TWI302895B - - Google Patents
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- TWI302895B TWI302895B TW95136738A TW95136738A TWI302895B TW I302895 B TWI302895 B TW I302895B TW 95136738 A TW95136738 A TW 95136738A TW 95136738 A TW95136738 A TW 95136738A TW I302895 B TWI302895 B TW I302895B
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1302895 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係涉及一種飛行载戽允 法,特別係指一種無人飛行载具史&制系統及其運作方 作方法。 互補式控制系統及其運 【先前技術】 近幾年來由於科技技術的快t、 具(Unmanned Aerial Vehicle,[1^、^ 展’使得無人飛行載 各個研究單位也紛紛投入大量的心的發展空間更加寬闊, 的開發,並且相繼在各種飛行筆力來從事無人飛行載具 行、降落及偵測等相關輔助儀器上研究搭配精密的飛 穩的飛行或降落任務。 方去以擁有更流暢及平 而就以目前無人飛行載具的自 階的無人飛行載具需要搭配昂責動降落系統而言,較進 導引助航設備,更甚至是機載雷途+也面光學或無線電波束 機載自動駕駛儀,自動遵循地高儀等設備,再配合 完成自動降落的任務。1中,弓丨助航設備的引導,以 罐能轉換為純手動以:有 的方式完成飛行降落任務。 ^此外’另一習用的飛行载具之降落技術係慣稱為視覺 、、助降洛系統,其係以—電職統配合地面導引設備,再 ,過電螢幕’指示機上駕馼員或無人飛機的地面 4歇員適當崎作方式㈣航方向,引導駕驶貞完成降落 的任務。而此—技術仍需擁有昂貴的地面導引設備,機载 電腦亦無法自主執行降落任務,必須透過駕駛員操作飛機 1302895 方可降落。 因此’紅觀目前的播> # / W、/ β 氣仃4洛糸統,雖然搭載先進的儀 ^ ^ 口 _ I 、飛行技術方法,然而在最主要的駕駛_ 與飛行載具上的自動駕敬儀彳 ”一、 補短來合力完成飛行或降落的任務。對此,使得用以^ 無人飛行器的飛行或降茇#么MY i ^于用以ί工制 乂丨牛洛之糸統仍有需加以改良的地方。 【發明内容】 >ΓΓΤ ί發明所要解決的技術問題在於,使無人 二;;:1可:由本身機載航電系統而自動飛行及降落 環境資訊至機載航電人=輸入設備來輸入相關 ;速度的紐,修正飛行航道的左右偏差,以及修正航ΐ 2上了偏差,因應風況等環境變化或航電线的誤差J I到藉由人機互補差異的飛行及降落任務。 為了解決上述問題,實現在自動飛行時仍具有手動輔 助修正飛行速度與航道航高等功能的人機互補導航模式, t據本發明所提出之—方案,提供_種飛行載具之互補式 k制系統,其包括·一航電系統及一人機界面控制器。其 中,航電系統係配置於該飛行載具,並且進一步包含一飛 =控制單元(Fl1叻t Control Umt,FCU)及一感測模組, 飛行控制單元係用以控制該飛行載具的飛行狀態,而感測 杈組則係用以輸出一檢測信號給該飛行控制單元,以進行 辅,該飛行控制單元控制該飛行載具。此外,人機界面控 制器係輪出一控制指令給該飛行控制單元,用以切換該飛 行载具的飛行模式,並且在不同的模式下輸出不同涵義的 控制指令,以修正及控制該飛行載具的飛行狀態。藉此, 7 !3〇2895 達到透過互補式控制系統控制飛行載具之目的。 提俾’根據本發明所提出之另一方案, 係以-人機互補導航模式進行飛行日^二运擇飛仃載具 單元(Flight Control Unit)界配輔:,則先由—飛行控制 制飛行載具的飛行狀態,=之一感測模組以控 ㈣進-步改變飛行載具界面控制器的修正控 =上之㈣與接下來的詳細說明 tT步說明本發明為達成予歧目的所採取之方 力政。而有關本發明的其他 又 及圖式中加以闡述。 0及U,將在後績的說明 【實施方式】
,參考第1’係本發明飛行载具之互 之:_方塊圖,如圖所示,本發明 :S 制哭動^ 系統卜其包括:一人機界面控 」J0及,電糸統20。其中,航電系統2〇進一步包含 及 制早兀2卜一感測模組22、一飛行記錄單元23 =Mil訊模組24 ’飛行控制單元21係用以二飛行 ^5 22 飛了 =仃控制早元21,以辅助該飛行控制單元Μ控制 單元丁^所1^再者飛行記錄單元23制讀存飛行控制 =:^之飛行載具⑽的飛行資料,而_^ 使飛行載具100擁有無線資料傳輪的功能,以 X仃5己錄單70 23中所儲存的飛行資料,舉例而言 8 1302895 施例可搭配地面軌基地台(圖未示)而㈣地下傳飛行資 料,或接收地面通訊基地台所上傳的相關資訊或命令。此 外,其中的飛行記錄單元2 3可例如以快閃記憶體或各型式 的記憶卡為儲存媒體。 口 ^
而在上述的感測模組22中可包含多種模組或裝置以 合併應用,其中所包含的例如:空速計係用以提供仏飛行 控制單元21錢飛行載具100飛行時的對空速度;氣壓高 度計及超音波高度計,皆細以提供給飛行控制單元Μ 有關飛行載具100飛行時的高度資料,而當飛行載呈⑽ 貼地飛行時,由於氣壓高度計的絕對精度不足,因此就可 ^曰己量,範圍為數十公尺但精度高的超音波高度計來輔助 度距離;三軸陀螺儀係用以量測飛行載具刚的側 滾、、俯仰及偏航角速度,以提供給飛行控制單元21;三轴 :H係、用以量測飛行載具⑽之三軸線性的加速度而提 p:t飛行控制單71 21 ;全球衛星定位系、統(Global Hioinng System,GPS)係提供飛行載具1〇〇的三度空 ,位址關係、對地速度或時間給飛行控制單元21,另二二 :PS的取樣頻率過低而造成資訊不足的情形時,上述之 速規便可發揮彌補的作用;而三轴姿態儀係量義 二Ug的側滾角、俯仰角及指向角而提供至飛行控制 上述所舉例的#測錢測裝置皆是用以提供飛行 飛S即時的飛航資訊給飛行控制單元21,以便因應控 制氣仃载具100的飛行。 另外i人機界面控糖1G則翻贿供操作人員依 仃狀況所做的操作,並且得以輸出控制指令到飛 工刷早TL 21,以隨時切換飛行載具丨⑽的飛行模式,並 9 1302895 且可加以修正及控制飛行载具 行模式可例如有全手動模式:的飛行狀態,其中該飛 模式及人機互補導航模式。其$度控制模式、全自動導航 界面控制器ίο所輸出的控制,全手動模式係僅由人機 門、昇降般、方向、與㈣:破來控制飛行載具100油 制模式;在速度控制模式下,m它面,習稱為手動般面控 控制信號為空速、昇降率與 1界面控制器丨〇所輪出的 21依據這些指令以及感測模組t指令,由飛行控制單元 門與各舵面;全自動導航模式係A所提供的貧訊來驅動油 的檢測信號交由飛行控制單元f王由感測模組22所輸出 徑計畫來控制飛行载具1〇〇 ; 1依據預先設定的飛行路 了由感測模組22與飛行控制^而-人機互補導航模式則係除 控制該飛行載具1〇〇之外5更^^ 21依據飛行路徑計晝來 較高的控制權來進-步即時 人機界面控制器10取得 逮度以及平移航道航高。夕空制飛行载具100的飛行 明丨口」吋爹亏第二圖,係太 f之方塊示意圖,如圖所示,二:上用二人機界面控制 !:疒操作界面11、-第二操作界面〗二=包:5: 13及-無線傳輸單元14, 、式刀換早兀 作界面12皆俜Λ雔缸"中 細作界面11及第二操 作人昌〜雙轴四方向的操作界面(如搖桿),以讓操 模式修正及控制飛行载具100的飛行狀態。而 具⑽的=二係提供給操作Λ1得哨于切換飛行載 線以和飛行截’而然線傳輸車7] 4則可例如為遙控夭 傳輸。,/、 0上的航電系統2〇進行無線控制信號之 切換成全手動模式時, 在此,若將模式切換單元13 10 1302895 表示飛行載具100由操作人員全權控制,此時第一操作界 面11可例如一軸為升降舵的控制,另一軸為方向舵與鼻輪 的控制;而第二操作界面12則相對的可例如一轴為油門的 控制,另一轴為飛行副翼的控制,然而上述的操作界面之 定義可藉由操作人員的習慣而自行於程式中設定各自的定 義。 而若將模式切換單元13切換成人機互補導航模式 時,則表示飛行載具100不僅係依據感測模組22所提供的 檢測信號而進行飛行,更可藉由操作人員於地面的目視狀 況加以修正或控制飛行載具100的飛行空速、航道或航高 等狀態,而此模式下的操作界面之定義便與全手動模式不 同,例如:第一操作界面11的雙軸分別為飛行載具100 的飛行高度上下平移修正量以及飛行航道左右平移修正 量;而第二操作界面12的雙轴則可定義為空速快慢修正量 及左右平衡修正量等。藉此,可以使飛行載具100在飛行 時,可以依據本身所偵測的狀況進行飛行,若產生定位誤 差(如:GPS誤差)或環境狀況(如:風向或風速)有變化時, 可再搭配地面操作人員的目視以修正飛行載具100的飛 行。 請參考第三圖,係本發明飛行載具之互補式控制方法 之流程圖,如圖所示,首先,啟動飛行載具100並開始執 行一飛行任務(S301),其中飛行任務可例如包含有該飛行 載具100之滑行、起飛、爬升、巡航、戰鬥、下滑降落或 緩落等任務,接著提供人機界面控制器1〇給地面操作人員 以選擇飛行載具100的飛行模式(S303),其飛行模式可例 如有全手動模式、速度控制模式、人機互補導航模式及全 11 1302895
自動導航模式等。若選擇飛行載具m以人機互補導航模 式飛行時,則先由在飛行載具100搭載的航電系統2〇中之 飛行控制單元21,搭配感測模組22所偵測輪出的偵測芦 號以控制飛行載具100的飛行狀態(S305),同時亦接受^ 面操作人員依據目視狀況來操作人機界面控制器1〇所傳 遞的控制信號,以進行修正控制來進一步改變飛行載具 100的飛行狀態(S307),也就是說在人機互補導航模式; 飛行時,可同時由感測模組22的偵測信號來自動控制以及 由人機界面控制器1〇的控制信號來手動修正飛行載具 100,並且以人機界面控_ 1Q擁有較高的控制權以^ 自動控制時的誤差。 > 而若選擇飛行載具100以全手動模式飛行時, 感測^組2的運作,並由人機界面控制器10取得全部的 控制榷’而單純藉由操作人員操作人抻 制飛行載具的飛行(s_。反之,
仃截具100以全自動導航模式飛行時 行 =測模組22取得全部的控制權,飛 全依據航電系⑽中的_控 _ ^元 的檢=而完成自動控制飛行載具⑽之飛=)2。2 境狀繼ί-ίί:不僅能使飛行載具100在理想的環 降落於預設跑到上, 仃任知至自動 差或立_«&2到非理想的狀況導致奶定位誤 上有誤差,甚至是地表風速風向有變 目視方式觸飛行互鱗航模式,由操作人員以 仃狀况而透過人機界面控制器10來加以 12 1302895 ' 修正飛行載具10 0的空速、航道或航高等,使得航道可以 左右平移,而航高或下滑道可以上下平移,使操作人員與 航電系統20之間得以相互輔助完成飛行至降落於預設跑 道。 惟,以上所述,僅為本發明的具體實施例之詳細說明 及圖式而已,並非用以限制本發明,本發明之所有範圍應 以下述之申請專利範圍為準,任何熟悉該項技藝者在本發 明之領域内,可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本 藝案所界定之專利範圍。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明飛行載具之互補式控制系統之實施例方塊 • 圖; - 第二圖係本發明所應用之人機界面控制器之方塊示意圖; 及 第三圖係本發明飛行載具之互補式控制方法之流程圖。 【主要元件符號說明】 • 互補式控制系統1 . 人機界面控制器10 第一操作界面11 第二操作界面12 模式切換單元13 無線傳輸單元14 飛行載具100 航電糸統2 0 ’ 飛行控制單元21 13 1302895 感測模組22 飛行記錄單元2 3 無線通訊模組24
Claims (1)
1302895
十、申請專利範圍: 1、一種飛行載具之互補式控制系統,包括: 一航電系統,係配置於該飛行載具,並進一步包含: •- 一飛行控制單元(Fllght contr〇1 Unit),係=以 … 控制該飛行載具的飛行狀態;及 感測柄組,係輸出一檢測信號給該飛行控制單 兀,以輔助該飛行控制單元控制該飛行載具;及 •^機界_繼,係輸控制指令給該翁控制 早兀,用以切換該飛行載具的飛行模式,並且修正 及控制該飛行載具的飛行狀態; / 其中、’该飛行模式包括一全自動導航模式及一人機互 : =航模式,其中該全自動導航模式係由該飛行控 ㈣早域據-飛行路徑計畫及該❹m組所輸出 之該檢測信號來控制該飛行載具;而該人機互補導 航模式係除了由該飛行控制單元依據該飛行路徑 • f晝及該感測模組所輸出之該檢測信號來輔助控 制,飛行載具之外,更可由該人機界面控制器取^ 較高的控制權來進一步修正控制該飛行载具的2 2、速及航道航高等飛行狀態。 工 2請專利範圍第丄項所述之飛行载具之互 j統,其中該感測模組係包含: .J 〜空速計,係用以提供該飛行載具飛行時的對空 給該飛行控制單元; 工、又、 氣壓高度計,係用以提供該飛行載具飛行時的高度 給姑飛行控制單元; 阿又 15 1302895 5波南度計’制以輔助該氣壓高度計做高度的 儀,係量測該飛行載具的側滾、俯仰及偏 航角速度,以提供給該飛行㈣單元; 一二軸加速規,係量測$ ^ 竹里州°亥氣仃载具之三軸線性的加速 度M棱供給該飛行控制單元; 一全球衛厚中 syste^^i*Viri〇ba^p〇siti〇nins 地速度或時〈 丁载具的二度空間位址、對 -三軸姿=制單元;及 及指向角,以#、行載具的側滾角、俯仰角 3 l由过击以棱供給該飛行控制單元。 如申明專利範圍第彳 控制系統,j:1項所述之飛行載具之互補式 #杆々样二μ叙電系統更進一步包括: 一飛彳丁冗錄單元,彳έ 之飛行資料;及特該驗㈣單元所記錄 一無線通訊模纟且,& t 以收 發該飛杆々#你提供一無線資料傳輪功能, 仏亥%仃錢器中的飛行資料。 如申請專利範圍第]了石^ x 李统,1中兮A ^員所述之飛打載具之互補式控制 糸、,先編人機界面控制器包含: 一第一操作界面; 一第二操作界面; 係用以執yf亍该切換飛行载具之飛行 係用以與該航電系统進行無線控制 一模式切換單元 模式;及 一無線傳輸單元 信號之傳輪; 16 1302895 具r,該第 方向的操作:面:i該Γ操作界面係卿四 飛行狀態。3灿正及控_飛行載具之 如申請專利範圍笫彳— 杵制李續,苴由 項所述之飛行载具之互補式 才工制糸統其中該飛行模式包括: 一f:動模式’係僅由該人機界面控制器所輸出之节 控制信號來控制哕θ 制时尸/r彻出之5亥 * 氚仃载具之油門及舵面;及 一速度控制模式,係士 速、昇1面控制器輸出控制空 开二二!^:航率指令信號’並由該飛行控制單 .^ °"二如令信號與該檢測信號來控制油門及 丹匕面。 一種飛行載具之互補式控制方法,其步驟包括: 啟動該飛行載具執行一飛行任務; 人钱界面控制為以選擇該飛行載具的飛行模 式; 若選擇該飛行載具以-人機互補導航模式飛行時,則 由一飛打控制單元及一感測模組以控制該 飛行載 ,的飛行狀態’而依據-飛行路徑計畫飛行,並且 得以藉由該人機界面控制器取得該飛行載具的修 正控制權而進一步修正該飛行載具的空速及航道 航高之飛行狀態;及 若遥擇該飛行載具以一全自動導航模式飛行時,則由 戎飛行控制單元取得該飛行載具的控制權,並依據 該飛行路徑計晝及該感測模組所輪出之該檢測信 號以自動控制該飛行載具之飛行狀態。 17 1302895 7、 如申請專利範圍第6項所述之飛行載具之互補式控制 方法,其中該飛行任務包含該飛行載具之滑行、起 飛、爬升、巡航、戰鬥、下滑降落或緩落等任務。 8、 如申請專利範圍第6項所述之飛行載具之互補式控制 方法,更包含選擇一全手動模式,係關閉該感測模組 並由該人機界面控制器取得該飛行載具的控制權以 控制該飛行載具之飛行狀態。 9、 如申請專利範圍第6或8項所述之飛行載具之互補式 控制方法,更包含選擇一速度控制模式,係由該飛行 控制單元取得該飛行載具的控制權,並依據該人機界 面控制器所傳送的空速、昇降率及偏航率指令,以自 動控制該飛行載具之飛行狀態。 18
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