多旋翼無人機具有結構簡單、控制靈活、機動性強、垂直起降和飛行安全等特點，憑借其良好的機動性、優(yōu)越的懸停和低速飛行性能受到廣泛關注，多旋翼的發(fā)展依然存在著很多的關鍵技術的挑戰(zhàn)。

       為什么要研究無人機室內自主控制與自主導航？

       傳統(tǒng)的無人機通常使用慣性導航系統(tǒng)（INS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）相結合的方式實現(xiàn)無人機的定位與導航。但是在一些環(huán)境下，由于建筑物的遮擋或者無線電干擾等因素的存在，導致GPS信號弱，設置有的時候完全不可用，所以研究一種無GPS環(huán)境下的導航方式成為目前的研究中需要攻克的技術難題。

 

       為什么在研究無人機室內自主控制和自主導航時要用到外部視覺工具？

       由于室內多旋翼無人機的慣性導航系統(tǒng)的零漂嚴重，在短時間內有很高的定位精度。但是隨著時間的延長，誤差積累使得測量精度不斷降低，不宜單獨使用，需要與其它傳感器配合使用。

       在對無人機飛行控制系統(tǒng)進行開發(fā)時，工程師需要對空中懸停、飛行中避障、機身姿態(tài)控制、定位、著陸等功能進行開發(fā)和測試，因此工程師需要一把工作在三維空間中的尺子，實時對無人機在空間中的高度、位置、姿態(tài)、抖動、延時等指標進行測量，以提升開發(fā)效率。在對無人機、無人車等智能體進行高精度編隊時，工程師需要構建一個空間測量基準，該基準可以實時精確測量每個智能體在空間中的位置和姿態(tài)，并通過運行有控制軟件（如ROS）的計算機下達編隊指令。

 

       無人機自主導航中，無人機運動狀態(tài)識別是無人機航跡預測的基礎，對無人機空管系統(tǒng)的構建具有重要意義。無人機的運動狀態(tài)可簡化為幾個標準狀態(tài)，如等速狀態(tài)、等加速狀態(tài)和協(xié)調轉彎狀態(tài)等。無人機的真實飛行過程可以認為是由不同運動狀態(tài)組合或轉換而成的。通過確定無人機的運動狀態(tài)，可以對無人機航跡進行預測，進而評估無人機運行風險、建立監(jiān)管系統(tǒng)和預警系統(tǒng)。但無人機真實運行環(huán)境復雜，觀測數(shù)據(jù)在觀測和數(shù)據(jù)鏈傳輸過程中包含一定噪聲，難以通過簡單的閾值確定無人機的運行狀態(tài)。所以需要一個精準的外部視覺對其運動狀態(tài)進行測量。

 

       有哪些外部視覺工具？

 

       光學動捕系統(tǒng)、寬帶技術（Ultra-WideBand，UWB）定位，激光定位、超聲波定位等。

 

       外部視覺工具有哪些優(yōu)劣勢？

 

 

 

       由對比表可以看出，在光學動捕是對多旋翼無人機室內自主控制與自主導航研究中光學動捕系統(tǒng)是最優(yōu)質的選擇。

 

       悟空™光學動捕系統(tǒng)

       工作原理:

 

       精準記錄運動信息，基于計算機視覺原理，光學室內定位系統(tǒng)通過布置在空間中的多個紅外攝像機捕捉區(qū)域內物體上反光標識點的運動信息，并以圖像的形式記錄下來。

 

       實時解算六自由度位姿，利用計算機對捕捉到的圖像數(shù)據(jù)進行處理，實時地解算出運動物體的六自由度位姿，即三自由度位置（X,Y, Z坐標）和三自由度姿態(tài)（俯仰角，偏航角和滾轉角）。該系統(tǒng)也可以稱為“室內定位系統(tǒng)”或“室內GPS”。

 

       多架相機支持，覆蓋范圍廣，光學室內定位系統(tǒng)采用智能相機，將反光球圖像坐標傳到主機，不同相機數(shù)目將產生不同的覆蓋范圍，相機越多，覆蓋范圍越大。

 

 

       硬件參數(shù)

 

 

 

 

       T型標定桿輔助運動捕捉系統(tǒng)的校準L型標定直角輔助運動捕捉系統(tǒng)中心點配置

       軟件參數(shù)

 

 

 

       1、基礎功能

       1）支持中文的多語言、多視角、多窗口3D顯示操作界面

       2）可同時對多達數(shù)百臺Goku™ Camera進行集中管理

       3）對視覺慣性同步控制器進行管理

       4）高效實時視覺三維重建引擎

       5）光學慣性深度融合引擎*

       6）多達數(shù)百個智能光學剛體創(chuàng)建、標定、管理

       7）實時物體追蹤解算及繪制

       8）數(shù)據(jù)記錄及回放

       9）空間捕捉區(qū)域實時測算及繪制

       10）國際領先的IK算法

       11）實時數(shù)據(jù)流輸出

       12）數(shù)據(jù)記錄及回放

       *僅在慣性系統(tǒng)部署時應用