摘要。目前,制造可靠的无人机(无人机)是科学和技术的一项重要任务,因为此类设备在数字经济和现代生活中有很多用例,所以我们需要确保它们的可靠性。在本文中,我们建议用低成本组件组装四轴飞行器以获得硬件原型,并使用现有的开源软件解决方案开发具有高可靠性要求的飞行控制器软件解决方案,该解决方案将满足航空电子软件标准。我们将结果用作教学课程“操作系统组件”和“软件验证”的模型。在研究中,我们分析了四轴飞行器及其飞行控制器的结构,并提出了一种自组装解决方案。我们将 Ardupilot 描述为无人机的开源软件、适当的 APM 控制器和 PID 控制方法。当今航空电子飞行控制器可靠软件的标准是实时分区操作系统,该系统能够以预期的速度响应来自设备的事件,并在隔离分区之间共享处理器时间和内存。此类操作系统的一个很好的例子是开源 POK(分区操作内核)。在其存储库中,它包含一个四轴飞行器系统的示例设计,使用 AADL 语言对其硬件和软件进行建模。我们将这种技术与模型驱动工程应用于在真实硬件上运行的演示系统,该系统包含一个以 PID 控制作为分区过程的飞行管理过程。使用分区操作系统将飞行系统软件的可靠性提升到了一个新的水平。为了提高控制逻辑的正确性,我们建议使用形式验证方法。我们还提供了使用演绎方法在代码级别以及使用微分动态逻辑在信息物理系统级别验证属性的示例,以证明稳定性。
这项研究是 BrainGate2 临床试验的一部分,重点研究如何将这些神经信号与机器学习相结合,为患有神经损伤或疾病的人提供外部设备控制的新选择。这位参与者于 2016 年开始与斯坦福大学的研究团队合作,几年后,脊髓损伤导致他无法使用手臂或腿。他有兴趣为这项工作做出贡献,并且对飞行特别感兴趣。
美国宇航局康涅狄格州太空资助联盟 (CTSGC) 是 52 个州立、大学主导的太空资助联盟之一,由美国宇航局 STEM 参与办公室 (OSTEM) 资助。美国宇航局 CTSGC 总部位于哈特福德大学,在康涅狄格州有 24 所附属高等教育机构。该联盟旨在制定和实施学生奖学金和奖学金计划、跨学科太空相关研究基础设施、教育和公共服务计划;以及与行业、研究实验室以及州、地方和其他政府的合作计划。太空资助是 NASA 利益的交汇点,通过与任务理事会和 NASA CTSG 的利益保持一致来实施。尽管它主要是高等教育计划,但太空资助计划应涵盖整个教育渠道,包括小学/中学和非正规教育。美国宇航局 CTSGC 是一个能力增强联盟。
俄乌战争清楚地表明了小型无人机系统(SUAS)在现代和未来战场上的重要性。随着美国陆军从欧洲冲突中吸取教训,并将自身重点转向为大规模作战行动(LSCO)做准备,各级部队的 SUAS 整合成为首要训练重点。尽管美国陆军率先使用 SUAS 系统,但我们未能像俄罗斯和乌克兰武装部队那样快速地大规模部署和实施该技术。如果不在战术层面获取和训练相关平台,我们就无法实现战略和战役层面对 SUAS 整合的高度重视和需求。一支普通骑兵部队通常拥有一两架“渡鸦”(无人机)和几架“黑黄蜂”(无人机)。这些数量不足,需要补救。
在最坏的情况下,敌人在对四轴飞行器控制器的射频 (RF) 链路与信号情报 (SIGINT) 测向设备进行三角测量后,向排发出间接火力。为避免泄露机密和随后的利用,飞行员应在飞行操作期间通过在控制器和敌方传感器之间放置地形特征来实施地形遮蔽,以降低其射频信号。同样,飞行员可以尝试在会反射无线电波的地形附近飞行,并导致错误的方位角,从而产生敌方测向误差。例如,在印度尼西亚的丛林巡逻期间,排左右两侧较茂密的植被和陡坡有助于限制探测。但是,排领导在权衡沿着渠道地形移动的战术风险与敌方 SIGINT 威胁的可能性时,必须考虑现有的情报估计。
此预印本的版权所有者于 2024 年 2 月 8 日发布此版本。;https://doi.org/10.1101/2024.02.06.578107 doi:bioRxiv preprint
摘要:在本论文中,我们研究了一组四旋翼飞行器的分散控制器的设计。四旋翼飞行器分为领导者和跟随者。领导者由人控制,而追随者则使用去中心化控制器来跟随领导者。追随者是自主的,不知道领导者的行为。本论文的新颖之处在于依靠 WiFi 模块等廉价传感器来估计与相邻四旋翼飞行器的距离。为了设计去中心化控制器,迭代学习与监督学习和模仿学习相结合,经历了几个阶段,包括日志收集、高级模型训练和设计“一个控制器”。然后控制器被集成到跟踪器中,使它们成为自治的。学习方法的主要优点是移动
虚拟现实 (VR) 已进入日常生活。虽然 VR 提供了越来越高的沉浸感,但控制和触觉仍然有限。当前的 VR 耳机配有专用控制器,用于控制每个虚拟界面元素。但是,控制器输入大多与虚拟界面不同。这降低了沉浸感。为了提供更逼真的输入,我们推出了 Flyables,这是一个使用四轴飞行器为虚拟用户界面元素提供匹配触觉的工具包。我们采用了五个常见的虚拟 UI 元素并构建了它们的物理对应物。我们将它们连接到四轴飞行器以提供按需触觉反馈。在一项用户研究中,我们将 Flyables 与基于控制器的 VR 输入进行了比较。虽然控制器在精度和任务完成时间方面仍然优于 Flyables,但我们发现 Flyables 提供了一种与 VR 环境交互的更自然、更有趣的方式。根据研究结果,我们概述了未来可以改善与 Flyables 交互的研究挑战。
摘要 — 介绍了一种新型四轴飞行器的概念设计和飞行控制器。该设计能够在飞行过程中改变无人机的形状,以实现位置和姿态控制。我们考虑动态重心 ( CoG ),它会导致无人机的转动惯量 ( MoI ) 参数不断变化。这些动态结构参数在系统的稳定性和控制中起着至关重要的作用。四轴飞行器臂长是一个可变参数,它由基于姿态反馈的控制律驱动。MoI 参数是实时计算的,并纳入系统的运动方程中。无人机利用螺旋桨的角运动和可变的四轴飞行器臂长进行位置和导航控制。重心的运动空间是一个设计参数,它受执行器限制和系统稳定性要求的限制。提供了有关运动方程、飞行控制器设计和该系统可能应用的详细信息。此外,通过航路点导航任务和复杂轨迹跟踪的比较数值模拟对所提出的变形无人机系统进行了评估。
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