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無人機在這幾年大放異彩：監視、運送任務、搜索和救援工作。

但是，隨著這些便攜式飛行器承擔更多獨特和困難的任務，他們需要能夠在越來越具有挑戰性的情況下降落。

上海交通大學機械工程學院開發的一種新設計的名為“搭便車”(Hitchhiker)的無人機不僅能夠在傾斜的表面著陸，還能在運動中的傾斜表面著陸，比如行駛中的汽車的側面。

論文發表在 IEEE 自動化科學與工程學報上：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10092478

這款“搭便車”是Sensen Liu在上海交通大學機械工程學院無人系統合作智能實驗室的博士后工作的一部分。他解釋說: “我們之所以感興趣，是因為許多建筑物ーー包括建筑物、橋梁和地面交通工具ーー都有傾斜的表面，傳統的無人機很難在這些表面著陸……通過創造具有這種能力的無人機，我們可以利用這些表面作為著陸點，擴大無人機技術的使用可能性。”

劉的團隊對開發能夠在行駛中的汽車側面著陸的無人機特別感興趣，該團隊開發的無人機將能夠在汽車行駛時偵察周圍環境，從而實現對環境的實時分析。

一旦無人機完成偵察任務，它可以緊貼在汽車的側面，以幫助節約能源，延遲電池必須更換或充電之前所需的時間。

為了制造這種無人機，劉和同事們在上海交通大學副教授Wei Dong的指導下，開發了一種軌跡規劃算法，可以計算出四軸飛行器每個旋翼的單獨推力。它采用兩階段跟蹤方法，分析無人機的位置和姿態。

自主設計自動密封吸盤，完成最后著陸

為了幫助“搭便車”(Hitchhiker)抓住表面ーー即使是在陡峭的斜坡上ーー無人機的底部有一個機車軸式，上面安裝了一組自動密封的吸盤。這種軸式增加了吸盤接觸到所需著陸表面的幾率，有助于彌補無人機軌跡規劃中的任何錯誤。

在一系列的實驗中，研究人員在一輛汽車上安裝了一個可以調節傾斜角度的表面，并且評估了當汽車行駛時搭便車者在傾斜的表面上著陸的情況。研究結果表明，“搭便車”可以成功且可靠地在表面著陸，此時車速可達每秒1.07米，傾角可達90度，成功率達到70%以上。

作者說，自封吸盤是幫助“搭便車”抓住物體表面的關鍵因素，與使用傳統吸盤的無人機相比，自封吸盤的成功率提高了45%。

有趣的是，無人機在向后移動的物體表面上比在向前移動的路面上更容易成功著陸。

“在表面上進行向前和向后運動的成功率之間的微小差異令人驚訝。”研究人員指出，這可能是因為當表面向后移動時，姿態和速度控制輸入更加緊密地對齊，從而最大限度地減少了無人機在表面抓地力方面的任何錯誤。

未來展望

“搭便車”目前的一個局限性是它依賴于外部定位攝像頭。在未來，研究小組將探索如何確保搭便車者能夠在不需要這種外部設備的情況下降落在物體表面上。

“為了做到這一點，我們計劃開發新的基于機載視覺的算法，利用先進的目標定位系統，即使在大型姿態飛行操作，”研究人員表示，“我們對這項技術的潛力感到興奮，并正在積極探索各種商業化機會，將其推向市場。”

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