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自主系统使用无人机帮助UGV攀登陡峭的悬崖
2019年03月15日 由 Aaron 发表
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对于市场上大多数轮式机器人来说，陡峭的悬崖是一项挑战，但东京大学的研究人员表示，他们已经开发出一种双机器人框架，在测试中相当可靠。论文“UAV/UGV Autonomous Cooperation: UAV assists UGV to climb a cliff by attaching a tether”描述了一个无人机（在这种情况下是四轴飞行器）可以把一架无人驾驶地面载具拴在墙顶部和陡坡的锚上，让它不受阻碍地爬上去。该论文的作者解释说，“我们提出了一种新型的无人驾驶飞行器（UAV）和无人驾驶地面载具（UGV）的合作系统，它不仅将无人机用作飞行传感器，而且还作为系绳连接装置，它增强了UGV的穿越能力，不仅提供了更大范围的空中扫描和测绘，而且还允许UGV通过系绳的缠绕来攀爬陡峭的地形。”
UGV通过机械绞盘和电缆永久连接到无人机，定制的四轴飞行器配有Nvidia Jetson TX2芯片组，飞行控制器和一系列传感器，包括模块化鱼眼摄像机，飞行时间传感器，惯性测量单元（IMU）和激光传感器。
为了估计它的方位并绘制出一条到锚点的无障碍路径，无人机轻敲IMU以执行一种称为视觉惯性测距法（VIO）的技术和一种预测控制模型，该模型可以向飞行控制器传递转动，俯仰，偏航率等等。
这两个机器人通过机器人操作系统（ROS）（一种开源机器人中间件）利用无线信息进行通信。ROS在UGV的车载计算机上运行，并将无人机收集的体素数据转换为网格地图，用于寻找合适的锚点并执行基本路径规划和悬崖检测。
研究人员最初考虑了一系列系绳连接方法，其中包括抓钩，一种让无人机探测并缠绕杆状结构的系绳缠绕技术，一种类似抓钩的抓取装置，一种插入地面的挂钩，以及抓钩和缠绕技术的混合。但他们最终选择了最后一种混合技术，因为它的机制简单，成功附着的几率很高。
在实验中，研究人员报告说，无人机的定位和位置控制足够好，可以完成一个完全自主的任务，并且UGV成功地攀爬了垂直墙和楼梯。此外，在现场测试中，他们说这两个机器人一起成功通过一个场地，探测到一个锚，将系绳连接到锚，然后攀爬悬崖，尽管在UGV缠绕到电缆中时发生了一些故障。
在未来的工作中，他们希望建立一个更智能的系绳张力控制系统和系绳感知规划，电源，系绳脱钩和通信系统。
论文：
arxiv.org/pdf/1903.04898.pdf
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