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4.1.2棲息仿生軌跡與方法
上海大學機電一體化與自動化學院Zhang等[92-93]提出了一種基于時間接觸理論的仿生軌跡生成方法,研究了直線軌跡、俯仰角耦合棲息和俯仰/偏航角耦合棲息3 種策略,結果表明飛行軌跡滿足無人機在物體上棲息的要求。南洋理工大學機械與航空航天工程學院Chi[94]將棲息過程概括為棲息前、棲息中和棲息后3 個階段,并提出棲息方法學,借助自行設計的抓取機構進行試驗,結果表明棲息機構能對棲息目標物可靠、自動的棲息抓取,驗證了無人機棲息控制算法的正確性。
4.1.3棲息算法設計
中國石油大學(華東)Luo 等[9]提出了一種用于復制高度自適應鳥類棲息行為的機器學習方法,借助姿態控制器和自定位系統調節棲息機動,結果表明該方法是有效的。印度科學院航空航天工程系Maitra 等[95]介紹了可用于無人機自主棲息的仿生算法,描述了基于視覺的數據采集無人機導航方法,單目相機的視覺數據可用于無人機棲息的姿態控制和平面動力學建模分析。韓國科學技術院電氣工程學院Lee 等[72]提出了一種基于強化學習的方法來進行實際應用中的傾斜式旋翼無人機棲息機動控制,通過試驗證明提出的方法克服了多旋翼傾斜復雜的動力學問題,具有較強的魯棒性。德國航空航天中心Tomi? 等[96]提 出 了 一種 四 旋 翼無 人 機 機動 學 習和在線推廣方法,應用最優控制求解器來求解棲息機動問題,仿真和試驗驗證了該方法在平面點到點和棲息機動中的有效性。
4.1.4棲息視覺導航
加州大學電氣工程系Ghadiok 等[97]提出了利用機載單目攝像機視覺同步定位和映射算法解決無人機在室內室外棲息機動導航的問題,試驗表明該無人機存在干擾的情況下自主導航并在傾斜表面自主棲息。科羅拉多州立大學機械工程系Zhang 等[98]提出一種視覺算法來估計棲息物體的表面斜率,搭配距離傳感器和單目攝像機可同時估計X 和Y 方向的表面斜率,試驗結果表明該算法比以往算法更優。紐約大學坦登工程學院Mao 等[73]提出使用視覺和慣性傳感器解決無人機在傾斜表面上自主棲息的估計、規劃和控制問題,通過機載傳感器計算導航棲息到目標位置,最終試驗結果驗證了所提出方法的有效性。
4.1.5 棲息控制策略
南洋理工大學Chi 等[7]提出了一種四旋翼自主棲息的控制策略,通過學習鳥類棲息過程推導出自主棲息所需的函數,并在控制策略設計中完全考慮了這些函數,最后試驗表明該控制策略搭配自主設計的抓取機構能使無人機自主棲息到目標點。曼徹斯特大學Nagendran 等[22]將自適應鐘形剛度控制器和速度匹配方案相結合,實現安全成功的棲息著陸機動,并指出該機動所需的精度和高速運行受到可用的執行器性能和硬件控制帶寬的限制。斯坦福大學機械工程系Roderick 等[30]發現閉環平衡控制在最大化棲息所需參數的范圍起著重要作用,為確定足以成功棲息的硬件設計、運動學、行為和棲息參數的范圍做出指導。南京理工大學計算機科學與技術系Liu等[46]發現當無人機在飛行和附著之間切換時很難控制接觸力,且無人機會因與環境的異常接觸而損壞,基于此提出了一種用于仿生飛行和附著機器人的阻抗控制方法,以實現與環境的平穩接觸,并應用所提的阻抗控制方法調節與環境的接觸力。
北京航空航天大學機械工程與自動化學院機器人研究所Ding 等[53-54]介紹了一種穩定控制策略,使無人機在爬壁模式下保持姿態穩定,并采用遞歸方法對無人機動力學進行建模,試驗驗證了該策略的有效性。韓國科學技術院城市機器人試驗室Myeong 等[66]提出了一種通過低速改變姿態在垂直表面棲息的機理和控制算法,借助此控制方法可以解決無人機在棲息時因快速姿勢變換和著陸速度而帶來的沖擊問題,降低棲息風險提高成功率。韓國科學技術院電氣工程學院Lee 等[71]發現由于旋翼電機偏置、伺服電機減速和傾斜角受單向限制,這些情況可能會導致常規控制方法出現嚴重問題,針對這一問題,提出了一種控制方法—準解耦控制,該方法克服了伺服電機的慢動態特性和角度約束的局限性,取得了良好的控制效果。斯坦福大學機械工程專業Pope 等[77]提出了控制和規劃算法,使一個帶有向下抓取器的欠驅動的四旋翼棲息在傾斜的表面,同時滿足驅動和傳感的約束,試驗結果表明所提出的控制方法可以使無人機成功地棲息在各種傾斜和垂直的玻璃表面上。
廣東工業大學蔣俊高[80]提出了一種基于四軸無人機的仿生壁面自動起降系統,通過對壁面降落過程進行分析,深入研究起降控制策略和碰撞勢能轉換問題,設計了起降機構及相應的降落控制策略及算法,同時對降落發生碰撞和彈離壁面的過程分別建模進行動力學分析,最后仿真驗證了該模型的可靠性和正確性。南京理工大學葉希[99]對四旋翼無人機在近面環境下的控制技術進行研究,并提出了一種結合阻抗和非線性PID 控制策略,試驗結果證明該策略能實現無人機在飛行吸附中對位置和力良好的控制。西北工業大學航空學院孫楊等[100]提出用“軌跡規劃+跟蹤控制”的方法實現四旋翼無人機垂面棲息過程,并用幾何跟蹤控制方法對其改進,仿真結果表明改進跟蹤控制方法能很好實現垂面棲息。