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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 可自重構(gòu)的集群飛行機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對傳統(tǒng)無人機(jī)集群編隊(duì)飛行在對大面積區(qū)域精確探測遇到的問題提出了一種全新的解決方案,即通過多個無人機(jī)自主拼接組合和分離，提高長時間集群飛行的可靠性,增強(qiáng)無人機(jī)群飛行穩(wěn)定性并提高飛行效率。在對大面積目標(biāo)進(jìn)行探測和偵察時能夠提高偵察效率和精度。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對傳統(tǒng)無人機(jī)集群編隊(duì)飛行在對大面積區(qū)域精確探測遇到的問題提出了一種全新的解決方案,即通過多個無人機(jī)自主拼接組合和分離，提高長時間集群飛行的可靠性,增強(qiáng)無人機(jī)群飛行穩(wěn)定性并提高飛行效率。在對大面積目標(biāo)進(jìn)行探測和偵察時能夠提高偵察效率和精度。 需要對較大面積區(qū)域或是一棟建筑的內(nèi)部進(jìn)行探測時，本設(shè)計(jì)中的多個飛行機(jī)器人首先會拼接成一個整體，目的是在從基地飛往任務(wù)區(qū)的較長距離的飛行中增加飛行穩(wěn)定性并提到飛行效率。當(dāng)?shù)竭_(dá)執(zhí)行任務(wù)的區(qū)域后再分離為單一個體分頭執(zhí)行任務(wù)，目的是能更高效的對目標(biāo)區(qū)域完成探測，在最短時間內(nèi)完成任務(wù)。當(dāng)探測結(jié)束后多個飛行機(jī)器人再次自動拼接成為一個整體并返航，整個任務(wù)完成。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.設(shè)計(jì)并制作了固定翼與四旋翼相結(jié)合的新型飛行器(見圖1）。 該飛行器是最終拼接體的子飛行器,即拼接后的大飛行器是由若干個這樣的小飛行器構(gòu)成的； 2.針對多個子飛行器實(shí)現(xiàn)拼接的控制方法，包括四旋翼和固定翼兩種模式結(jié)合的控制方法協(xié)同探測采用群體智能控制算法。 為此設(shè)計(jì)了固定翼與四旋翼通用的自動駕駛儀（見圖4）； 3.基于圖像處理和模式識別技術(shù)的自主對接方法； 4.子飛行器與子飛行器之間的對接結(jié)構(gòu)； 5.具有二次開發(fā)功能，用戶可搭載不同的傳感器或是應(yīng)用不同的算法進(jìn)行二次開發(fā)。 技術(shù)關(guān)鍵 1子飛行器的拼接結(jié)構(gòu)； 2拼接過程中確保對接精度的圖像處理、模式識別、超聲波定位等技術(shù)； 3子飛行器之間自主拼接控制方式； 4拼接后的整體飛行穩(wěn)定性控制技術(shù)； 5子飛行器之間協(xié)同飛行通訊技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo) 子飛行器主要參數(shù)（圖2） 機(jī)身長度：863mm 翼展：670mm 活動半徑：1km 有效載荷：500g 起飛降落方式：垂直起降 拼接后飛行器主要參數(shù)(圖3） 機(jī)身長度：863mm 翼展：最小 1340mm 最大 5360mm 有效載荷：最小1100g 最大5010g 活動半徑：12km 起飛降落方式：垂直起降 拼接完成時間：56秒 （兩個）
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)突破以往多個飛行器編隊(duì)飛行和群體智能控制領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)計(jì)思路，以拼接組合方式提高多個飛行器飛行穩(wěn)定性和可操控性，增強(qiáng)飛行器整體協(xié)同能力。 不但其子飛行器擁有較好的飛行性能，其多個自動拼接之后形成的新飛行器也具有很好的飛行性能。兼顧單一飛行器的性能同時考慮整體飛行性能的自動拼接性能設(shè)計(jì)具有先進(jìn)性。 2.獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）機(jī)翼端多連桿拼接鎖定結(jié)構(gòu) （2）可伸縮式機(jī)翼及四旋翼結(jié)構(gòu) （3）機(jī)身余度對接結(jié)構(gòu) 3.本設(shè)計(jì)中多個飛行機(jī)器人之間的拼接、飛行協(xié)調(diào)及路線規(guī)劃涉及人工智能和群體智能方面的理論及方法。這些方法的成功有助于群體無人機(jī)協(xié)同控制方法取得新突破。 4.為無人機(jī)領(lǐng)域，多機(jī)器人協(xié)同控制領(lǐng)域提供了一種全新的思路和方案，使無人機(jī)群體控制不再拘泥于多個單一個體的分布式控制。通過自重構(gòu)這種方式可使本身較為脆弱的單一飛行器個體拼接后具備更強(qiáng)的適應(yīng)能力。 5.它同樣是一個優(yōu)秀的科研平臺，具有深入研究的價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 說明 待起飛狀態(tài)等待指令-設(shè)置控制命令，探測范圍及相關(guān)參數(shù)-發(fā)送起飛指令在自主或是遙控狀態(tài)到達(dá)區(qū)域。如需要分散完成任務(wù)就發(fā)送分離指令分頭自主探測-完成任務(wù)后發(fā)送集結(jié)指令自主拼接成整體后返航。 技術(shù)特點(diǎn) 1該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)思獨(dú)特控制方法先進(jìn)；2多飛行器自主拼接以完成更復(fù)雜任務(wù)的技術(shù)思想新穎；3“化整為零，化零為整”的新型飛行器設(shè)計(jì)能夠提高多個飛行器的協(xié)同工作效率；4該項(xiàng)目系統(tǒng)方案在國內(nèi)外還沒有同樣的研究報(bào)道，處于領(lǐng)先水平。 適用范圍及推廣前景 1替代傳統(tǒng)的無人偵察機(jī)高效完成大面積的偵察任務(wù)；2作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，供用戶進(jìn)行二次開發(fā)；3為人工智能及群體智能等理論提供實(shí)踐平臺；4災(zāi)區(qū)及臨時通訊網(wǎng)路搭建；5自然災(zāi)害評估。 該飛行機(jī)器人可以完成多種任務(wù)，在軍事和民用領(lǐng)域都具有廣闊的市場前景，每個估價根據(jù)拼接個體數(shù)目不同，硬件價格3000-12000元不等，軟件視具體任務(wù)不同不確定。軍事部門和有需求的民用領(lǐng)域會購買此類項(xiàng)目產(chǎn)品。
同類課題研究水平概述
- 通過查閱資料，尚未發(fā)現(xiàn)與本項(xiàng)目完全相同功能的產(chǎn)品，與之相近的并具有借鑒意義的有: 瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Distributed Flight Array （分布式飛行陣列項(xiàng)目）； 這個項(xiàng)目是目前我們找到的與我們項(xiàng)目最接近的項(xiàng)目。它由多個正六邊形的飛行模塊組成，可在地面進(jìn)行自主對接，多個（至少3個）拼接后可形成整體飛行(見圖5）。 與本項(xiàng)目的區(qū)別： Distributed Flight Array的研究重點(diǎn)在于群體飛行控制理論和相關(guān)算法，并為教學(xué)提供了一個很好的平臺。其硬件設(shè)計(jì)是為了在實(shí)驗(yàn)室中提供一個測試平臺。其思路新穎，為無人機(jī)和群體智能領(lǐng)域帶來了全新的思路。但由于其對拼接條件要要求苛刻（必須在平坦的地面上且需要外部傳感器協(xié)助），因此也限制了其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域，目前其并不具備在實(shí)驗(yàn)室外工作的能力。 麻省理工學(xué)院的UAV SWARM Health Management Project； 麻省理工學(xué)院的這個項(xiàng)目使個四旋翼飛行器可以按照預(yù)定的隊(duì)形編隊(duì)飛行，但是需要借助于實(shí)驗(yàn)室的攝像頭確定位置并通過地面計(jì)算機(jī)規(guī)劃路徑。 與本項(xiàng)目的區(qū)別： MIT這個項(xiàng)目重點(diǎn)在于群體編隊(duì)飛行相關(guān)技術(shù)的研究。主要以四旋翼飛行器為平臺，在實(shí)驗(yàn)室中借助外部攝像頭輔助來確定每個飛行器的位置，通過外部PC機(jī)實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃。其并不能實(shí)現(xiàn)拼接也無法在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行編隊(duì)飛行。 麻省理工學(xué)院的multi-vehicle testbed to demonstrate and evaluate the coordination and control 項(xiàng)目； 這個項(xiàng)目是一個基于固定翼的集群飛行的研究。研究內(nèi)容包括： 分布式指揮和控制算法；動態(tài)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌环謱拥木W(wǎng)絡(luò)資源分配等。 與本項(xiàng)目的區(qū)別： 此項(xiàng)目側(cè)重于研究多個固定翼飛行器之間的編隊(duì)飛行。但不可實(shí)現(xiàn)拼接。
