18、无人机相关技术：挖掘预测与四旋翼控制优化

无人机相关技术：挖掘预测与四旋翼控制优化

1. 无人机挖掘传感器放置成功预测

在无人机挖掘传感器放置任务中，最初认为使用简单的计时器来判断挖掘失败就足够了。然而在实际操作中，出现了许多令人惊讶的情况，即在快速成功之前，螺旋钻可能在超过一分钟的时间内几乎没有进展。这展示了挖掘操作的可变性，也凸显了算法决策在提升性能方面的重要性。

挖掘无人机为在各种位置放置传感器提供了出色的手段。但这种机动性伴随着与挖掘机制相关的成本，其中预测挖掘成功或失败是关键。由于单次挖掘活动很可能失败，因此预测失败事件并尽快重新定位进行另一次尝试对于任务成功至关重要。

研究表明，马尔可夫决策过程（MDP）经过开发、训练后，能够以 82.5% 的准确率预测挖掘结果，这一准确率超过了包括专家人工操作员在内的其他决策方法。

2. 双向推力四旋翼的几何控制与轨迹优化

2.1 研究背景与动机

随着双向推力螺旋桨和电机的出现，爱好者已经能够手动控制四旋翼无人机进行倒飞。在自主操作中实现同样的功能具有诸多好处，例如在执行敏捷机动（如穿过垂直窗户）时，如果机器人无需在空中反转翻滚方向，操作将更加高效。此外，一些传感器套件也可以通过让机器人倒飞来重新配置指向方向，而无需额外的致动云台。因此，开发能够实现正向和反向推力、正飞和倒飞的四旋翼控制算法具有重要意义。

2.2 相关工作

• 非线性控制器 ：多年来，人们开发了多种方法来实现多旋翼飞行器的非线性控制。传统上，这些控制方案分别实现姿态和位置控制，但也有一些工作将两者结合到一个控制模块中。