摘要：本文利用動捕技術(shù)對無人機著陸系統(tǒng)模型進行動力學(xué)分析，對折紙結(jié)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)著陸系統(tǒng)性能進行測試霸饲，為無人機著陸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供創(chuàng)新方法。
近期，一篇關(guān)于無人機著陸系統(tǒng)的研究論文“Evolution of UAV landing structures in the bistable space of Kresling origami structures”在《IEEE機器人與自動化快報》IEEE Robotics and Automation Letters上發(fā)表埃儿。
可靠的著陸系統(tǒng)能夠輔助無人機完成復(fù)雜任務(wù)童番，為昂貴的機載設(shè)備提供保護。現(xiàn)有的多數(shù)無人機著陸系統(tǒng)僅能滿足特定場景下的使用需求轨香，而在多種不同場景下的適應(yīng)能力欠佳臂容。
研究團隊受到折紙結(jié)構(gòu)啟發(fā)根蟹，設(shè)計了一套基于Kresling折紙結(jié)構(gòu)雙穩(wěn)態(tài)的無人機著陸系統(tǒng)算法模型。
借助動作捕捉系統(tǒng)獲取著陸結(jié)構(gòu)位姿數(shù)據(jù)球散，驗證了新結(jié)構(gòu)的性能散庶。該系統(tǒng)能夠通過約束生成過程自動生成無人機著陸時所需的結(jié)構(gòu)，適應(yīng)多種復(fù)雜地形屋讶。
對實物模型的室內(nèi)及室外實驗驗證顯示，這種新結(jié)構(gòu)能夠顯著提升無人機著陸過程中的減震能力丑婿，提高安全性羹奉。
折紙結(jié)構(gòu)
折紙是一種古老的藝術(shù)约计。許多研究者對折紙中的雙穩(wěn)態(tài)特性進行過研究，并廣泛應(yīng)用在機器人系統(tǒng)耕挨、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域贪庙。
研究團隊以具有四個折痕的Kresling管的雙穩(wěn)態(tài)空間為基礎(chǔ)翰苫，應(yīng)用圖語法規(guī)則和剛性構(gòu)件的二元規(guī)則簡化折紙結(jié)構(gòu)的空間圖表示奏窑。利用圖啟發(fā)式搜索算法建立了一種新的空間搜索框架。
對比實驗
研究團隊根據(jù)模擬設(shè)計結(jié)構(gòu)制造實物模型，以NOKOV光學(xué)動作捕捉系統(tǒng)作為分析工具令漂，對實物模型進行動力學(xué)分析丸边，分別在室內(nèi)以及多種室外環(huán)境中對著陸系統(tǒng)的性能進行了測試。
選取了三種無人機著陸系統(tǒng)模型進行對比實驗：一種是傳統(tǒng)的無人機纬朝，沒有單獨安裝著陸系統(tǒng)；第二種是加裝了著陸系統(tǒng)共苛，但沒有采用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計隅茎；第三種是加裝了本實驗團隊所設(shè)計的著陸系統(tǒng)嫉沽，使用雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
1堂竟、室內(nèi)實驗：
室內(nèi)實驗中，對三種著陸結(jié)構(gòu)進行室內(nèi)性能驗證試驗20次席楚。下圖展示了室內(nèi)實驗中三種著陸系統(tǒng)在接觸地面2.5秒內(nèi)的速度和加速度變化税稼。
雙穩(wěn)態(tài)著陸結(jié)構(gòu)將集中的沖擊力轉(zhuǎn)化為分散的較小的沖擊力娶聘。該設(shè)計依靠折紙結(jié)構(gòu)的變形將向下的沖擊力轉(zhuǎn)化為彈簧中的能量丸升，提高了著陸過程中對無人機的保護牺氨。
2夷狰、室外實驗：
為了進一步驗證雙穩(wěn)態(tài)著陸結(jié)構(gòu)的綜合性能郊霎，研究團隊在室外的平地书劝、草地和坡度為15度的不平整地面上分別進行了實驗。雙穩(wěn)態(tài)著陸結(jié)構(gòu)在所有地形下的表現(xiàn)都優(yōu)于另外兩種結(jié)構(gòu)猾昆，能夠在無人機降落時根據(jù)當(dāng)時所處的地形條件垂蜗，選擇最適宜的結(jié)構(gòu)形態(tài)解幽，以實現(xiàn)更平穩(wěn)著陸，加強減震效果蝇刀。
參考文獻：
Haichuan Li, Zhenpeng Du, Cai Luo, Evolution of UAV Landing Structures in the Bistable Space of Kresling Origami Structures, IEEE Robotics and Automation Letters, Volume: 8, Issue: 4, April 2023, ISSN: 2377-3766
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