(原標(biāo)題:解析:這些核心技術(shù)讓無人機飛起來來)
隨著移動終端的興起,芯片、電池、慣性傳感器、通訊芯片等產(chǎn)業(yè)鏈迅速成熟,無人機的智能化進程向更加小型化、低功耗的設(shè)備邁進。那么,當(dāng)下無人機設(shè)備研發(fā)究竟需要哪些技術(shù)支撐?小編來為諸位盤點一番。
動力技術(shù)
續(xù)航能力是目前制約無人機發(fā)展的重大障礙,消費級多旋翼續(xù)航時間基本在20min左右,用戶外出飛行不得不攜帶多塊電池備用,造成使用作業(yè)的極大不便。無人機必須在動力方面實現(xiàn)突破才能走上新的革命性高度。
鋰電池:大多數(shù)無人機都安裝了鋰電池,但效果只能維持20分鐘左右,且需要經(jīng)常拆卸、更換電池,十分耗時費力。針對這一現(xiàn)象,研究人員又探索了兩種全新的動力來源,極大地提高了無人機的效率。
氫燃料電池:氫燃料電池代替鋰電池,可以支持無人機連續(xù)運轉(zhuǎn)兩個小時,并且充電十分迅速;
激光發(fā)射器:激光發(fā)射器為無人機供電,從地面發(fā)射的激光光束被機身上的接收器轉(zhuǎn)化成動力,幾乎可以支持無人機一直工作。
太陽能發(fā)電:利用太陽能發(fā)電的無人機通常同時安裝了鋰電池和太陽能電池,有陽光時就可利用太陽能提供飛行動力,鋰電池則作為備用電池。
內(nèi)燃機發(fā)電:用內(nèi)燃機發(fā)電可支持無人機以100千米每小時的速度飛行1小時,但噪音大且存在安全隱患,因為無人機內(nèi)有可燃氣體。
混合動力:2015年,美國初創(chuàng)公司TopFlightTechnologies報道自己開發(fā)混合動力六旋翼無人機。該六旋翼僅需要1加侖汽油,便可以飛行兩個半小時,約160公里的距離,最高負重達約9公斤。
地面供電:采用地面供電的系留多旋翼,通過電纜將電能源源不斷輸送給多旋翼,可以極大提升多旋翼的滯空時間。
無線充電:來自德國柏林的初創(chuàng)公司SkySense在無人機戶外充電方面提供了一種解決方案:研發(fā)出一塊可以為無人機進行無線充電的平板。如果充電時間更快,那么無線充電技術(shù)將會極大地幫助多旋翼進行長途飛行。
導(dǎo)航技術(shù)
無人機準(zhǔn)確地知道自己“在哪兒”、“去哪兒”,幾乎是類似于人類“從哪里來、到哪里去”的哲學(xué)問題,在無人機的任何發(fā)展階段都是繞不開的問題。
定位技術(shù):分為GPS載波相位定位、多信息源定位、UWB(UltraWideband,超寬帶)無線定位三種。
測速技術(shù):目前公認(rèn)的比較精確的測速方案是通過“視覺(光流)超聲波慣導(dǎo)”的融合。AR.Drone是最早采用該項技術(shù)的多旋翼飛行器,極大提升了飛行器的可操控性,獲得了巨大的成功。
避障技術(shù):分為深度相機避障技術(shù)、聲吶系統(tǒng)避障技術(shù)、“視覺憶阻器”避障技術(shù)、雙目視覺避障技術(shù)、小型電子掃描雷達、激光掃描測距雷達、四維雷達等幾種。
跟蹤技術(shù):識別目標(biāo)并進行跟蹤飛行,減輕使用者的操作負擔(dān),并能夠利用無人機執(zhí)行特殊環(huán)境條件下的特殊任務(wù)。主要有GPS跟蹤和視覺跟蹤兩種。
接口技術(shù)
PWM:所有航模和無人機都離不開這種接口。單線信號,周期發(fā)送正脈沖,變化脈寬作為傳遞信息的方式,一個針腳傳遞一個通道,往往搭配地線和電源線可控制一個舵機或一個電調(diào),是無人機或航模入門第一個需要了解的接口。
PPM:PWM的升級版,每個信號周期變?yōu)榘l(fā)送一組多個脈寬的組合,來同時傳遞多個通道的變化信息。早期也被用于遙控器無線電信號和航模模擬器信號,現(xiàn)在多用于接收機與飛控連接,帶有PPM信號輸出的接收機很多,是無人機入門必配。
S.BUS:日本遙控器廠商FUTABA設(shè)計的用單通道數(shù)字信號傳輸多通道信息的協(xié)議,只有一個信號針腳和一個基準(zhǔn)地線,支持HUB擴展多個舵機和電調(diào)連接在一個信號源上,所以S.BUS其實是一種總線。
Relay:其實就是數(shù)字IO信號,只有0和1兩種狀態(tài),存在于飛控某些針腳用于自動控制相機快門和農(nóng)藥噴頭。優(yōu)點是可靠,缺點是信息量極小,浪費資源且沒有校驗等功能。
串口:是目前控制領(lǐng)域最常見的設(shè)備接口,硬件形式有TTL,232,422,485幾種,TTL是基本信號。
SDIO:用于連接SD卡或TF卡,進行飛行數(shù)據(jù)記錄。由于TF卡應(yīng)用普遍,成本較低,容量速度都令人滿意,所以漸漸成為高級飛控必備設(shè)備,用于飛行記錄,事故分析,故障診斷等等。
USB:民用總線接口,可以通過HUB連接多個設(shè)備,可以說是一種完美接口。但是其協(xié)議過于復(fù)雜,編程工作量極大,接口連接形式容易導(dǎo)致問題,必須使用專用線材,且不能超過2米。在飛控上主要用來地面進行調(diào)試,讀寫參數(shù)等等地面操作。
交互技術(shù)
無人機目前主要通過遙控器進行飛行控制,需要專業(yè)訓(xùn)練,具有一定的局限性。隨著新技術(shù)的發(fā)展,無人機應(yīng)簡化對操作人員的要求,提升用戶體驗。分為手勢控制技術(shù)和腦機接口技術(shù)兩種。
通訊技術(shù)
4G/5G通訊技術(shù):5G的速度比現(xiàn)在的LTE網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)連接速度快250倍,它標(biāo)志著無線行業(yè)的一個新的里程碑。無論是智能手機,還是汽車、醫(yī)療設(shè)備、無人機和其他設(shè)備,都將受益于這一無線連接速度。
Wifi通訊技術(shù):這種設(shè)備很適合無人機航拍圖傳或光纖布放不方便的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用。
芯片技術(shù)
目前,包括IBM在內(nèi)的多家科技公司都在模擬大腦,開發(fā)神經(jīng)元芯片。而一旦類似芯片被應(yīng)用于無人機,自主反應(yīng)、自動識別有望會變得輕而易舉。
平臺技術(shù)
“Dronecode”的無人機開源系統(tǒng):2014年10月,著名開源基金會Linux推出了名為“Dronecode”的無人機開源系統(tǒng)合作項目,將3DRoboTIcs、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項目組,旨在為無人機開發(fā)者提供所需要的資源、工具和技術(shù)支持,加快無人機和機器人領(lǐng)域的發(fā)展。
Ubuntu15.04操作系統(tǒng):Ubuntu15.04的物聯(lián)網(wǎng)版本是Ubuntu目前最小且最安全的版本,非常地精簡,適合發(fā)行家、科技專業(yè)人士與開發(fā)者使用,能夠在無人機等領(lǐng)域中使用。
空管技術(shù)
初創(chuàng)公司SkyWard正在研發(fā)一個無人機交通控制系統(tǒng),這個系統(tǒng)將讓數(shù)千無人機在城市上空飛行而不會互相碰撞。Skyward正在跟FAA和全球三大無人機制造商——國內(nèi)的大疆、美國的3DRoboTIcs和法國的Parrot——合作以證明大量的無人機可以在擁擠的空域安全地共存。位于美國西雅圖的Transtrex公司,發(fā)布了測試版本的無人機動態(tài)地理空間限制系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)是為了確保無人機在500英尺高度下,安全規(guī)范飛行而設(shè)計的。