該研究的核心是一種新型的機器人系統(tǒng)，能夠獨立駕駛有人直升機，從而形成一種新型的無人飛行系統(tǒng)。這種系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有有人飛行器的平臺成熟度、負載能力和適航性，同時顯著擴展了無人飛行器的操作和應(yīng)用領(lǐng)域。研究團隊詳細討論了飛行器駕駛機器人的概念及其優(yōu)勢，并提出了一種針對有人直升機的直升機駕駛機器人。該機器人根據(jù)直升機操縱機構(gòu)的操控特點設(shè)計了駕駛機器人伺服機構(gòu)，并基于機器人伺服機構(gòu)的運動學(xué)分析，建立了直接驅(qū)動方法的機器人飛行控制器，以減少機器人伺服過程中的時間延遲和控制誤差。

研究團隊還構(gòu)建了一個支持不同飛行模式和功能集成的地面站系統(tǒng)。最終，他們設(shè)計并制造了一個直升機駕駛機器人原型，并將其安裝在直升機上進行了飛行測試。測試結(jié)果顯示，該機器人能夠獨立完成前飛、后飛、側(cè)飛和轉(zhuǎn)彎飛行，驗證了其有效性。
 

圖1 飛行器駕駛機器人應(yīng)用及其飛行模式。

這項研究的創(chuàng)新之處在于，它采用了非入侵式的轉(zhuǎn)換方法，使得有人飛行器可以快速、可逆地轉(zhuǎn)換為無人機系統(tǒng)。這種方法不僅保留了原有飛行器的載荷能力和安全水平，而且避免了對原飛行器進行復(fù)雜改裝的需求。此外，該駕駛機器人還可以作為副駕駛飛行員，提高現(xiàn)有飛行器的自動化水平，為飛行員助手、智能駕駛艙等新興技術(shù)提供了研究平臺。

在實驗驗證方面，研究團隊在SVH-4輕型教練直升機上安裝了駕駛機器人原型，并進行了地面測試和飛行測試。測試結(jié)果表明，駕駛機器人能夠快速、準確地控制直升機的操縱機構(gòu)，并在懸停、前飛、后飛、側(cè)飛和轉(zhuǎn)彎等飛行任務(wù)中表現(xiàn)出色。
 

圖2 直升機駕駛機器人執(zhí)行不同飛行任務(wù)時的地面觀測和飛行姿態(tài)。（a）前飛；（b）后飛；（c）側(cè)飛；（d）轉(zhuǎn)彎飛行。

盡管取得了顯著的成果，但研究團隊指出，駕駛機器人在操控過程中存在明顯的姿態(tài)振蕩問題。他們計劃在未來的工作中進一步提高駕駛機器人的操控性能和適應(yīng)性，考慮部署基于模型的現(xiàn)代控制方法或智能控制方法，以優(yōu)化飛行性能。

這項研究不僅展示了北京航空航天大學(xué)在無人機技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也為航空領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和技術(shù)支持。隨著技術(shù)的不斷成熟和完善，我們有理由相信，未來的航空領(lǐng)域?qū)⒏又悄芑⒆詣踊?/p>