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无人化改装飞机有望率先进军支线货运市场

不久前,一家名为“可靠机器人”(Reliable Robotics)的初创公司对一架赛斯纳208B“大篷车”进行了远程操纵,遥控距离达80千米。

操作员在该公司总部的控制站中,控制经过改装的“大篷车”在E级管制空域内滑行、起飞、机动,并自主降落。在飞行中,操作员通过“大篷车”的无线电装置与空管员通信,而机上安全飞行员则仅负责监视飞行过程,以防万一。

可靠机器人公司的这项飞行测试是想要将有人驾驶飞机改装为无人机,执行支线货运任务。

相对传统的改装方式

该机地面控制站包括一个大型显示器,用于显示监控和指挥飞机的界面;有一部耳机,用于与空管员进行通信;以及运行Foreflight应用程序的平板电脑,用于显示地图、天气和其他信息和数据等。该公司目前使用4G LTE无线网络进行遥控信号和数据的传输,未来考虑使用卫星通信传输,这需要开发一款双向数据链,以保证飞机、空管、远程操作员之间的通信。

目前,自动飞行系统的所有基本构件都已安装在这架“大篷车”上,并且工作重心已从性能测试转移到适航认证。自动机器人公司认为,虽然很多公司都在设计全新的无人机,然而,这些无人机多数是多旋翼无人机。相比之下,虽然该公司在现有飞机上进行改装的做法革命性不足,但实际上可能更容易获得FAA认证。

可靠机器人公司改装的赛斯纳208B“大篷车”,隶属联邦快递FedEX。

该公司计划通过逐渐增加的飞机自主权限,来逐步对系统进行认证。首先需要认证的是具有完全权限的自动驾驶仪。随后,需要认证的是对突发事件的管理能力,例如发动机故障等,第三项认证是需要测试在通信中断时的应对能力。另外,即使卫星导航完全不可用,该公司也已经开发了自己的导航解决方案,以提供全自动着陆所需的高精度定位能力。

国内的无人货机

可靠机器人公司的目标是区域货运市场,当该公司改装的无人驾驶“大篷车”开始进行自主货运飞行时,飞机上将配备一名安全飞行员,他将在飞机上使用该公司开发的软件向飞机发出指令,例如点击电脑上的按钮使飞机自主完成起飞操作,而不是像在测试中那样由地面上的操作员进行远程遥控。

尽管如此,由于这名安全飞行员在飞机上承担的压力大大减轻,因此每天他能够进行比普通飞行员更多架次的货运飞行,从而大大降低了航空货运公司的人工成本。

这种将有人驾驶通用飞机改装为货运无人机的方式国内也有,例如顺丰旗下的丰鸟航空与航天时代飞鸿技术有限公司合作的飞鸿98。

飞鸿98是基于运5B平台改装,该机已成功攻克了飞行模态辨识、容错控制、异质总线通信等技术挑战,目前已在进行飞行测试,并参与民航局的运行试点工作。

改造后的运5B是目前世界最大的货运无人机,最大起飞重量5.25吨、最大商载1.5吨(赛斯纳208B最大起飞重量约4吨,最大商载约2吨),最大航程1200千米,起飞距离低于200米,并可以在简易跑道起降,能够满足边远地区、山区、海岛等复杂地形的物流运输需求。

这才是真正的“机器人驾驶”

除了可靠机器人公司,美国空军研究实验室(AFRL)和Dzyne技术公司也联合改装了一架赛斯纳206。这架赛斯纳206也已经进行了无人驾驶飞行,虽然AFRL的这架飞机不是首款用有人机改装的无人机,但是该机也有它的独特之处,那就是该机是真正意义上的“机器人驾驶”。

AFRL的无人赛斯纳206。

AFRL的这个项目名为ROBOpilot,是由其快速创新中心(CRI)和DZYNE技术公司合作开发的。顾名思义,ROBOpilot就是在飞机上安装一个机器人,由机器人来代替人类飞行员来操纵飞机。

AFRL安装在赛斯纳206上的ROBOpilot。

与其他将控制系统集成到飞机内部的改装方案不同,ROBOpilot与飞机交互的方式与人类飞行员更相似。该方案是将一个机械臂安装到飞行员的座椅位置上,机械臂前端装有模拟人手部的机构,可以“抓住”操纵杆、推动方向舵和减速板、推动油门杆、拨动正确的开关,并采用视觉识别的方式读取仪表的数字——这些动作都与人类飞行员相同。

机械臂可以像人类飞行员的方式一样去操纵飞机。

ROBOpilot的安装过程也较为简单,将飞行员座椅拆下,在其位置上安装机械手臂的框架,包括作动器、电子设备、摄像头、驱动系统和机械臂等。这种自动化改装是非侵入式的,对飞机本身的系统并不需要进行改动,将机械臂拆走后还可以快速恢复原有的飞机构型。

同时,该系统也具有自己的GPS和惯性测量单元等传感器,相对于飞机的系统可独立进行态势感知和信息收集;系统的计算机会分析这些信息并与来自于飞机的信息对比,以决定如何最好地控制飞机。(颜思铭)