對于四旋翼無人機來說，在垂直墻壁上湍凰妫靠棲息蚁滋，并不是一件新鮮事。四旋翼無人機在懸停與滑翔性能上的優(yōu)越性赘淮，使得其能在與地面垂直的墻壁上輕易實現(xiàn)驮迹靠棲息。

但對于固定翼無人機來說拥知，要實現(xiàn)靠墻棲息技術(shù)就不那么簡單了踏拜。因為無人機要想順利抓住墻壁，需要無人機能能在靠近墻壁的那一剎那實現(xiàn)懸停低剔，且運動速度接近于零速梗，否則容易因為撞擊力度過大而被反彈，導(dǎo)致著陸失敗襟齿。

固定翼無人機不像多旋翼無人機那樣可以輕易地懸停在半空姻锁，一旦速度降為零，機翼底部的氣流停止猜欺，固定翼無人機就也就失去了穩(wěn)定的升力位隶。只有非常小心的利用好這個「速度降為零」的機會，使得無人機剛好能夠抓住墻壁开皿，穩(wěn)定的徒Щ疲靠在垂直墻壁上，才能成功實現(xiàn)棲息赋荆。

而來自 Sherbrooke 大學的機械工程博士 Alexis Lussier Desbiens 認為：要實現(xiàn)固定翼無人機垂直棲息并不是一定要熄火或是保持低速飛行笋妥，關(guān)鍵在于能否控制好無人機，使其能像鳥一樣利用翅膀產(chǎn)生的推力來降低飛行速度窄潭，并實現(xiàn)軟著陸春宣。

依據(jù)這個想法 ，Sherbrooke 大學團隊開發(fā)了一款多模式自動無人駕駛機（S-MAD），依據(jù)上述類似的著陸技術(shù)以及飛機底部一些微型的棘式機構(gòu)月帝，使得固定翼無人機能可靠地棲息在垂直墻壁上躏惋，并能再次起飛。

這里面有幾個技術(shù)要點：

第一嚷辅，提供升力簿姨，在無人機靠近墻壁時，固定翼無人機前方螺旋槳開始工作潦蝇，變成一架臨時直升機款熬；推進器不再向前產(chǎn)生動力，轉(zhuǎn)而向上產(chǎn)生升力（升力大約為重力的 1.5 倍）攘乒；當無人機機身與地表方向形成一定的夾角時，機翼與空氣摩擦產(chǎn)生的阻力能幫助減速惋鹅，并逐漸靠近墻壁（使用激光測距儀監(jiān)測無人機與墻壁間的距離）则酝。

第二，要最大限度地擴大「合適的著陸區(qū)」闰集，或是能保證無人機的速度足夠穩(wěn)定沽讹，可以在傳感器及底部抓取機構(gòu)的幫助下安全著陸。

第三武鲁，需要一個牢靠的「棲息系統(tǒng)」爽雄，例如要有足夠彈性的底部抓取機構(gòu)，使得無人機在接觸墻壁那一刻能夠穩(wěn)穩(wěn)抓住墻壁而不至于跌落沐鼠。

在室內(nèi)環(huán)境下的測試中 挚瘟，S-MAD 在 20 次實驗中均成功實現(xiàn)垂直著陸，未來還將會在墻壁的接觸部位添加更多傳感器饲梭，甚至實現(xiàn)無人機在垂直墻壁上進行攀爬移動乘盖。

在一次媒體訪問中，Alexis Lussier Desbiens 博士透露了更多的技術(shù)細節(jié)：

提問 | S-MAD 在棲息機器人中的表現(xiàn)十分突出憔涉，其原理是什么呢订框？這種棲息功能的意義是什么？

盡管現(xiàn)在有不少四軸飛行器能夠投颠叮靠在在各種非水平的平面上穿扳，但我們也希望固定翼無人機也能做到這一點，因為在長途飛行中国旷，固定翼無人機的飛行效率要比四旋翼無人機高得多矛物。

目前，我們知道的其他具有棲息功能的固定翼無人機僅有兩款议街，但這些無人機系統(tǒng)只能在很小的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)泽谨。可停靠區(qū)域過小的不足之處在于：隨著測試距離的擴大吧雹，無人機飛行速度的增加骨杂，產(chǎn)生撞擊而失敗的可能性也越大。

從空氣動力學的角度來看雄卷，當無人機高速接近目標點時搓蚪，需要擴大阻力的作用以消耗動量，將速度降低到合理的范圍丁鹉，這也是為什么鳥兒在觸地之前會向目標方向大力扇動翅膀妒潭，以實現(xiàn)迅速降速的的原因。

提問 | 目前這套無人機系統(tǒng)的棲息技術(shù)穩(wěn)定性怎么樣揣钦？有什么樣的故障恢復(fù)技術(shù)雳灾？

在實驗室里的表現(xiàn)很不錯，我們已經(jīng)實現(xiàn)了 20 多次在不同飛行速率下的連續(xù)头氚迹靠棲息谎亩。通過仿真，我們進行了多樣化的參數(shù)設(shè)計宇姚，并實現(xiàn)了無人機系統(tǒng)的高魯棒性匈庭。我們在天氣不錯的情況下也已經(jīng)完成了十幾次室外飛行，今后會持續(xù)進行室外測試浑劳，以盡量減少環(huán)境中的限制因素阱持。

目前我們也在進行各樣的失敗原因分析，例如進場速度不合適魔熏、墻面太光滑等衷咽，并分別在觸墻前、觸墻道逗、及觸墻后這三個階段進行故障監(jiān)測兵罢。理論上說在所有情形下，起飛策略都應(yīng)該允許我們在不同的階段中止機動滓窍、增加升力卖词、并能從墻上再次起飛，找到不同的屠艉唬靠點此蜈。

提問 | 如果采用了不同的抓取硬件方案，驮肷靠棲息的方式將會如何變化裆赵？

我們喜歡用細長的棘式腿結(jié)構(gòu)，因為它們結(jié)構(gòu)簡單又很輕便跺嗽。然而战授，他們有相當嚴格的受力限制页藻，以保證機身能被成功粘附在垂直墻壁上。而在光滑墻壁上植兰，我們可以使用定向干式粘合劑（靈感來自壁虎）份帐。

斯坦福大學機械工程研究實驗室（MERL）的研究員在過去幾年里，基于微型棘式結(jié)構(gòu)和干式粘合劑開發(fā)出了許多抓取機構(gòu)楣导。由于夾抓力大废境，這些機構(gòu)具有很大的應(yīng)用空間。他們能保證無人機不容易因撞擊而反彈筒繁，并且適用于無人機像壁虎一樣在墻上棲息噩凹，此前這些工具已有應(yīng)用在四旋翼無人機上，并取得了不錯的試驗效果毡咏。

也有一些其他類型的吸附技術(shù)驮宴，如利用磁力、電力產(chǎn)生吸附力呕缭。不管采用哪種幻赚，我們最終的目標都是要實現(xiàn)在光滑墻壁上實現(xiàn)低速可控的停靠臊旭，這就需要我們將多種解決方案整合在一起。

提問 | 請談一談目前正在研究的無人機攀登爬墻功能

這是我們現(xiàn)階段正在研究的課題箩退。如何能通過多種運動模式結(jié)合來實現(xiàn)這個功能呢离熏？我們舉個最簡單的例子。

最簡單的運動模式就是一邊有頭部螺旋槳在轉(zhuǎn)動的過程中提供升力戴涝，一邊允許腿部機構(gòu)能在墻壁上滑行滋戳。當目的地比較遠的時候，我們甚至會讓無人機先飛起來啥刻，在離目標點比較近的地方再次图檠欤靠然后向目標點滑行。

飛行比攀爬肯定是一個更有效的運動方式可帽，與純粹的攀爬相比娄涩，螺旋槳帶來的升力能幫助無人機快速移動。然而如何在不同運動模式之間流暢地切換是一個棘手的問題映跟。這之中需要考慮到成本蓄拣、速度、敏捷性等問題努隙；除此之外還得考慮一些難以量化的因素球恤，如齒輪效率、飛行及攀爬過程中機械一些機械組件的選用荸镊、運動模式間的切換時間咽斧，以及螺旋槳尺寸堪置、電池尺寸等等問題。

提問 | 像這樣的設(shè)備可以有怎樣的實際應(yīng)用张惹？

像鳥兒一樣的棲息能力能使得小型無人機具有執(zhí)行長期任務(wù)的能力舀锨，例如能在幾天甚至幾周內(nèi)連續(xù)運行而并不需要人工干預(yù)。無人機能在指定的站點退腥靠充電雁竞，沖滿電后自動起飛前往下一個站點。這種能力賦予無人機更多的可能性拧额，能用在長期監(jiān)視碑诉、檢查建筑結(jié)構(gòu)、甚至是重構(gòu)傳感網(wǎng)絡(luò)侥锦。

注：本文翻譯自 IEEE Spectrum 報道进栽，項目來自加拿大 Sherbrooke 大學由 Alexis Lussier Desbiens 教授主導(dǎo)的實驗室，研究員包括 Dino Mehanovic恭垦，John Bass快毛，Thomas Courteau 和 David Rancourt ，項目研究成果已在 2017 年斯坦福大學仿生機器人大會上發(fā)表番挺，并獲得了最佳論文獎唠帝。