Японские инженеры разработали систему, которая позволяет оператору управлять всенаправленными дронами по шести степеням свободы с помощью движений одной руки и жестов.

В отличие от обычных мультикоптеров, всенаправленные дроны способны контролировать ориентацию в пространстве по всем шести степеням свободы — перемещение по трем осям, а также крен, тангаж и рысканье. Пропеллеры таких дронов, как правило, имеют поворотный механизм, который позволяет им изменять направление вектора тяги всех роторов. Благодаря этому всенаправленные дроны могут зависать под любым углом и прилагать усилие к объектам в любом направлении, что делает их идеальным инструментом для воздушных манипуляций. Однако управление такими сложными системами представляет проблему. Традиционные джойстики и радиоуправляемые пульты обычно рассчитаны на стандартные мультикоптеры с четырьмя степенями свободы (перемещение по трем осям и поворот вокруг вертикальной оси) и плохо подходят для точного управления всенаправленными дронами.

Инженеры под руководством Модзю Чжао из Токийского университета предложили свой вариант решения этой проблемы. Они разработали систему телеуправления, которая использует естественную моторику человеческой руки для управления положением и ориентацией всенаправленного дрона по всем осям. Разработка состоит из перчатки с датчиками для распознавания жестов и двух комплектов маркеров для плеча и кисти внешней системы захвата движения.

Маркеры позволяют с высокой точностью отслеживать положение кисти относительно плеча, а перчатка снабжена сенсорами, которые измеряют степень растяжения материала, и на основе этих данных система распознает текущий жест. Положение плеча используется как точка отсчета, а положение и ориентация кисти транслируются в команды для дрона. Перчатка позволяет переключаться между несколькими режимами управления, сгибая пальцы в определенные комбинации.

Исследователи отмечают, что для успешного выполнения сложных заданий, которые могут включать в себя перемещение на большое расстояние и точные манипуляции с объектами, необходимо не менее четырех режимов управления, каждый из которых оптимизирован под определенный этап задачи. Например, в одном из режимов дрон ведет себя как продолжение руки оператора: плечо выступает в качестве центра сферической системы координат, а направление от плеча к кисти задает направление полета дрона. Когда оператор вытягивает руку вперед, дрон улетает дальше, а когда сгибает — возвращается. А в другом режиме положение и ориентация дрона полностью повторяют положение и ориентацию кисти оператора.

Для проверки работоспособности системы инженеры провели эксперимент — оператор должен был с помощью всенаправленного дрона с вилкообразным захватом повернуть вентиль на вертикальной трубе. В дальнейшем разработчики планируют сделать систему полностью автономной, используя носимые датчики вместо внешней системы захвата движения и сенсоры на борту аппарата для определения его местоположения. Также планируется добавить тактильную обратную связь, чтобы оператор мог чувствовать контакт дрона с объектами.

📕 Тематические ссылки:
https://arxiv.org/abs/2506.15009
https://nplus1.ru/news/2025/06/30/hand-based-teleoperation-for-omnidrone