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【本期人物】國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目入選者入選人才:周小彬
個(gè)人簡(jiǎn)介:
周小彬,浙江大學(xué)湖州
研究院集群機(jī)器人自主導(dǎo)航
研究中心博士后,2021 年畢
業(yè)于湖南大學(xué),博士期間的
研究方向?yàn)槲⑿⌒蜔o(wú)人機(jī)自
主導(dǎo)航與安全控制,目前致
力于解決非結(jié)構(gòu)環(huán)境下無(wú)人
機(jī)自主作業(yè)相關(guān)的技術(shù)難題,
包括三維建圖、狀態(tài)估計(jì)、
軌跡優(yōu)化以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
入選類(lèi)型:2023 年國(guó)家自然
科學(xué)基金(青年科學(xué)基金項(xiàng)
目)
入選項(xiàng)目名稱(chēng):拒止環(huán)境下
動(dòng)力失效無(wú)人機(jī)全回路容錯(cuò)
系統(tǒng)研究及驗(yàn)證
項(xiàng)目簡(jiǎn)介:
面向拒止未知環(huán)境和動(dòng)
力失效故障的無(wú)人機(jī)全回路
容錯(cuò)系統(tǒng)是我國(guó)“人工智能”
科技發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。
無(wú)人機(jī)在國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)建
設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,然
而隨著其作業(yè)頻率和任務(wù)復(fù)
雜程度的不斷提升,由拒止
未知環(huán)境和動(dòng)力失效故障引
起的無(wú)人機(jī)安全事故不勝枚
舉,嚴(yán)重限制了無(wú)人機(jī)的應(yīng)
用環(huán)境和應(yīng)用領(lǐng)域。因此,
如何解決動(dòng)力失效無(wú)人機(jī)在
拒止未知環(huán)境下的自主導(dǎo)航
與容錯(cuò)控制等問(wèn)題,已成為
進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)環(huán)境適應(yīng)
性和任務(wù)應(yīng)用能力的關(guān)鍵。
針對(duì)現(xiàn)有無(wú)人機(jī)容錯(cuò)系
統(tǒng)存在的故障診斷效率低、
外部定位系統(tǒng)依賴(lài)性強(qiáng)、容
錯(cuò)控制能力弱等核心問(wèn)題,
擬設(shè)計(jì)一套強(qiáng)自主、高安全
的“故障診斷+定位建圖+規(guī)
劃控制”全回路容錯(cuò)系統(tǒng),
實(shí)現(xiàn)受損無(wú)人機(jī)的整體性能
自愈和恢復(fù),具有重要的實(shí)
際意義。項(xiàng)目有望突破傳統(tǒng)
無(wú)人機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)在實(shí)際工程
應(yīng)用的局限,開(kāi)發(fā)出針對(duì)拒
止未知環(huán)境和動(dòng)力失效故障
的軟硬件平臺(tái),實(shí)現(xiàn)無(wú)人操
作、無(wú)外部計(jì)算、無(wú)外部定
位的動(dòng)力失效無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)
航與安全作業(yè)。
隨著無(wú)人機(jī)作業(yè)頻率和
任務(wù)復(fù)雜程度的不斷提升,
其動(dòng)力系統(tǒng)不可避免地發(fā)生
疲勞損傷,甚至出現(xiàn)動(dòng)力失
效故障(包括電機(jī)燒毀、槳
葉斷裂等),導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛
行失控和墜落傷人事故日益
增多。
如圖 1 所示,本項(xiàng)目以
動(dòng)力失效無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象,
研究?jī)?nèi)容包括精細(xì)動(dòng)力學(xué)建模與失效故障快速診斷、自主定位與高效建圖、軌跡規(guī)劃與容錯(cuò)控制、以及容錯(cuò)系統(tǒng)集成與驗(yàn)證評(píng)估。圖 1.研究?jī)?nèi)容示意圖圖 2.無(wú)人機(jī)數(shù)字仿真平臺(tái)如圖2 所示,基于ROS系統(tǒng)和Rviz 可視化平臺(tái),結(jié)合無(wú)人機(jī)的飛行動(dòng)力學(xué)特性,搭建可視化的無(wú)人機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)仿真平臺(tái)。圖3 展示了基于VINS-Fusion 算法的室內(nèi)自主導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)及無(wú)人機(jī)平臺(tái)。圖 3.自主導(dǎo)航無(wú)人機(jī)平臺(tái)