(原標(biāo)題:解析:這些核心技術(shù)讓無(wú)人機(jī)飛起來(lái)來(lái))
隨著移動(dòng)終端的興起,芯片、電池、慣性傳感器、通訊芯片等產(chǎn)業(yè)鏈迅速成熟,無(wú)人機(jī)的智能化進(jìn)程向更加小型化、低功耗的設(shè)備邁進(jìn)。那么,當(dāng)下無(wú)人機(jī)設(shè)備研發(fā)究竟需要哪些技術(shù)支撐?小編來(lái)為諸位盤(pán)點(diǎn)一番。
動(dòng)力技術(shù)
續(xù)航能力是目前制約無(wú)人機(jī)發(fā)展的重大障礙,消費(fèi)級(jí)多旋翼續(xù)航時(shí)間基本在20min左右,用戶(hù)外出飛行不得不攜帶多塊電池備用,造成使用作業(yè)的極大不便。無(wú)人機(jī)必須在動(dòng)力方面實(shí)現(xiàn)突破才能走上新的革命性高度。
鋰電池:大多數(shù)無(wú)人機(jī)都安裝了鋰電池,但效果只能維持20分鐘左右,且需要經(jīng)常拆卸、更換電池,十分耗時(shí)費(fèi)力。針對(duì)這一現(xiàn)象,研究人員又探索了兩種全新的動(dòng)力來(lái)源,極大地提高了無(wú)人機(jī)的效率。
氫燃料電池:氫燃料電池代替鋰電池,可以支持無(wú)人機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)小時(shí),并且充電十分迅速;
激光發(fā)射器:激光發(fā)射器為無(wú)人機(jī)供電,從地面發(fā)射的激光光束被機(jī)身上的接收器轉(zhuǎn)化成動(dòng)力,幾乎可以支持無(wú)人機(jī)一直工作。
太陽(yáng)能發(fā)電:利用太陽(yáng)能發(fā)電的無(wú)人機(jī)通常同時(shí)安裝了鋰電池和太陽(yáng)能電池,有陽(yáng)光時(shí)就可利用太陽(yáng)能提供飛行動(dòng)力,鋰電池則作為備用電池。
內(nèi)燃機(jī)發(fā)電:用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電可支持無(wú)人機(jī)以100千米每小時(shí)的速度飛行1小時(shí),但噪音大且存在安全隱患,因?yàn)闊o(wú)人機(jī)內(nèi)有可燃?xì)怏w。
混合動(dòng)力:2015年,美國(guó)初創(chuàng)公司TopFlightTechnologies報(bào)道自己開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力六旋翼無(wú)人機(jī)。該六旋翼僅需要1加侖汽油,便可以飛行兩個(gè)半小時(shí),約160公里的距離,最高負(fù)重達(dá)約9公斤。
地面供電:采用地面供電的系留多旋翼,通過(guò)電纜將電能源源不斷輸送給多旋翼,可以極大提升多旋翼的滯空時(shí)間。
無(wú)線(xiàn)充電:來(lái)自德國(guó)柏林的初創(chuàng)公司SkySense在無(wú)人機(jī)戶(hù)外充電方面提供了一種解決方案:研發(fā)出一塊可以為無(wú)人機(jī)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電的平板。如果充電時(shí)間更快,那么無(wú)線(xiàn)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)
無(wú)人機(jī)準(zhǔn)確地知道自己“在哪兒”、“去哪兒”,幾乎是類(lèi)似于人類(lèi)“從哪里來(lái)、到哪里去”的哲學(xué)問(wèn)題,在無(wú)人機(jī)的任何發(fā)展階段都是繞不開(kāi)的問(wèn)題。
定位技術(shù):分為GPS載波相位定位、多信息源定位、UWB(UltraWideband,超寬帶)無(wú)線(xiàn)定位三種。
測(cè)速技術(shù):目前公認(rèn)的比較精確的測(cè)速方案是通過(guò)“視覺(jué)(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,極大提升了飛行器的可操控性,獲得了巨大的成功。
避障技術(shù):分為深度相機(jī)避障技術(shù)、聲吶系統(tǒng)避障技術(shù)、“視覺(jué)憶阻器”避障技術(shù)、雙目視覺(jué)避障技術(shù)、小型電子掃描雷達(dá)、激光掃描測(cè)距雷達(dá)、四維雷達(dá)等幾種。
跟蹤技術(shù):識(shí)別目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤飛行,減輕使用者的操作負(fù)擔(dān),并能夠利用無(wú)人機(jī)執(zhí)行特殊環(huán)境條件下的特殊任務(wù)。主要有GPS跟蹤和視覺(jué)跟蹤兩種。
接口技術(shù)
PWM:所有航模和無(wú)人機(jī)都離不開(kāi)這種接口。單線(xiàn)信號(hào),周期發(fā)送正脈沖,變化脈寬作為傳遞信息的方式,一個(gè)針腳傳遞一個(gè)通道,往往搭配地線(xiàn)和電源線(xiàn)可控制一個(gè)舵機(jī)或一個(gè)電調(diào),是無(wú)人機(jī)或航模入門(mén)第一個(gè)需要了解的接口。
PPM:PWM的升級(jí)版,每個(gè)信號(hào)周期變?yōu)榘l(fā)送一組多個(gè)脈寬的組合,來(lái)同時(shí)傳遞多個(gè)通道的變化信息。早期也被用于遙控器無(wú)線(xiàn)電信號(hào)和航模模擬器信號(hào),現(xiàn)在多用于接收機(jī)與飛控連接,帶有PPM信號(hào)輸出的接收機(jī)很多,是無(wú)人機(jī)入門(mén)必配。
S.BUS:日本遙控器廠商FUTABA設(shè)計(jì)的用單通道數(shù)字信號(hào)傳輸多通道信息的協(xié)議,只有一個(gè)信號(hào)針腳和一個(gè)基準(zhǔn)地線(xiàn),支持HUB擴(kuò)展多個(gè)舵機(jī)和電調(diào)連接在一個(gè)信號(hào)源上,所以S.BUS其實(shí)是一種總線(xiàn)。
Relay:其實(shí)就是數(shù)字IO信號(hào),只有0和1兩種狀態(tài),存在于飛控某些針腳用于自動(dòng)控制相機(jī)快門(mén)和農(nóng)藥噴頭。優(yōu)點(diǎn)是可靠,缺點(diǎn)是信息量極小,浪費(fèi)資源且沒(méi)有校驗(yàn)等功能。
串口:是目前控制領(lǐng)域最常見(jiàn)的設(shè)備接口,硬件形式有TTL,232,422,485幾種,TTL是基本信號(hào)。
SDIO:用于連接SD卡或TF卡,進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)記錄。由于TF卡應(yīng)用普遍,成本較低,容量速度都令人滿(mǎn)意,所以漸漸成為高級(jí)飛控必備設(shè)備,用于飛行記錄,事故分析,故障診斷等等。
USB:民用總線(xiàn)接口,可以通過(guò)HUB連接多個(gè)設(shè)備,可以說(shuō)是一種完美接口。但是其協(xié)議過(guò)于復(fù)雜,編程工作量極大,接口連接形式容易導(dǎo)致問(wèn)題,必須使用專(zhuān)用線(xiàn)材,且不能超過(guò)2米。在飛控上主要用來(lái)地面進(jìn)行調(diào)試,讀寫(xiě)參數(shù)等等地面操作。
交互技術(shù)
無(wú)人機(jī)目前主要通過(guò)遙控器進(jìn)行飛行控制,需要專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練,具有一定的局限性。隨著新技術(shù)的發(fā)展,無(wú)人機(jī)應(yīng)簡(jiǎn)化對(duì)操作人員的要求,提升用戶(hù)體驗(yàn)。分為手勢(shì)控制技術(shù)和腦機(jī)接口技術(shù)兩種。
通訊技術(shù)
4G/5G通訊技術(shù):5G的速度比現(xiàn)在的LTE網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)連接速度快250倍,它標(biāo)志著無(wú)線(xiàn)行業(yè)的一個(gè)新的里程碑。無(wú)論是智能手機(jī),還是汽車(chē)、醫(yī)療設(shè)備、無(wú)人機(jī)和其他設(shè)備,都將受益于這一無(wú)線(xiàn)連接速度。
Wifi通訊技術(shù):這種設(shè)備很適合無(wú)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)
目前,包括IBM在內(nèi)的多家科技公司都在模擬大腦,開(kāi)發(fā)神經(jīng)元芯片。而一旦類(lèi)似芯片被應(yīng)用于無(wú)人機(jī),自主反應(yīng)、自動(dòng)識(shí)別有望會(huì)變得輕而易舉。
平臺(tái)技術(shù)
“Dronecode”的無(wú)人機(jī)開(kāi)源系統(tǒng):2014年10月,著名開(kāi)源基金會(huì)Linux推出了名為“Dronecode”的無(wú)人機(jī)開(kāi)源系統(tǒng)合作項(xiàng)目,將3DRoboTIcs、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項(xiàng)目組,旨在為無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)者提供所需要的資源、工具和技術(shù)支持,加快無(wú)人機(jī)和機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展。
Ubuntu15.04操作系統(tǒng):Ubuntu15.04的物聯(lián)網(wǎng)版本是Ubuntu目前最小且最安全的版本,非常地精簡(jiǎn),適合發(fā)行家、科技專(zhuān)業(yè)人士與開(kāi)發(fā)者使用,能夠在無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域中使用。
空管技術(shù)
初創(chuàng)公司SkyWard正在研發(fā)一個(gè)無(wú)人機(jī)交通控制系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)將讓數(shù)千無(wú)人機(jī)在城市上空飛行而不會(huì)互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大無(wú)人機(jī)制造商——國(guó)內(nèi)的大疆、美國(guó)的3DRoboTIcs和法國(guó)的Parrot——合作以證明大量的無(wú)人機(jī)可以在擁擠的空域安全地共存。位于美國(guó)西雅圖的Transtrex公司,發(fā)布了測(cè)試版本的無(wú)人機(jī)動(dòng)態(tài)地理空間限制系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)是為了確保無(wú)人機(jī)在500英尺高度下,安全規(guī)范飛行而設(shè)計(jì)的。