TWI302895B - - Google Patents

Description

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)

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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