該研究的核心是一種新型的機器人系統，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。這種系統充分利用了現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用領域。研究團隊詳細討論了飛行器駕駛機器人的概念及其優勢，并提出了一種針對有人直升機的直升機駕駛機器人。該機器人根據直升機操縱機構的操控特點設計了駕駛機器人伺服機構，并基于機器人伺服機構的運動學分析，建立了直接驅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。
研究團隊還構建了一個支持不同飛行模式和功能集成的地面站系統。最終，他們設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。測試結果顯示，該機器人能夠獨立完成前飛、后飛、側飛和轉彎飛行，驗證了其有效性。
圖1 飛行器駕駛機器人應用及其飛行模式。
這項研究的創新之處在于，它采用了非入侵式的轉換方法，使得有人飛行器可以快速、可逆地轉換為無人機系統。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，并在懸停、前飛、后飛、側飛和轉彎等飛行任務中表現出色。
圖2 直升機駕駛機器人執行不同飛行任務時的地面觀測和飛行姿態。（a）前飛；（b）后飛；（c）側飛；（d）轉彎飛行。
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性，考慮部署基于模型的現代控制方法或智能控制方法，以優化飛行性能。
這項研究不僅展示了北京航空航天大學在無人機技術領域的領先地位，也為航空領域的發展提供了新的思路和技術支持。隨著技術的不斷成熟和完善，我們有理由相信，未來的航空領域將更加智能化、自動化。
