无人驾驶直升机可以精确地运送大型有效载荷
自动直升机启动测试无人机送货原型
全球供应链正处于危机之中。与以往任何时候相比，现在只需点击鼠标就能采购货物，并将货物送到特定地址，通常是在短时间内完成，这需要一个复杂的供应链，其中包含许多活动部件。随着电子商务两位数的增长和全球劳动力短缺，压力来自供应链的各个环节:在港口从船上卸货，将材料送往仓库，最后将包裹分散到当地的配送中心。所有这些都在这个短距离物流的新世界中发挥着关键作用。
解决物流问题需要新技术，从在人行道上巡航进行最后一英里送货的小型机器人，到可以在供应链早期运送较重物品的大型空中货运车辆。RangeAero是一家来自印度班加罗尔的初创公司，该公司正在用飞机帮助缓解短途重型载荷物流方面的问题。
想象一下，一架无人驾驶的飞机载着一个100公斤(220磅)的包裹在空中翱翔，然后下降，以极高的精度和速度将材料从供应商运送到装配线。RangeAero公司开发了一种垂直起降(VTOL)飞机，使这种运输成为可能。
运送货物的RangeAero无人驾驶直升机。(图片来源:RangeAero)
精确垂直起降
RangeAero的光滑同轴直升机与传统直升机的不同之处在于，它有同心转子，一个在另一个上面，旋转方向相反。叶片改变其螺距来控制运动。
同轴设计使其具有垂直起降能力，同时最大限度地减少直升机的占地面积。与传统直升机机身上方只有一个旋翼和尾桨来抵消旋翼的扭矩不同，同轴直升机在不需要尾桨组件的额外长度的情况下保持稳定性。这种类型的直升机更适合后勤系统和基础设施，在那里降落和起飞空间有限，需要精确的交付。
“同轴直升机非常灵活，可以在非常拥挤的空间降落。同轴转子配置提供了非凡的载货能力，并在极端天气下保持稳定。”
Arpit Sharma是RangeAero的联合创始人兼首席执行官
RangeAero联合创始人兼首席执行官Arpit Sharma表示:“同轴直升机非常灵活，可以在非常拥挤的空间降落。“同轴转子配置提供了非凡的载货能力，并在极端天气下保持稳定。”
同轴直升机的旋翼比四轴直升机的旋翼大，四轴直升机使用四个小旋翼来产生升力。四轴飞行器或多旋翼飞行器具有优势，因为它们是易于使用的飞行器，是模块化的，旋转部件较少。然而，他们缺乏效率，飞行能力和适航安全性在较小的着陆和起飞足迹。
夏尔马补充说:“城市附近空间拥挤的仓库受益于B2B配送。在这些地区作业时，安全和效率是关键。”
RangeAero团队驾驶他们的自动直升机原型机。(视频来源:RangeAero)
加快系统开发
RangeAero采用系统工程的方法来设计和开发同轴直升机，这种方法在大型复杂飞机的设计中很常见。“我们的开发团队特别遵循美国宇航局的系统工程方法，”夏尔马说。“这需要通过不同层次的原型设计来开发工艺，其中每个原型都是为满足特定目标而设计的工程产品。”
这项技术的发展历程始于加速器，打造．Forge与MathWorks加速器计划合作，使其初创公司能够利用基于模型的设计和技术计算工具，包括MATLAB®和仿真软件®．MathWorks还为加速器成员提供技术支持和指导。
飞机的设计和开发团队精通航空航天系统工程和原型机开发。他们最初的挑战是验证理论设计决策。该团队开发了一种基于比例原型的测试方法。他们从原型机阶段开始计划下一个更大规模飞机的设计迭代。仿真在Simulink中完成。
RangeAero联合创始人兼首席技术官罗希特•古普塔表示:“在同轴直升机中，与其他旋翼相互作用的旋翼流非常复杂，会影响直升机的动力学。”MATLAB和Simulink基于理论假设建立了车辆动力学模型。然后我们验证了测试结果。为了快速解释分析，我们使用基于模型的设计开发了工作流程，包括分析飞行数据、系统健康数据和每个飞行的通信日志。总的来说，它有助于快速频繁地改进设计。”
“我们使用基于模型的设计开发了工作流程，包括分析飞行数据、系统健康数据和每次飞行的通信日志。总的来说，它有助于快速频繁地改进设计。”
Rohit Gupta是RangeAero的联合创始人兼首席技术官
基于模型的RangeAero直升机设计。(图片来源:RangeAero)
在复杂的生态系统中进行设计
夏尔马说:“RangeAero专注于开发此类操作所需的端到端生态系统。“我们研发和制造飞机。然后，我们将使用一个指挥和控制中心的无人机港口，类似于空中交通管制。最终，我们将成为一家货运航空公司。”
古普塔说:“当我们开发飞机的大脑时，包括控制系统和其他集成系统，我们大量使用了MATLAB。”“我们想要快速开发、测试并部署它。”
Simulink中的仿真是开发的关键。模拟是安全的，成本更低，并且易于原谅。它为RangeAero开发团队提供了充分的机会来改进设计，应用不同的规格，准确地测试他们的原型，并验证整体设计。
Simulink中的仿真是开发的关键。模拟是安全的，成本更低，并且易于原谅。它为RangeAero开发团队提供了充分的机会来改进设计，应用不同的规格，准确地测试他们的原型，并验证整体设计。
古普塔说:“在开发新产品时，采用基于系统工程的决策方法有助于在向观众展示概念时产生信心。”“做出正确的预测并在各种用例中模拟性能是帮助实现产品成功的关键因素。”
Gupta还称赞MathWorks的应用工程团队为他的团队提供了及时而有益的帮助。
“RangeAero技术团队与MathWorks的应用工程团队一起学习使用这些工具，并将它们应用到我们复杂的应用程序中，”Gupta说。“当我们需要关于设置工作流所需工具箱的帮助时，MathWorks团队总是随时待命。”
基于深度学习的偏航控制器在Simulink中实现。(图片来源:RangeAero)
RangeAero开发团队已经对他们的原型进行了100多次试飞，并继续开发具有不同航程和有效载荷能力的同轴直升机。他们的目标是在没有燃料和有效载荷的情况下，用他们的标志性同轴直升机Range100成功地将100公斤的重量移动80公里(50英里)，这是一种重223公斤(492磅)的微型直升机。它的最大尺寸宽度为7米(23英尺)，是转子运动路径的直径，它可以携带100公斤的重量行驶200公里(124英里)，持续两到三个小时。
夏尔马说:“我们已经开发了相应的Range5和Range10版本，有效载荷分别为5公斤(11磅)和10公斤(22磅)。”“这些扩展版本有助于我们验证所涉及的技术，以及物流集群中心辐射型模型的部署策略。”轮辐模型是用于有效管理运输系统中有效载荷移动的物流配置。
主要的操作挑战之一是在特定的生态系统内设计飞行器，使其能够精确地接近并降落在着陆台上。在分析了不同的数据感知方法和快速决策能力后，团队决定利用基于视觉的系统，进一步降低硬件需求。图像处理也可以很好地与传感器融合，与飞行中涉及的其他传感器协调。
在复杂和受控环境中操作
“目前，监管环境正在获得包括无人驾驶飞机在内的动力;然而，出台监管规定的速度因地区而异，”夏尔马说。“我们正在根据欧盟航空安全局制定的设计标准开发飞机，该机构负责确定认证标准、适航性和安全指令。我们的飞机和配送生态系统属于1类和2类认证。”
RangeAero直升机。(图片来源:RangeAero)
这些类别是针对在某些类别空域飞行的飞机，使用仪表飞行规则(IFR)。当云顶低于地面305米(1000英尺)或能见度低于4.8公里(3英里)时，与空中交通管制互动的航班在IFR下运行。
夏尔马说:“很快，我们将在印度和国外的预定义无人机走廊的专用无人机港口扩展到货运航班。”
MATLAB和Simulink提供的一个关键好处是团队可以应用飞行的“假设”场景，这些工具可以帮助他们纠正设计中的缺陷或弱点。
“了解您的系统如何响应实际环境，并为设计团队提供纠正措施的反馈，有助于加快设计过程，”Sharma说。
机载系统和指挥控制中心之间的交互至关重要。
夏尔马说:“我们利用预测性维护技术和健康诊断系统实现了这一目标，该系统将车辆中涉及的子系统的实时健康数据广播到指挥控制中心。”“这是用MATLAB工具箱和我们在过去三年开发的核心代码库构建的。”
RangeAero正在用正确的工具、正确的方法和正确的团队改变空中物流，展示了无人直升机连接工业中心、安全及时交付货物的可行性。
Forge联合创始人兼首席执行官Vish Sahasranamam表示:“利用正确的技术支持对于开发正确的产品和正确地构建产品至关重要。”“在Forge，我们通过与领先的技术公司合作来实现这种能力。与MathWorks的合作使我们的初创公司能够利用MATLAB和Simulink等行业标准工具。”
对于RangeAero团队来说，他们的直升机重新定义和颠覆物流技术的使命仍在继续，他们努力为全球供应链揭示新的可能性。
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