成大團隊研發帶臂旋翼機操作新模式 獲國際肯定

無人機的發展是目前的產業重點，成大機械系教授劉彥辰帶領的團隊，針對帶有機械手臂的旋翼機，研發出新形態的「解耦控制架構」，讓無人機在使用機械手臂時能夠更穩定，這項成果2022年8月登上國際頂尖期刊IEEE Transactions on Cybernetics。

成大指出，帶臂旋翼機是常見用來載貨的無人旋翼機之一，意指在旋翼機底下加裝機械手臂，除了機體本身的飛行方向控制，還需調整機械手臂擺動的角度、方向、夾取功能等，控制參數多，導致傳統的帶臂旋翼機往往計算模型龐大且複雜，加上機械手臂的移動亦會同時影響旋翼機的飛行姿態，夾取物品時的質量改變也容易讓旋翼機突然上升或高度下降。

劉彥辰表示，團隊結合近年來熱門的機器學習，提出新形態「解耦控制架構」。把旋翼機與機械手臂分為兩個獨立系統來控制，不僅模型相對簡單，也能有效提升計算效率，讓機器在收到指令的當下更快速做出反應動作，能夠準確夾取物品及到達定位點，在旋翼機無法直接到達的地方，也能透過調整機械手臂來完成目標，整體運作品質大為提升。

成大團隊透過虛擬機器人實驗平台「V-REP」建立帶臂旋翼機模型，以「DDPG（Deep Deterministic Policy Gradient）深度學習」模式來進行強化學習，目的是讓智能體與周圍環境互動，嘗試以不同的「行為」得到最大的「獎勵」，接著再將完成的模組套入帶臂旋翼機進行試飛。

參與研究的博士生劉凱元指出，理想上透過不斷模擬訓練，久了之後智能體就會知道執行怎樣的動作會得到較高的獎勵。「但有時候機器的思考邏輯跟人其實不一樣」，劉凱元解釋，機器有它自己的運算策略，有時我們以為很好的獎勵其實不是機器想要的，也曾遇過雖然到達目的地，但卻是「繞遠路」才完成，因此團隊就必須要反覆嘗試、持續修正，才能設計出效益最高、飛行最穩定的計算模組。

帶臂旋翼機高度的靈活性，相比一般無人搬運車只能在地面上移動，旋翼機兼具3D立體空間移動的概念，能夠超越地形限制。劉彥辰也提到，其應用領域相當多元，像是在難以到達的茂密叢林、陡峭懸崖、河谷橋梁或是不便停留的廣闊海面上，執行空拍探測、救災載物等工作，也能取代傳統在聳立高樓外清潔玻璃、刷油漆的人力作業；興建橋梁或房屋工程時，透過多台帶臂旋翼機同時運行，也能進行搬運鋼條、建材等應用。

除了單一台帶臂旋翼機的運作，成大團隊目前也正著手進行多台旋翼機同時操控的進階研究。劉彥辰指出，多台旋翼機存在的變因比單一機台來得多更多，像是軌跡追蹤、位置控制、協同搬運等，都是目前需要精進且探討的重點，期待未來能順利將新形態架構套用到多台旋翼機上，開創更多靈活的發展應用，促進科技日益便利與進步。