17、无人机传感器部署挖掘成功预测研究

无人机传感器部署挖掘成功预测研究

1. 研究背景与目标

在无人机（UAS）传感器部署中，挖掘系统针对特定类型土壤进行了优化，以最大化无人机的作业范围。然而，当系统在与目标土壤类型不同的局部区域挖掘时，可能会导致部署失败。由于系统在远离操作员的地方运行，因此需要具备自主性来判断部署是否可能成功。

本研究的关键在于开发并通过实验验证算法，以快速确定特定挖掘活动是否能成功部署传感器。挖掘失败的原因可能有多种，例如土壤过于紧实、存在障碍物（如树根、岩石），或者传感器卡住或部分部署等。如果能早期准确检测到这些情况，无人机可以取出传感器并尝试其他位置。设定挖掘时间限制虽然是一种简单的判断方法，但可能会导致资源浪费，要么在注定失败的挖掘上浪费资源，要么过早放弃可能成功的挖掘并浪费飞行到新位置的能量。因此，更快速、可靠的预测将提高部署效果。

2. 技术方法

• UAS螺旋钻系统 ：螺旋钻安装在DJI Matrice 100上，配备定制的重量分配底盘、微控制器、深度传感器和驱动螺旋钻的直流电机。螺旋钻为空心结构，可容纳直径达25毫米、长度达76毫米的传感器。到达目标深度后，可释放带有传感器的螺旋钻机构；也可反转螺旋钻，取出传感器尝试其他位置。
• 挖掘系统状态表征 ：为了表征挖掘过程，使用了以下关键性能指标：电机转速（RPM）、电机电流、螺旋钻深度和挖掘经过时间。例如，电机转速下降、电流增加且螺旋钻深度增加，通常表明挖掘可能成功；相反，高转速和低电流可能表示螺旋钻被硬物阻挡，无法达到更大深度。此外，还增加了挖掘进度率指标，以帮助识别系统最初达到一定深度后无法继续推进的潜在失败情况。