彭衛(wèi)東，蘇子欽

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，四川廣漢 618307）

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，各種各樣的智能機(jī)器人已得到了廣泛應(yīng)用，用于飛機(jī)自動(dòng)駕駛的智能機(jī)器人也在研發(fā)中。一般來說客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)等通常都配備至少兩名駕駛員，如果飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人研發(fā)成功將會(huì)取代傳統(tǒng)的人類副駕駛，實(shí)現(xiàn)單人制機(jī)組。飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人不同于飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，其主要通過視覺系統(tǒng)非侵入式地獲取飛機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)消息，模仿人類的操作方式使用機(jī)械臂駕駛飛機(jī)，無需對(duì)現(xiàn)有飛機(jī)進(jìn)行太多的改裝，也能適應(yīng)不同機(jī)型，具有不會(huì)疲勞、可以隨時(shí)保持專注、不受個(gè)人情緒影響、面對(duì)大量繁瑣的重復(fù)性工作出錯(cuò)率極低等人類駕駛員不具備的優(yōu)點(diǎn)，極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力使其在機(jī)艙失壓、供氧系統(tǒng)發(fā)生故障等極端條件下仍然能夠安全地駕駛飛機(jī)，在機(jī)長(zhǎng)失去駕駛能力的時(shí)候也能迅速接替并采取相應(yīng)措施，例如因人為操作失誤使客艙增壓系統(tǒng)不能自動(dòng)加壓最終造成的太陽神航空522號(hào)班機(jī)空難，如果該班機(jī)配備了飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人作為副駕駛則完全可以避免此類空難的發(fā)生。還能夠大大降低飛機(jī)飛行過程中駕駛員的工作負(fù)擔(dān)，并有效緩解當(dāng)前我國(guó)航空公司面臨的飛行員緊缺問題[1]，戰(zhàn)時(shí)也能有效減少人員傷亡。由于飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人是一個(gè)非常前沿的研究方向，相關(guān)方面的研究與文獻(xiàn)資料在全世界范圍尤其是國(guó)內(nèi)都并不多，尤其缺少綜述性的文獻(xiàn)，因此本文將著重于在整體層面上研究飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人的原理、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)以及技術(shù)難點(diǎn)等，并提出未來可能的發(fā)展方向與趨勢(shì)，能給未來的相關(guān)研究提供參考與新的研究方向。

1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展情況

2016年網(wǎng)絡(luò)上曾曝光美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃（DARPA）的機(jī)組工作駕駛艙內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)（Alias）項(xiàng)目正在研發(fā)由機(jī)械臂和基于平板電腦的控制系統(tǒng)組成的飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人，極光（Aurora）和西科斯基（Sikorsky）兩家公司參與了該項(xiàng)目[2]。

圖1 Alias飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人

目前，極光的機(jī)器人已經(jīng)完成了“鉆石”DA42、塞斯納208“大篷車”、UH-1“易洛魁”、DHC-2“河貍”等型號(hào)飛機(jī)的駕駛，也在波音737-800NG型客機(jī)的模擬機(jī)上成功完成了飛行和著陸的演示[3]，西科斯基的機(jī)器人完成了在西科斯基S-76型直升機(jī)、UH-60A“黑鷹”直升機(jī)和塞斯納208“大篷車”型飛機(jī)上的自動(dòng)駕駛測(cè)試工作[4]。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

目前國(guó)內(nèi)在飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人方面的研究還非常少，已知中國(guó)民用航空飛行學(xué)院人工智能飛行副駕駛團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究[1]，目前取得了一定的成果，包括已經(jīng)完成了針對(duì)飛機(jī)指針式儀表的自動(dòng)識(shí)別與讀數(shù)[5]、飛機(jī)駕駛艙頭頂板字符識(shí)別[6]、機(jī)艙內(nèi)環(huán)境感知[7]、語音識(shí)別[8]與標(biāo)準(zhǔn)喊話語音庫(kù)的建立[9]、機(jī)械臂控制方面的研究，并且后續(xù)的研究還在繼續(xù)進(jìn)行中。

2 技術(shù)要點(diǎn)

飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人是一種從工業(yè)機(jī)器人發(fā)展而來，基于機(jī)械臂、傳感器、處理器和人工智能技術(shù)的智能控制系統(tǒng)，由感知系統(tǒng)、動(dòng)作系統(tǒng)、控制處理系統(tǒng)和交互系統(tǒng)組成，具體工作原理如圖2所示。

圖2 飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人工作原理

2.1 感知系統(tǒng)

感知系統(tǒng)包含了視覺感知系統(tǒng)和壓力傳感系統(tǒng)，其中以視覺感知為主，通過視覺感知系統(tǒng)從飛機(jī)的儀表、指示器中讀取飛機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、姿態(tài)、位置，通過視覺定位的方式對(duì)各開關(guān)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，也能透過駕駛艙風(fēng)擋對(duì)飛機(jī)外部環(huán)境進(jìn)行觀察以及感知機(jī)艙內(nèi)部的環(huán)境，在泊機(jī)的時(shí)候需要能夠正確識(shí)別地勤人員的指揮動(dòng)作。

視覺系統(tǒng)需要具備三維空間視覺的能力，目前常用的立體機(jī)器視覺方式有雙目視覺和深度視覺兩種，其中深度視覺又可分為ToF（Time of Flight）深度視覺和結(jié)構(gòu)光深度視覺。

雙目視覺因?yàn)榫哂薪嚯x測(cè)量精度高、分辨率高、硬件成本低、不受駕駛艙內(nèi)部玻璃器件反光影響、可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的優(yōu)點(diǎn)[10]，所以視覺感知系統(tǒng)更適合選用雙目視覺的方式。

2.2 動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)

動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)的作用是直接操作飛機(jī)的具體設(shè)備，由多個(gè)機(jī)械臂組成。首先需要在副駕駛位置上安裝一個(gè)用來操作各開關(guān)的主機(jī)械臂，左右方向舵的腳蹬都各需要配備一個(gè)特殊機(jī)械臂（機(jī)械足），對(duì)于雙發(fā)和多發(fā)飛機(jī)而言，每個(gè)節(jié)流閥控制手柄都必須獨(dú)立配備一個(gè)可以完成推拉操作的機(jī)械臂，飛機(jī)的操縱桿或操縱盤也必須單獨(dú)配備一個(gè)控制機(jī)械臂，并且該機(jī)械臂也必須具備操作操縱桿或操縱盤上面按鈕的能力。

其中最為復(fù)雜的是主機(jī)械臂，需要對(duì)各操作面板上的不同開關(guān)以及部分控制桿（如襟翼控制桿）準(zhǔn)確地執(zhí)行操作。飛機(jī)駕駛艙開關(guān)的種類包括按鈕開關(guān)、旋鈕開關(guān)、撥動(dòng)開關(guān)以及按動(dòng)開關(guān)等，因此主機(jī)械臂需要能夠完成抓取、按壓、旋轉(zhuǎn)和撥動(dòng)的動(dòng)作，而要具備完成這些動(dòng)作的能力則必須配備爪形末端，并且機(jī)械爪也需要具備防滑的能力，爪的末端直徑也不能太大以避免出現(xiàn)誤觸現(xiàn)象。機(jī)械臂的抖振抑制也是必須要重點(diǎn)考慮的問題，抖振會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械臂操作的精度和可靠性。

2.3 控制處理系統(tǒng)

控制處理系統(tǒng)的功能是對(duì)視覺感知系統(tǒng)捕獲的視頻圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、圖像分割、目標(biāo)識(shí)別與定位等圖像處理工作；對(duì)交互系統(tǒng)接收到的語音信號(hào)進(jìn)行識(shí)別；根據(jù)飛行計(jì)劃和機(jī)長(zhǎng)發(fā)出的指令規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑，指揮機(jī)械臂完成相應(yīng)的操作動(dòng)作；同時(shí)根據(jù)壓力傳感器反饋的壓力值、視覺感知系統(tǒng)讀取到的飛機(jī)姿態(tài)、位置、內(nèi)外環(huán)境和飛行參數(shù)，以及操作后開關(guān)的狀態(tài)或者操縱桿的位置修正機(jī)械臂的動(dòng)作以及執(zhí)行下一步的操作。

飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人對(duì)實(shí)時(shí)性有很高的要求，必須快速完成以上流程，同時(shí)視覺感知系統(tǒng)也需要具有很高的分辨率和幀率，這也就決定了其控制處理系統(tǒng)必須具備很強(qiáng)的運(yùn)算能力和圖形數(shù)據(jù)處理能力，以及良好的多任務(wù)處理能力。因此控制處理系統(tǒng)需要使用多核CPU作為處理器以保證系統(tǒng)運(yùn)算處理能力能夠達(dá)到要求。當(dāng)然，盡管CPU具有運(yùn)算能力強(qiáng)大、性能全面、可以兼顧數(shù)值與指令運(yùn)算的特點(diǎn)，但是卻并不適合處理并行的大規(guī)模數(shù)據(jù)，而GPU則與CPU不同，擁有更多并行處理的算術(shù)邏輯單元，具有很強(qiáng)的并行處理能力，尤其適合并行的浮點(diǎn)運(yùn)算，在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域有明顯優(yōu)勢(shì)，也能用于通用計(jì)算，但是卻不擅長(zhǎng)處理邏輯指令[11-12]。因此，將CPU與GPU結(jié)合起來，程序的串行部分主要在CPU上運(yùn)行，當(dāng)遇到運(yùn)算量龐大的并行數(shù)值運(yùn)算時(shí)使用GPU進(jìn)行加速，這樣可以使CPU與GPU形成互補(bǔ)的關(guān)系，有效結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)、克服了各自的缺點(diǎn)，這種互補(bǔ)結(jié)構(gòu)目前已成為了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)[11]，飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人的控制處理系統(tǒng)也非常適合采用這種結(jié)構(gòu)。

2.4 交互系統(tǒng)

目前Alias機(jī)器人使用平板電腦與工程師進(jìn)行交互，同時(shí)也具有一定的語音識(shí)別能力。飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人必須要能夠正確識(shí)別塔臺(tái)的語音指令并給予語音回復(fù)，也可以將機(jī)器人的語音交互系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，使機(jī)長(zhǎng)能夠選擇平板電腦和語言兩種方式與機(jī)器人進(jìn)行交流，能極大提升人機(jī)交互的效率。還可以對(duì)視覺感知系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，使機(jī)長(zhǎng)能夠通過一定的手勢(shì)與機(jī)器人交流，機(jī)器人也能夠監(jiān)測(cè)機(jī)長(zhǎng)的狀態(tài)，并在機(jī)長(zhǎng)出現(xiàn)過度疲勞、突發(fā)疾病、缺氧等不適合繼續(xù)駕駛飛機(jī)的狀態(tài)時(shí)發(fā)出提示信號(hào)和采取相應(yīng)的措施。

3 難點(diǎn)分析

3.1 工作環(huán)境分析

首先運(yùn)行中的飛機(jī)本身就是一個(gè)強(qiáng)振動(dòng)的環(huán)境，在這樣快速抖動(dòng)的環(huán)境下視覺感知系統(tǒng)捕獲的圖像很容易發(fā)生畸變，從而降低識(shí)別與定位的精度。相機(jī)防抖的方法可分為：光學(xué)防抖、電子防抖、模式防抖和多重防抖[13]。光學(xué)防抖主要是利用硬件設(shè)備來進(jìn)行防抖，防抖的目標(biāo)對(duì)象是鏡頭和傳感器[14]；當(dāng)然，也可以將相機(jī)安裝在機(jī)械云臺(tái)上來實(shí)現(xiàn)防抖處理。電子防抖是一種基于數(shù)字圖像處理的防抖技術(shù)，工作原理可以用圖3所示的流程圖來表示[15]。模式防抖則是通過調(diào)整拍攝參數(shù)來減輕抖動(dòng)造成的影響[13]。多重防抖是以上幾種防抖方式的綜合應(yīng)用。此外，提升相機(jī)的幀率也能有效降低抖動(dòng)造成的影響，當(dāng)然幀率越高也就意味著信息的傳輸量越大，對(duì)硬件設(shè)備要求越高。

圖3 電子防抖的工作流程

除了抖動(dòng)外，光照也是一個(gè)重要的影響因素。飛機(jī)駕駛艙屬于弱光照環(huán)境，同時(shí)在飛行過程中不可避免地要面臨逆光的問題，尤其是在早晨和傍晚時(shí)迎著太陽飛行。弱光照會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)紋理不夠清晰從而降低圖像分割、特征點(diǎn)的匹配、字符識(shí)別等環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度，逆光則會(huì)使操作區(qū)域等非逆光區(qū)域亮度不足，如果只是簡(jiǎn)單地提升該區(qū)域亮度則會(huì)出現(xiàn)圖像虛化、噪點(diǎn)增多等圖像退化的問題。針對(duì)弱光照問題可以考慮采取直方圖均衡化處理、使用人工智能進(jìn)行增強(qiáng)[16]、使用牛頓迭代算法增強(qiáng)紋理[17]等方式。針對(duì)逆光的問題可以使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[18]的方式對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)，也可以使用閾值分割[19]的方式實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)。

3.2 實(shí)時(shí)性問題

飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人的實(shí)時(shí)性取決于硬件設(shè)備、算法和數(shù)據(jù)傳輸3個(gè)方面。首先，高性能的處理器可以提供更好的運(yùn)算能力，從而減少完成圖像處理、目標(biāo)識(shí)別與定位、數(shù)據(jù)分析與決策、機(jī)械臂路徑規(guī)劃等方面運(yùn)算所需要的時(shí)間，即相當(dāng)于減少反應(yīng)的時(shí)間；另外，好的機(jī)械臂舵機(jī)可以使機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)更穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)速度更快，從而減少運(yùn)動(dòng)過程中消耗的時(shí)間。在算法方面，可以根據(jù)飛機(jī)駕駛艙內(nèi)環(huán)境的特點(diǎn)選擇適合的語音識(shí)別、目標(biāo)識(shí)別、圖像處理以及機(jī)械臂軌跡規(guī)劃等算法并加以改進(jìn)優(yōu)化，在不影響效果的前提下簡(jiǎn)化其中的運(yùn)算步驟，降低完成相關(guān)運(yùn)算所需的時(shí)間，例如李兵等[20]就提出了一種強(qiáng)實(shí)時(shí)性和魯棒性的圖像匹配算法，可以很好地適應(yīng)飛機(jī)自動(dòng)駕駛這種對(duì)實(shí)時(shí)性和魯棒性要求都很高的應(yīng)用場(chǎng)景；同時(shí)，將機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行優(yōu)化后也可以明顯地減少機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中消耗的時(shí)間。在傳輸方面，對(duì)于視覺感知系統(tǒng)這樣數(shù)據(jù)傳輸速率大的模塊，則可以采用并口通信的方式傳輸數(shù)據(jù)。

3.3 動(dòng)作路徑規(guī)劃

主機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡如果經(jīng)過了良好的規(guī)劃，那么可以大大節(jié)約運(yùn)行的時(shí)間，提升機(jī)器人的操作效率；使軌跡相對(duì)平滑，避免速度和加速度出現(xiàn)抖動(dòng)；同時(shí)還能合理地進(jìn)行避障，避免因路徑規(guī)劃不合理造成的誤觸的現(xiàn)象，提升機(jī)器人操作的可靠性。機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃需要對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，求解的難度隨著機(jī)械臂自由度的提升而增大?，F(xiàn)有的優(yōu)化算法也比較多，例如使用遺傳算法、快速隨機(jī)搜索算法（RRT）、蟻群算法等都能夠有效實(shí)現(xiàn)軌跡優(yōu)化及避障[21]。為了讓主機(jī)械臂能快速、精確、可靠地完成相應(yīng)的操作動(dòng)作，還需要為其選擇一種合適的控制方法來從控制方法方面達(dá)到優(yōu)化的目的，現(xiàn)有的機(jī)械臂控制方法有：PID控制、自適應(yīng)控制、滑模控制、魯棒控制、分散控制等[22]，但是每種控制方法都有其固有的優(yōu)缺點(diǎn)，PID控制法具有參數(shù)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)難度低的優(yōu)點(diǎn)，但是這種控制方式忽略了非線性因素，也存在速度和控制精度都不高、穩(wěn)定性差、不能滿足復(fù)雜軌跡跟蹤需求的缺點(diǎn)，將傳統(tǒng)的PID控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合組成智能PID控制則可以有效利用智能控制方法的優(yōu)點(diǎn)來彌補(bǔ)PID控制的缺點(diǎn)，當(dāng)然也對(duì)計(jì)算機(jī)性能有更高的要求[23]；自適應(yīng)控制能夠很好地適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)的變化，但是需要進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)性能分析[24]；滑?？刂凭哂许憫?yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、不受系統(tǒng)模型不確定性干擾的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在抖振問題嚴(yán)重的缺點(diǎn)[25]；魯棒控制的控制結(jié)構(gòu)和參數(shù)都不隨被控量或其他因素而改變[26]，因而具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但是線性控制的本質(zhì)也注定了其無法滿足機(jī)器人這類非線性系統(tǒng)的控制需求[25]；分散控制因?yàn)榫哂羞\(yùn)算簡(jiǎn)單、對(duì)硬件配置要求低的優(yōu)點(diǎn)而被現(xiàn)代機(jī)器人廣泛使用，但是也存在控制器之間通信滯后、應(yīng)對(duì)隨機(jī)干擾的能力不強(qiáng)等缺點(diǎn)，自適應(yīng)分散控制可以使跟蹤誤差漸進(jìn)收斂，但是需要提前估計(jì)增益，這會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來不便，而完全自適應(yīng)控制則無需任何先驗(yàn)數(shù)據(jù)[27]。因此針對(duì)控制方法的優(yōu)化也是一個(gè)研究的重點(diǎn)。

3.4 應(yīng)變能力

應(yīng)變能力差是所有機(jī)器人都難以克服的缺點(diǎn)，例如曾有人在實(shí)驗(yàn)中將一輛全自動(dòng)駕駛的“特斯拉”汽車“困”在了正常道路上不可能出現(xiàn)的環(huán)形雙實(shí)線里面，而人類駕駛員則能夠很好地應(yīng)變。在程序設(shè)定內(nèi)的情況下機(jī)器人具有比人類更好的工作效率和準(zhǔn)確度，尤其是對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)性工作，而一旦出現(xiàn)了程序設(shè)定外的情況，機(jī)器人則無法做到像人類一樣靈活應(yīng)變。因此，要想解決飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人的應(yīng)變能力問題，除了需要在開發(fā)的時(shí)候充分考慮飛行過程中可能會(huì)出現(xiàn)的各種狀況及處理流程，以及后期針對(duì)新發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)更新機(jī)器人的程序，更重要的是與機(jī)長(zhǎng)緊密配合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

4 展望

目前美國(guó)的Alias機(jī)器人是針對(duì)在現(xiàn)有的舊式飛機(jī)而開發(fā)的飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人，這類飛機(jī)在設(shè)計(jì)的時(shí)候并未考慮使用人工智能系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行自動(dòng)駕駛，因此Alias機(jī)器人是基于人類飛行員的駕駛方式而設(shè)計(jì)的，這種非侵入式的設(shè)計(jì)具有一定的局限性，例如對(duì)外界環(huán)境的感知只依靠視覺會(huì)使視覺感知系統(tǒng)任務(wù)繁重，還必須要保證很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，導(dǎo)致這樣的機(jī)器人對(duì)控制處理系統(tǒng)的硬件要求非常高，機(jī)器人也無法通過激光雷達(dá)這樣精度更高、有效探測(cè)距離更遠(yuǎn)、探測(cè)范圍更大、抗干擾能力更強(qiáng)的方式[28]感知外界環(huán)境，存在一定的觀察死角。

在飛機(jī)人工智能駕駛技術(shù)成熟之后，新式飛機(jī)在設(shè)計(jì)的時(shí)候安裝人工智能駕駛系統(tǒng)的問題就會(huì)被充分考慮到，因而整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)都將會(huì)被設(shè)置在電子艙或其他不占用機(jī)艙空間的位置，相關(guān)組件將直接與航電系統(tǒng)相融合而不是非侵入式的設(shè)計(jì)，從而能夠直接讀取飛行參數(shù)和操縱飛機(jī)，視覺感知系統(tǒng)將只用于監(jiān)控機(jī)外環(huán)境和機(jī)長(zhǎng)的狀態(tài)而無需監(jiān)控飛行參數(shù)的變化和電門的情況，從而加快處理和操縱的速度，使其可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的操縱，也能降低硬件的成本。飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人系統(tǒng)的環(huán)境感知方式也將不再局限于視覺感知，激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等相對(duì)于視覺系統(tǒng)更加可靠的感知系統(tǒng)[29]將會(huì)被廣泛使用，這對(duì)飛機(jī)地面和低空運(yùn)行的安全性有極大的提高，同時(shí)機(jī)器人系統(tǒng)也將能直接使用機(jī)載的GPS、IMU等系統(tǒng)用于定位，低能見度的氣象條件下也能使用紅外光電傳感器對(duì)機(jī)外環(huán)境進(jìn)行觀察。

這樣的未來發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)在美國(guó)西科斯基公司的Matrix技術(shù)上得到了部分體現(xiàn)，其控制處理系統(tǒng)被安裝在原副駕駛位置上，使用機(jī)電作動(dòng)器來操控飛機(jī)而不是機(jī)械臂，能使用激光雷達(dá)和紅外傳感器，各組件遍布機(jī)體，當(dāng)然改裝難度也更大[30]。目前全世界自動(dòng)駕駛技術(shù)正處于由3級(jí)（有條件自動(dòng)化）向4級(jí)（完全自動(dòng)化）發(fā)展的階段[31]，各種具備自動(dòng)駕駛能力的無人機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，未來也會(huì)有更多非載人的大型飛機(jī)采用無人駕駛的方式，但因?yàn)榍拔乃龅姆N種原因以及安全問題、公眾接受度的問題，未來很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)載人飛機(jī)都無法徹底實(shí)現(xiàn)無人駕駛。盡管未來的自動(dòng)駕駛機(jī)器人可以完全替代人類副駕駛，人類機(jī)長(zhǎng)大多數(shù)時(shí)候只是監(jiān)視自動(dòng)駕駛機(jī)器人，但是人類機(jī)長(zhǎng)仍將掌握對(duì)整架飛機(jī)的最高控制權(quán)和決策權(quán)，必要的時(shí)候還是會(huì)參與駕駛。

5 結(jié)束語

本文參照Alias機(jī)器人的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料和研究成果結(jié)合作者自己的研究提出了飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，從工作環(huán)境、實(shí)時(shí)性問題、動(dòng)作路徑規(guī)劃、應(yīng)變能力四個(gè)方面總結(jié)出了在研發(fā)過程中將會(huì)遇到的技術(shù)難點(diǎn)，針對(duì)這些難點(diǎn)列舉了目前可以采用的解決方法，對(duì)于機(jī)械臂控制方法這一重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容還對(duì)比分析了現(xiàn)有控制方法及部分基于這些控制方法的改進(jìn)型控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，最后提出了對(duì)飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人未來發(fā)展方向和趨勢(shì)的展望。飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人的設(shè)計(jì)初衷并不是徹底取代人類駕駛員，而是與人類機(jī)長(zhǎng)配合，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)形成良好的互補(bǔ)關(guān)系，也能夠有效彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)。飛機(jī)自動(dòng)駕駛機(jī)器人具有一定的戰(zhàn)略意義，但是實(shí)現(xiàn)這樣的機(jī)器人也具有很高的技術(shù)難度，研發(fā)的過程中需要付出大量的資金和努力。