拉菲洛．狄安卓(Raffaello D'Andrea)
展示四軸飛行器的驚人運動能力
四軸飛行器的運動能力：機器運動員的崛起
「機器運動能力」是指機器在運動方面的表現，特別是那些需要高度協調性、靈活性和控制力的動作。四軸飛行器，一種小型無人機，因其機械結構簡單、靈活性和可編程性，已成為研究機器運動能力的理想平台。透過控制四個螺旋槳的速度，四軸飛行器可以在空中進行各種複雜的動作，如翻滾、俯仰、偏擺和加速。
模型化基礎設計：打造機器運動員的魔法
研究人員使用「模型化基礎設計」方法，結合數學模型和控制理論，設計出控制四軸飛行器的演算法。首先，他們建立數學模型，描述四軸飛行器在物理法則下的行為。接著，運用控制理論分析這些模型，並合成控制演算法，使四軸飛行器能夠穩定飛行、平衡桿子，甚至在空間中精確定位。
物理模型的重要性：讓四軸飛行器運載水杯而不灑出
了解物理模型對於設計高性能任務至關重要。例如，四軸飛行器可以輕鬆地運載一杯水，即使在空中移動時也不會灑出來。這是因為重力對所有物體的作用相同，且推進器指向與杯子相同的方向，抵消了側向力。然而，平衡桿子則需要更複雜的演算法，因為系統必須不斷調整以保持平衡。
模擬受傷運動員：在損壞情況下仍能運作的機器
傳統觀念認為，四軸飛行器需要四個固定的馬達螺旋槳才能飛行。然而，研究人員發現，即使只有兩個螺旋槳能運作，四軸飛行器仍然可以飛行，只要放棄控制偏擺，並設計相應的演算法來處理這種新配置。這項發現讓機器能夠在受損的情況下繼續運作，就像受傷的運動員一樣。
像運動員一樣學習：透過反覆練習達到完美境界
四軸飛行器可以像運動員一樣，通過反覆練習來學習複雜的動作，例如三轉空翻。由於動作太快，無法即時使用位置回饋信號來糾正，因此四軸飛行器只能盲目進行，然後根據觀察到的結果來修改行為，直到達到完美的境界。
人機互動：自然互動與實體互動的結合
透過人體動作感測器，人類可以與四軸飛行器進行自然互動，用手勢控制它們的運動。此外，研究人員還可以改變四軸飛行器的物理規則，使其表現得像在黏性流體中一樣，或者模擬不同星球的重力環境。這種實體互動和改變物理定律的能力，為人機互動提供了全新的可能性。
推薦書籍
《Introduction to Autonomous Mobile Robots》by Roland Siegwart, Illah R. Nourbakhsh and Davide Scaramuzza：這本書是自動移動機器人領域的經典教材，涵蓋了機器人感知、定位、規劃和控制等方面的基礎知識，適合對機器人技術感興趣的讀者。
《Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control》by Kevin M. Lynch and Frank C. Park：這本書深入介紹了機器人學的各個方面，包括運動學、動力學、運動規劃和控制理論，適合想要深入了解機器人技術原理的讀者。
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