[发明专利]用于无人飞行器的避碰系统及方法

说明书

一种用于交通工具的避障系统，该避障系统可以包括：通信装置；多个传感器，该多个传感器被配置为在交通工具的预定距离内检测碰撞威胁；以及处理器。处理器可以通信地耦合到通信装置和多个传感器，并且被配置为接收经由所述通信装置被传送到控制系统的导航命令。处理器还可以从所述多个传感器中的至少一个接收反映障碍物位置的障碍物数据。使用障碍物数据，处理器识别用于避开所述障碍物的方向。作为响应，处理器可以经由所述通信装置向所述控制系统输出命令，致使交通工具在所述飞行方向上行驶。使用障碍物数据，处理器还可以执行降落辅助模块、具有飞行员超控的三区域碰撞保护功能和/或目标滤波功能。

相关申请的交叉引用

本申请依据35 U.S.C§119(e)要求于2017年1月6日提交的临时专利申请序列号62/443,087的权益，其内容通过参考并入本文。

技术领域

本公开一般涉及自主交通工具导航，并且更具体地，涉及用于在静止和/或移动物体周围进行检测和自动导航的系统、方法及技术。本公开还涉及用于在物体周围进行检测和自动导航的传感器-和交通工具-不可知/无关的系统、方法及技术。

背景技术

无人空中交通工具(“UAV”)技术已被证明是一种可用于涉及情报、监视、侦察和有效载荷传递的任务剖面的有价值的工具。在诸如低空城市侦察的背景下，UAV(诸如微型空中交通工具(“MAV”))可能遇到可被固定或移动并且未提前知道其位置的大障碍物和小障碍物二者。此外，由于UAV和MAV倾向于在受限制、杂乱的环境中飞行，因此它们容易与物体撞击或碰撞。此外，UAV和MAV通常比传统的空中交通工具更便宜，并且因此更普遍，而且经常被较不熟练的飞行员使用，而这种飞行员可能进而导致碰撞。用于防止UAV和MAV撞上物体和其他障碍物的现有技术(诸如全球定位系统(“GPS”))通常不足，因为许多物体不能经由GPS设备被识别，而且取决于地形、GPS准确度性能在各种环境中差值很大。

相应地，仍然需要改进的自主交通工具导航系统和避障系统，其能够对杂乱的导航环境中的各种未知障碍物做出响应。此外，还需要一种用于增强和/或超控被传送到交通工具的导航命令的自主交通工具导航或避障系统。

发明内容

可以利用具有多个传感器(例如，声学传感器、视觉传感器等)的飞行控制系统来改进自主交通工具。多个传感器可以与用于小型空中交通工具的避碰解决方案结合使用，诸如Panoptes^TM避碰系统，更具体地称为动态避障系统。

根据第一方面，一种用于在飞行器中提供碰撞保护的方法，该方法包括：从位于飞行器上并且与处理器可操作地耦合的传感器接收传感器输入，其中该传感器被配置为识别视场内的障碍物；从飞行员接收飞行员命令流；至少部分地基于所述传感器输入识别视场内的障碍物；从障碍物位于的视场内的多个区域中确定一个区域，其中至少部分地基于传感器输入确定该区域；设置依据确定步骤中所确定的区域而变化的控制输入；将控制输入输入到比例微分(PD)控制器以生成控制数据；经由处理器生成依据控制数据而变化的控制命令流；并且经由处理器将控制命令流与飞行员命令流进行比较，以确定来自飞行员的飞行员命令流是否安全。

根据第二方面，一种用于在飞行器中提供碰撞保护的导航系统包括：传感器，其被配置为耦合到飞行器并识别视场内的障碍物；处理器，其与传感器和存储器装置可操作地耦合，其中该处理器被配置为从飞行员接收飞行员命令流，其中该处理器还被配置为：至少部分地基于来自所述传感器的传感器输入识别视场内的障碍物；从障碍物位于的视场内的多个区域中确定一个区域，其中至少部分地基于传感器输入确定该区域；设置依据确定步骤中所确定的区域而变化的控制输入；将控制输入输入到比例微分(PD)控制器以生成控制数据；经由处理器生成依据控制数据而变化的控制命令流；并且经由处理器，将控制命令流与飞行员命令流进行比较，以确定来自飞行员的飞行员命令流是否安全。

在某些方面，当确定来自飞行员的飞行员命令流是不安全的时，控制命令流被传送到飞行器的飞行控制器，以替代飞行员命令流。