TW201928299A - 無人機導航避障系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種無人機導航避障系統及其方法，係為一種具有主動控制無人機動力源，進行無人機飛行方向控制，及障礙物閃避之無人機導航/避障系統，該系統係包括一感測裝置、一訊號處理模組及一控制模組，利用該感測裝置偵測一無人機與動態或靜態障礙物之相對距離、方位及速度，及偵測無人機之即時位置與飛行之姿態與慣性訊號，經由該訊號處理模組產生一無人機飛航控制訊號，透過該控制模組接收該訊號處理模組產生之飛航控制訊號，主動控制該無人機各該動力源，藉以達到控制無人機飛航及障礙物閃避之目的，且閃避後仍可修正回原規劃之後續飛航路線。

Description

無人機導航避障系統及其方法

本發明係有關於一種導航避障系統，更詳而言之，尤指一種以運用於無人機之無人機導航避障及其方法。

拜科技進步之賜，無人機的設計已更加精巧，配合光學、超音波及微波等感測器的進步，使無人機掛載感測器，可應用於娛樂、探勘、救災、送貨，甚至犯罪及戰爭等。

由於現在無線遙控距離的提升，因此無人飛機所可以飛行的距離與高度也跟著增加，也因此在肉眼所無法看到的距離，該無人機是否可以安全的飛行，成為一種新的討論議題；請參閱第1圖，係為本國專利第104211356號示意圖，如圖所示，該系統係為一種無人機主動避障系統，該系統係包括一發射器10、一微處理控制板11、一距離感測器12、一信號接收機13及一無人機14，係以該微處理控制板11為主體，與各距離感測器12連結，藉由距離感測器12量測結果，依程式內定義的避障條件，於必要時機修正其操控訊號數值，以達避障目的。

然而，該避障系統為以超音波及紅外線、雷射等光學感測器或雷達偵測距離，並未對雷達功能多加敘述，若 障礙物較小或天候不佳時，則會影響避障效果；該避障系統無位置及慣性感測器，無自動導航功能。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要之目的在於提供一種無人機導航避障系統及其方法，透過一感測裝置偵測一無人機與障礙物之相對距離、方位及速度，經由該訊號處理模組產生一無人機飛航控制訊號，透過該控制模組接收該訊號處理模組產生之飛航控制訊號，主動控制該無人機各該動力源，藉以達到控制無人機飛航及障礙物閃避之目的。

本發明再一目的在於提供一種無人機導航系統及其方法，透過感測裝置偵測無人機之即時位置與飛行之姿態與慣性訊號，及飛行任務規劃路線，藉以達到無人機飛航路徑導航修訂之目的。

為達上述目的，本發明係提供一種無人機導航避障系統及其方法，該系統係包括一通訊模組、一感測裝置、一訊號處理模組及一控制模組；利用該通訊模組於無人機起飛前提供無人機本機位置、安全設定值及飛行任務規劃路線給訊號處理模組，利用該感測裝置偵測一無人機與動態或靜態障礙物之相對距離、方位及速度，及偵測無人機之即時位置與飛行之姿態與慣性訊號，經由該訊號處理模組產生一無人機飛航控制訊號，透過該控制模組接收該訊號處理模組產生之飛航控制訊號，主動控制該無人機各該動力源，藉以達 到控制無人機飛航及障礙物閃避之目的，且閃避後仍可修正回原規劃之後續飛航路線。

11‧‧‧微處理器

12‧‧‧距離感測器

13‧‧‧信號接收機

14‧‧‧無人機

21‧‧‧感測裝置

22‧‧‧訊號處理模組

23‧‧‧控制模組

24‧‧‧無人機

25‧‧‧通訊模組

26‧‧‧地面控制站

S1~S6‧‧‧方法步驟

第1圖係為本國專利第104211356號示意圖。

第2圖係為本發明無人機導航避障系統示意圖。

第3圖係為本發明無人機導航避障方法步驟流程示意圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。

請參閱第2圖，係為本發明無人機導航/避障系統示意圖，係為一種具有主動控制無人機動力源，進行無人機飛行方向、姿態及速度控制，及障礙物閃避之無人機導航/避障系統，如圖所示，該系統係包括一感測裝置21、一訊號處理模組22、一控制模組23、無人機24、通訊模組25及地面控制站26，上述3項模組及感測裝置裝配於無人機24上；其中，該感測裝置21係包括由全球定位系統(GPS/GNSS)與慣性量測器(IMU)結合之導航感測裝置、攝影機及包含雷達等障礙物感測裝置；該訊號處理模組22定時接收感測裝置的感測值並與飛行任務規劃路線綜合研判後，送飛控訊號給控制模組23，由 控制模組23控制無人機24的各動力源，進行無人機的航向、姿態及速度的控制；通訊模組25為一收發雙向裝置，擔任無人機與地面控制站的資訊互相傳送/接收的功能。

該障礙物感測裝置21可全天候偵測無人機與周圍動態或靜態障礙物之相對距離、方位及速度，且提供給訊號處理模組22；該導航感測裝置可提供該無人機24本體之航向、姿態、加速度及即時位置給訊號處理模組22。

請參閱第3圖，係為本發明無人機導航避障方法步驟流程示意圖，係為一種具有主動控制無人機動力源，進行無人機飛行方向控制，及障礙物閃避之無人機導航避障方法，如圖所示，該方法步驟係包括：

步驟1(S1)提供一通訊模組，於該無人機起飛前傳送無人機本機位置、安全設定值及飛行任務規劃路線給訊號處理模組，並於起飛後持續執行無人機與地面控制站之通訊。

步驟2(S2)提供一導航感測裝置，透過該導航感測裝置即時提供該無人機的航向、姿態、速度及即時位置等資訊給訊號處理模組。

步驟3(S3)提供一障礙物感測裝置，透過該障礙物感測裝置即時提供該無人機與動態或靜態障礙物之相對距離、方位及速度資訊給訊號處理模組；若沒偵測到障礙物則距離設為0。

步驟4(S4)提供一訊號處理模組，利用該訊號處理模組定時接收導航感測裝置，及該障礙物感測裝置之感測值，及接收 通訊模組來自於地面控制站的資訊，經由訊號處理模組處理運算後產生飛航控制訊號給控制模組；其中，障礙物感測裝置傳送之與障礙物之相對距離若大於或等於安全設定值或等於0，則訊號處理模組執行導航模式，若相對距離小於安全設定值且大於0，則訊號處理模組執行避障模式；其中，導航模式係指該訊號處理模組依導航感測裝置感測訊號，及飛行任務規劃路線進行導航修正後，送飛控訊號給控制模組；避障模式係指該訊號處理模組依避障感測裝置訊號、導航感測裝置訊號，及飛行任務規劃路線進行避障導航修正後，送飛控訊號給控制模組。訊號處理模組亦定時藉由通訊模組傳送無人機資訊給地面控制站。

步驟5(S5)提供一控制模組，由該控制模組接收由訊號處理模組提供的飛航控制訊號。

步驟6(S6)該無人機動力源，依據控制模組之控制訊號，進行無人機的航向、姿態及速度控制無人機，進行各種無人機飛航控制動作的執行。

本發明無人機導航避障方法，係為在無障礙物安全威脅時，依據導航裝置感測訊號及飛行任務規劃路線進行導航修正後，進行無人機的導航飛行；在有障礙物安全威脅時，依據避障模組感測訊號、導航裝置感測訊號及飛行任務規劃路線進行避障導航修正後，進行無人機的避障飛行，直至無障礙物安全威脅時，可修正回原規劃之後續飛航路線之目的。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (10)

1. 一種無人機導航避障系統，係為一種具有主動控制無人機動力源，進行無人機飛航控制，及障礙物閃避之無人機導航/避障系統，該系統係包括：一通訊模組為一收發雙向裝置，提供無人機與地面控制站的資訊互相傳送/接收的功能；一感測裝置，係設置於該無人機週緣，提供無人機與動態或靜態障礙物之相對距離、方位及速度，及無人機之即時位置與飛行之姿態與慣性訊號等給訊號處理模組；一訊號處理模組，接收該感測裝置產生之偵測訊號，產生一無人機飛航控制訊號；一控制模組，係接收該訊號處理模組產生之飛航控制訊號，主動控制該無人機各該動力源，藉以達到控制無人機飛航及障礙物閃避之目的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無人機導航避障系統，其中，該感測裝置係包括導航感測裝置，及障礙物感測裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無人機導航避障系統，其中，該導航感測裝置係包括全球定位系統(GPS/GNSS)，及慣性量測器(IMU)。
4. 如申請專利範圍第2項所述之無人機導航避障系統，其中，該障礙物感測裝置係包括攝影機及雷達。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無人機導航避障系統，其中， 該訊號處理模組係為微處理器。
6. 一種無人機導航避障方法，係為一種具有主動控制無人機動力源，進行無人機飛航控制，及障礙物閃避之無人機導航/避障方法，該方法步驟係包括：提供一通訊模組，為一收發雙向裝置，無人機與地面控制站的資訊互相傳送/接收的功能。 提供一感測裝置，透過該感測裝置產生一偵測訊號，該偵測訊號包括無人機與動態或靜態障礙物之相對距離、方位及速度，及無人機之即時位置與飛行之姿態與慣性訊號；提供一訊號處理模組，利用該訊號處理模組接收該通訊模組與該感測裝置的訊號，產生一無人機飛航控制訊號；提供一控制模組，利用該控制模組接收該飛航控制訊號，主動控制該無人機各該動力源，藉以達到控制無人機飛航及障礙物閃避之目的。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無人機導航避障方法，其中，該感測裝置係包括導航感測裝置，及障礙物感測裝置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無人機導航避障方法，其中，該導航感測裝置係包括全球定位系統(GPS/GNSS)，及慣性量測器(IMU)。
9. 如申請專利範圍第7項所述之無人機導航避障方法，其中，該障礙物感測裝置係包括攝影機及雷達。
10. 如申請專利範圍第6項所述之無人機導航避障方法，其中， 通訊模組係於無人機起飛前傳送無人機本機位置、安全設定值及飛行任務規劃路線給訊號處理模組，起飛後即持續執行無人機與地面控制站之通訊。