倉庫自動化的未來靠什麼？當然是組團運貨的微型無人機
雷鋒網按：上個月，賓夕法尼亞大學推出過一款能自主飛行的四軸飛行器，只需一個 VGA 攝像頭和一個慣性感測器（IMU），無人機就能在空中共舞。由於不需要額外的定位或 GPS，此類無人機的應用潛力相當巨大，畢竟買家可以在昂貴複雜的基礎設施上省下一大筆錢，他們更是不用因為室內導航的問題而頭疼了。
說到這樣的無人機，你可能第一個想到的應用場景是救災，不過說實話，這都是研發商的場面話，真正有趣的還是無人機的商業應用，而說到商業應用，就不能不提到遞送服務。當然，現在的遞送無人機問題多多，但這並不意味著用無人機搬運貨物是個壞主意。
Vijay Kumar 在賓夕法尼亞大學的實驗室一直在開發基於 GPS 的遞送無人機。鑒於有些貨物過重，一架無人機 Hold 不住，它們還開發了「組團」模式。如果這種解決方案能最終投入使用，恐怕會成為倉庫里運貨的最佳方式。
在執行任務時，讓無人機組團作戰比單打獨鬥多了不少好處。
雖然參與任務執行的無人機越多，系統的複雜度就越高，但多機共舞也讓一架無人機解決不了的大傢伙和重傢伙運送成了可能。此外，多架無人機組成的系統也比單架更穩健，即使某架無人機出了故障也不至於直接把貨物摔壞。
不過，這裡我們討論的不是用多架無人機運貨的概念，而是在沒有外部定位系統的情況下如何完成任務。鑒於這些無人機只搭載了 VGA 攝像頭和 IMU，因此這套系統對於任何環境都有適用性，在你家客廳里搬運個物品都不在話下。
雖然無人機能通過攝像頭和內部數據完成定位，但這只是預估，會存在一定的漂移且隨著無人機的運動精度會變得越來越差。在這套系統中，多架相互連接的無人機則可共享位置信息，以得到更精確的定位。
更好的定位意味著更可靠的表現。在演示中，無人機就以 4.2 m/s 的速度和 5 m/s2 的加速度完成了貨物運送。研發人員表示，這樣的敏捷度和自動化程度是此前從未實現過的。
為了挖出更多細節並對倉庫遞送無人機的未來一探究竟，IEEE 對 Giuseppe Loianno（論文第一作者）做了專訪，雷鋒網新智造進行了編譯。
IEEE：這次的成果與此前我們報道過的有什麼聯繫嗎？
Giuseppe Loianno：這次我們考慮了用多個空中平台協作完成貨物的運輸。此前，我們就考慮過讓無人機協作完成分散的任務。在這種「團戰」才能完成的任務中，我們需要更為先進的集體行動方式。這樣的合作方式在自然界早已存在，人類在狩獵時就需要協同作戰，以完成獵物的搜索和圍捕。在協作操控時，每架無人機都需要與貨物和周邊環境進行交互，同時還要適應不同無人機間必要的硬性約束。
IEEE：在控制合作送貨的無人機時，遇到過什麼特殊的挑戰嗎？
Giuseppe Loianno：控制無人機協同工作需要新的方法，我們必須在獨立控制每一架無人機的情況下保證整個系統的穩定。為此，我們專門為系統開發了估算、規劃和控制演算法。舉例來說，每架無人機都有獨立的定位子系統，因此會提供不同的貨物位置和朝向估算。這些數據最終會成為控制無人機飛行的依據。
IEEE：這種方式能進一步擴大無人機機隊規模，協同運輸更大更重的貨物嗎？
Giuseppe Loianno：擴大無人機機隊規模當然沒問題。從定位的角度來看，我們已經證明優化方案並不依賴於無人機的數量。同時，控制和規劃的方法也是獨立的。
IEEE：論文中您曾提到，在倉庫執行運輸任務是一項潛在應用，那麼能詳細描述下這套系統是如何運作的嗎？
Giuseppe Loianno：假設你工作的是一個單架無人機就能完成運輸任務的倉庫，這裡的貨物重量和體積都較小。在工作中，無人機需要對貨物進行識別，隨後完成抓取和運輸。未來，我們會致力於開發一套完整系統，它能自動通知操作員需要什麼類型和數量的無人機才能完成任務。此外，演算法還能讓倉庫內的多個團隊用最優方案同時抓取不同貨物。
IEEE：下一步有什麼計劃嗎？
Giuseppe Loianno：我們正在進行多機試驗並研究增加控制權和增加系統慣性的平衡點。同時繼續提升定位估算的精度，畢竟隨著硬性約束條件的增加，多機協作的複雜性會不斷提高。此外，我們也有興趣在執行任務時對貨物的幾何形狀和慣性進行估算。最終，我們會將最新研究成果與此前的工作進行整合，讓無人機能完成更多不同的任務。
註：Giuseppe Loianno 和 Vijay Kumar 合著的論文《用搭載單眼視覺和慣性感測的小型四軸飛行器完成協同運輸》將在布里斯班的 ICRA 2018 大會上正式發表。
雷鋒網註：翻譯自Spectrum.IEEE。
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