加州理工學(xué)院和 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出彈道發(fā)射無人機(jī)

加州理工學(xué)院和 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）開發(fā)出彈道發(fā)射六旋翼飛行器，不挑起飛坪，穩(wěn)定發(fā)射。相關(guān)研究在 ICRA 2020 會(huì)議上發(fā)表，并被評(píng)為無人機(jī)方向的最佳論文。

去年在機(jī)器人領(lǐng)域頂會(huì) IROS 上，加州理工學(xué)院和 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）展示了一種彈道發(fā)射四旋翼飛行器原型：只需將該無人機(jī)折疊成帶有機(jī)翼的橄欖球形狀，并將其塞進(jìn)管子中，然后用壓縮的二氧化碳直射，無人機(jī)就會(huì)自動(dòng)展開，保持穩(wěn)定并飛行。

這種無人機(jī)叫做 SQUID。去年的初代 SQUID 是一種四旋翼飛行器，可以從管道中發(fā)射，在空中展開，并過渡到穩(wěn)定的飛行狀態(tài)，而無需固定的起飛坪。

SQUID 初代原型（直徑 3 英寸）在移動(dòng)車輛上發(fā)射的實(shí)驗(yàn)。 時(shí)間過去了大約半年，SQUID 初代原型的尺寸和功能都有所精進(jìn)。目前的 SQUID 版本具備六個(gè)旋翼和完全自主性，幾乎可以壓入 6 英寸的管子中。相關(guān)研究已在 ICRA 2020 會(huì)議上發(fā)表，并被評(píng)為無人機(jī)方向的最佳論文。 論文地址：https://arxiv.org/pdf/1911.10269.pdf SQUID 的意思是「流線型迅速展開偵查無人機(jī)」（Streamlined Quick Unfolding Investigation Drone）。去年的初代 3 英寸 SQUID 已降級(jí)為「微型 SQUID」，而新型 SQUID 則是功能更強(qiáng)的 6 英寸版本。 總體而言，管式發(fā)射無人機(jī)的獨(dú)特之處在于，它消除了大多數(shù)無人機(jī)對起飛條件的要求，即起飛坪固定且在地面上，并且不靠近任何可能會(huì)被切成碎片的物體。去年演示的微型 SQUID 是從移動(dòng)車輛中發(fā)射，而 SQUID 的整體思路是能夠「從幾乎任何地方立即發(fā)射」。

SQUID 無人機(jī)發(fā)射過程。從左至右依次為：無人機(jī)尚在發(fā)射管道內(nèi)、展開臂部和機(jī)翼、完全展開配置。每張圖片上的狀態(tài)間隔時(shí)間是 82 毫秒。 微型 SQUID 的研發(fā)目的是為彈道發(fā)射多旋翼飛行器制定通用的空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)原理，而不是開發(fā)能夠執(zhí)行任務(wù)的設(shè)備。具備執(zhí)行任務(wù)的能力意味著：不依賴 GPS 的機(jī)載自主性，而這要求復(fù)雜且耗電的傳感和計(jì)算，因此整個(gè)機(jī)器的規(guī)模都要放大。 新版 6 英寸 SQUID 進(jìn)行了一些重大更新，包括氣動(dòng)設(shè)計(jì)，以通過可展開的機(jī)翼改進(jìn)發(fā)射和彈道飛行期間的被動(dòng)穩(wěn)定性。自主硬件包括攝像頭（FLIR Chameleon3）、測距儀（TeraRanger Evo 60m）、IMU / 氣壓計(jì)（VectorNav VN-100）和機(jī)載計(jì)算機(jī)（NVIDIA Jetson TX2）。

新版 SQUID 部件概覽。 結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)方面的改進(jìn)是完全有必要的，因?yàn)?SQUID 第一階段的運(yùn)行并不是真正的飛行，而是沿著其離開發(fā)射器的彈道軌跡運(yùn)行。如果只是直線上升，那情況還不是太糟糕。但如果無人機(jī)以一定的角度或從行駛的車輛中發(fā)射，事情就會(huì)變得更加復(fù)雜。 因此新型 SQUID 提高了重心，可展開的機(jī)翼讓無人機(jī)被動(dòng)地指向氣流同時(shí)充當(dāng)起落架，從而起到雙重作用。如果沒有機(jī)翼，無人機(jī)在離開管道后會(huì)開始翻滾，運(yùn)氣好的話之后或許能夠找回控制。 為了讓機(jī)翼既可折疊又足夠穩(wěn)定到能讓 SQUID 著陸，開發(fā)者設(shè)計(jì)了一個(gè)閉鎖機(jī)制，幫助保持機(jī)翼的剛性。顯然，當(dāng)所有組件放在一起時(shí)，要想使無人機(jī)能夠裝進(jìn)發(fā)射管，我們還需要對臂鉸鏈進(jìn)行打磨。

圖 (a)：SQUID 部分位于發(fā)射管內(nèi)；圖 (b)：臂部和機(jī)翼完全展開時(shí)的側(cè)視圖，圖 (c)：臂部和機(jī)翼完全展開時(shí)的俯視圖。 直徑 6 英寸對于 SQUID 是一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。大多數(shù)無人機(jī)受功率或質(zhì)量的約束，而 SQUID 受體積的約束。開發(fā)者不僅需要將所有電池和計(jì)算機(jī)塞進(jìn)相應(yīng)的空間，還必須保證傳感器具有所需的視野，同時(shí)還要求折疊狀態(tài)下的臂部、腿部和其它部件處在同一空間內(nèi)。 事實(shí)證明，SQUID 的優(yōu)化工作做得很好，重量為 3.3kg。 既然管式發(fā)射存在那么多挑戰(zhàn)，為什么還要采用這種發(fā)射方式呢？原因如下：

迅速發(fā)射：無需組裝或設(shè)置，不需要尋找平坦的地面，也不用提醒每個(gè)人都退后。只需按下按鈕，SQUID 就能以每秒 12 米的速度發(fā)射出去并進(jìn)入飛行狀態(tài)。

安全發(fā)射：該飛行器發(fā)射時(shí)具備高度安全性，除非有人直接坐在發(fā)射管頂端。

移動(dòng)發(fā)射：SQUID 可以從時(shí)速高達(dá) 50mph 的移動(dòng)車輛中發(fā)射，這一點(diǎn)使其能夠應(yīng)用于緊急情況，從而大大提高了其效用。

穿過物體發(fā)射：研究者指出，SQUID 可以在其氣動(dòng)外形（機(jī)翼或旋翼沒有展開）下，直接穿過樹冠或電線發(fā)射。此前，只有旋翼機(jī)能做到這一點(diǎn)。

SQUID 的長期規(guī)劃可能是空中部署，例如在大型飛行器上發(fā)射小型無人機(jī)。這可能為火星探測器在進(jìn)入大氣層時(shí)部署小型無人機(jī)提供了途徑，從而減少對大型著陸器的需求。 參考鏈接： https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/caltech-canon-launched-squid-drone https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/caltech-and-jpl-firing-quadrotors-out-of-cannons

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：從管道中飛出的不一定是炮彈，也可能是無人機(jī)

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