Vijay Kumar实验室新成果 ：只依靠机载系统，无人机能自动穿过窗户 | 新智造

小型无人机可以自动完成很多“空中杂技”表演，比如像之前我们看过的这个无人机穿过窗户缝。不过这个场景，却只能在实验室的环境下实现。

正如你在动图里看到的，在无人机周围亮着的红色的灯光的，都是摄像机，它们以每秒几百次的速度，搜集精确的数据信息，传输给外界的计算机系统，然后由计算机对无人机进行控制。而无人机只需要执行计算机给出的指令，完成规定动作就可以了。

所以这个小小的无人机，并不是独立存在的，它更像是一个“傀儡”，执行周围庞大的摄像机和计算机系统的指令。

然而这一状况已经发生改变。最近，无人机大师 Vijay Kumar 的实验室发布了一个令人惊叹的新系统：他们实现了让无人机在只需要机载传感器和计算组件的情况下，自动穿过窗户缝。这意味着外界摄像头不需要了，外界的计算机也不需要了。第一次，这个无人机有了自己的“想法”，可以独立完成任务。

这个无人机系统的特点是：单纯依靠机载的传感器和计算组件，完成定位、状态评估和路径规划，而不需要任何外界的帮助。

无人机上面携带了一个 IMU、高通骁龙处理器 以及 Hexagon DSP。 它非常轻巧，只有 250g 重，穿过窗户缝的速度是 4.5 m/s， 加速度是 1.5g， 可进行 90 度的翻转。

这个系统的主要研究人员分别是 Giuseppe Loianno、Chris Brunner 和 Gary McGrath，他们都来自宾夕法尼亚大学 Vijay Kumar 实验室。把一个由整个实验室装备完成的系统，缩小至一个小无人机上，这是一个巨大的成就。而这个系统的研发工作进行了 6 年时间。

不过需要注意的一点时，在完成动作之前，无人机已经预先被告知了障碍物的位置。也就是说，障碍物的位置并不是无人机自己实时获得的。对此，Vijay Kumar 和 Giuseppe Loianno 的回应是：

“这个无人机有一个前置立体摄像头，可进行密集的地图绘制，但是这个并没有整合到实时轨迹规划和控制框架里（不过这一点将会很快完成）。在这篇论文里，我们解决了状态评估、轨迹控制和规划的问题：如何依赖单一摄像头和 IMU 获得信息，从而估算整个无人机的状态，并使用机载处理器来进行轨迹规划和控制。”

Vijay 解释道，最难的一点，就是轨迹规划和控制，因为这需要采取“极具创意的方法”：

“当这个无人机穿过窗户时，你会看到它获得了动力然后翻了个身。这是自动完成的，并且是一个流畅的动作（相较而言，以前飞过窗户的动作，是拆解成了 3 部分，然后拼接在一起）。另一个挑战就是，依靠单一摄像头和 IMU 来估算位置和速度，同时在 200Hz 的频率下关闭反馈系统。”

研究人员目前正在致力于实时地图测绘，这是障碍物侦测和动态路径规划的一个关键所在。

不过，我们非常乐意看到这个小东西在实验室之外的环境中工作。我家有太多半开的窗户了，没有无人机来穿一穿，有点浪费呀。

Via Spectrum IEEE

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