CN105843255A - 无人机集群自主飞行的防撞装置及防撞方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无人机自主飞行的防撞装置，涉及无人机技术领域。所述防撞装置包括：多向脉冲检测装置，所述多向脉冲检测装置设于无人机的三个轴向上且位于轴向的两端，所述多项脉冲检测装置定时发送脉冲实现空间范围内的全角度覆盖并计算出无人机与其它无人机之间的距离；储存单元，所述储存单元设于无人机的内部，所述储存单元用于储存无人机的本体信息及接收到的其它无人机的信息。本发明基于多向脉冲检测装置实现了实时三维空间碰撞检测，同时按照预先设定的通过权限，实现了多机之间冲突环境下的自主飞行，该装置能够大幅度降低生产成本且容易实现。

Description

无人机集群自主飞行的防撞装置及防撞方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体的是指无人机集群自主飞行的防撞装置及防撞方法。

背景技术

现有的无人机碰撞系统着重于对于静态障碍物的躲避，对于集群多机自动化飞行环境中，对于单机来说，机组中其他飞行单元则表现为动态障碍物，如不加以协商，仅靠单个飞行单元的策略无法有效防止碰撞。

个别的多机飞行方案中，需要复杂的视觉识别算法，开发复杂度及产品成本很高，无法实现低成本的批量装备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种无人机自主飞行的防撞装置，该防撞装置基于多向脉冲检测装置实现了实时三维空间碰撞检测，同时按照预先设定的通过权限，实现了多机之间冲突环境下的自主飞行，该装置能够大幅度降低生产成本且容易实现。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提出一种无人机集群自主飞行的防撞装置，所述防撞装置包括：多向脉冲检测装置，所述多向脉冲检测装置设于无人机的三个轴向上且位于轴向的两端，所述多项脉冲检测装置定时发送脉冲实现空间范围内的全角度覆盖并计算出无人机与其它无人机之间的距离；储存单元，所述储存单元设于无人机的内部，所述储存单元用于储存无人机的本体信息及接收到的其它无人机的信息。

进一步的，所述无人机的本体信息包括无人机编号、无人机优先级及无人机冲突阈值。

基于上述防撞装置实现防撞的方法包括如下步骤：

S100、确定参加集群自主飞行中的无人机的数目，按照顺序确定每个无人机的编号、优先级及冲突阈值并通过电脑将无人机的编号、优先级及冲突阈值输入至对应的无人机中进行储存；

S200、飞行过程中，设于无人机之上的多向脉冲检测装置组成的多项脉冲检测系统将进行集群间的广播通讯，借助广播通讯，无人机将自身的本体信息、位置信息及运行信息发送至其它无人机并接收其它无人机的本体信息、位置信息及运行信息；

S300、无人机通过多向脉冲检测装置计算与其它无人机之间的距离，当发现与任意一个其它无人机之间的距离小于或者等于无人机的冲突阈值时，该无人机进入冲突状态；

S400、无人机进入冲突状态后，根据无人机及其它无人机的优先级顺序确定无人机运行或静置，直至解除冲突，即当无人机优先级较低时，无人机处于悬停状态，而其它无人机将先行，当无人机优先级较高时，无人机则先行，而其它无人机则处于悬停状态。

进一步的，所述步骤S200中的位置信息包括无人机实时的当前位置信息及目标位置信息，所述运行信息包括无人机的速度信息及加速度信息。

进一步的，步骤S400后还包括如下步骤S500、当无人机发现具有两个或者两个以上的其它无人机与该无人机之间的距离同时达到该无人机的冲突阈值时，根据该无人机及其它无人机的目标位置信息，当无人机或者其它无人机朝着目标位置信息发生位移即可解除冲突时，即使无人机或者其它无人机的优先级较低也不会处于悬停状态，而会同时朝着各自的目标位置发生位移。

本发明的有益效果：本发明基于多向脉冲检测装置实现了实时三维空间碰撞检测，同时按照预先设定的通过权限，实现了多机之间冲突环境下的自主飞行，该装置能够大幅度降低生产成本且容易实现。

附图说明

构成本发明的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成本发明的不当限定，其中：

图1出示了本发明一种无人机集群自主飞行的防撞装置的单个无人机的多向脉冲检测系统；

图2出示了本发明一种无人机集群自主飞行的防撞装置的集群中无人机多对多的广播系统；

图3出示了本发明一种无人机集群自主飞行的防撞装置的无人机的本体信息设定示意图；

图4出示了本发明一种无人机集群自主飞行的防撞装置的无人机冲突状态检测示意图；

图5出示了本发明一种无人机集群自主飞行的防撞装置的冲突解除示意图；

图6出示了本发明一种无人机集群自主飞行的防撞装置的另一冲突解除示意图。

上述附图包括以下附图标记：

100-无人机，1-多项脉冲检测装置，2-储存单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出一种无人机自主飞行的防撞装置，该防撞装置的设定借助多向脉冲检测装置1来完成，具体的，本发明通过在无人机100的三个轴向方向上分别设定两个多向脉冲检测装置1，且每个轴向上的多向脉冲检测装置1均处于轴向的端部位置，较优的，多向脉冲检测装置1可以突出无人机100的表面，上述总共六个多向脉冲检测装置1组成无人机100的多项脉冲检测系统，该系统定时发送脉冲，实现空间范围内的全角度覆盖并计算出无人机与其它无人机之间的距离。

如图2所示，当多个无人机在集群飞行时，设定与无人机上的多项脉冲检测系统就会在各个无人机之间形成通讯关系，无人机将自身的信息发送至其它无人机或者接收其它无人机发送过来的信息，无人机将根据这些信息来规范无人机的运行状态，防撞碰撞情况的发生。

在本发明的一具体实施方式中，无人机的内部还设有储存单元2，储存单元2用于储存无人机的本体信息及接收到的其它无人机的信息。具体的上述无人机的本体信息包括无人机编号、无人机优先级及无人机冲突阈值，参照图3，上述信息可以事先通过电脑输入至各个无人机并储存在无人机的储存单元之中。其中，无人机编号与无人机是一一对应的关系，即每一个无人机对应一个无人机编号；每个无人机的无人机优先级均不相同，当某一个无人机处于冲突环境中时，低优先级的飞行单元将主动降速到悬停状态，等待高优先级的设备完成位移；无人机冲突阈值是无人机是否进入到冲突状态的评判标准，当无人机发现周边有其它无人机与该无人机之间的距离小于其冲突阈值时，则该无人机就进入到冲突状态。

当多个无人机在集群飞行时，把每个无人机都可以看做是一个中心点，以该中心点为基础，凡是检测到该无人机的周边存在与该无人机之间的距离小于该无人机的冲突阈值时，该无人机则可判定进入到冲突状态，进入到冲突状态后，根据预先设定的优先级顺序，该无人机或者与该无人机发生冲突的无人机择一处于悬停状态，另一无人机继续运行，直至冲突解除为止。

本发明还提出一种无人机自主飞行的防撞方法，该方法包括以下步骤：

S100、确定参加集群自主飞行中的无人机的数目，按照顺序确定每个无人机的编号、优先级及冲突阈值并通过电脑将无人机的编号、优先级及冲突阈值输入至对应的无人机中进行储存；

S200、飞行过程中，设于无人机之上的多向脉冲检测装置组成的多项脉冲检测系统将进行集群间的广播通讯，借助广播通讯，无人机将自身的本体信息、位置信息及运行信息发送至其它无人机并接收其它无人机的本体信息、位置信息及运行信息；

S300、无人机通过多向脉冲检测装置计算与其它无人机之间的距离，当发现与任意一个其它无人机之间的距离小于或者等于无人机的冲突阈值时，该无人机进入冲突状态；

参照图4所示，处于中间位置的无人机10及周边的无人机11、无人机12及无人机13，通过多向脉冲检测装置的简单计算获得无人机10与无人机11、无人机12及无人机13之间的距离分别为d1、d2、d3，当d1、d2、d3中的任意一个数值大于无人机10的冲突阈值时，则无人机10即进入冲突状态。

S400、无人机进入冲突状态后，根据无人机及其它无人机的优先级顺序确定无人机运行或静置，直至解除冲突，即当无人机优先级较低时，无人机处于悬停状态，而其它无人机将先行，当无人机优先级较高时，无人机则先行，而其它无人机则处于悬停状态；

下面给将结合附图详细介绍上述步骤S400，如图5所示，被检测对象即处于中心处的无人机20的周边存在无人机21、无人机22、无人机23及无人机24，它们的优先级依次为P0、P1、P2、P3及P4，假定P0<P1<P2<P3<P4(优先级数值越小，优先级等级越高），无人机20的冲突阈值为26所标示，无人机20的目标位置在25处，从图中可以看出，此时无人机20处于冲突状态，由于此时无人机20的优先级等级最高，无人机24的优先级等级最低，所以这时无人机24处于悬停状态，无人机20则继续运行，直至解除冲突状态，余下的无人机的运行规则按照上述进行即可。

步骤S200中的位置信息包括无人机实时的当前位置信息及目标位置信息，所述运行信息包括无人机的速度信息及加速度信息。

作为一种优选方式，在无人机集群飞行时存在一种情况，当无人机或者其它无人机在朝着目标位置飞行的过程，他们之间的距离会自行的彼此越来越远，参照图6，因此，针对于这种情况，上述步骤之后还包括以下步骤：

S500、当无人机发现具有两个或者两个以上的其它无人机与该无人机之间的距离同时达到该无人机的冲突阈值时，根据该无人机及其它无人机的目标位置信息，当无人机或者其它无人机朝着目标位置信息发生位移即可解除冲突时，即使无人机或者其它无人机的优先级较低也不会处于悬停状态，而会同时朝着各自的目标位置发生位移。

如图6所示，被检测对象即处于中心处的无人机30的周边存在无人机31、无人机32、无人机33及无人机34，它们的优先级依次为Q0、Q1、Q2、Q3及Q4，假定Q0<Q1<Q2<Q3<Q4(优先级数值越小，优先级等级越高），无人机30的冲突阈值为36所标示，无人机30的目标位置在35处，从图中可以看出，此时无人机30处于冲突状态，无人机30、无人机31、无人机32、无人机33及无人机34的运行方向如图中箭头所示，这时当无人机31及无人机34沿着箭头方向运行时，它们与无人机30之间的距离会自然的变远，此时尽管无人机20的优先级等级最高，无人机34的优先级等级最低，无人机31与无人机34也会同时与无人机30一起沿着目标位置运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.无人机集群自主飞行的防撞装置，其特征在于，所述防撞装置包括：

多向脉冲检测装置（1），所述多向脉冲检测装置（1）设于无人机（100）的三个轴向上且位于轴向的两端，所述多项脉冲检测装置（1）定时发送脉冲实现空间范围内的全角度覆盖并计算出无人机（100）与其它无人机（100）之间的距离；

储存单元（2），所述储存单元设于无人机（100）的内部，所述储存单元（2）用于储存无人机（100）的本体信息及接收到的其它无人机（100）的信息。

2.根据权利要求1所述的无人机集群自主飞行防撞装置，其特征在于，所述无人机（100）的本体信息包括无人机编号、无人机优先级及无人机冲突阈值。

3.无人机集群自主飞行的防撞方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、确定参加集群自主飞行中的无人机的数目，按照顺序确定每个无人机的编号、优先级及冲突阈值并通过电脑将无人机的编号、优先级及冲突阈值输入至对应的无人机中进行储存；

S200、飞行过程中，设于无人机之上的多向脉冲检测装置组成的多项脉冲检测系统将进行集群间的广播通讯，借助广播通讯，无人机将自身的本体信息、位置信息及运行信息发送至其它无人机并接收其它无人机的本体信息、位置信息及运行信息；

S300、无人机通过多向脉冲检测装置计算与其它无人机之间的距离，当发现与任意一个其它无人机之间的距离小于或者等于无人机的冲突阈值时，该无人机进入冲突状态；

S400、无人机进入冲突状态后，根据无人机及其它无人机的优先级顺序确定无人机运行或静置，直至解除冲突，即当无人机优先级较低时，无人机处于悬停状态，而其它无人机将先行，当无人机优先级较高时，无人机则先行，而其它无人机则处于悬停状态。

4.根据权利要求3所述的无人机集群自主飞行的防撞方法，其特征在于，所述步骤S200中的位置信息包括无人机实时的当前位置信息及目标位置信息，所述运行信息包括无人机的速度信息及加速度信息。

5.根据权利要求3或4所述的无人机集群自主飞行的防撞方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S500、当无人机发现具有两个或者两个以上的其它无人机与该无人机之间的距离同时达到该无人机的冲突阈值时，根据该无人机及其它无人机的目标位置信息，当无人机或者其它无人机朝着目标位置信息发生位移即可解除冲突时，即使无人机或者其它无人机的优先级较低也不会处于悬停状态，而会同时朝着各自的目标位置发生位移。