室内救援检测微型无人机的技术特色

机器智能化研究在世界广泛应用带动了对无人机智能化及自动化的发展。无人机因其灵活、能够垂直起降等特点，在军用、救援等领域中大放异彩。为满足多种多样的飞行环境，执行不同飞行任务，研究人员对室内救援检测无人机开展了重点研究。

室内救援检测无人机关键是能够在受限环境或在无GPS的环境下自主飞行，完善的避障系统能够在很大程度上减小因操作失误而引发机身损坏，也能减少伤及人身和损坏建筑的事故发生率。为了满足不同使用场景，本文重点介绍三款室内救援检测微型无人机。

1.Dronut ® X1 无人机

输油管线密闭、狭窄，传统无人机旋翼外露，一般无法进入管道内部进行检测。为了解决这一难题，美国波士顿初创机器人公司Cleo Robotic于 2021 年11 月推出了Dronut ® X1 无人机（图 1）。
  该款无人机能借助激光探测及测距系统（LIDAR）、4K摄像机等传感器实现路径规划，并通过涵道风扇式螺旋桨驱动，可在密闭狭小的环境实现路径规划、障碍躲避，实现安全高效巡检。

图 1 Dronut ® X1 无人机

Dronut ® X1 无人机被称为“世界上第一款双旋翼涵道式无人机”，该款无人机不同于常见的四轴无人机，它采用了非常规的外形设计，从外观来看，犹如一个“甜甜圈”。装备外壳采用碳纤维复合材料，由于其螺旋桨完全封闭，因此不怕轻度磕碰，同时也不会误伤到旁观者，即使撞到了障碍物，也能够将Dronut ® X1本身的损伤降到最低，所以特别适用于工业用途，例如在管道、压力容器中进行检测。
   整个无人机结构紧凑，直径仅为 6.5 英寸（约 16.5 厘米），重量约为 450 克，可完全放在用户的手掌中，携带十分方便。采用了中置涵道风扇，并且设有排气扇，这使得它可以在不打开螺旋桨的情况下飞行。即使在人员聚集、密闭空间和敏感设备周围飞行，装备也不会危及他人安全。为了实现飞行的稳定性，Dronut ®X1 采用了Cleo Robotics公司获得专利的推力矢量技术以获取升力。
   在避障核心计算方面，装备搭载了高通骁龙芯片，用于提供算力支持。此外，还配备了视觉传感器、激光雷达装备等进行障碍物检测，使其能在自动维持飞行位置的同时，利用搭载的 3D 激光雷达（LiDAR）传感器实现高级避障功能，且不依赖 GPS 信号。3D 激光雷达技术可借助激光为介质获得物体的点云数据，并能生成精确的数字化三维模型。借助这项技术可使无人机能够完全基于离线数据进行路径规划和障碍躲避。
   为了方便巡检，Dronut ® X1 无人机还配备了 4K 高清摄像头。整套装备使用传感器套件进行图像和数据采集，具有 4K 高清视频/图片和 3D 点云输出能力，收集的视频数据基本可以做到向用户实时传输（延迟低于 90 毫秒），视频质量可达到 1080p 30 帧/秒。整个无人机正面有四个 LED 补光灯，即使在光线不足或根本没有光线的情况下也可以进行清晰的视频拍摄，让操作人员敏锐地看清一切。
  相较于传统的无人机或者扑翼机，该装备的涵道风扇设计可保证无人机在较为封闭狭小的环境安全巡检，尤其是对一些有精密器件的设备或对复杂管道环境的检测，这种设计可以让无人机安全地与这些物体接触。
  目前，该款无人机不仅可用于工业和商业领域中，对危险和受限空间（储罐、压力容器、狭窄空间等）的无人检查，还可用于禁止使用 GPS 环境（执法、国防等领域）的监视和侦察。

2. 洛基 Mk2 无人机
   为执行室内侦察任务，美国 AARDVARK 公司研发了一款室内侦察无人机―洛基（LOKI）Mk2。该款无人机旨在用于执行近距离、室内和室外战术侦察任务，并配备高度灵敏的夜间和红外传感器摄像头，使其能够在完全黑暗的环境中飞行和观察。
   洛基（LOKI）MK2 无人机集成了 150 度广角的前向 0.0008 勒克斯昼/夜摄像头、高灵敏度降噪麦克风、机载集成飞行稳定/悬停系统、正面和底部可调的夜视识别光源（IR-LED）、传感器等装置，能够附加有效载荷。设计人员还研发了“乌龟翻身模式”—允许装备在发生碰撞时进行自动自我纠正。

该款无人机优势明显：无需全球卫星定位系统（GPS）、互联网等网络服务，也无需下载手机或平板电脑的专用飞行控制软件进行控制，而是采用专用控制终端—无人机地面站（GCS）进行控制，无需飞行训练，即用即飞。装备还搭配了智能飞行控制系统，可防干扰，也不会出现无信号或信号延迟、黑屏等问题。此外，还设计有群组控制功能。单个无人机地面站终端通过智能任务分配系统，可同时控制四个飞行器。操控终端符合人体工程学设计，可实现直观的飞行控制。
   该款设备还拥有先进的视觉和夜视能力，可在无光照或夜间环境下执行任务；坚固、耐用、可更换的四个苜蓿叶多旋翼（图 2），可支持无人机进入狭窄区域飞行。一旦与物体发生碰撞，无人机会直接反弹而不是停止运行或被损坏。装备前部和底部配有可调光的红外 LED 灯，为稳定飞行、清晰视频拍摄提供照明条件。此外，还配备了夜视镜，以满足夜间照明需求，不会因过度照明而造成光晕。该款无人机尺寸结构如图 3 所示。

图 2 洛基（LOKI）Mk2 多旋翼无人机

图 3 洛基（LOKI）Mk2 无人机结构

3.Xtender 无人机
  以色列智能制造公司XTEND推出了第二代室内微型无人机（sUAS）—Xtender（图 4）。该款无人机由该公司独立研发的“Skylord”操作系统提供支持，采用先进的虚拟和增强现实（VR/AR）技术，以及先进的人工智能和机器学习飞行算法，实现了对目标物体的定位和态势感知。

图 4 Xtender 无人机

Xtender拥有强大的边缘计算能力，可提供机载传感器融合定位，使无人机能够在任何环境中轻松飞行。新的机载任务计算机可使无人机运行人工智能驱动应用，为操作员提供情报，例如目标分类、验证和跟踪。新一代Xtender采用了已获专利的Drone-Teaming和Mark & Fly两种技术（均集成至操作系统中），使多架无人机能够携带各种有效载荷进入远程目标站点，以极高的精度执行所需的任务，并且能够无缝退出，且不受任何室内外转换限制或全球导航卫星系统拒绝访问位置的限制。借助新型微型室内侦查、情报与监视系统，任何操作员（即使是零飞行经验）都可以在复杂的城市环境中执行准确的侦察和数据收集任务。目前，该款无人机主要用于执行侦察军事任务，使用效果良好。

三款自动避障无人机主要性能参数如表 1 所示。

表 1 三款自动避障无人机主要性能参数

来源：《应急装备技术》