随着科技的不断进步，无人机系统（UAS）在多个领域的应用日益广泛，但如何将现有的有人飞行器快速、有效地转变为无人机系统，一直是航空领域研究的热点。近日，北京航空航天大学李道春教授、向锦武院士团队在《Engineering》期刊上发表了题为《Robot Pilot: A New Autonomous System Toward Flying Manned Aerial Vehicles（飞行器驾驶机器人——一种面向有人飞行器的新型无人驾驶系统）》的论文，介绍了他们研发的新型直升机驾驶机器人，这一成果为有人飞行器无人化提供了全新的解决方案。

    该研究的核心是一种新型的机器人系统，能够独立驾驶有人直升机，从而形成一种新型的无人飞行系统。这种系统充分利用了现有有人飞行器的平台成熟度、负载能力和适航性，同时显著扩展了无人飞行器的操作和应用领域。研究团队详细讨论了飞行器驾驶机器人的概念及其优势，并提出了一种针对有人直升机的直升机驾驶机器人。该机器人根据直升机操纵机构的操控特点设计了驾驶机器人伺服机构，并基于机器人伺服机构的运动学分析，建立了直接驱动方法的机器人飞行控制器，以减少机器人伺服过程中的时间延迟和控制误差。

    研究团队还构建了一个支持不同飞行模式和功能集成的地面站系统。最终，他们设计并制造了一个直升机驾驶机器人原型，并将其安装在直升机上进行了飞行测试。测试结果显示，该机器人能够独立完成前飞、后飞、侧飞和转弯飞行，验证了其有效性。

图1 飞行器驾驶机器人应用及其飞行模式。

    这项研究的创新之处在于，它采用了非入侵式的转换方法，使得有人飞行器可以快速、可逆地转换为无人机系统。这种方法不仅保留了原有飞行器的载荷能力和安全水平，而且避免了对原飞行器进行复杂改装的需求。此外，该驾驶机器人还可以作为副驾驶飞行员，提高现有飞行器的自动化水平，为飞行员助手、智能驾驶舱等新兴技术提供了研究平台。

    在实验验证方面，研究团队在SVH-4轻型教练直升机上安装了驾驶机器人原型，并进行了地面测试和飞行测试。测试结果表明，驾驶机器人能够快速、准确地控制直升机的操纵机构，并在悬停、前飞、后飞、侧飞和转弯等飞行任务中表现出色。

    图2 直升机驾驶机器人执行不同飞行任务时的地面观测和飞行姿态。（a）前飞；（b）后飞；（c）侧飞；（d）转弯飞行。

    尽管取得了显著的成果，但研究团队指出，驾驶机器人在操控过程中存在明显的姿态振荡问题。他们计划在未来的工作中进一步提高驾驶机器人的操控性能和适应性，考虑部署基于模型的现代控制方法或智能控制方法，以优化飞行性能。

    这项研究不仅展示了北京航空航天大学在无人机技术领域的领先地位，也为航空领域的发展提供了新的思路和技术支持。随着技术的不断成熟和完善，我们有理由相信，未来的航空领域将更加智能化、自动化。

    文章信息：

    Robot Pilot: A New Autonomous System toward Flying Manned Aerial Vehicles

    飞行器驾驶机器人——一种面向有人飞行器的新型无人驾驶系统

    作者：

    金子博, 李道春, 向锦武

    论文链接：

    http://doi.org/10.1016/j.eng.2022.10.018

    引用：

    Zibo Jin, Daochun Li, Jinwu Xiang.Robot Pilot: A New Autonomous System Toward Flying Manned Aerial Vehicles[J].Engineering,2023,27(8):242-253.