中國研究驗證高性能竹制無人機搭配新型控制軟件

一支中國研究團隊推出了據稱首款為竹制框架無人機設計的開源飛行控制系統。

針對可持續無人機設計中長期存在的工程難題，西北工業大學民航學院的研究人員開發出一套系統，彌補了非常規材料與高性能自主控制之間的差距。他們的工作重點在于讓竹制框架無人機能夠在不犧牲穩定性或精度的情況下可靠運行。與傳統復合材料制造的機身不同，竹結構在受力時表現迥異，會產生通常在 8–20 赫茲范圍內的低頻振動，而傳統飛行控制器在設計上無法濾除或補償此類振動。這一不匹配問題長期以來限制了竹材在先進無人機應用中作為結構材料的可行性。

專為處理低頻振動而設計的軟件

研究團隊在 2 月 28 日發表于《黑龍江科學》的論文中指出，現有的商用飛行控制器長期以來對竹制無人機構成限制。據報道，許多控制器要么閉源且僵化，要么開源但不適合本地開發，從而阻礙了環保無人機設計的產業化進程。

為克服這些挑戰，研究人員專門設計了一款以工業級芯片為核心的飛行控制板，并集成了雙慣性測量單元系統。至關重要的是，他們還重新設計了控制算法，以適應竹子獨特的結構特性，從而在低頻振動條件下實現更平穩、更可靠的自主飛行。通過對擴展卡爾曼濾波器進行精細調校，并利用竹材天然的減振特性，該系統將控制延遲從 15–20 毫秒大幅降低至僅 8–10 毫秒，在保持飛行穩定的同時提高了響應速度。

該項目的高級工程師田偉解釋說，通過將飛行控制軟件和結構參數設置全部開源，用戶無需重寫核心控制算法即可針對不同的竹制機身進行系統適配，從而使該技術具有高度的靈活性，適用于多種可持續無人機設計。

推動環保無人機的應用

研究人員表示，通過將硬件和軟件統一設計，他們的方法大幅降低了二次開發的門檻，有望加速環保無人機在工業和教學應用中的普及。該飛行控制軟件采用模塊化的發布-訂閱框架，支持并行數據處理，并使系統擴展變得簡單直接。它還完全兼容主流電子元件和 MAVLink 通信協議，確保與現有無人機平臺無縫互通，便于開發者將竹制框架無人機集成到當前工作流程中。

除了軟件層面的開源，該系統在軟硬件集成方面也實現了透明化。用戶可以通過調整結構參數配置文件來適配不同的竹制機身設計，而無需改動核心控制算法，從而讓先進的無人機技術更加觸手可及。田偉團隊指出，該系統填補了可持續機身材料與自主飛行控制之間的關鍵空白，其潛在應用涵蓋環境監測、林業巡查及科學教育等多個領域。通過簡化適配流程并降低技術門檻，該平臺有望在科研和工業領域拓寬環保無人機的應用范圍。

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