BR102014006400B1 - Método de voo de um veículo aéreo não tripulado, sistema de resposta de emergência para um veículo aéreo não tripulado e veículo aéreo não tripulado - Google Patents

Método de voo de um veículo aéreo não tripulado, sistema de resposta de emergência para um veículo aéreo não tripulado e veículo aéreo não tripulado Download PDF

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Abstract

MÉTODO DE VOO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO. A presente invenção refere-se a um método de voo de um veículo aéreo não tripulado (UAV) em resposta a condições de emergência. Um método de voo de um veículo aéreo não tripulado, o método incluindo as etapas implementadas usando-se um controlador que faz parte do veículo aéreo não tripulado, as referidas etapas compreendendo: a definição de uma pluralidade de condições de emergência; a associação de cada condição de emergência a um nível de prioridade; a associação de cada condição de emergência a um objetivo; a detecção de uma pluralidade de parâmetros de operação do veículo aéreo não tripulado para detectar se uma da pluralidade de condições de emergência existe; quando uma ou mais condições de emergência forem detectadas: a geração de um nível de prioridade associado mais alto, em que a trajetória é gerada de acordo com o objetivo associado à condição de emergência que tem o nível de prioridade associado mais alto; e a instrução do veículo aéreo não tripulado para seguir a trajetória gerada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um método de voo de um veículo aéreo não tripulado (UAV) em resposta a condições de emergência.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Os UAVs tipicamente são controlados por um operador remoto através de uma comunicação sem fio. Frequentemente há o caso em que, quando um componente do UAV falha, ou alguma funcionalidade é perdida, o veículo aéreo não tripulado é incapaz de realizar uma mudança adequada no seu plano de voo.
[003] Mais ainda, nada na técnica anterior considera a possibili dade de múltiplas falhas ocorrerem.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é provido um método de voo de um veículo aéreo não tripulado, o método incluindo as etapas implementadas usando-se um controlador que faz parte do veículo aéreo não tripulado, as referidas etapas compreendendo: a definição de uma pluralidade de condições de emergência; a associação de cada condição de emergência a um nível de prioridade; a associação de cada condição de emergência a um objetivo; a detecção de uma pluralidade de parâmetros de operação do veículo aéreo não tripulado para detectar se uma da pluralidade de condições de emergência existe; quando uma ou mais condições de emergência forem detectadas: a geração de um nível de prioridade associado mais alto, em que a trajetória é gerada de acordo com o objetivo associado à condição de emergência que tem o nível de prioridade associado mais alto; e a instrução do veículo aéreo não tripulado para seguir a trajetória gerada.
[005] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é provido um sistema de resposta de emergência para um veículo aéreo não tripulado, que compreende: uma entrada para recebimento de uma pluralidade de parâmetros de operação do veículo aéreo não tripulado; um processador disposto para: detectar quando uma ou mais condições de emergência estão presentes usando-se os parâmetros de operação; identificar um nível de prioridade associado à condição de emergência; identificar um objetivo associado à condição de emergência associada ao nível de prioridade mais alto; gerar uma trajetória com base no objetivo identificado; e uma saída para extração de uma trajetória gerada.
[006] Ainda, a exposição compreende modalidades de acordo com os itens a seguir:
[007] Item 1. Método de voo de um veículo aéreo não tripulado, o método incluindo etapas implementadas usando-se um controlador que faz parte do veículo aéreo não tripulado, as referidas etapas compreendendo: i. a definição de uma pluralidade de condições de emergência; ii. a associação de cada condição de emergência a um nível de prioridade; iii. a associação de cada condição de emergência a um objetivo; iv. a detecção de uma pluralidade de parâmetros de operação do veículo aéreo não tripulado para detectar se uma da pluralidade de condições de emergência existe; v. quando uma ou mais condições de emergência forem detectadas: 1. a geração de um nível de prioridade associado mais alto, em que a trajetória é gerada de acordo com o objetivo associado à condição de emergência que tem o nível de prioridade associado mais alto; e 2. a instrução do veículo aéreo não tripulado para seguir a trajetória gerada.
[008] Item 2. Método, de acordo com item 1, que ainda compre ende as etapas de: i. armazenamento de uma pluralidade de pontos de terminação de voo; e ii. identificação de um subconjunto disponível da pluralidade de pontos de terminação de voo nos quais uma aterrissagem é possível, iii. em que a etapa de geração de uma trajetória envolve a geração de uma trajetória terminando em um do subconjunto disponível.
[009] Item 3. Método, de acordo com o item 2, que ainda compre ende as etapas de: i. associação de cada um dos pontos de terminação de voo armazenados a uma pontuação, ii. em que a etapa de geração de uma trajetória terminando em um do subconjunto disponível envolve: 1. a seleção dos pontos de terminação de voo do subconjunto disponível que estão associados a uma pontuação mais alta; e 2. a geração de uma trajetória terminando em um dos pontos de terminação de voo selecionados.
[0010] Item 4. Método, de acordo com qualquer item precedente, em que: i. o veículo aéreo não tripulado compreende um motor para a provisão de propulsão; ii. os parâmetros de operação compreendem a velocidade de saída do motor; e iii. uma da pluralidade de condições de emergência é uma falha de motor.
[0011] Item 5. Método, de acordo com o item 4, em que a condição de emergência de falha do motor está associada ao nível de prioridade mais alto.
[0012] Item 6. Método, de acordo com o item 4 ou com o item 5, em que o objetivo associado à condição de emergência de falha de motor é a trajetória de planeio mais eficiente para um ponto de terminação de voo.
[0013] Item 7. Método, de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que: i. o veículo aéreo não tripulado compreende meios para a provisão de potência elétrica; ii. os parâmetros de operação compreendem o nível de corrente provido pelos meios para a provisão de potência elétrica; iii. o método compreende a etapa de definição de uma corrente de limite; e iv. uma da pluralidade de condições de emergência é o nível de corrente sendo mais baixo do que a corrente de limite.
[0014] Item 8. Método, de acordo com o item 7, em que a condição de emergência do nível de corrente sendo mais baixo do que a corrente de limite está associada ao segundo nível de prioridade mais alto.
[0015] Item 9. Método, de acordo com o item 7 ou com o item 8, em que o objetivo associado à condição de emergência do nível de corrente sendo mais baixo do que a corrente de limite é o retorno mais rápido até um ponto de terminação de voo.
[0016] Item 10. Método, de acordo com qualquer item precedente, em que: i. o veículo aéreo não tripulado compreende a quantidade de recurso armazenado; ii. os parâmetros de operação compreendem a quantidade de recurso armazenado; iii. o método compreende a etapa de definição de uma quantidade de recurso armazenado de limite; e iv. uma da pluralidade de condições de emergência é a quantidade de recurso armazenado ser mais baixa do que a quantidade de limite.
[0017] Item 11. Método, de acordo com o item 10, em que a condição de emergência da quantidade de recurso armazenado sendo mais baixa do que a quantidade de limite está associada ao terceiro nível de prioridade mais alto.
[0018] Item 12. Método, de acordo com o item 10 ou com o item 11, em que a etapa de definição de uma quantidade de limite compreende: i. a identificação de um ponto de terminação de voo; ii. a geração de uma trajetória terminando no ponto de terminação de voo identificado; e iii. a determinação de uma quantidade mínimo de recurso armazenado requerido para a obtenção da trajetória.
[0019] Item 13. Método, de acordo com qualquer um dos itens 10 a 12, em que o objetivo associado à condição de emergência da quantidade de recurso armazenado sendo mais baixa do que a quantidade de limite é o retorno mais econômico para um ponto de terminação de voo.
[0020] Item 14. Método, de acordo com qualquer item precedente, em que: i. o veículo aéreo não tripulado compreende um sistema de comunicações para o recebimento de um sistema de controle a partir de uma estação remota; ii. os parâmetros de operação compreendem a intensidade do sinal de controle; iii. o método compreende a etapa de definição de uma intensidade de sinal de limite; e iv. uma da pluralidade de condições de emergência é a intensidade do sinal de controle ser mais baixa do que a intensidade de sinal de limite.
[0021] Item 15. Método, de acordo com o item 14, em que a condição de emergência da intensidade do sinal de controle sendo mais baixa do que a intensidade de sinal de limite está associada ao nível de prioridade mais baixo.
[0022] Item 16. Método, de acordo com qualquer um dentre o item 14 ou o item 15, em que o objetivo associado à condição de emergência da intensidade do sinal de controle sendo mais baixa do que a intensidade de sinal de limite é o retorno mais econômico até um ponto de terminação de voo.
[0023] Item 17. Sistema de resposta de emergência para um veículo aéreo não tripulado, que compreende: i. uma entrada para recebimento de uma pluralidade de parâmetros de operação do veículo aéreo não tripulado; ii. um processador disposto para: 1. detectar quando uma ou mais condições de emergência estão presentes usando-se os parâmetros de operação; 2. identificar um nível de prioridade associado à condição de emergência; 3. identificar um objetivo associado à condição de emergência associada ao nível de prioridade mais alto; 4. gerar uma trajetória com base no objetivo identificado; e iii. uma saída para extração de uma trajetória gerada.
[0024] Item 18. Sistema de resposta de emergência, de acordo com o item 17, disposto para a realização do método de qualquer um dos itens 1 a 16.
[0025] Item 19. UAV, que compreende o sistema de resposta de emergência, de acordo com o item 11.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0026] Para um melhor entendimento da invenção e para mostrar como o mesmo pode ser realizado, uma referência será feita, a título de exemplo apenas, aos desenhos associados, nos quais:
[0027] a Figura 1 mostra uma representação esquemática de um módulo de resposta de emergência de um sistema de controle de voo para um UAV;
[0028] a Figura 2 mostra um fluxograma que representa um método de implementação de uma resposta de emergência;
[0029] a Figura 3 mostra um UAV; e
[0030] a Figura 4 mostra um fluxograma que representa um método de seleção de um ponto de terminação de voo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0031] Nos fluxogramas, as caixas em formato de losango representam decisões que alteram o percurso do método através do fluxograma dependendo de seu resultado. Se a condição na caixa em formato de losango for verdadeira, então, o método seguirá o percurso rotulado "V". Se a condição na caixa em formato de losango for falsa, então, o método seguirá o percurso rotulado "F". Na caixa de decisão 155, a escolha de percurso pode ser determinada por se a recuperação mais rápida ou mais econômica é selecionada por um usuário.
[0032] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de um módulo de resposta de emergência 5, e como este interage com um sistema de gerenciamento e de guia de voo convencional 30 do UAV.
[0033] O módulo de resposta de emergência 5 faz parte de um UAV.
[0034] O módulo de resposta de emergência 5 pode compreender: um sistema de diagnóstico e priorização 10; e um motor de calculo de trajetória 20.
[0035] Conforme mostrado na Figura 3, o módulo de resposta de emergência 5 pode ser usado para controle de um UAV tendo um motor 1; um tanque de combustível 2; uma fonte de potência elétrica 3, tal como uma bateria; e um sistema de comunicações 4.
[0036] Isto pode ser obtido pelo uso do módulo de resposta de emergência 5 para prover sinais diretamente para o sistema de gerenciamento e de guia de voo convencional 30 do UAV. Esses sinais poderiam incluir um sinal de execução normal indicando que o UAV deve continuar com sua operação normal, por exemplo, continuar a seguir um plano de voo predeterminado.
[0037] Adicionalmente, ou ao invés disso, os sinais poderiam incluir um sinal de execução de emergência indicando que o UAV deve cessar uma operação normal e executar uma resposta de emergência, por exemplo, seguir uma trajetória de emergência provida pelo módulo de resposta de emergência 5. Uma trajetória de emergência pode ser provida pelo motor de calculo de trajetória 20.
[0038] O sistema de diagnóstico e priorização 10 é disposto para receber siais que podem representar parâmetros de operação do UAV. Os parâmetros de operação podem incluir: a velocidade do motor 1; a quantidade de válvula de bomba no tanque de combustível 2; a magnitude de uma corrente provida pela fonte de potência elétrica 3; o nível de carga na bateria; a intensidade do sinal recebido pelo sistema de comunicações 4.
[0039] O sistema de diagnóstico e priorização 10 monitora os parâmetros de operação para detecção de uma condição de emergência em um dos sistemas do UAV.
[0040] As condições de emergência podem incluir uma combinação de: 1. Falha de motor; 2. Falha de fonte de potência elétrica; 3. Limite de alcance; e/ou 4. Perda de comunicação.
[0041] Uma falha de motor pode ser estabelecida quando a velocidade do motor 1 estiver abaixo de uma velocidade de motor de limite. A velocidade de motor de limite pode ser determinada como aquela comandada pelo sistema de gerenciamento e de guia de voo 30.
[0042] Uma falha de fonte de potência elétrica 3 pode ser, por exemplo, uma bateria baixa. Alternativamente, a fonte de potência elétrica 3 pode ser um gerador dado por um motor à combustão. Uma falha de fonte de potência elétrica 3 pode ser estabelecida com a corrente provida pela fonte de potência elétrica sendo menor do que uma corrente de limite (por exemplo, 0 amperes).
[0043] Uma bateria baixa pode ser estabelecida quando o nível de carga armazenado na bateria é mais baixo do que uma carga de bateria de limite. A carga de bateria de limite pode ser determinada como um nível abaixo do qual uma degradação da bateria pode resultar ou uma voltagem de limite.
[0044] Alternativamente, a carga de bateria de limite pode ser determinada com referência ao alcance da maneira discutida abaixo. Isto é preferido em um UAV que é acionado por um motor elétrico, ao invés de por um motor à combustão.
[0045] Um limite de alcance se refere a quando um recurso armazenado, tal como uma carga de bateria ou um combustível disponível é insuficiente para se permitir que o UAV obtenha um voo ao longo de uma trajetória desejada. Um exemplo da condição de emergência de limite de alcance pode ser combustível baixo. Quando o UAV é acionado por um motor elétrico ao invés de um motor à combustão, um limite de alcance e uma falha de fonte de potência elétrica podem ser a mesma condição de emergência. Um combustível baixo pode ser estabelecido quando a quantidade de combustível no tanque de combustível 2 é mais baixa do que uma quantidade de limite de combustível. A determinação com referência ao alcance da quantidade de limite de combustível é discutida abaixo.
[0046] Uma perda de comunicação pode ser estabelecida quando a intensidade do sinal de controle é mais baixa do que uma intensidade de sinal de limite. A intensidade de sinal de limite pode ser determinada como uma intensidade para a qual a relação de sinal para ruído é suficiente para permitir uma comunicação.
[0047] Preferencialmente, o sistema de diagnóstico e priorização 10 detecta uma condição de emergência uma vez que o estado requerido (por exemplo, um sinal de comunicações baixo) tenha sido verdadeiro por um período mínimo predeterminado. Desta forma, flutuações temporárias e curtas em um parâmetro de operação monitorado não dispararão desnecessariamente uma ação.
[0048] Preferencialmente, o sistema de diagnóstico e priorização 10 pode detectar a remoção de uma condição de emergência para retornar o UAV para o estado no qual estava antes da detecção de qualquer condição de emergência.
[0049] Cada uma das condições de emergência que o sistema de diagnóstico e priorização 10 é disposto para detectar está associada a um nível de prioridade. O nível de prioridade define a importância relativa da condição de emergência.
[0050] Preferencialmente, a falha de motor tem uma prioridade mais alta do que uma falha de fonte de potência elétrica 3, limite de alcance e perda de comunicação. Preferencialmente, uma falha de fonte de potência elétrica 3 tem uma prioridade mais alta do que um limite de alcance. Preferencialmente, uma perda de comunicação tem uma prioridade mais baixa do que uma falha de motor, uma falha de fonte de potência elétrica 3 e um limite de alcance.
[0051] O sistema de diagnóstico e priorização 10 produz uma ou mais saídas, as quais podem incluir: o sinal de execução normal; o sinal de execução em emergência; um sinal indicando um objetivo a ser usado pelo motor de calculo de trajetória 20 para prover uma trajetória de emergência; e/ou um sinal indicando um ponto de terminação de voo desejado.
[0052] Cada uma das condições de emergência que o sistema de diagnóstico e priorização 10 é disposto para detectar pode ser associada a um objetivo. O objetivo provê uma restrição quanto a como o UAV é para ser voado seguindo-se à detecção da condição de emergência. Especificamente, pode formar uma entrada para o motor de calculo de trajetória 20 para definir, desse modo, uma restrição para o algoritmo que calcula trajetórias.
[0053] Preferencialmente, uma falha de motor está associada ao objetivo de determinar a trajetória de planeio mais eficiente (isto é, a trajetória que maximiza o alcance) até um ponto de terminação de voo, isto é, a trajetória que permite que o UAV plane até um ponto de terminação de voo no tempo mais curto possível.
[0054] Preferencialmente, uma falha de fonte de potência elétrica 3 está associada ao objetivo de determinar a trajetória com potência mais rápida até um ponto de terminação de voo, isto é, a trajetória que permite ao UAV atingir o ponto de terminação de voo no tempo mais curto possível (por meios propulsivos ou de outra forma).
[0055] Contudo, em alguns casos, tal como quando o UAV é acionado por um motor elétrico, ao invés de por um motor à combustão, uma condição de bateria baixa pode ser associada ao objetivo de determinar a trajetória mais eficiente, isto é, a trajetória que requer a menor quantidade de carga a partir da bateria.
[0056] Preferencialmente, o limite de alcance está associado ao objetivo de determinar a trajetória mais econômica, por exemplo, a trajetória que queimaria a menor quantidade de combustível em um UAV acionado a motor, ou usaria a menor quantidade de carga de bateria em um UAV acionado a motor elétrico.
[0057] Preferencialmente, uma perda de comunicação está associada a um dos objetivos de determinar a trajetória mais econômica ou o objetivo de determinar a trajetória com potência mais rápida. Mais preferencialmente, uma perda de comunicação está associada ao objetivo de determinar a trajetória mais econômica. O objetivo pode ser regulado por um usuário.
[0058] O sistema de diagnóstico e priorização 10 ou um banco de dados externo pode armazenar uma pluralidade de pontos de terminação de voo.
[0059] Um método preferido de seleção de um ponto de terminação de voo a partir da pluralidade armazenada de pontos de terminação de voo é mostrado na Figura 4.
[0060] Cada um dos pontos de terminação de voo armazenados pode ser associado a uma categoria.
[0061] Por exemplo, os pontos de terminação de voo armazenados podem incluir: os pontos de terminação de voo de categoria mais alta - aeroportos com pistas adequadas que são equipadas com infraestrutura adequada para o recebimento de um UAV; pontos de terminação de voo de categoria mais baixa - aeroportos com pistas adequadas, mas sem infraestrutura adequada ao UAV; e os pontos de terminação de voo de categoria mais baixa - outros pontos de terminação além de aeroportos, nos quais um UAV pode ser pousado com segurança.
[0062] A primeira etapa 310 na Figura 4 é o cálculo do alcance nominal do UAV com base no objetivo relacionado à condição de emergência de prioridade mais alta.
[0063] Se o objetivo for a trajetória de planeio mais eficiente (para uma falha de motor), então, o alcance nominal será calculado como o alcance de planeio máximo do UAV.
[0064] Se o objetivo for a trajetória com potência mais rápida (para uma falha de fonte de potência elétrica 3), então, o alcance nominal será calculado como o alcance do UAV, quando operado à velocidade máxima.
[0065] Se o objetivo for a trajetória mais econômica (para baixo combustível e perda de comunicações), então, o alcance nominal será calculado como o alcance máximo do UAV.
[0066] Na etapa 315, uma vez que o alcance nominal tenha sido calculado, o tempo gasto para atingir o alcance nominal será calculado.
[0067] Na etapa 320, o tempo gasto para se atingir o alcance máximo é comparado com a vida estimada da bateria.
[0068] Se o tempo gasto para se atingir o alcance máximo for menor do que a vida estimada da bateria, então, na etapa 324, o alcance nominal será usado como o alcance estimado do UAV.
[0069] Se o tempo gasto para se atingir o alcance nominal for maior do que a vida estimada da bateria, então, na etapa 328, o alcance estimado do UAV será calculado como a distância que o UAV pode percorrer no tempo remanescente determinado a partir da vida estimada da bateria e dado o objetivo atual.
[0070] Na próxima etapa 330, quaisquer pontos de terminação de voo associados à categoria mais alta (por exemplo, a categoria A na Figura 4) e no alcance estimado do UAV são identificados a partir da pluralidade armazenada de pontos de terminação de voo.
[0071] Se pelo menos um ponto de terminação de voo associado à categoria mais alta for identificado, então, na etapa 335, o ponto de terminação de voo associado à categoria mais alta que esteja mais próximo, seja mais rápido de atingir, ou atingível usando-se a menor quantidade de recurso armazenado, será selecionado.
[0072] Se nenhum for encontrado, então, na etapa 340, quaisquer pontos de terminação de voo associados à próxima categoria mais alta (por exemplo, a categoria B na Figura) e no alcance estimado do UAV serão identificados a partir da pluralidade armazenada dos pontos de terminação de voo.
[0073] Se pelo menos um ponto de terminação de voo associado a esta categoria for identificado, então, na etapa 345, o ponto de terminação de voo mais próximo associado a esta categoria será selecionado.
[0074] Se nenhum for encontrado, então, o processo das etapas 340 será repetido para cada categoria em ordem descendente até na etapa 350, quaisquer pontos de terminação de voo associados à categoria mais baixa e no alcance estimado do UAV serão identificados a partir da pluralidade armazenada de pontos de terminação de voo.
[0075] Se pelo menos um ponto de terminação de voo associado à categoria mais baixa for identificado, então, na etapa 355, o ponto de terminação de voo mais próximo associado à categoria mais baixa será selecionado.
[0076] Em modalidades preferidas, se pelo menos um ponto de terminação de voo associado à categoria mais baixa não puder ser identificado a partir dos pontos de terminação de voo armazenados, então, na etapa 360, o UAV poderá executar uma terminação de voo no ponto de terminação de voo que não é um dos pontos de terminação de voo armazenados. Isto pode envolver a seleção de um ponto de terminação de voo perto da localização atual do UAV, ou a seleção de um ponto de terminação de voo distante (por exemplo, na maior distância obtenível) a partir de uma localização ou área (por exemplo, uma área residencial).
[0077] Opcionalmente, o UAV pode empregar um paraquedas 6 durante a terminação de voo, ou entrar em um estol forçado, um mergulho em espiral ou outra manobra. Assim sendo, o UAV pode terminar o voo de uma maneira previsível.
[0078] Também, opcionalmente, na etapa 360, o UAV pode transmitir um ponto de impacto para um usuário. O ponto de impacto pode ser predito antes de uma terminação de voo.
[0079] O motor de calculo de trajetória 20 pode ser disposto para receber pontos de terminação de voo e objetivos a partir do sistema de diagnóstico e priorização 10.
[0080] Opcionalmente, o motor de calculo de trajetória 20 também pode ser disposto para receber sinais de entrada indicativos da quantidade de combustível no tanque de combustível 2.
[0081] Opcionalmente, o motor de calculo de trajetória 20 também pode ser disposto para receber sinais de entrada provendo: a localização e a extensão de quaisquer zonas não de voo; dados relacionados ao terreno circundante; dados atmosféricos; e/ou locais de terminação.
[0082] O motor de calculo de trajetória 20 pode gerar uma trajetória entre a posição atual do UAV e os pontos de terminação de voo providos pelo sistema de diagnóstico e priorização 10. O cálculo da trajetória pode estar sujeito aos objetivos providos pelo sistema de diagnóstico e priorização 10.
[0083] A trajetória pode ser calculada pela determinação do percurso mais curto levando em consideração quaisquer obstáculos ou zonas não de voo.
[0084] Opcionalmente, uma saída de alerta é provida para instruir o sistema de comunicações 4 do UAV para a transmissão de um alerta para um operador remoto. Isto pode ser utilizado em cada condição de emergência com exceção da condição de emergência de perda de comunicação.
[0085] A Figura 2 mostra um fluxograma de uma modalidade que pode ser realizada usando-se o sistema de diagnóstico e priorização 10 da Figura 1. Na Figura 2, as condições de emergência de: falha de motor (veja a etapa 110); falha de fonte de potência elétrica (veja a etapa 120); limite de alcance (veja a etapa 130); limite de alcance incorporando uma reserva de um recurso (veja a etapa 140); e perda de comunicações (veja a etapa 150) são consideradas. Contudo, não é essencial considerar todas estas condições e modalidades tendo qualquer combinação destas condições são divisadas.
[0086] Conforme pode ser visto na Figura 2, o sistema de diagnóstico e priorização 10 avalia os parâmetros de voo 100 para o estabelecimento de cada uma das condições de emergência sequencialmente e em ordem de nível de prioridade.
[0087] Isto é, na etapa 110, o sistema de diagnóstico e priorização 10 primeiramente avalia os parâmetros de voo 100 requeridos para se estabelecer se a condição de emergência associada ao nível de prioridade mais alto está presente.
[0088] Se a condição de emergência associada ao nível de prioridade mais alto não for detectada, então, na etapa 120, o sistema de diagnóstico e priorização 10 então avaliará os parâmetros de voo 100 requeridos para se estabelecer se a condição de emergência associada ao próximo nível de prioridade mais alto está presente.
[0089] Se a condição de emergência associada ao nível de prioridade mais baixo não for detectada, então, na etapa 160, o sistema de diagnóstico e priorização 10 determinará se este é um estado novo, isto é, se uma condição de emergência tinha estado previamente presente, mas agora está ausente (por exemplo, se uma condição de emergência tivesse apenas sido detectada temporariamente). Se este for um estado novo, então, o sistema de diagnóstico e priorização 10 identificará que uma condição normal existe. Nesses casos, o sistema na etapa 201 pode prover um sinal de execução normal para o sistema de gerenciamento e de guia de voo 30 do UAV. O método então retorna para a etapa 100.
[0090] Se a ausência de uma condição de emergência não for um estado novo, então, o UAV poderá continuar em seu percurso presente.
[0091] Em qualquer caso, uma trajetória para um ponto de terminação de voo é calculada. Isto pode ser para a determinação de exigências de recurso (por exemplo, combustível ou bateria). Esta trajetória pode ser usada para se calcular se as condições de limite de alcance das etapas 130 e 140 são encontradas. O ponto de terminação de voo pode ser selecionado usando-se o método da Figura 4 e o objetivo associado ao limite de alcance, isto é, a trajetória mais econômica. Nesta etapa, a trajetória preferencialmente é calculada como a trajetória até um ponto de terminação de voo em uma categoria definida por usuário de pontos de terminação de voo.
[0092] Assim, o sistema de diagnóstico e priorização 10 estabelece continuamente se cada condição de emergência está presente sequencialmente e na ordem de nível de prioridade decrescente.
[0093] Se for estabelecido que uma condição de emergência está presente, o sistema de diagnóstico e priorização 10 checará, nas etapas 111, 121, 131, 141, 151, se esta é uma nova detecção de uma condição de emergência, ou se a condição de emergência tinha sido detectada previamente.
[0094] Se esta não for uma nova condição de emergência, então, o processo de avaliação de parâmetros de voo 100 repetir-se-á.
[0095] Se for estabelecido nas etapas 111, 121, 131, 141, 151 que uma nova condição de emergência foi detectada, então, o sistema de diagnóstico e priorização 10 identificará o objetivo associado à condição de emergência detectada nas etapas 115, 125, 135, 145, 151. Uma nova condição de emergência terá sido detectada quando nenhuma condição de emergência tiver sido previamente detectada, ou se a condição previamente detectada tivera uma prioridade mais alta.
[0096] Na etapa 105, o sistema de diagnóstico e priorização 10 então provê o objetivo identificado para o motor de calculo de trajetória 20. Em cada uma das etapas 118, 128, 138, 148, 158, o método pode determinar um ponto de terminação de voo. Isto pode ser feito usando- se o método descrito acima. O ponto de terminação de voo é provido para o motor de calculo de trajetória 20 na etapa 108, o qual então calcula uma trajetória usando o objetivo. A trajetória calculada é passada para o sistema de gerenciamento e de guia de voo 30 do UAV para execução. O processo de avaliação de parâmetros de voo 100 então é repetido.
[0097] Em modalidades preferidas, tal como aquela mostrada na Figura 2, quando uma condição de emergência é detectada, o sistema não avaliará os parâmetros de voo 100 requeridos para se estabelecer se as condições de emergência associadas a níveis de prioridade mais baixos estão presentes. Contudo, o sistema não avaliará os parâmetros de voo 100 requeridos para se estabelecer se as condições de emergência associadas a níveis de prioridade mais altos estão presentes.
[0098] Por exemplo, se a condição de emergência de combustível baixo estiver presente, o método detectará isto na etapa 130 e progredirá para a etapa 131, a qual dirigirá (se esta não é uma nova condição de emergência) o método de volta para a etapa 100 ou (se esta for uma nova condição de emergência) progredirá através das etapas 131, 135, 138, 105 e 108 de volta para a etapa 100. Seguindo- se à etapa 100, as condições de emergência com uma prioridade mais alta serão avaliadas novamente nas etapas 110 e 120, mas o método não progredirá para a etapa 140, enquanto a condição de emergência de combustível baixo estiver presente.
[0099] Se, quando uma condição de emergência tiver sido detectada, uma condição de emergência adicional com um nível de prioridade associado mais alto for detectada pela primeira vez, o sistema de diagnóstico e priorização 10 identificará o objetivo associado à condição de emergência recém-detectada e, então, proverá o objetivo identificado para o motor de calculo de trajetória 20. O processo de avaliação de parâmetros de voo 100 então é repetido, mas, agora, não avalia as condições de emergência de prioridade mais baixa.
[00100] Assim, quando uma condição de emergência tiver sido detectada, o sistema monitorará continuamente quanto a condições de emergência com níveis de prioridade mais altos e proverá novas instruções, se uma destas for detectada. As novas instruções, portanto, suprimem quaisquer instruções existentes.
[00101] Opcionalmente, e não mostrado na Figura 2, quando uma perda de comunicações é detectada e é uma nova condição, o sistema de diagnóstico e priorização 10 checa se uma comunicação é requerida para se completar o restante da missão existente. Preferencialmente, um plano de voo predeterminado armazenado pode incluir metadados indicando que, para pelo menos uma porção do voo, um operador humano deve ser capaz de se comunicar com o UAV (por exemplo, isto pode ser permitir que o operador receba dados de vídeo de transmissão contínua ao vivo, ou permitir que o operador controle um dispositivo no UAV ou o UAV em si).
[00102] Se uma comunicação não for requerida, então, o método retornará para a etapa 100. Se uma comunicação for requerida, então, o método prosseguirá para a etapa 155, em que a regulagem de usuário do objetivo pode ser checada para se determinar qual objetivo usar para computação da trajetória de emergência.
[00103] Uma forma de detecção da condição de emergência de limite de alcance é usar o conceito convencional de combustível de reserva de segurança para retorno. Isto é comparar a quantidade de combustível no tanque de combustível 2 com uma quantidade de limite de combustível (combustível de reserva de segurança para retorno). Quando a quantidade de combustível armazenada no tanque de combustível 2 diminui até o limite, a condição de emergência de combustível baixo poderá ser determinada.
[00104] Uma abordagem alternativa mais sofisticada opcional é que o módulo de resposta de emergência 5 calcule a quantidade de recurso armazenado requerida para voo até um ponto de terminação de voo. O recurso armazenado pode ser combustível armazenado no comando de checagem de reescrita 23, ou quando o UAV é acionado por um motor elétrico com potência por meio de uma bateria, a quantidade de carga de bateria. Preferencialmente, o motor de calculo de trajetória 20 calcula de forma substancialmente contínua a quantidade de recurso (combustível ou carga de bateria) requerida para voo até um ponto de terminação. Por exemplo, isto pode ser calculado nas etapas 165 e 168 na Figura 2.
[00105] Esta quantidade calculada de recurso pode ser comparada com a quantidade armazenada de recurso (combustível armazenado no tanque de combustível 2 ou carga armazenada na bateria). Preferencialmente, isto também envolveria um fator de segurança, de modo que a condição de emergência de limite de alcance fosse detectada, quando a quantidade de recurso armazenado fosse maior do que a quantidade do recurso requerido para voar para um ponto de terminação de voo por uma quantidade de "reserva" fixa.
[00106] Na Figura 2, a condição de emergência de limite de reserva é mostrada como uma condição adicional na etapa 140. Esta condição de emergência é detectada quando a quantidade de recurso armazenada é menor do que a quantidade do recurso requerida para voo até um ponto de terminação de voo mais uma quantidade de "reserva" fixa. Como com um limite de alcance, esta condição de emergência é associada ao objetivo de determinar a trajetória mais econômica. Contudo, neste caso, pontos de terminação de voo associados à categoria mais baixa não são considerados.
[00107] Alternativamente, a condição de emergência de combustível baixo poderia ser detectada, quando a quantidade de combustível requerida para voo até um ponto de terminação de voo fosse maior do que uma percentagem predeterminada da quantidade de combustível armazenada no tanque de combustível 2.
[00108] Preferencialmente, o motor de computação de trajetória 20 é usado para avaliação do combustível requerido para a realização do plano de voo ou da trajetória de emergência.

Claims (18)

1. Método de voo de um veículo aéreo não tripulado, carac-terizado pelo fato de que inclui as etapas implementadas usando-se um controlador que faz parte do veículo aéreo não tripulado, as referidas etapas compreendendo: o armazenamento de uma pluralidade de pontos de terminação de voo; a definição de uma pluralidade de condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150); a associação de cada condição de emergência (110, 120, 130, 140, 150) a um nível de prioridade; a associação de cada condição de emergência (110, 120, 130, 140, 150) a um objetivo (115, 125, 135, 145, 155); a detecção de uma pluralidade de parâmetros de operação (100) do veículo aéreo não tripulado para detectar se uma da pluralidade de condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) existe; quando uma ou mais condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) forem detectadas: a identificação de um subconjunto disponível da pluralidade de pontos de terminação de voo nos quais uma aterrissagem é possível, a geração de uma trajetória para a condição de emergência detectada (110, 120, 130, 140, 150) tendo um nível de prioridade associado mais alto, em que a trajetória é gerada de acordo com o objetivo (115, 125, 135, 145, 155) associado à condição de emergência (110, 120, 130, 140) que tem o nível de prioridade associado mais alto, em que a etapa de geração de uma trajetória envolve a geração de uma trajetória terminando em um dos pontos de terminação de voo do subconjunto disponível; e a instrução do veículo aéreo não tripulado para seguir a trajetória gerada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: associação de cada um dos pontos de terminação de voo armazenados a uma pontuação, em que a etapa de geração de uma trajetória terminando em um do subconjunto disponível envolve: a seleção dos pontos de terminação de voo do subconjunto disponível que estão associados a uma pontuação mais alta; e a geração de uma trajetória terminando em um dos pontos de terminação de voo selecionados (118, 128, 138, 148, 158).
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que: o veículo aéreo não tripulado compreende um motor (1) para a provisão de propulsão; os parâmetros de operação (100) compreendem a velocidade de saída do motor (1); e uma da pluralidade de condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) é uma falha de motor (110).
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a condição de emergência (110) de falha do motor está associada ao nível de prioridade mais alto.
5. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o objetivo (115) associado à condição de emergência de falha de motor (110) é a trajetória de planeio mais eficiente para um ponto de terminação de voo (118).
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o veículo aéreo não tripulado compreende meios para a provisão de potência elétrica (3); os parâmetros de operação (100) compreendem o nível de corrente provido pelos meios para a provisão de potência elétrica; o método compreende a etapa de definição de uma corrente de limite; e uma da pluralidade de condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) é o nível de corrente sendo mais baixo do que a corrente de limite (120).
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a condição de emergência (120) do nível de corrente é mais baixa do que a corrente de limite associada ao segundo nível de prioridade mais alto.
8. Método de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o objetivo (125) associado à condição de emergência (120) do nível de corrente sendo mais baixo do que a corrente de limite é o retorno mais rápido para um ponto de terminação de voo (128).
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o veículo aéreo não tripulado compreende um recurso armazenado; os parâmetros de operação (100) compreendem a quantidade de recurso armazenado; o método compreende a etapa de definição de uma quantidade limite de recurso armazenado; e uma da pluralidade de condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) é a quantidade de recurso armazenado sendo mais baixa do que a quantidade limite (130, 140).
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a condição de emergência (130, 140) da quantidade de recurso armazenado sendo mais baixa do que a quantidade limite está associada ao terceiro nível de prioridade mais alta.
11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de definição de uma quantidade limite compreende: a identificação de um ponto de terminação de voo; a geração de uma trajetória terminando no ponto de terminação de voo identificado; e a determinação de uma quantidade mínima de recurso armazenado requerida para a obtenção da trajetória (138, 148).
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o objetivo (135, 145) associado à condição de emergência (130, 140) da quantidade de recurso armazenado sendo mais baixa do que a quantidade de limite é o retorno mais econômico para um ponto de terminação de voo (138, 148).
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que: o veículo aéreo não tripulado compreende um sistema de comunicações (4) para o recebimento de um sinal de controle a partir de uma estação remota; os parâmetros de operação (100) compreendem a intensidade do sinal de controle; o método compreende a etapa de definição de uma intensidade de sinal de limite; e uma da pluralidade de condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) é a intensidade do sinal de controle ser mais baixa do que a intensidade de sinal de limite (150).
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a condição de emergência (150) da intensidade do sinal de controle sendo mais baixa do que a intensidade de sinal de limite ser associada ao nível de prioridade mais baixo.
15. Método de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o objetivo (155) associado à condição de emergência (150) da intensidade do sinal de controle sendo mais baixa do que a intensidade de sinal de limite é o retorno mais econômico a um ponto de terminação de voo (158).
16. Sistema de resposta de emergência (5) para um veículo aéreo não tripulado, caracterizado pelo fato de que compreende: uma entrada para recebimento de uma pluralidade de parâmetros de operação (100) do veículo aéreo não tripulado; um processador disposto para: detectar quando uma ou mais condições de emergência (110, 120, 130, 140, 150) estão presentes usando-se os parâmetros de operação; identificar um nível de prioridade associado à condição de emergência; identificar um objetivo (115, 125, 135, 145, 155) associado à condição de emergência associada ao nível de prioridade mais alto; identificar um subconjunto disponível de uma pluralidade armazenada de pontos de terminação de voo nos quais uma aterrissagem é possível, gerar uma trajetória com base no objetivo identificado (118, 128, 138, 148, 158) em que a trajetória é gerada de modo a terminar em um dos pontos de terminação de voo do subconjunto disponível; e uma saída para emissão de uma trajetória gerada.
17. Sistema de resposta de emergência (5) de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que é disposto para a realização do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15.
18. UAV, caracterizado pelo fato de que compreende o sistema de resposta de emergência (5), como definido na reivindicação 16 ou 17.
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