緣何青睞多旋翼
我們以目前電動(dòng)的固定翼,、直升機(jī)和多旋翼為例比較它們的用戶體驗(yàn)：
在操控性方面,，多旋翼的操控是最簡(jiǎn)單的。它不需要跑道便可以垂直起降,，起飛后可在空中懸停,。它的操控原理簡(jiǎn)單，操控器四個(gè)遙感操作對(duì)應(yīng)飛行器的前后,、左右,、上下和偏航方向的運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)駕駛儀方面,，多旋翼自駕儀控制方法簡(jiǎn)單,，控制器參數(shù)調(diào)節(jié)也很簡(jiǎn)單。相對(duì)而言,，學(xué)習(xí)固定翼和直升機(jī)的飛行不是簡(jiǎn)單的事情,。固定翼飛行場(chǎng)地要求開闊,，而直升機(jī)飛行過程中會(huì)產(chǎn)生通道間耦合，自駕儀控制器設(shè)計(jì)困難,，控制器調(diào)節(jié)也很困難,。
在可靠性方面，多旋翼也是表現(xiàn)最出色的,。若僅考慮機(jī)械的可靠性,，多旋翼沒有活動(dòng)部件，它的可靠性基本上取決于無刷電機(jī)的可靠性,，因此可靠性較高,。相比較而言，固定翼和直升機(jī)有活動(dòng)的機(jī)械連接部件,，飛行過程中會(huì)產(chǎn)生磨損,，導(dǎo)致可靠性下降。而且多旋翼能夠懸停,，飛行范圍受控,，相對(duì)固定翼更安全。
在勤務(wù)性方面,，多旋翼的勤務(wù)性是最高的,。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，若電機(jī),、電子調(diào)速器,、電池、槳和機(jī)架損壞,，很容易替換,。而固定翼和直升機(jī)零件比較多，安裝也需要技巧,，相對(duì)比較麻煩,。
在續(xù)航性能方面，多旋翼的表現(xiàn)明顯弱于其他兩款,，其能量轉(zhuǎn)換效率低下,。
在承載性能方面，多旋翼也是三者中最差的,。
對(duì)于這三種機(jī)型,，操控性與飛機(jī)結(jié)構(gòu)和飛行原理相關(guān)，是很難改變的,。在可靠性和勤務(wù)性方面,，多旋翼始終具備優(yōu)勢(shì)。隨著電池能量密度的不斷提升、材料的輕型化和機(jī)載設(shè)備的不斷小型化,，多旋翼的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯。因此,，在大眾市場(chǎng),，“剛性”體驗(yàn)最終讓人們選擇了多旋翼。
然而,，多旋翼也有自身的發(fā)展瓶頸,。它的運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)都依賴于螺旋槳及時(shí)的速度改變，以調(diào)整力和力矩,，該方式不宜推廣到更大尺寸的多旋翼,。第一，槳葉尺寸越大,，越難迅速改變其速度,。正是因?yàn)槿绱耍鄙龣C(jī)主要是靠改變槳距而不是速度來改變升力,。第二,，在大載重下，槳的剛性需要進(jìn)一步提高,。螺旋槳的上下振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致剛性大的槳很容易折斷,，這與我們平時(shí)來回折鐵絲便可將鐵絲折斷同理。因此,，槳葉的柔性是很重要的,，它可以減少槳葉來回旋轉(zhuǎn)對(duì)槳葉根部的影響。正因?yàn)槿绱?，為了減少槳葉的疲勞,，直升機(jī)采用了一個(gè)容許槳葉在旋轉(zhuǎn)過程中上下運(yùn)動(dòng)的鉸鏈。如果要提供大載重,，多旋翼也需要增加活動(dòng)部件或加入涵道和整流片,。這相當(dāng)于一個(gè)多旋翼含有多個(gè)直升機(jī)結(jié)構(gòu)。這樣多旋翼的可靠性和維護(hù)性就會(huì)急劇下降,，優(yōu)勢(shì)也就不那么明顯了,。當(dāng)然，另一種增加多旋翼載重能力的可行方案便是增加槳葉數(shù)量,，增至18個(gè)或32個(gè)槳,。但該方式會(huì)極大地降低可靠性、維護(hù)性和續(xù)航性,。種種原因使人們最終選擇了微小型多旋翼,。
多旋翼爆紅的成因
沉寂期：1990年以前
早在1907年，法國(guó)C.Richet教授指導(dǎo)Breguet兄弟進(jìn)行了他們的旋翼式直升機(jī)的飛行試驗(yàn)，如圖1a,，這是有記錄以來最早的構(gòu)型,。第一架成功飛行的垂直起降型四旋翼飛行器出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代，但那時(shí)幾乎沒有人會(huì)用到它,。1920年,，E.Oemichen設(shè)計(jì)了第一個(gè)四旋翼飛行器的原型，但是第一次嘗試空運(yùn)時(shí)失敗了,。
之后在1921年B.G.De在美國(guó)俄亥俄州西南部城市代頓的美國(guó)空軍部建造了另一架如圖1c的大型四旋翼直升機(jī),，這架四旋翼飛機(jī)除飛行員外可承載3人，原本期望的飛行高度是100米,，但是最終只飛到5米的高度,。E.Oemichen的飛機(jī)在經(jīng)過重新設(shè)計(jì)之后(如圖1b所示)，于1924年實(shí)現(xiàn)了起飛并創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)直升機(jī)領(lǐng)域的世界紀(jì)錄,，該直升機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了14分鐘的飛行時(shí)間,。E.Oemichen和B.G.De設(shè)計(jì)的四旋翼飛行器都是靠垂直于主旋翼的螺旋槳來推進(jìn)，因此它們都不是真正的四旋翼飛行器,。
早期四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)受困于極差的發(fā)動(dòng)機(jī)性能,，飛行高度僅僅能達(dá)到幾米，因此在接下來的30年里,，四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)沒有取得多少進(jìn)步,。直到1956年，M.K.Adman設(shè)計(jì)的第一架真正的四旋翼飛行器ConvertawingsModel“A”(如圖1d)試飛取得巨大成功,，這架飛機(jī)重達(dá)1噸,，依靠?jī)蓚€(gè)90馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)懸停和機(jī)動(dòng)，對(duì)飛機(jī)的控制不再需要垂直于主旋翼的螺旋槳,，而是通過改變主旋翼的推力來實(shí)現(xiàn),。然而，由于操作這架飛機(jī)的工作量繁重,，且飛機(jī)在速度,、載重量、飛行范圍,、續(xù)航性等方面無法與傳統(tǒng)的飛行器競(jìng)爭(zhēng),，因此人們對(duì)此失去了進(jìn)一步研究的興趣，該研究被迫停止,。
在20世紀(jì)50年代,，美國(guó)陸軍繼續(xù)測(cè)試各種垂直起降方案。Curtiss-Wright是被邀請(qǐng)參與研制了VZ-7和杠桿燃?xì)鉁u輪機(jī)的幾家公司之一,，杠桿燃?xì)鉁u輪機(jī)的出現(xiàn)提高了VZ-7的功率與重量比,。因此，VZ-7被稱作“FlyingJeep”，如圖1(e)所示,，其有效載重量為250千克,，靠425馬力的杠桿燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。VZ-7的測(cè)試在1959年至1960年期間得到實(shí)現(xiàn),。雖然它相對(duì)穩(wěn)定,，但是它未能達(dá)到軍方對(duì)高度和速度的要求，該計(jì)劃并沒有得到更進(jìn)一步的推行,。在1990年以前，慣性導(dǎo)航體積重量過大,，動(dòng)力系統(tǒng)載荷也不夠,，因此當(dāng)時(shí)多旋翼設(shè)計(jì)得很大。正如前面分析的,，大尺寸的多旋翼并沒有那么大優(yōu)勢(shì),，與多旋翼相比，固定翼和直升機(jī)更適合發(fā)展大尺寸,。在此之后的30年中,，四旋翼飛行器的研發(fā)沒有取得太大的進(jìn)展,，幾近沉寂。
復(fù)蘇期：1990年至2005年
20世紀(jì)90年代之后,，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS, Micro-Electro-MechanicalSystem)研究的成熟,，重量只有幾克的MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被開發(fā)運(yùn)用,，使制作多旋翼飛行器的自動(dòng)控制器成為現(xiàn)實(shí),。此外，由于四旋翼飛行器的概念與軍事試驗(yàn)漸行漸遠(yuǎn),，它開始以獨(dú)特的方式通過遙控玩具市場(chǎng)進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域。
雖然MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用,，但是MEMS傳感器數(shù)據(jù)噪音很大，不能直接讀取并使用,，于是人們又花費(fèi)大量的時(shí)間研究去除噪聲的各種數(shù)學(xué)算法,。這些算法以及自動(dòng)控制器本身通常需要運(yùn)算速度較快的單片機(jī)，可當(dāng)時(shí)的單片機(jī)運(yùn)算速度有限,，不足以滿足需求。接著科研人員又花費(fèi)若干年理解多旋翼飛行器的非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，并為其建模,、設(shè)計(jì)控制算法,、實(shí)現(xiàn)控制方案,。因此,，直到2005年左右,，真正穩(wěn)定的多旋翼無人機(jī)自動(dòng)控制器才被制作出來,。
起步期：2005年至2010年
在生產(chǎn)制造方面，德國(guó)MicrodronesGmbH于2005年成立,，2006年推出的md4-200四旋翼(如圖2a)系統(tǒng)開創(chuàng)了電動(dòng)四旋翼在專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的先河,，2010年推出的md4-1000四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，在全球?qū)I(yè)無人機(jī)市場(chǎng)取得成功,。另外,，德國(guó)人H.Buss和I.Busker在2006年主導(dǎo)了一個(gè)四軸開源項(xiàng)目,，從飛控到電調(diào)等全部開源,，推出了四軸飛行器最具參考的自駕儀Mikrokopter。2007年,，配備Mikrokopter的四旋翼像“空中的釘子”一般停留在空中。很快他們又進(jìn)一步增加了組件,，甚至使它半自主飛行,。美國(guó)Spectrolutions公司在2004年推出DraganflyerIV四旋翼(如圖2b),，并隨后在2006年推出了搭載SAVS(穩(wěn)定航拍視頻系統(tǒng))的版本,。
在學(xué)術(shù)方面,，2005年之后四旋翼飛行器繼續(xù)快速發(fā)展,，更多的學(xué)術(shù)研究人員開始研究多旋翼，并搭建自己的四旋翼,。之前一直被各種技術(shù)瓶頸限制住的多旋翼飛行器系統(tǒng)瞬間被炒得火熱,，大家驚喜地發(fā)現(xiàn)居然有這樣一種小巧、穩(wěn)定,、可垂直起降、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的飛行器的存在。一時(shí)間研究者蜂擁而至,，紛紛開始多旋翼飛行器的研發(fā)和使用,。而國(guó)內(nèi)的愛好者也紛紛研究,，并開設(shè)論壇,。雖然多旋翼的算法易懂,，但組裝一架多旋翼卻不是一件容易的事情。在早期研究階段,，科研人員把很多時(shí)間都花在了飛行器的組裝調(diào)試環(huán)節(jié),。然而,，有能力開發(fā)工藝的人往往缺乏對(duì)飛控的深入了解,，一般只是復(fù)現(xiàn)國(guó)外的技術(shù)，談不上進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),。當(dāng)時(shí)既掌握飛控技術(shù)又精通多旋翼工藝的經(jīng)常是那些原來從事固定翼或直升機(jī)飛控的公司,。德國(guó)Microdrones雖然較早地推出產(chǎn)品，但是工業(yè)級(jí)的四旋翼的價(jià)格對(duì)于普通消費(fèi)者來說簡(jiǎn)直是遙不可及,。除此之外,，消費(fèi)級(jí)的Draganflyer四旋翼之所以沒有推廣是因?yàn)槠洳倏匦约皧蕵沸圆粡?qiáng)(智能手機(jī)或平版電腦還尚未普及)、二次開發(fā)能力弱以及銷售渠道窄(當(dāng)時(shí)電商網(wǎng)絡(luò)處于初步發(fā)展階段),。
復(fù)興期：2010年至2013年
經(jīng)過6年努力(2004年至2010年),，法國(guó)Parrot公司于2010年推出消費(fèi)級(jí)的AR.Drone四旋翼玩具，從而開啟了多旋翼消費(fèi)的新時(shí)代,。AR.Drone四旋翼在玩具市場(chǎng)非常成功,，它的技術(shù)和理念也十分領(lǐng)先,。第一，它采用光流技術(shù),，能夠測(cè)量飛行器速度,，使得AR.Drone四旋翼(圖3a)能夠在室內(nèi)懸停。第二,，可以做到一鍵起飛,，操控性得到極大提升,。第三,，它采用手機(jī),、平板電腦或筆記本電腦控制,，視頻能夠直接回傳至電腦,，娛樂感較強(qiáng),。第四,，整個(gè)飛行器為一體機(jī),，并帶有防護(hù)裝置，比較安全,。第五,，AR.Drone開放了API接口，供科研人員開發(fā)應(yīng)用,。AR.Drone的成功也引發(fā)了一些自駕儀研發(fā)公司的思考,。兩年后,，大疆推出的小精靈Phantom一體機(jī)(圖3b)正是借鑒了其設(shè)計(jì)理念,。伴隨著蘋果在iPhone上大量應(yīng)用加速計(jì),、陀螺儀,、地磁傳感器等，MEMS慣性傳感器從2011年開始大規(guī)模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個(gè)傳感器，成本和功耗進(jìn)一步降低,，成本僅為幾美元,。另外GPS芯片僅重0.3克，價(jià)格不到5美元,。WiFi等通信芯片被用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質(zhì)量已經(jīng)可以充分滿足幾百米的傳輸需求,。同時(shí),，電池能量密度不斷增加，使無人機(jī)在保持較輕的重量下,，續(xù)航時(shí)間達(dá)到15-30分鐘,，基本滿足日常的應(yīng)用需求。近年來移動(dòng)終端同樣促進(jìn)了鋰電池,、高像素?cái)z像頭性能的急劇提升和成本下降,。這些都促進(jìn)了多旋翼更進(jìn)一步發(fā)展。
與此同時(shí),，學(xué)術(shù)界也開始高度關(guān)注多旋翼技術(shù),。2012年2月，賓夕法尼亞大學(xué)的 V.Kumar 教授在TED大會(huì)[2]上做出了四旋翼飛行器發(fā)展歷史上里程碑式的演講,展示了四旋翼的靈活性以及編隊(duì)協(xié)作能力,。這一場(chǎng)充滿數(shù)學(xué)公式的演講大受歡迎,，它讓世人看到了多旋翼的內(nèi)在潛能。2012年,，美國(guó)工程師協(xié)會(huì)的機(jī)器人和自動(dòng)化雜志(Robotics& Automation Magazine,IEEE)出版空中機(jī)器人和四旋翼(Aerial Robotics and theQuadrotor)?？偨Y(jié)了階段性成果,，展示了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的技術(shù),。在這期間，之前不具備多旋翼控制功能的開源自駕儀增加了多旋翼這一功能，同時(shí)也有新的開源自駕儀不斷加入,，這極大地降低了初學(xué)者的門檻,，為多旋翼產(chǎn)業(yè)發(fā)展裝上了翅膀。
爆發(fā)期：2013年至今
2012年初,，大疆推出小精靈Phantom一體機(jī),。Phantom與AR.Drone一樣控制簡(jiǎn)便，初學(xué)者很快便可上手,。同時(shí),，價(jià)格也能被普通消費(fèi)者接受。相比AR.Drone四旋翼飛行器,，Phantom具備一定的抗風(fēng)性能,、定位功能和載重能力，還可搭載小型相機(jī),。當(dāng)時(shí)利用Gopro運(yùn)動(dòng)相機(jī)拍攝極限運(yùn)動(dòng)已經(jīng)成為歐美年輕人競(jìng)相追逐的時(shí)尚潮流,，因此Phantom一體機(jī)一經(jīng)推出便迅速走紅。
連線雜志主編C.Anderson于2012年年底擔(dān)任3DRobotics公司CEO,，該公司于2013年8月推出Iris遙控四旋翼飛行器,，于2014推出X8+四旋翼飛行器，并很快于2015年推出Solo四旋翼飛行器,。
此時(shí),，學(xué)術(shù)界對(duì)于多旋翼的研究更偏向智能化、群體化,。2013年,，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的R.D'Andrea教授在TEDGlobal的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室展示了四旋翼的驚人運(yùn)動(dòng)機(jī)能?？v觀學(xué)術(shù)界的發(fā)展,，以“四旋翼(quadrotor)”和“多旋翼(multirotor)”為關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)在近年成井噴趨勢(shì)。這些研究往往具備前瞻性,，將推動(dòng)多旋翼產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展,。
新技術(shù)促產(chǎn)業(yè)快速變革
多旋翼的性能會(huì)因其他技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步，其相對(duì)固定翼和直升機(jī)的優(yōu)勢(shì)也會(huì)進(jìn)一步凸顯,。
動(dòng)力技術(shù)
①新型電池,。2015年，來自加拿大蒙特利爾的EnergyOr技術(shù)有限公司采用燃料電池的四旋翼進(jìn)行了2小時(shí)12分鐘續(xù)航飛行,。2015年4月6日,，科學(xué)權(quán)威期刊《自然》網(wǎng)絡(luò)版刊登了一篇報(bào)道，一種鋁電池僅需60秒便能讓手機(jī)電力“滿血復(fù)活”,。此外,，石墨烯,、鋁空氣、納米點(diǎn)這三項(xiàng)電池技術(shù)將成為未來電池世界的三大奇兵,。這些新的電池技術(shù)有著十分迫切的需求,，首先會(huì)被應(yīng)用到手機(jī)和電動(dòng)汽車,，隨后可配備多旋翼,。
②混合動(dòng)力。2015年,，美國(guó)初創(chuàng)公司Top FlightTechnologies開發(fā)出混合動(dòng)力六旋翼無人機(jī),。它僅需要1加侖(約合3.78升)汽油便可以飛行兩個(gè)半小時(shí)(可飛行約160公里)，最高負(fù)重達(dá)20磅(約合9公斤),。
③地面供電,。它采用地面供電，通過電纜將電能源源不斷輸送給多旋翼,，例如Skysapience公司的Hoverlite,。
④無線充電。來自德國(guó)柏林的初創(chuàng)公司SkySense在無人機(jī)戶外充電方面提供了一種解決方案,，他們研發(fā)出一塊可以為無人機(jī)進(jìn)行無線充電的平板,。SkySense的最大特點(diǎn)是可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，無人機(jī)的“降落—充電—起飛”全過程可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn),，不需要人為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)和輔助。如果能夠縮短充電時(shí)間，那么無線充電技術(shù)將會(huì)極大地幫助多旋翼進(jìn)行長(zhǎng)途飛行,。
導(dǎo)航技術(shù)
定位是導(dǎo)航中的關(guān)鍵技術(shù),，目前該領(lǐng)域發(fā)展迅速。
①GPS載波相位定位,。來自美國(guó)的SwiftNavigation公司基于該項(xiàng)技術(shù)開發(fā)的Piksi是一個(gè)低耗電,、高性能的具備RTK功能的厘米級(jí)的GPS接收器。它的小型化,、高更新率和低能耗的特點(diǎn)使得它非常適合集成到自動(dòng)駕駛飛行器和便攜的測(cè)量設(shè)備里,。由日本東京海洋大學(xué)開發(fā)的RTKLIB開源項(xiàng)目(http://www./)也在積極推動(dòng)RTK技術(shù)發(fā)展。
②多信息源定位,。英國(guó)軍方BAE最近公布了他們研發(fā)的名為NAVSOP(Navigation via Signals ofOpportunity)技術(shù),。該技術(shù)將利用包括TV、收音機(jī),、WiFi等信息進(jìn)行定位,，彌補(bǔ)GPS 的不足。
③UWB (UltraWideband,，超寬帶)無線定位,。UWB信號(hào)具有低成本,、抗多徑干擾、穿透能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),，因此適用于靜止或者移動(dòng)物體以及人的定位跟蹤,，提供十分精確的定位精度，靜態(tài)精度可達(dá)10厘米,。通過與慣性導(dǎo)航傳感器融合,，UWB可以提供更高的精度、更強(qiáng)的魯棒性,。
對(duì)于多旋翼無人機(jī),，在飛行過程中，快速且準(zhǔn)確地獲取自身速度能有效地提高多旋翼控制的穩(wěn)定性(提高阻尼),，從而達(dá)到更好的懸停和操控效果,，因此測(cè)速工作起到了十分重要的作用。比較精確的測(cè)速方案是通過“視覺(光流)+超聲波+慣導(dǎo)”的融合,。Ar.Drone是最早采用該項(xiàng)技術(shù)的多旋翼飛行器,，它極大地提升了飛行器的可操控性。PX4自駕儀開源項(xiàng)目提供了開源的光流傳感器PX4Flow,。該傳感器可以幫助多旋翼在無GPS情況下實(shí)現(xiàn)精確懸停,。
為了使多旋翼完成更好的飛行，避障技術(shù)無疑能夠?yàn)槠涮峁└臃€(wěn)定的導(dǎo)航性能,。
①深度相機(jī)避障技術(shù),。它的原理是先對(duì)場(chǎng)景投影結(jié)構(gòu)光，然后分析紅外傳感器接收的反光得到深度信息,。微軟在2010年推出了深度相機(jī)Kinect,。然而Kinect體積還是較大，并且在兩米之外才能準(zhǔn)確地識(shí)別用戶手勢(shì),。2014年,，芯片廠商英特爾推出RealSense傳感器，體積更小,，使用距離更短,。在2015年CES美國(guó)消費(fèi)電子展上，英特爾把RealSense技術(shù)也應(yīng)用到了無人機(jī)上,，以用于感知周圍環(huán)境,，進(jìn)而自主避障。
②聲吶系統(tǒng)避障技術(shù),。Panoptes公司擬推出Bumper4避障系統(tǒng),。它由指向多個(gè)方向的超聲波傳感器組成，通過測(cè)量多個(gè)方向的距離來判斷障礙,。
③“視覺+憶阻器”避障技術(shù),。美國(guó) “BioInspired”公司期望利用視覺和憶阻器(具有短期記憶效果的電阻器)使系統(tǒng)具備識(shí)別和短期記憶功能,，從而使無人機(jī)擁有避障的能力。
④雙目視覺避障技術(shù),。美國(guó)的Skydio公司采用兩個(gè)普通的攝像頭充當(dāng)無人機(jī)的“眼睛”并研發(fā)出識(shí)別障礙軟件,，從而使多旋翼無人機(jī)能夠具備識(shí)別障礙的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自我導(dǎo)航,。
⑤微小型雷達(dá),。Echodyne公司利用一臺(tái)四軸無人機(jī)展示了它的小型電子掃描雷達(dá)。它可追蹤地面上的某個(gè)人,，或是在飛行中躲避障礙物,，不過目前它仍然處于原型階段,。他們?cè)噲D將這款雷達(dá)的尺寸縮小到只有一臺(tái)iPhone6Plus大小,，且重量不超過1磅。
無人機(jī)通常利用被跟蹤者身上放置的GPS裝置進(jìn)行定位和跟蹤,。這種方式會(huì)在某種程度上影響用戶體驗(yàn),。除此之外，在沒有GPS信號(hào)的情況下,，該方式就會(huì)失效,。而且，對(duì)于非自愿攜帶GPS設(shè)備的用戶,，該方式也是行不通的,。
新的技術(shù)完全可以從視覺和雷達(dá)角度出發(fā)。視覺跟蹤技術(shù)方面,，3DRobotics公司推出開源飛控應(yīng)用Tower,，它能夠使飛行器跟隨用戶，并將用戶保持在攝像頭中心,。OpenCV開源軟件也同樣有很多跟蹤算法供飛行器開發(fā),。此外，采用小型電子掃描雷達(dá)也能夠?qū)崿F(xiàn)新式的跟蹤模式,。
交互技術(shù)
①手勢(shì)控制技術(shù),。在CES 2014的展場(chǎng)上，工作人員演示了利用MYO手勢(shì)控制臂帶來控制AR.Drone2.0四旋翼,。用戶只要將臂帶戴在其中一只手上,，并以兩只手指擊響便可啟動(dòng)并控制該飛行器。智能手機(jī),、手環(huán),、手表、戒指等內(nèi)置慣性傳感器的設(shè)備也可以識(shí)別操作者的手勢(shì),，用于控制多旋翼,。
②腦機(jī)接口,。它是指在人腦與計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備之間建立直接的連接通路。通過對(duì)于腦電信息的分析解讀,，將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的動(dòng)作,，就像是在用“意念”操控物體。多家機(jī)構(gòu)對(duì)該技術(shù)也展開了研究,。布朗大學(xué)與猶他州BlackrockMicrosystems公司的研究員將此無線裝置商業(yè)化,，他們將其粘附在人類頭骨上，并通過無線電發(fā)送由人腦植入設(shè)備收集的意識(shí)命令;Emotiv公司的EPOC可以檢測(cè)8種行為現(xiàn)象,，識(shí)別出7種表情,，從而使殘障人士具備控制飛行器的能力;浙江大學(xué)CCNT實(shí)驗(yàn)室的研究人員演示了FlyingBuddy2系統(tǒng)—即用大腦控制四旋翼無人飛行器;葡萄牙里斯本的無人機(jī)公司Tekever推出了一種依靠腦電波操控的無人飛機(jī)。
通信技術(shù)
該項(xiàng)技術(shù)有助于信息共享,，適用于交通管理或自身監(jiān)控等,，比如將數(shù)據(jù)備份到云端進(jìn)行云計(jì)算等。
①4G/5G通信技術(shù),。2013年6月17日,，北京4G聯(lián)盟聯(lián)合無人機(jī)聯(lián)盟組織召開了4G聯(lián)盟與無人機(jī)聯(lián)盟交流研討會(huì)，旨在加強(qiáng)北京4G聯(lián)盟和無人機(jī)聯(lián)盟之間技術(shù)交流,，尋找無人機(jī)機(jī)載載荷與4G設(shè)備儀器的聚焦,，促進(jìn)北京市信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2015年,，中國(guó)移動(dòng)開發(fā)4G“超級(jí)空戰(zhàn)隊(duì)”設(shè)備,，能支持航拍影像即拍即傳。
②WiFi通信技術(shù),。2013年,，德國(guó)的卡爾斯魯厄理工學(xué)院開發(fā)出了一項(xiàng)新的無線廣域網(wǎng)技術(shù)，打破了最快的WiFi網(wǎng)絡(luò)速度紀(jì)錄,，它可以讓1公里以外的用戶每秒鐘下載40GB大小的數(shù)據(jù),。由于這種設(shè)備的傳輸距離比普通WiFi路由器的覆蓋范圍要廣得多，因此這種設(shè)備很適合無人機(jī)航拍圖傳或光纖布放不方便的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用,。
芯片技術(shù)
①在2015年CES上,，高通和英特爾展示了功能更為豐富的多軸飛行器。例如,，高通在CES上展示的SnapdragonCargo無人機(jī)是基于高通Snapdragon芯片開發(fā)出來的飛行控制器,。它具備無線通信、傳感器集成和空間定位等功能,。英特爾CEOBrianKrzanich也親自在CES上演示了他們的無人機(jī),，采用了四核的英特爾凌動(dòng)(Atom)處理器的PCI-express定制卡。此外,，活躍在機(jī)器人市場(chǎng)的歐洲處理器廠商XMOS也表示已經(jīng)進(jìn)入無人機(jī)領(lǐng)域,。
②3DRobotics發(fā)表聲明與英特爾共同合作開發(fā)Edison芯片,，這是一種新型微型處理芯片。雖然它只有一個(gè)硬幣的大小,，卻具有個(gè)人電腦一樣的處理能力,。
③目前，包括IBM在內(nèi)的多家科技公司都在模擬大腦,，開發(fā)神經(jīng)元芯片,。而一旦“神經(jīng)形態(tài)”芯片被應(yīng)用于無人機(jī)，自主反應(yīng),、自動(dòng)識(shí)別將會(huì)變得輕而易舉,。
④未來飛行器上的MEMS產(chǎn)品會(huì)向集成化方向發(fā)展，例如三軸加速度與三軸陀螺儀結(jié)合而成的集成產(chǎn)品,。手機(jī)芯片公司推出無線多合一芯片后,，又推出了手機(jī)市場(chǎng)的定位與導(dǎo)航芯片。新一代定位芯片,，將滿足可穿戴與無人機(jī)等差異化需求,。不僅如此，新芯片內(nèi)部還會(huì)直接集成控制算法,。
⑤為了讓機(jī)器人應(yīng)用能夠更好地感知環(huán)境，高通研究院正在開發(fā)一款機(jī)器視覺研究軟件開發(fā)工具包(SDK),，其中包含至關(guān)重要的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù),，比如：視覺慣性測(cè)程、
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