中國(guó)航空?qǐng)?bào)訊：在開(kāi)發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)和計(jì)算工具時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)家經(jīng)常從動(dòng)物或其他生物系統(tǒng)中獲取靈感。事實(shí)上，根據(jù)一個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)特特征和目的，自然界通常會(huì)提供具體的例子，說(shuō)明它如何能夠快速有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

上海交通大學(xué)的研究人員最近開(kāi)發(fā)了一種新的基于生物靈感和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的障礙物規(guī)避系統(tǒng)，可以改善在動(dòng)態(tài)環(huán)境中運(yùn)行的飛行機(jī)器人的導(dǎo)航。這套系統(tǒng)的研究論文預(yù)發(fā)表在arXiv上，其靈感來(lái)自于貓頭鷹如何探測(cè)和避開(kāi)周?chē)h(huán)境中的物體或其他動(dòng)物。

“雖然貓頭鷹無(wú)法在任何方向上移動(dòng)他們的眼睛（類(lèi)似于立體相機(jī)），但他們有一個(gè)非常靈活的頸部，可以旋轉(zhuǎn)270度，這使得他們即使背后也可以快速觀(guān)察，而不需要重新定位他們的身體。”研究人員在論文中寫(xiě)道。

為了復(fù)制貓頭鷹在不同方向上移動(dòng)眼睛并探測(cè)周?chē)o態(tài)和移動(dòng)物體的方式，研究人員在一個(gè)四旋翼飛行器上安裝了一個(gè)伺服電機(jī)和一個(gè)立體相機(jī)。在他們的設(shè)計(jì)中，伺服電機(jī)作為頸部，立體相機(jī)作為頭部。由于立體相機(jī)的重量很輕，它的移動(dòng)速度可以比機(jī)器人的身體快很多，而且它的移動(dòng)幾乎不會(huì)影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和飛行方向。

該系統(tǒng)采用傳感器規(guī)劃算法，估算出機(jī)器人感知不同方向物體的好處，并據(jù)此規(guī)劃出它的“頭”（即立體相機(jī)）應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的角度。這樣一來(lái)，四旋翼機(jī)器人就會(huì)不斷地主動(dòng)感知周?chē)h(huán)境，迅速識(shí)別出阻礙其前進(jìn)的障礙物。

此外，該系統(tǒng)還能跟蹤并預(yù)測(cè)其附近移動(dòng)障礙物的軌跡，根據(jù)周?chē)h(huán)境的變化調(diào)整其動(dòng)作。最后，根據(jù)立體相機(jī)收集的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)使用基于采樣的路徑規(guī)劃器來(lái)規(guī)劃無(wú)碰撞路徑，勾勒出能讓機(jī)器人到達(dá)特定位置或完成任務(wù)的運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)與其他物體發(fā)生碰撞和損壞。

“總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)被稱(chēng)為主動(dòng)感知和避免（ASAA）系統(tǒng)，”研究人員在論文中解釋道。“據(jù)我們所知，這是第一個(gè)應(yīng)用主動(dòng)立體視覺(jué)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行機(jī)器人避障的系統(tǒng)。”

上海交通大學(xué)的研究人員在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)中評(píng)估了他們的ASAA系統(tǒng)。在這些實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)四旋翼飛行器要么必須避開(kāi)所有障礙物到達(dá)所需的位置，要么必須監(jiān)控和捕捉一只人工老鼠。這些測(cè)試的結(jié)果是非常振奮人心的，因?yàn)闄C(jī)器人在這兩項(xiàng)任務(wù)中都表現(xiàn)得很好，能迅速適應(yīng)環(huán)境的突然變化，避免與靜態(tài)和移動(dòng)的障礙物發(fā)生碰撞。

此外，研究人員制作的原型采用了一個(gè)單一的立體攝像機(jī)；因此，它的價(jià)格相對(duì)便宜。這可能使其更容易制造和大規(guī)模實(shí)施。

未來(lái)，該系統(tǒng)可用于在更復(fù)雜的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，從城市地區(qū)到主要由野生動(dòng)物居住的自然環(huán)境。該系統(tǒng)還可以啟發(fā)人們?cè)陬?lèi)似設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)其他具有增強(qiáng)避障能力的飛行機(jī)器人。在接下來(lái)的研究中，研究人員將嘗試創(chuàng)建復(fù)制其他動(dòng)物行為的系統(tǒng)，同時(shí)還將利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳感性能。

原文標(biāo)題：上海交大開(kāi)發(fā)仿生飛行機(jī)器人避障系統(tǒng) 靈感來(lái)自貓頭鷹

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