以便做出不同响应,此外,抛出的高度、速度和姿态则就需要厂商对用户进行必要的培训了,毕竟手抛起飞很大程度上是为了降低操作难度,而小白用户对飞行原理可能一无所知,他们对如何抛出,以及抛出的力度可能毫无概念,因此手抛起飞的难度对于他们来说反倒比正常的一键起飞要大。

  解决了电机启动和对用户抛飞动作的培训之后,飞行控制就是用户体验的问题了,至于部分产品把遥控器取消了,直接用手环手表进行控制,其优缺点此处先不展开,直接说手抛起飞的无人机降落。将多旋翼无人机降落到手上是在内行人看来比较作死的降落方式,手上降落需要携带标志物,由于人手太小,GPS位置精度远达不到要求,现在能实现识别标志物精确位置的方式只有机器视觉了,好在从机器视觉角度出发,识别特定的标志物并非困难。但是在实际操作中,由于人手的姿势和大小不同,无人机的重心与手掌中心的偏差过大时,特别是新手操作出现这种问题时,降落到手上后很可能出现重心不稳而歪倒的情况,这种多个失误同时发生的场景下,危险性就很大了。  

b21310862726700233898S2.jpg 更多无人机及无人机电池可访问http://www.ace-pow.com/news/2079.html

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