1. 源由

最近拿到一臺測試樣機，功能很多，就不多贅述。

這里針對跟隨功能進行下吐槽和分析，當然由于成本或者技術問題，該機不配備3D/2D避障功能。

2. 視頻

首先，上視頻，不廢話。

3. 問題

問題就是我走的好好的，結果這個跟隨的飛機碰到樹的枝葉了。

頭腦風暴開始需要發散，然而實際問題需要收斂。

3.1 思維發散

通常認為【在指定時刻】，【3維空間】無人機對主體目標的【可視無遮擋】【相對位置】。

這里將幾個比較關鍵的描述用“【】”給加強出來。

所以該問題實際上存在幾個分析點：

• 兩個相對物體（無人機，主體目標）同一時刻下
• 在三維空間坐標系統下的坐標和速度
• 在可視區域，中間無遮擋的情況下
• 相對位置在可控范圍（視頻能看清/跟蹤信號良好等）

3.2 問題收斂

接下來，比較務實的來收斂這個問題，假設如下：

• 地面物體低速運動(< 10m/s)場景 // 100米奧運世界紀錄是9.58秒，由博爾特創造的記錄。
• 路徑規劃xy跟隨目標行進路線
• 不提升硬件規格或者設計前提

基于以上假設，可以認為：

• 無人機速度能夠跟得上低速運動跟隨目標。
• 在目標運動xy軌跡與橫截面構成的空間區域可以定義為無障礙空間。

此時，需要考慮如下幾個場景

• 常規異常情況【電池耗盡、目標丟失等等】
• 當飛行高度超過目標高度時，在飛行高度上出現障礙物
• 跟隨飛行過程中，在目標與無人機之間突然出現障礙物
• 跟隨飛行過程中，目標高度出現變化（比如：人彎腰行進等）

綜合上面場景，將問題收斂到在原有策略基礎上增加一維高度維度的障礙物感知分析。

4. 圖示

測試視頻是設置平拍模式。

按照本人的理解平拍是在某個高度（智能的角度，VIO自動測定的一個跟蹤目標的高度）。

注：鑒于測試樣機是可以選擇跟隨高度：高、中（平拍）、低。

4.1 水平模式

4.2 下坡模式

4.3 上坡模式

4.4 碰撞分析

視頻在上坡時發生與樹枝的碰撞，如圖所示。

如此時能在Z方向的高度維度進行視頻障礙物檢查，降低高度，同時跟隨攝像頭抬高視角，走到S位置，將可以規避該風險。

從實際視頻效果看，小飛機跟隨策略是始終保持頭部高度以上一點的位置，因此，下坡就沒有類似問題。

5. 總結

5.1 一維高度避障場景

這里僅僅針對上橋跟隨視頻出現樹枝遮擋這種障礙物場景進行了簡單的分析。

從邏輯的角度，如果沒有3D避障傳感器支持的情況下，需要通過單目攝像頭測距，平面解析幾何，來做出高度方向的規劃。

作為有保護圈的小型無人機，可以考慮降低以安全避開此類障礙物，因為低空通過性會更好，更安全（需要考慮最低高度，越低出現突然障礙物的可性能就會大幅度提高，比如：小孩）。

在公園或者小樹林，其實這種場景是很多的。如果沒有很好的3D避障傳感器，那么做一個跟隨一維高度避障就顯得很有意義。

以下是設置平拍（勉強在這個公園能通過，不過一些角落是沒有去的），如果設置高，那么100%會碰到樹枝。

5.2 業界跟隨產品

目前，市場上比較成熟的產品可以參考下以下視頻：

5.3 APM集成跟隨

當然目前業界排名前列的產品也并非做到了非常好的跟隨效果，尤其是在避障方面。

通過對Ardupilot的了解，如果能將ROS在避障方面的智能集成進來，也未嘗不是一種很好的解決方案。

示意圖一：

示意圖二：

示意圖三：

上述方案可能或多或少都會涉及到新增飛行模式（當然也看飛控和傳感器的物理連接方式，這里主要是針對ArduPilot），關于飛行模式可以參考：ArduPilot開源飛控之飛行模式

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• Object Avoidance
• ROS and VIO tracking camera for non-GPS Navigation
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• Adding a New Flight Mode to Copter

6. 參考資料

【1】ArduPilot開源飛控系統之簡單介紹

7. 補充資料 - 大疆智能跟隨

總的來看，避障方面做的都不太好。所以有所突破就是產品亮點。

7.1 炸機

7.2 成功