我们常见的无人机，可能是这样起飞的。

看起来简单，实际上，把它们送上天的过程还真有点麻烦。即便是操作最简单的四旋翼无人机，比如大疆的“御”或者Parrot的Ananfi，其过程都是相当费劲的：首先至少得找到一个没有任何碎石头或碎玻璃等杂物垃圾的平坦地点，然后打开无人机工具箱，对无人机进行检查、启动、校准等一系列操作，再退开数丈远，找到一个安全的地方，然后才能使它起飞。其次，还要避开周围的障碍物或者无辜的小蜻蜓或者小蝴蝶，这可相当考验操纵者的技术。

为了改善这种麻烦的无人机起飞方式，加州理工学院和NASA（美国国家航空航天局）的喷气推进实验室开发了一种炮弹发射式的可折叠自主六旋翼无人机，它的名字叫做SQUID，可译为鱿鱼或乌贼，但其实它的全称是：Streamlined QuickUnfolding Investigation Drone——流线型快速展开探测无人机。

它在折叠时确实挺像鱿鱼的。

SQUID的是这样起飞的：

太快了没看清？来个慢速版

SQUID由液态CO2罐提供的压力从一根短短的管道中弹射出去。加州理工大学和NASA的联合测试团队管这个管道叫“加农炮”，他们甚至给这种发射方式起了个名字：“炮射无人机”。它被发射出去之后，在半空中“伸展身形”，最后直接进入到稳态飞行阶段，并且可以自主的控制飞行轨迹，无需人为遥控，从而完美避开了无人机最艰难（也是最危险）的起飞阶段。联合团队的专家们认为这种无人机“炮射”方式将能在应急响应和星际探索方面发挥出巨大的作用。

初代SQUID

SQUID已经不是第一次出现在大众的视野里。去年在IROS（智慧型机器人与系统国际会议）上，加州理工大学和NASA就展示了初代SQUID，一个可折叠的四旋翼无人机，它的起飞方式也是炮弹发射，但不是完全自主的，需要研究人员手动控制。

当时，在研究人员对初代SQUID进行测试时，它不仅能在固定不动的弹筒里快速发射，在快速行驶的卡车上（50km/小时）发射也不成问题，而且发射速度非常快，然后平稳飞行。这极大改善了无人机起飞方式的现状，几乎可以在任何地方发射SQUID。可以想象，它或许可以在颠簸在海浪里的船只上发射，或者在飞行中的另一个无人机上发射。

升级版SQUID实现完全自主控制功能

该团队去年开发的初代SQUID得尺寸为 3英寸（7.6厘米）的四旋翼无人机，并且需要手动发射。而今年的SQUID升级为功能更强大的6英寸版本，旋翼增加为六个，并实现了完全的自主权，从发射到稳定的整个过程都不需要人为输入。新的6英寸SQUID进行了一些重大更新，包括空气动力学重新设计，通过使用可展开的翅膀改进了发射和弹道飞行期间的被动稳定性。自治硬件包括一个摄像头（FLIR Chameleon3），测距仪（TeraRanger Evo 60m），IMU /气压计（VectorNav VN-100）和车载计算机（NVIDIA Jetson TX2）。

SQUID从管道发射出来后的飞行包括两个主要阶段：被动稳定和主动稳定。

在第一阶段中，SQUID并不是自主飞行，而是跟随其离开发射器时的弹道。如果只是在固定不动的条件下发射并直线上升，这并不复杂；但是如果无人机以一定角度或从行驶中的车辆发射，就需要考虑空气动力学，以确保无人机在发射后沿着弹道运动的姿态稳定性。较高的重心（电池位于鼻锥中）对此有帮助，可展开的翅膀起到双重作用：使无人机被动地指向气流中，同时还充当起落架。翅膀具有闩锁机制，以使其既可折叠又足够稳定。

一旦无人机的翅膀完全展开，就会在轨迹的最高点之前开始主动稳定，进入第二阶段。无人机的主动稳定是基于视觉跟踪，利用开源的鲁棒视觉惯性里程表（ROVIO），这是一个扩展的卡尔曼滤波器，可同时跟踪3D标志和图像补丁特征。由于ROVIO将图像强度信息与内部数据紧密集成以生成距离估算值，因此ROVIO能够在粗糙，低质感的环境（例如人行道，水和其他行星的表面）中运行。

在开始视觉跟踪时，无人机的俯仰和偏移速率必须接近零，以确保相机捕获低运动模糊的帧。其次，垂直速度必须接近零，因此多旋翼和地面之间的距离保持恒定，并且可以使用测距仪测量很好地确定初始特征深度。最后，横向速度必须很小以最小化运动模糊。当无人机达到这几点要求后，无人机的姿势估计值会被输入到飞行控制器状态估计滤波器中，以与惯性测量单元（IMU）融合。SQUID具有完整的机载状态估计，可以自主控制高度和横向位置。

以下几个步骤可以总结SQUID无人机的弹射与自主飞行：

☑弹射并被动稳定

☑姿态控制以保持俯仰和偏移为零

☑控制以保持垂直速度为零

☑初始化视觉惯性里程表（ROVIO），并开始视觉跟踪。此时SQUID可以进行自主机载状态估计，并控制自身高度和横向位置来达到研究人员希望的飞行轨迹。

总结与展望

目前，加州理工大学和NASA团队已经实现在地面上（包括固定位置和快速行驶的卡车）部署和发射SQUID。未来，他们考虑将SQUID应用于外空行星探测工作中，可以在空中部署SQUID，例如从大型飞机上发射小型SQUID无人机。这为在火星的航天器上部署小型无人机提供一种途径，从而有可能减少对大型着陆器的需求。实际上，在飞行棋进入大气的过程中，机壳将着陆器运送到行星表面以平衡自身，这是很常见的，方法是放下一堆（例如150公斤）重量来调整迎角。这些重量完全是没用的钨块，但是如果可以放一些可在空中部署的无人机，则可以在不增加额外质量或不增加现有任务风险的情况下，做更多的科学工作。

出处：头条号 @机器人大讲堂