上海交大开发仿生飞行机器人避障系统

天津机器人 发表于 2020-11-26 14:14:16 收藏 已收藏
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上海交大开发仿生飞行机器人避障系统

天津机器人 发表于 2020-11-26 14:14:16

中国航空报讯:在开发机器人系统和计算工具时,计算机科学家经常从动物或其他生物系统中获取灵感。事实上,根据一个系统的独特特征和目的,自然界通常会提供具体的例子,说明它如何能够快速有效地实现目标。

上海交通大学的研究人员最近开发了一种新的基于生物灵感和计算机视觉的障碍物规避系统,可以改善在动态环境中运行的飞行机器人的导航。这套系统的研究论文预发表在arXiv上,其灵感来自于猫头鹰如何探测和避开周围环境中的物体或其他动物。

“虽然猫头鹰无法在任何方向上移动他们的眼睛(类似于立体相机),但他们有一个非常灵活的颈部,可以旋转270度,这使得他们即使背后也可以快速观察,而不需要重新定位他们的身体。”研究人员在论文中写道。

为了复制猫头鹰在不同方向上移动眼睛并探测周围静态和移动物体的方式,研究人员在一个四旋翼飞行器上安装了一个伺服电机和一个立体相机。在他们的设计中,伺服电机作为颈部,立体相机作为头部。由于立体相机的重量很轻,它的移动速度可以比机器人的身体快很多,而且它的移动几乎不会影响机器人的运动质量和飞行方向。

该系统采用传感器规划算法,估算出机器人感知不同方向物体的好处,并据此规划出它的“头”(即立体相机)应该旋转的角度。这样一来,四旋翼机器人就会不断地主动感知周围环境,迅速识别出阻碍其前进的障碍物。

此外,该系统还能跟踪并预测其附近移动障碍物的轨迹,根据周围环境的变化调整其动作。最后,根据立体相机收集的数据,该系统使用基于采样的路径规划器来规划无碰撞路径,勾勒出能让机器人到达特定位置或完成任务的运动,而不会与其他物体发生碰撞和损坏。

“总的来说,这个系统被称为主动感知和避免(ASAA)系统,”研究人员在论文中解释道。“据我们所知,这是第一个应用主动立体视觉来实现飞行机器人避障的系统。”

上海交通大学的研究人员在真实环境中进行的一系列实验中评估了他们的ASAA系统。在这些实验中,一个四旋翼飞行器要么必须避开所有障碍物到达所需的位置,要么必须监控和捕捉一只人工老鼠。这些测试的结果是非常振奋人心的,因为机器人在这两项任务中都表现得很好,能迅速适应环境的突然变化,避免与静态和移动的障碍物发生碰撞。

此外,研究人员制作的原型采用了一个单一的立体摄像机;因此,它的价格相对便宜。这可能使其更容易制造和大规模实施。

未来,该系统可用于在更复杂的环境中执行任务,从城市地区到主要由野生动物居住的自然环境。该系统还可以启发人们在类似设计的基础上开发其他具有增强避障能力的飞行机器人。在接下来的研究中,研究人员将尝试创建复制其他动物行为的系统,同时还将利用强化学习技术进一步提高系统的传感性能。 

原文标题:上海交大开发仿生飞行机器人避障系统 灵感来自猫头鹰

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