TinySense：面向飞行昆虫级机器人的更轻量、更高能效的航电系统

在本文中，我们介绍了一款重量不足一克的自主飞行昆虫机器人（FIR）在传感器套件方面的进展。由于其重量和尺寸较小，FIR 在材料成本和可扩展性方面具有无与伦比的优势。然而，其尺寸带来了相当大的控制挑战，特别是高速动力学、受限的功率和有限的有效载荷能力。尽管在开发轻量级传感器方面已取得进展（通常从生物系统中汲取灵感），但尚无次克级飞行器能够在不依赖外部传感（如动作捕捉系统）反馈的情况下实现持续悬停。能够持续悬停的最轻飞行器——即第一级“传感器自主”——是重达 28 g 的体积大得多的 Crazyflie。先前的工作曾将该飞行器的航电套件尺寸缩减至 187 mg 和 21 mW。在此，我们报告了质量和功耗的进一步降低，分别仅为 78.4 mg 和 15 mW。我们用更轻、更高效的压力传感器替换了激光测距仪，并围绕全局快门成像芯片构建了更小的光流传感器。卡尔曼滤波器（KF）融合这些测量值以估计控制悬停所需的状态变量：俯仰角、平移速度和高度。我们的系统在飞行中达到了与 Crazyflie 估计器相当的性能，相对于动作捕捉的均方根误差分别为 1.573 度、0.186 m/s 和 0.136 m。