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美大學用小型無人機團隊 合力運送沉重包裹

多部相同規格的小型無人機透過適應性控制演算法協調,合力運送單一包裹。喬治亞理工學院

美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究團隊開發的模組化解決方案,運用多部統一規格的標準小型無人機協作運送重型包裹,可提供更大的使用彈性與備援能力,單一無人機故障不致影響作業,適合商業包裹運送與戰場重新補給。

根據The Robot Report報導,未來包裹運送可由載重不超過5磅的小型無人飛行載具(UAV)代勞,喬治亞理工學院的模組化解決方案透過適應性控制(adaptive control)演算法協調規格一致的無人機隊,較重的包裹可由多機合作運送,無需使用不同載重規格的無人機。這種系統預計5年內可實現,關鍵在於法規配合與社會接受度。

研究生Kevin Webb開發集中式電腦系統監督每部運送包裹的無人機,並分享無人機位置與馬達輸出推力的資訊。個別無人機的導航與包裹運送指令由控制系統協調發布。適應性控制演算法管理一同協作的無人機時並無數量限制,端視包裹重量與包裹周圍能容納的無人機數量。

喬治亞理工學院的模組化解決方案讓每輛貨車配備12部無人機,依個別包裹重量派遣1~6部無人機運送,能處理5~30公斤的包裹,無需配備與維護不同尺寸與載重的無人機,可簡化無人機機隊的組成與強化無人機運作,降低在人口稠密地區操作大型自主UAV的噪音與安全疑慮。

喬治亞理工學院的模組化解決方案由無人機自主處理衡量包裹重量、重心、無人機相對位置等難題,因此包裹運送駕駛員在操作系統時能保持一致。此外多部無人機合力運送包裹時,每一部無人機都會受其它無人機與包裹不同方向的拉扯,因此比控制大量無人機編隊飛行還困難。

協作的無人機透過紅外線導引系統,即可自主連結附加在包裹上的對接結構,這個方式在派遣無人機到客戶端回收包裹時特別方便,無人機能透過輸出的推力與維持的高度來推算包裹重量。不過對接結構需進行更多研究,確保強度足以支撐包裹的重量以及連結無人機與包裹,且成本要夠低、材質為可拋棄式。

軍方應用此模組化解決方案運送補給到戰場上的作戰小隊,沒有動用大型自駕直昇機的成本與風險,軍用UAV包裹回收團隊可由多名士兵攜帶的個別無人機構成、兼顧彈性與載重,既可單獨作業運送小型、輕量補給,也能結合分散於每一部無人機的負載提供可觀的運送能力。

為這項解決方案的研究提供支持的包括美國國家科學基金會(National Science Foundation)的研究生獎學金,以及喬治亞理工研究院(Georgia Tech Research Institute)的Hives獨立研發計畫,相關論文已投稿至Journal of Aircraft。

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