四旋翼無人機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、機(jī)動性強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于、民用等各種場景。

無人機(jī)按軸距不同可以分為多種尺寸，大型無人機(jī)具有更大的扭矩輸出和更高的平衡能力，可以穩(wěn)定飛行執(zhí)行空中任務(wù)；小型多旋翼則具有更高的靈活性和機(jī)動性，可以在狹窄空間中快速移動。

傳統(tǒng)無人機(jī)很難同時(shí)具有以上兩種優(yōu)勢。因此需要一種可變形的多旋翼無人機(jī)，以滿足不同場景的飛行任務(wù)。

可變性無人機(jī)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）的團(tuán)隊(duì)提出一種不相交角度單元（SNIAEs）與直剪式單元（SSEs）組合的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并基于該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出一種新型可擴(kuò)展的對稱同步變形多旋翼無人機(jī)。采用該變形單元機(jī)構(gòu)的可變形無人機(jī)具有驅(qū)動自由度單一、變形響應(yīng)速度快和機(jī)構(gòu)變形比大等優(yōu)點(diǎn)。

SNIAE-SSE結(jié)構(gòu)無人機(jī)不同伸縮狀態(tài)

傳統(tǒng)四旋翼無人機(jī)動力學(xué)本身具有強(qiáng)耦合性和高擾動敏感性的特征，新構(gòu)型的四旋翼無人機(jī)的系統(tǒng)動態(tài)更為復(fù)雜。

為了建立準(zhǔn)確的可變無人機(jī)臂動力學(xué)模型，研究人員采用了系統(tǒng)辨識方法，利用凌云光·元客視界提供的光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)，通過在無人機(jī)上粘貼反光標(biāo)記點(diǎn)，采集臂長動態(tài)變化結(jié)果，測量無人機(jī)懸停時(shí)機(jī)臂的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)。然后利用Matlab系統(tǒng)辨識工具箱分別解算出無人機(jī)在折疊和展開過程中的可伸縮臂動力學(xué)模型，可以看出模式識別模型中測量結(jié)果和模擬結(jié)果具有很高的一致性。

辨識模型式的測量臂長與模擬臂長結(jié)果對比

為了驗(yàn)證在不同場景下該無人機(jī)的飛行動態(tài)特性，研究人員進(jìn)行了懸停、拋出、穿越窄窗實(shí)驗(yàn)。

懸停試驗(yàn)結(jié)果

拋出實(shí)驗(yàn)結(jié)果

穿越窄窗實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，該可伸縮四旋翼無人機(jī)即使在機(jī)身快速折疊和展開變形的情況下也能保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)，其具有很強(qiáng)的快速適應(yīng)復(fù)雜和動態(tài)變化環(huán)境的能力。

這一設(shè)計(jì)方法有望在未來的無人機(jī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并為多旋翼飛行器的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了新的思路和解決方案。

元客視界是凌云光設(shè)立的全資子公司，主要面向元宇宙虛擬現(xiàn)實(shí)、Web3.0時(shí)代數(shù)字人、沉浸媒體、全息通信、計(jì)算光學(xué)成像等應(yīng)用，已形成光場建模、運(yùn)動捕捉、全景成像、XR 拍攝等在內(nèi)的產(chǎn)品布局。

FZMotion光學(xué)運(yùn)動捕捉系統(tǒng)是元客視界自主開發(fā)的運(yùn)動捕捉采集與分析系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)跟蹤測量并記錄三維空間內(nèi)點(diǎn)的軌跡、剛體的運(yùn)動姿態(tài)以及人體動作，空間定位精度可以達(dá)到亞毫米級。

FZMotion高精度系列相機(jī) 助力智能體科研

FZMotion動捕系統(tǒng)在無人機(jī)室內(nèi)定位、仿生機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃、機(jī)械臂示教學(xué)習(xí)、氣浮臺位姿驗(yàn)證、水下運(yùn)動捕捉等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)與清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)、北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校開展合作。凌云光·元客視界致力于為高校提供完備的解決方案，助力科研發(fā)展。