雷鋒網(wǎng)按：上個(gè)月，賓夕法尼亞大學(xué)推出過一款能自主飛行的四軸飛行器，只需一個(gè) VGA 攝像頭和一個(gè)慣性傳感器（IMU），無人機(jī)就能在空中共舞。由于不需要額外的定位或 GPS，此類無人機(jī)的應(yīng)用潛力相當(dāng)巨大，畢竟買家可以在昂貴復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施上省下一大筆錢，他們更是不用因?yàn)槭覂?nèi)導(dǎo)航的問題而頭疼了。

說到這樣的無人機(jī)，你可能第一個(gè)想到的應(yīng)用場(chǎng)景是救災(zāi)，不過說實(shí)話，這都是研發(fā)商的場(chǎng)面話，真正有趣的還是無人機(jī)的商業(yè)應(yīng)用，而說到商業(yè)應(yīng)用，就不能不提到遞送服務(wù)。當(dāng)然，現(xiàn)在的遞送無人機(jī)問題多多，但這并不意味著用無人機(jī)搬運(yùn)貨物是個(gè)壞主意。

Vijay Kumar 在賓夕法尼亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)基于 GPS 的遞送無人機(jī)。鑒于有些貨物過重，一架無人機(jī) Hold 不住，它們還開發(fā)了“組團(tuán)”模式。如果這種解決方案能最終投入使用，恐怕會(huì)成為倉(cāng)庫(kù)里運(yùn)貨的最佳方式。

在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，讓無人機(jī)組團(tuán)作戰(zhàn)比單打獨(dú)斗多了不少好處。

雖然參與任務(wù)執(zhí)行的無人機(jī)越多，系統(tǒng)的復(fù)雜度就越高，但多機(jī)共舞也讓一架無人機(jī)解決不了的大家伙和重家伙運(yùn)送成了可能。此外，多架無人機(jī)組成的系統(tǒng)也比單架更穩(wěn)健，即使某架無人機(jī)出了故障也不至于直接把貨物摔壞。

不過，這里我們討論的不是用多架無人機(jī)運(yùn)貨的概念，而是在沒有外部定位系統(tǒng)的情況下如何完成任務(wù)。鑒于這些無人機(jī)只搭載了 VGA 攝像頭和 IMU，因此這套系統(tǒng)對(duì)于任何環(huán)境都有適用性，在你家客廳里搬運(yùn)個(gè)物品都不在話下。

雖然無人機(jī)能通過攝像頭和內(nèi)部數(shù)據(jù)完成定位，但這只是預(yù)估，會(huì)存在一定的漂移且隨著無人機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度會(huì)變得越來越差。在這套系統(tǒng)中，多架相互連接的無人機(jī)則可共享位置信息，以得到更精確的定位。

更好的定位意味著更可靠的表現(xiàn)。在演示中，無人機(jī)就以 4.2 m/s 的速度和 5 m/s2 的加速度完成了貨物運(yùn)送。研發(fā)人員表示，這樣的敏捷度和自動(dòng)化程度是此前從未實(shí)現(xiàn)過的。

為了挖出更多細(xì)節(jié)并對(duì)倉(cāng)庫(kù)遞送無人機(jī)的未來一探究竟，IEEE 對(duì) Giuseppe Loianno（論文第一作者）做了專訪，雷鋒網(wǎng)新智造進(jìn)行了編譯。

IEEE：這次的成果與此前我們報(bào)道過的有什么聯(lián)系嗎？

Giuseppe Loianno：這次我們考慮了用多個(gè)空中平臺(tái)協(xié)作完成貨物的運(yùn)輸。此前，我們就考慮過讓無人機(jī)協(xié)作完成分散的任務(wù)。在這種“團(tuán)戰(zhàn)”才能完成的任務(wù)中，我們需要更為先進(jìn)的集體行動(dòng)方式。這樣的合作方式在自然界早已存在，人類在狩獵時(shí)就需要協(xié)同作戰(zhàn)，以完成獵物的搜索和圍捕。在協(xié)作操控時(shí)，每架無人機(jī)都需要與貨物和周邊環(huán)境進(jìn)行交互，同時(shí)還要適應(yīng)不同無人機(jī)間必要的硬性約束。

IEEE：在控制合作送貨的無人機(jī)時(shí)，遇到過什么特殊的挑戰(zhàn)嗎？

Giuseppe Loianno：控制無人機(jī)協(xié)同工作需要新的方法，我們必須在獨(dú)立控制每一架無人機(jī)的情況下保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。為此，我們專門為系統(tǒng)開發(fā)了估算、規(guī)劃和控制算法。舉例來說，每架無人機(jī)都有獨(dú)立的定位子系統(tǒng)，因此會(huì)提供不同的貨物位置和朝向估算。這些數(shù)據(jù)最終會(huì)成為控制無人機(jī)飛行的依據(jù)。

IEEE：這種方式能進(jìn)一步擴(kuò)大無人機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模，協(xié)同運(yùn)輸更大更重的貨物嗎？

Giuseppe Loianno：擴(kuò)大無人機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模當(dāng)然沒問題。從定位的角度來看，我們已經(jīng)證明優(yōu)化方案并不依賴于無人機(jī)的數(shù)量。同時(shí)，控制和規(guī)劃的方法也是獨(dú)立的。

IEEE：論文中您曾提到，在倉(cāng)庫(kù)執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)是一項(xiàng)潛在應(yīng)用，那么能詳細(xì)描述下這套系統(tǒng)是如何運(yùn)作的嗎？

Giuseppe Loianno：假設(shè)你工作的是一個(gè)單架無人機(jī)就能完成運(yùn)輸任務(wù)的倉(cāng)庫(kù)，這里的貨物重量和體積都較小。在工作中，無人機(jī)需要對(duì)貨物進(jìn)行識(shí)別，隨后完成抓取和運(yùn)輸。未來，我們會(huì)致力于開發(fā)一套完整系統(tǒng)，它能自動(dòng)通知操作員需要什么類型和數(shù)量的無人機(jī)才能完成任務(wù)。此外，算法還能讓倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的多個(gè)團(tuán)隊(duì)用最優(yōu)方案同時(shí)抓取不同貨物。

IEEE：下一步有什么計(jì)劃嗎？

Giuseppe Loianno：我們正在進(jìn)行多機(jī)試驗(yàn)并研究增加控制權(quán)和增加系統(tǒng)慣性的平衡點(diǎn)。同時(shí)繼續(xù)提升定位估算的精度，畢竟隨著硬性約束條件的增加，多機(jī)協(xié)作的復(fù)雜性會(huì)不斷提高。此外，我們也有興趣在執(zhí)行任務(wù)時(shí)對(duì)貨物的幾何形狀和慣性進(jìn)行估算。最終，我們會(huì)將最新研究成果與此前的工作進(jìn)行整合，讓無人機(jī)能完成更多不同的任務(wù)。

注：Giuseppe Loianno 和 Vijay Kumar 合著的論文《用搭載單眼視覺和慣性傳感的小型四軸飛行器完成協(xié)同運(yùn)輸》將在布里斯班的 ICRA 2018 大會(huì)上正式發(fā)表。

雷鋒網(wǎng)注：翻譯自 Spectrum.IEEE。

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