核心技术突破 - 西湖大学工学院赵世钰实验室研发了名为“飞行工具箱”的空中协同操作系统 在国际上首次完成多架旋翼无人机的空中工具交换 实现了“叠式”飞行状态下的高精度协同作业[2] - 该研究成果发表于国际学术期刊《自然》 这也是中国在多旋翼无人机领域的研究成果首次登上《自然》[2] - 系统核心亮点在于成功解决了无人机近距离飞行与高精度操作不可兼得的关键技术难题[2] 系统构成与工作原理 - 系统由一架工具箱无人机和一架操作无人机组成 工具箱无人机能携带多种不同类型的末端执行工具 如爪子、剪刀等 操作无人机拥有可伸展机械臂[2] - 工作时 操作无人机飞到工具箱无人机上方 灵活拾取各种工具 完成任务后放回原处 再换一个工具接着工作[2] 技术挑战与精度要求 - 最大的挑战是克服竖叠式飞行时的下洗气流 在强风中实现高精度空中对接[3] - 为确保对接成功 机械臂底部与工具箱顶部之间的水平位移必须小于1.5厘米 即上方操作无人机的底端与下方工具箱无人机的顶端之间偏移不能超过“一指半”[3] 核心创新技术模块 - 研发了柔性电磁对接机构 这是一个在接触时会自动“吸附”的电磁智能接口 大大提升了对接精准度 并使用橡胶材质的弹性系绳作为连接 让对接更具“弹性”[4] - 研发了气流扰动估计与补偿方法 在工具箱无人机中预植模型可实时预测操作无人机下方任意位置的气流速度 并利用神经网络估计气流影响以调整飞行[4] - 研发了高精度对接与操作控制技术 操作无人机通过相机识别工具箱顶部的二维码判断相对距离 下方无人机实时调整6个旋翼的转速以抵消下洗气流影响[4] 应用前景与行业意义 - “飞行工具箱”被描述为一个“空中乐高平台” 未来通过模块化、可扩展的设计 将帮助人类在更高更远的地方完成更复杂更危险的任务[5] - 该技术突破解决了无人机交叠时产生强烈气流干扰导致“翻车”事故的行业级难题 为无人机协同作业开辟了新路径[2]