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機械工業雜誌
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摘要
本文建立一套融合邊緣運算與速度調控的無人機編隊飛行系統,適用於多旋翼、固定翼與垂直起降型(VTOL)無人機。系統核心採用低功耗之邊緣設備,實現即時的機間通訊、導航控制與速度調節,提升編隊飛行之彈性與通用性。編隊架構中,長機以廣播方式傳遞任務資訊,僚機則依據與長機之相對誤差進行即時速度修正。為因應不同載具類型,本文設計相應的導航演算法與PID控制機制,以確保隊形穩定與誤差快速收斂。實驗結果顯示,本文所建構之系統具備優異之速度調節能力與跨機型適應性,展現邊緣運算於異質無人機群協同控制領域的應用潛力。
Abstract
This article presents a formation flight system for unmanned aerial vehicles (UAVs) that integrates edge computing with adaptive speed control, supporting multirotor, fixed-wing, and vertical take-off and landing (VTOL) UAV platforms. The system employs low-power edge devices to enable real-time inter-UAV communication, navigation control, and dynamic speed adjustment, thereby enhancing flexibility and generality in formation operations. In the formation structure, the lead UAV broadcasts mission information, while follower UAVs adjust their speed in real time based on relative position errors. To accommodate different UAV types, corresponding navigation algorithms and PID control strategies are developed to ensure formation stability and rapid convergence of position errors. Experimental results demonstrate that the proposed system offers effective speed regulation and strong adaptability across heterogeneous UAVs, highlighting the potential of edge computing in cooperative UAV swarm control applications.
前言
隨著無人機技術快速發展,其應用涵蓋軍事、物流、農業與展演等領域。然而,單一無人機在執行高複雜度任務時常受限於酬載與續航力,無法應對多樣化需求。為提升任務效率與覆蓋範圍,無人機群協同作業逐漸成為主流發展方向[1]。本文提出一套整合邊緣運算與通訊的編隊控制系統,支援多旋翼、固定翼及垂直起降型無人機。系統中,長機廣播任務資訊,僚機則根據接收資訊即時計算編隊位置並動態調整飛行速度以維持隊形。針對不同載具特性,亦設計相應之導航策略,有效提升系統通用性與任務執行效能。
無人機群編隊飛行之技術研究
- 1節介紹機間通訊系統架構與功能設計;第2至4節則分別說明機間通訊系統架構、邊緣運算與飛控通訊架構及PID速度控制器在導航與編隊任務中的具體應用方式;第5節進一步比較現有開源編隊系統與本文所提方法的差異,並探討開發過程中所遇挑戰與對應解法,完成各項核心技術之整合,建構出一套結合邊緣運算與動態速度調控的無人機編隊控制系統。
1. 機間通訊系統架構
- Microhard P900 數傳模組之上。該模組安裝於無人機上,作為飛行控制器與邊緣運算單元之間的關鍵資料橋梁。飛控系統將即時飛行資訊傳送至邊緣運算裝置,邊緣端則負責整合多台無人機的狀態數據,並透過 P900 數傳模組進行廣播,實現跨機間的通訊與資訊共享,達成即時協同與任務分配的基礎通訊功能。
- Wi-Fi 通訊模組,使無人機能與修改後的地面監控站進行連結。該監控站負責接收並同步顯示多架無人機的飛行資訊,僅作為監控與記錄用途,不涉入飛行控制命令之下達。整體機間通訊架構設計如圖1所示,呈現出雙層通訊模式下的群控通訊策略與邊緣協同整合方式。
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2025年07月號
(單篇費用:參考材化所定價)