智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人

所屬學(xué)院：人工智能研究院

合作方式：?整體轉(zhuǎn)讓 ?技術(shù)許可 ?作價入股 ?合作開發(fā) ?其它_____

成果簡介：

智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人的設(shè)計靈感來源于自然界中鳥類的飛行模式，通過機(jī)翼拍打空氣的反作用力產(chǎn)生升力和推力，具有低能耗、隱蔽性強(qiáng)、高機(jī)動性等優(yōu)勢。智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人集仿生學(xué)、空氣動力學(xué)分析、機(jī)械結(jié)構(gòu)、能源、通信、控制等多學(xué)科技術(shù)于一身。以鴿子為仿生對象，通過研究鴿子的飛行機(jī)理，構(gòu)建了仿鳥撲翼空間機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多自由度仿生撲翼運(yùn)動；通過對鴿子飛行策略的研究，構(gòu)建了“感知—導(dǎo)航—控制”一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了仿鳥撲翼飛行機(jī)器人的高效自主飛行；通過模仿生物鴿群編隊(duì)機(jī)制，提出了仿鳥撲翼飛行機(jī)器人集群協(xié)同控制方案，提升了仿鳥撲翼飛行機(jī)器人協(xié)同偵察的能力。所研發(fā)的智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人融合了高精度傳感設(shè)備、智能飛控系統(tǒng)、自穩(wěn)云臺系統(tǒng)、WIFI通信模塊、航拍及地面站等模塊，具備自主飛行、目標(biāo)跟蹤能力，能夠?qū)崿F(xiàn)地圖構(gòu)建、路線規(guī)劃、實(shí)時航拍、圖像回傳等功能。

成熟程度及推廣應(yīng)用情況：

目前處于何種研發(fā)階段：?研發(fā)?小試?中試?小批量生產(chǎn)?產(chǎn)業(yè)化；樣機(jī)：?有?無

推廣應(yīng)用情況：智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人融合了位姿控制、自穩(wěn)云臺系統(tǒng)、航拍及地面站系統(tǒng)等技術(shù)，充分發(fā)揮了其高仿生性、低能耗的優(yōu)勢，在農(nóng)田驅(qū)鳥、野外監(jiān)控等應(yīng)用環(huán)境推出了定制化業(yè)務(wù)。

技術(shù)優(yōu)勢：

不同于固定翼和旋翼飛行器，撲翼飛行器通過撲動推進(jìn)方式可充分利用空氣動能，具備更高的空氣利用效率，可顯著提高續(xù)航能力。所研發(fā)的智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人具有高仿生性，可充分發(fā)揮其隱蔽性強(qiáng)的優(yōu)勢，完成一些高原、城市等場景中的隱蔽偵察任務(wù)。同時，智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人配備有仿生視覺系統(tǒng)，具有靈敏度高、視場大、探測距離遠(yuǎn)以及識別精度高等優(yōu)點(diǎn)。另外，智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人具有極好的智能性和功能化，集成的高精度傳感器可提供準(zhǔn)確的狀態(tài)信息，自主研發(fā)的智能飛控系統(tǒng)保證仿鳥撲翼飛行機(jī)器人具備穩(wěn)定自主飛行能力以及良好的環(huán)境適應(yīng)能力。圖像回傳功能可提供局部區(qū)域?qū)崟r圖像信息，為環(huán)境監(jiān)控、區(qū)域搜索等任務(wù)實(shí)施提供有力保障。此外，多臺智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人可通過WIFI通信模塊完成自組網(wǎng)、自規(guī)劃，形成規(guī)?；瘏f(xié)同工作模式，顯著提高任務(wù)完成效率。

性能指標(biāo)：

樣機(jī)翼展≤70cm，質(zhì)量≤250g，負(fù)載能力≥100g，續(xù)航時間≥30min，可搭載攝像頭、微型云臺等裝置；具有遙控飛行和自主飛行兩種模式，具備自主避障、實(shí)時航拍、圖像回傳等功能；可實(shí)現(xiàn)不少于3架的智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人集群編隊(duì)飛行。

市場分析：

從國內(nèi)外無人機(jī)市場來看，無人機(jī)的應(yīng)用需求正在逐步增加。目前全球共有超過500家無人機(jī)公司，主要以固定翼和旋翼無人機(jī)為主。撲翼飛行機(jī)器人作為一種新型仿生無人機(jī)，在軍事和民用領(lǐng)域具有廣泛的市場前景，發(fā)展?jié)摿薮?，是開拓市場較好的選擇。智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人首先在農(nóng)作物保護(hù)方面具有良好的應(yīng)用前景，利用其高仿生性能，通過設(shè)計猛禽外觀和配備蜂鳴器發(fā)出猛禽叫聲進(jìn)行驅(qū)鳥，保護(hù)農(nóng)作物。

經(jīng)濟(jì)效益分析：

近年來，隨著人工智能技術(shù)的不斷完善，無人機(jī)行業(yè)得到了快速發(fā)展。智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人涉及科技領(lǐng)域廣泛，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、新型材料、微機(jī)電系統(tǒng)整合、電子通信等，能夠促進(jìn)微電子、精密加工、新型材料制造等行業(yè)的發(fā)展，從而帶動社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著軍事偵察、環(huán)境監(jiān)管、地形勘測、娛樂教育等多元應(yīng)用需求的增加，也會加速提升智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人的技術(shù)規(guī)格，擴(kuò)大商機(jī)。同時，隨著政府利好政策的持續(xù)出臺，無人機(jī)市場進(jìn)入了健康發(fā)展期，智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人的應(yīng)用市場場景將會不斷拓展，市場需求不斷攀升，能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

成果亮點(diǎn)：

1. 具有自主知識產(chǎn)權(quán)，研究成果已授權(quán)發(fā)明專利13項(xiàng)，申請30項(xiàng)。

2. 成果來源：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目、裝備預(yù)研教育部聯(lián)合基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等。

3. 技術(shù)先進(jìn)性：國際先進(jìn)，國內(nèi)領(lǐng)先。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人機(jī)身設(shè)計中大量采用柔性材料，具備高仿生外形；尾翼具有兩個自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定姿態(tài)控制。智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人搭載團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的智能飛控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定自主飛行。設(shè)計了仿生視覺系統(tǒng)，提高了目標(biāo)檢測、識別、跟蹤的效率和精度。自主研發(fā)了微型云臺，有效消除了智能仿鳥撲翼飛行機(jī)器人飛行過程中機(jī)翼振動引起的航拍圖像抖振問題。

4. 獲獎情況：教育部自然科學(xué)一等獎；吳文俊人工智能科學(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)一等獎。

團(tuán)隊(duì)簡介：

團(tuán)隊(duì)在仿生撲翼飛行機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與自主飛行控制方面進(jìn)行了大量研究，自主研發(fā)設(shè)計了一系列仿生撲翼飛行機(jī)器人。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有教授2人、副教授3人、講師1人、博士后1人、博士生15人、碩士生28人。團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室總面積約為400平方米，配有OptiTrack運(yùn)動捕捉系統(tǒng)、高速攝像頭、力測試平臺等設(shè)備。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人賀威教授，現(xiàn)任北京科技大學(xué)人工智能研究院院長、自動化學(xué)院副院長，入選國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、教育部青年長江學(xué)者、國家優(yōu)青。主要研究方向是仿生撲翼飛行機(jī)器人、機(jī)器人智能控制等。目前擔(dān)任《IEEE Transactions on Robotics》、《IEEE Transactions on Control Systems Technology》、《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》、《IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems》、《IEEE/CAA Journal of AutomaticaSinica》、《SCIENCE CHINA Information Sciences》、《自動化學(xué)報》、《控制理論與應(yīng)用》等國內(nèi)外知名期刊的編委?，F(xiàn)擔(dān)任中央軍委裝備發(fā)展部航空機(jī)電技術(shù)專業(yè)組成員、中國自動化學(xué)會理事、青年工作委員會主任、IEEE SMC學(xué)會北京分部主席。

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