Hitchhiker drone kan landen op rijdende auto’s dankzij zuignappen en trajectplanning

Een nieuw type drone heeft de mogelijkheid om mee te liften op een rijdende auto. Deze drone, genaamd Hitchhiker, maakt gebruik van een geavanceerd trajectplanningsalgoritme en zuignappen om zich vast te zetten op het oppervlak van een auto, zelfs wanneer deze in beweging is. Het onderzoek moet ertoe leiden dat er meer toepassingsmogelijkheden voor drones komen.

• De Hitchhiker drone is in staat om op hellende oppervlakken, zoals de zijkant van een rijdende auto, te kunnen landen.
• De drone maakt gebruik van trajectplanning en zuignappen om te landen en zich vervolgens vast te hechten.
• Experimenten hebben aangetoond dat Hitchhiker met succes en betrouwbaar kan landen op bewegende oppervlakken.

Landen in uitdagende situaties

Drones worden tegenwoordig voor allerlei doeleinden ingezet, zoals bewaking, bezorging en zoek- en reddingsacties. Naarmate drones echter steeds complexere en unieke taken op zich nemen, moeten ze ook in steeds uitdagendere situaties kunnen landen. De ontwikkeling van de Hitchhiker drone stelt hem in staat om te landen op hellende oppervlakken, zoals de zijkant van een rijdende auto.

Het ontwerp van Hitchhiker is het resultaat van het postdoctorale onderzoek van Sensen Liu aan het Lab of Cooperative Intelligence of Unmanned Systems van de School of Mechanical Engineering aan de Shanghai Jiao Tong University. Liu legt uit: “Onze interesse in dit onderzoek komt voort uit het feit dat veel constructies, zoals gebouwen, bruggen en voertuigen, hellende oppervlakken hebben waarop traditionele drones moeilijk kunnen landen. Door drones met deze mogelijkheid te ontwikkelen, kunnen we deze oppervlakken gebruiken als landingsplaatsen en de toepassingsmogelijkheden van dronetechnologie vergroten.”

Landen op rijdende auto’s

Het onderzoeksteam van Liu richt zich met name op het ontwikkelen van drones die kunnen landen op de zijkant van rijdende auto’s. Liu legt uit dat deze drones in staat zouden zijn om de omgeving te verkennen terwijl de auto in beweging is, waardoor real-time analyse van de omgeving mogelijk wordt.

Nadat de drone de verkenning heeft voltooid, kan deze worden vastgezet aan de zijkant van de auto om energie te besparen en de bedrijfsduur van de accu te verlengen, voordat deze moet worden verwisseld of opgeladen.

Algoritme en zuignappen

Om een dergelijke drone te realiseren, hebben Liu en zijn collega’s, onder begeleiding van Wei Dong, universitair hoofddocent aan de Shanghai Jiao Tong University, een trajectplanningsalgoritme ontwikkeld dat rekening houdt met de individuele stuwkracht van elke rotor van de quadcopter. Dit algoritme maakt gebruik van een tweetraps volgbenadering, waarbij zowel de positie als de houding van de drone worden geanalyseerd.

Om de hechting aan oppervlakken mogelijk te maken, zelfs op steile hellingen, is de Hitchhiker drone uitgerust met een verzameling zelfdichtende zuignappen die in een wielconfiguratie langs de onderkant zijn geplaatst. Deze wielconfiguratie vergroot de kans dat de zuignappen in contact komen met het beoogde landingsoppervlak, waardoor eventuele fouten in de trajectplanning van de drone worden gecorrigeerd.

Proefnemingen

In een reeks experimenten hebben de onderzoekers een verstelbaar oppervlak aan een auto toegevoegd, dat onder verschillende hoeken kon worden geplaatst. Ze hebben vervolgens beoordeeld hoe goed de Hitchhiker drone kon landen op het hellende oppervlak terwijl de auto in beweging was. Uit de resultaten blijkt dat Hitchhiker succesvol en betrouwbaar kan landen op oppervlakken met snelheden tot 1,07 meter per seconde en hellingen tot 90 graden, met een slagingspercentage van 70 procent of hoger.

De auteurs benadrukken dat de zelfdichtende zuignappen een sleutelfactor zijn om de hechting van Hitchhiker aan oppervlakken te verbeteren. In vergelijking met drones die conventionele zuignappen gebruiken, is het slagingspercentage met 45 procent toegenomen dankzij de zelfdichtende zuignappen. Ze beschrijven de resultaten van deze experimenten gedetailleerder in hun studie, die op 5 april is gepubliceerd in IEEE Transactions on Automation Science and Engineering.

Opvallend genoeg bleek uit de experimenten dat de drone succesvoller landde op oppervlakken die naar achteren bewogen dan naar voren. Dong merkt op dat de kleine variatie in slagingspercentages tussen het landen op voorwaarts bewegende oppervlakken en achterwaarts bewegende oppervlakken verrassend was. Dit zou te maken kunnen hebben met een betere afstemming van de input van de houding en snelheidsregeling wanneer het oppervlak naar achteren beweegt, waardoor fouten in de hechting van de drone aan het oppervlak worden geminimaliseerd.

Externe camera

Een huidige beperking van de Hitchhiker drone is dat deze afhankelijk is van een externe positioneringscamera. Het onderzoeksteam is echter van plan manieren te onderzoeken om ervoor te zorgen dat de drone kan landen op oppervlakken zonder dat deze externe apparatuur nodig is.

Dong verklaart: “Om dit te bereiken, zijn we van plan om nieuwe, op visie gebaseerde algoritmen aan boord te ontwikkelen die gebruikmaken van geavanceerde richt- en positioneringssystemen, zelfs tijdens vluchtoperaties met grote standen. We zijn enthousiast over het potentieel van deze technologie en actief op zoek naar verschillende mogelijkheden om deze op de markt te brengen.”

Vergelijkbaar onderzoek

De Hitchiker drone is niet de enige drone die kan landen op hellende vlakken. Zo heeft een team van wetenschappers verbonden aan de University of Sherbrooke in Canada een drone ontwikkeld die ook kan landen op schuine oppervlakken, zoals daken. Maar in plaats van zuignappen kozen zij voor een onderstel met speciale schokdempers. In combinatie met het snel omkeren van de draairichting van de propellers zorgt dat voor een stabiele landing op een schuin oppervlak.

Heel anders van aard, maar ook in staat om te landen op lastige ondergronden zoals een boomtak, is de Stereotyped Nature-Inspired Aerial Grasper (SNAG), een experimenteel landingsgestel dat een quadcopter in staat stelt om net als een vogel op een tak te landen en zich dan vast te klemmen. Deze drone werd ontwikkeld door de vakgroep Werktuigbouwkunde aan de Stanford University.

(bron: IEEE Spectrum)