無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置及防撞方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種無人機(jī)自主飛行的防撞裝置，涉及無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。所述防撞裝置包括：多向脈沖檢測裝置，所述多向脈沖檢測裝置設(shè)于無人機(jī)的三個(gè)軸向上且位于軸向的兩端，所述多項(xiàng)脈沖檢測裝置定時(shí)發(fā)送脈沖實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)的全角度覆蓋并計(jì)算出無人機(jī)與其它無人機(jī)之間的距離；儲(chǔ)存單元，所述儲(chǔ)存單元設(shè)于無人機(jī)的內(nèi)部，所述儲(chǔ)存單元用于儲(chǔ)存無人機(jī)的本體信息及接收到的其它無人機(jī)的信息。本發(fā)明基于多向脈沖檢測裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)三維空間碰撞檢測，同時(shí)按照預(yù)先設(shè)定的通過權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)之間沖突環(huán)境下的自主飛行，該裝置能夠大幅度降低生產(chǎn)成本且容易實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】
無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置及防撞方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體的是指無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置及防撞方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的無人機(jī)碰撞系統(tǒng)著重于對(duì)于靜態(tài)障礙物的躲避，對(duì)于集群多機(jī)自動(dòng)化飛行環(huán)境中，對(duì)于單機(jī)來說，機(jī)組中其他飛行單元?jiǎng)t表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)障礙物，如不加以協(xié)商，僅靠單個(gè)飛行單元的策略無法有效防止碰撞。
[0003]個(gè)別的多機(jī)飛行方案中，需要復(fù)雜的視覺識(shí)別算法，開發(fā)復(fù)雜度及產(chǎn)品成本很高，無法實(shí)現(xiàn)低成本的批量裝備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種無人機(jī)自主飛行的防撞裝置，該防撞裝置基于多向脈沖檢測裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)三維空間碰撞檢測，同時(shí)按照預(yù)先設(shè)定的通過權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)之間沖突環(huán)境下的自主飛行，該裝置能夠大幅度降低生產(chǎn)成本且容易實(shí)現(xiàn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明提出一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置，所述防撞裝置包括:多向脈沖檢測裝置，所述多向脈沖檢測裝置設(shè)于無人機(jī)的三個(gè)軸向上且位于軸向的兩端，所述多項(xiàng)脈沖檢測裝置定時(shí)發(fā)送脈沖實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)的全角度覆蓋并計(jì)算出無人機(jī)與其它無人機(jī)之間的距離;儲(chǔ)存單元，所述儲(chǔ)存單元設(shè)于無人機(jī)的內(nèi)部，所述儲(chǔ)存單元用于儲(chǔ)存無人機(jī)的本體信息及接收到的其它無人機(jī)的信息。
[0006]進(jìn)一步的，所述無人機(jī)的本體信息包括無人機(jī)編號(hào)、無人機(jī)優(yōu)先級(jí)及無人機(jī)沖突閾值。
[0007]基于上述防撞裝置實(shí)現(xiàn)防撞的方法包括如下步驟:
S100、確定參加集群自主飛行中的無人機(jī)的數(shù)目，按照順序確定每個(gè)無人機(jī)的編號(hào)、優(yōu)先級(jí)及沖突閾值并通過電腦將無人機(jī)的編號(hào)、優(yōu)先級(jí)及沖突閾值輸入至對(duì)應(yīng)的無人機(jī)中進(jìn)行儲(chǔ)存；
S200、飛行過程中，設(shè)于無人機(jī)之上的多向脈沖檢測裝置組成的多項(xiàng)脈沖檢測系統(tǒng)將進(jìn)行集群間的廣播通訊，借助廣播通訊，無人機(jī)將自身的本體信息、位置信息及運(yùn)行信息發(fā)送至其它無人機(jī)并接收其它無人機(jī)的本體信息、位置信息及運(yùn)行信息；
S300、無人機(jī)通過多向脈沖檢測裝置計(jì)算與其它無人機(jī)之間的距離，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與任意一個(gè)其它無人機(jī)之間的距離小于或者等于無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，該無人機(jī)進(jìn)入沖突狀態(tài)；S400、無人機(jī)進(jìn)入沖突狀態(tài)后，根據(jù)無人機(jī)及其它無人機(jī)的優(yōu)先級(jí)順序確定無人機(jī)運(yùn)行或靜置，直至解除沖突，即當(dāng)無人機(jī)優(yōu)先級(jí)較低時(shí)，無人機(jī)處于懸停狀態(tài)，而其它無人機(jī)將先行，當(dāng)無人機(jī)優(yōu)先級(jí)較高時(shí)，無人機(jī)則先行，而其它無人機(jī)則處于懸停狀態(tài)。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟S200中的位置信息包括無人機(jī)實(shí)時(shí)的當(dāng)前位置信息及目標(biāo)位置信息，所述運(yùn)行信息包括無人機(jī)的速度信息及加速度信息。
[0009]進(jìn)一步的，步驟S400后還包括如下步驟S500、當(dāng)無人機(jī)發(fā)現(xiàn)具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的其它無人機(jī)與該無人機(jī)之間的距離同時(shí)達(dá)到該無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，根據(jù)該無人機(jī)及其它無人機(jī)的目標(biāo)位置信息，當(dāng)無人機(jī)或者其它無人機(jī)朝著目標(biāo)位置信息發(fā)生位移即可解除沖突時(shí)，即使無人機(jī)或者其它無人機(jī)的優(yōu)先級(jí)較低也不會(huì)處于懸停狀態(tài)，而會(huì)同時(shí)朝著各自的目標(biāo)位置發(fā)生位移。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明基于多向脈沖檢測裝置實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)三維空間碰撞檢測，同時(shí)按照預(yù)先設(shè)定的通過權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)之間沖突環(huán)境下的自主飛行，該裝置能夠大幅度降低生產(chǎn)成本且容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0011]構(gòu)成本發(fā)明的一部分說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用來解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中:
圖1出示了本發(fā)明一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置的單個(gè)無人機(jī)的多向脈沖檢測系統(tǒng)；
圖2出示了本發(fā)明一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置的集群中無人機(jī)多對(duì)多的廣播系統(tǒng)；
圖3出示了本發(fā)明一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置的無人機(jī)的本體信息設(shè)定示意圖；
圖4出示了本發(fā)明一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置的無人機(jī)沖突狀態(tài)檢測示意圖；
圖5出示了本發(fā)明一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置的沖突解除示意圖；
圖6出示了本發(fā)明一種無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置的另一沖突解除示意圖。
[0012]上述附圖包括以下附圖標(biāo)記:
100-無人機(jī)，1-多項(xiàng)脈沖檢測裝置，2-儲(chǔ)存單元。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明提出一種無人機(jī)自主飛行的防撞裝置，該防撞裝置的設(shè)定借助多向脈沖檢測裝置I來完成，具體的，本發(fā)明通過在無人機(jī)100的三個(gè)軸向方向上分別設(shè)定兩個(gè)多向脈沖檢測裝置I，且每個(gè)軸向上的多向脈沖檢測裝置I均處于軸向的端部位置，較優(yōu)的，多向脈沖檢測裝置I可以突出無人機(jī)100的表面，上述總共六個(gè)多向脈沖檢測裝置I組成無人機(jī)100的多項(xiàng)脈沖檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送脈沖，實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)的全角度覆蓋并計(jì)算出無人機(jī)與其它無人機(jī)之間的距離。
[0015]如圖2所示，當(dāng)多個(gè)無人機(jī)在集群飛行時(shí)，設(shè)定與無人機(jī)上的多項(xiàng)脈沖檢測系統(tǒng)就會(huì)在各個(gè)無人機(jī)之間形成通訊關(guān)系，無人機(jī)將自身的信息發(fā)送至其它無人機(jī)或者接收其它無人機(jī)發(fā)送過來的信息，無人機(jī)將根據(jù)這些信息來規(guī)范無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，防撞碰撞情況的發(fā)生。
[0016]在本發(fā)明的一【具體實(shí)施方式】中，無人機(jī)的內(nèi)部還設(shè)有儲(chǔ)存單元2，儲(chǔ)存單元2用于儲(chǔ)存無人機(jī)的本體信息及接收到的其它無人機(jī)的信息。具體的上述無人機(jī)的本體信息包括無人機(jī)編號(hào)、無人機(jī)優(yōu)先級(jí)及無人機(jī)沖突閾值，參照?qǐng)D3，上述信息可以事先通過電腦輸入至各個(gè)無人機(jī)并儲(chǔ)存在無人機(jī)的儲(chǔ)存單元之中。其中，無人機(jī)編號(hào)與無人機(jī)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即每一個(gè)無人機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)無人機(jī)編號(hào);每個(gè)無人機(jī)的無人機(jī)優(yōu)先級(jí)均不相同，當(dāng)某一個(gè)無人機(jī)處于沖突環(huán)境中時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的飛行單元將主動(dòng)降速到懸停狀態(tài)，等待高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備完成位移;無人機(jī)沖突閾值是無人機(jī)是否進(jìn)入到?jīng)_突狀態(tài)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)無人機(jī)發(fā)現(xiàn)周邊有其它無人機(jī)與該無人機(jī)之間的距離小于其沖突閾值時(shí)，則該無人機(jī)就進(jìn)入到?jīng)_突狀態(tài)。
[0017]當(dāng)多個(gè)無人機(jī)在集群飛行時(shí)，把每個(gè)無人機(jī)都可以看做是一個(gè)中心點(diǎn)，以該中心點(diǎn)為基礎(chǔ)，凡是檢測到該無人機(jī)的周邊存在與該無人機(jī)之間的距離小于該無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，該無人機(jī)則可判定進(jìn)入到?jīng)_突狀態(tài)，進(jìn)入到?jīng)_突狀態(tài)后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級(jí)順序，該無人機(jī)或者與該無人機(jī)發(fā)生沖突的無人機(jī)擇一處于懸停狀態(tài)，另一無人機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，直至沖突解除為止。
[0018]本發(fā)明還提出一種無人機(jī)自主飛行的防撞方法，該方法包括以下步驟:
S100、確定參加集群自主飛行中的無人機(jī)的數(shù)目，按照順序確定每個(gè)無人機(jī)的編號(hào)、優(yōu)先級(jí)及沖突閾值并通過電腦將無人機(jī)的編號(hào)、優(yōu)先級(jí)及沖突閾值輸入至對(duì)應(yīng)的無人機(jī)中進(jìn)行儲(chǔ)存；
S200、飛行過程中，設(shè)于無人機(jī)之上的多向脈沖檢測裝置組成的多項(xiàng)脈沖檢測系統(tǒng)將進(jìn)行集群間的廣播通訊，借助廣播通訊，無人機(jī)將自身的本體信息、位置信息及運(yùn)行信息發(fā)送至其它無人機(jī)并接收其它無人機(jī)的本體信息、位置信息及運(yùn)行信息；
S300、無人機(jī)通過多向脈沖檢測裝置計(jì)算與其它無人機(jī)之間的距離，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與任意一個(gè)其它無人機(jī)之間的距離小于或者等于無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，該無人機(jī)進(jìn)入沖突狀態(tài)；參照?qǐng)D4所示，處于中間位置的無人機(jī)10及周邊的無人機(jī)11、無人機(jī)12及無人機(jī)13，通過多向脈沖檢測裝置的簡單計(jì)算獲得無人機(jī)10與無人機(jī)11、無人機(jī)12及無人機(jī)13之間的距離分別為(11、(12、(13，當(dāng)(11、(12、(13中的任意一個(gè)數(shù)值大于無人機(jī)10的沖突閾值時(shí)，則無人機(jī)10即進(jìn)入沖突狀態(tài)。
[0019]S400、無人機(jī)進(jìn)入沖突狀態(tài)后，根據(jù)無人機(jī)及其它無人機(jī)的優(yōu)先級(jí)順序確定無人機(jī)運(yùn)行或靜置，直至解除沖突，即當(dāng)無人機(jī)優(yōu)先級(jí)較低時(shí)，無人機(jī)處于懸停狀態(tài)，而其它無人機(jī)將先行，當(dāng)無人機(jī)優(yōu)先級(jí)較高時(shí)，無人機(jī)則先行，而其它無人機(jī)則處于懸停狀態(tài)；
下面給將結(jié)合附圖詳細(xì)介紹上述步驟S400，如圖5所示，被檢測對(duì)象即處于中心處的無人機(jī)20的周邊存在無人機(jī)21、無人機(jī)22、無人機(jī)23及無人機(jī)24，它們的優(yōu)先級(jí)依次為P0、P1、P2、P3及P4，假定P0〈P1〈P2〈P3〈P4(優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)等級(jí)越高)，無人機(jī)20的沖突閾值為26所標(biāo)示，無人機(jī)20的目標(biāo)位置在25處，從圖中可以看出，此時(shí)無人機(jī)20處于沖突狀態(tài)，由于此時(shí)無人機(jī)20的優(yōu)先級(jí)等級(jí)最高，無人機(jī)24的優(yōu)先級(jí)等級(jí)最低，所以這時(shí)無人機(jī)24處于懸停狀態(tài)，無人機(jī)20則繼續(xù)運(yùn)行，直至解除沖突狀態(tài)，余下的無人機(jī)的運(yùn)行規(guī)則按照上述進(jìn)行即可。
[0020]步驟S200中的位置信息包括無人機(jī)實(shí)時(shí)的當(dāng)前位置信息及目標(biāo)位置信息，所述運(yùn)行信息包括無人機(jī)的速度信息及加速度信息。
[0021]作為一種優(yōu)選方式，在無人機(jī)集群飛行時(shí)存在一種情況，當(dāng)無人機(jī)或者其它無人機(jī)在朝著目標(biāo)位置飛行的過程，他們之間的距離會(huì)自行的彼此越來越遠(yuǎn)，參照?qǐng)D6，因此，針對(duì)于這種情況，上述步驟之后還包括以下步驟:
S500、當(dāng)無人機(jī)發(fā)現(xiàn)具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的其它無人機(jī)與該無人機(jī)之間的距離同時(shí)達(dá)到該無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，根據(jù)該無人機(jī)及其它無人機(jī)的目標(biāo)位置信息，當(dāng)無人機(jī)或者其它無人機(jī)朝著目標(biāo)位置信息發(fā)生位移即可解除沖突時(shí)，即使無人機(jī)或者其它無人機(jī)的優(yōu)先級(jí)較低也不會(huì)處于懸停狀態(tài)，而會(huì)同時(shí)朝著各自的目標(biāo)位置發(fā)生位移。
[0022]如圖6所示，被檢測對(duì)象即處于中心處的無人機(jī)30的周邊存在無人機(jī)31、無人機(jī)32、無人機(jī)33及無人機(jī)34，它們的優(yōu)先級(jí)依次為QO、Ql、Q2、Q3及Q4，假定Q0〈Q1 <Q2〈Q3〈Q4 (優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)等級(jí)越高)，無人機(jī)30的沖突閾值為36所標(biāo)示，無人機(jī)30的目標(biāo)位置在35處，從圖中可以看出，此時(shí)無人機(jī)30處于沖突狀態(tài)，無人機(jī)30、無人機(jī)31、無人機(jī)32、無人機(jī)33及無人機(jī)34的運(yùn)行方向如圖中箭頭所示，這時(shí)當(dāng)無人機(jī)31及無人機(jī)34沿著箭頭方向運(yùn)行時(shí)，它們與無人機(jī)30之間的距離會(huì)自然的變遠(yuǎn)，此時(shí)盡管無人機(jī)20的優(yōu)先級(jí)等級(jí)最高，無人機(jī)34的優(yōu)先級(jí)等級(jí)最低，無人機(jī)31與無人機(jī)34也會(huì)同時(shí)與無人機(jī)30—起沿著目標(biāo)位置運(yùn)行。
[0023]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.無人機(jī)集群自主飛行的防撞裝置，其特征在于，所述防撞裝置包括: 多向脈沖檢測裝置(1)，所述多向脈沖檢測裝置(I)設(shè)于無人機(jī)(100)的三個(gè)軸向上且位于軸向的兩端，所述多項(xiàng)脈沖檢測裝置(I)定時(shí)發(fā)送脈沖實(shí)現(xiàn)空間范圍內(nèi)的全角度覆蓋并計(jì)算出無人機(jī)(100)與其它無人機(jī)(100)之間的距離； 儲(chǔ)存單元(2)，所述儲(chǔ)存單元設(shè)于無人機(jī)(100)的內(nèi)部，所述儲(chǔ)存單元(2)用于儲(chǔ)存無人機(jī)(100 )的本體信息及接收到的其它無人機(jī)(100 )的信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機(jī)集群自主飛行防撞裝置，其特征在于，所述無人機(jī)(100)的本體信息包括無人機(jī)編號(hào)、無人機(jī)優(yōu)先級(jí)及無人機(jī)沖突閾值。3.無人機(jī)集群自主飛行的防撞方法，其特征在于，包括如下步驟: S100、確定參加集群自主飛行中的無人機(jī)的數(shù)目，按照順序確定每個(gè)無人機(jī)的編號(hào)、優(yōu)先級(jí)及沖突閾值并通過電腦將無人機(jī)的編號(hào)、優(yōu)先級(jí)及沖突閾值輸入至對(duì)應(yīng)的無人機(jī)中進(jìn)行儲(chǔ)存； S200、飛行過程中，設(shè)于無人機(jī)之上的多向脈沖檢測裝置組成的多項(xiàng)脈沖檢測系統(tǒng)將進(jìn)行集群間的廣播通訊，借助廣播通訊，無人機(jī)將自身的本體信息、位置信息及運(yùn)行信息發(fā)送至其它無人機(jī)并接收其它無人機(jī)的本體信息、位置信息及運(yùn)行信息； S300、無人機(jī)通過多向脈沖檢測裝置計(jì)算與其它無人機(jī)之間的距離，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與任意一個(gè)其它無人機(jī)之間的距離小于或者等于無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，該無人機(jī)進(jìn)入沖突狀態(tài)； S400、無人機(jī)進(jìn)入沖突狀態(tài)后，根據(jù)無人機(jī)及其它無人機(jī)的優(yōu)先級(jí)順序確定無人機(jī)運(yùn)行或靜置，直至解除沖突，即當(dāng)無人機(jī)優(yōu)先級(jí)較低時(shí)，無人機(jī)處于懸停狀態(tài)，而其它無人機(jī)將先行，當(dāng)無人機(jī)優(yōu)先級(jí)較高時(shí)，無人機(jī)則先行，而其它無人機(jī)則處于懸停狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人機(jī)集群自主飛行的防撞方法，其特征在于，所述步驟S200中的位置信息包括無人機(jī)實(shí)時(shí)的當(dāng)前位置信息及目標(biāo)位置信息，所述運(yùn)行信息包括無人機(jī)的速度信息及加速度信息。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的無人機(jī)集群自主飛行的防撞方法，其特征在于，還包括如下步驟: S500、當(dāng)無人機(jī)發(fā)現(xiàn)具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的其它無人機(jī)與該無人機(jī)之間的距離同時(shí)達(dá)到該無人機(jī)的沖突閾值時(shí)，根據(jù)該無人機(jī)及其它無人機(jī)的目標(biāo)位置信息，當(dāng)無人機(jī)或者其它無人機(jī)朝著目標(biāo)位置信息發(fā)生位移即可解除沖突時(shí)，即使無人機(jī)或者其它無人機(jī)的優(yōu)先級(jí)較低也不會(huì)處于懸停狀態(tài)，而會(huì)同時(shí)朝著各自的目標(biāo)位置發(fā)生位移。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK105843255SQ201610310149
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】馮翼
【申請(qǐng)人】深圳市艾博航空模型技術(shù)有限公司