自主控制系统及自主控制方法技术方案

本发明专利技术涉及自主控制系统及自主控制方法。本文中所描述的主题包括用于集成来自多个异类传感器的有噪声的测量结果、并用于实时地为自主飞行提供对位置平滑的和全局上一致的估算值的模块化的以及可扩展的方法，该多个异类传感器以不同的和变化的时间间隔产生绝对观测结果或相对观测结果。我们描述了对用于装备有IMU、激光扫描仪、立体摄像机、气压测高计、磁力计、以及GPS接收器的新的1.9kg MAV平台的算法和软件架构的开发，其中，在Intel NUC第三代i3处理器上机上执行状态估算和控制。我们例示了我们的框架在大规模的、室内‑室外自主空中航行实验中的稳健性，该实验涉及在进入和退出建筑物的同时以1.5m/s的平均速度以及大约10mph的风速横越超过440米。

【技术实现步骤摘要】
自主控制系统及自主控制方法本申请是申请日为2014年11月28日，名称为“用于使用旋翼微型航空载具(MAV)在室内和室外环境中的稳健的自主飞行的多传感器融合”，申请号为201480064737.8的专利技术专利申请的分案申请。优先权声明本申请请求2013年11月27日提交的、美国临时申请序列号61/910,022的权益，通过引用将其公开内容整体并入本文中。政府兴趣在美国海军研究办公室授予的基金第N00014-07-1-0829号、第N00014-08-1-0696号、第N00014-09-1-1031号、以及第N00014-09-1-1051号、美国国家科学基金会授予的基金第1138847号、第113830号、以及第1138110号、美国空军科学研究办公室授予的基金第W911NF-08-2-0004号和第W911NF-10-2-0016号、以及美国陆军研究实验室授予的基金第FA9550-10-1-0567号下，通过政府支持作出本专利技术。政府具有本专利技术中的某些权益。
本文中所描述的主题涉及在微型航空载具中控制自主飞行。更具体来说，本文中所描述的主题涉及用于使用旋翼微型航空载具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现航空载具在室内和室外环境中的自主控制的系统，所述系统包括：传感器融合模块，所述传感器融合模块用于对来自不同模态的多个传感器的测量结果进行组合以鉴于来自所述传感器的当前测量结果和先前测量结果以及所述航空载具的先前估算状态来估算所述航空载具的当前状态，其中，所述传感器融合模块被配置为在以下情况下保持在对所述航空载具的状态估算方面的平滑性：一个或多个传感器提供不准确的信息；全球定位系统(GPS)测量结果在一段时间可用之后变得不可用；或者GPS测量结果在一段时间不可用之后变得可用，其中，所述传感器包括惯性测量单元(IMU)、激光扫描仪、以及摄像机，并且其中，所述传感器融合模块将由所述激光扫...

【技术特征摘要】
2013.11.27 US 61/910,0221.一种实现航空载具在室内和室外环境中的自主控制的系统，所述系统包括：传感器融合模块，所述传感器融合模块用于对来自不同模态的多个传感器的测量结果进行组合以鉴于来自所述传感器的当前测量结果和先前测量结果以及所述航空载具的先前估算状态来估算所述航空载具的当前状态，其中，所述传感器融合模块被配置为在以下情况下保持在对所述航空载具的状态估算方面的平滑性：一个或多个传感器提供不准确的信息；全球定位系统(GPS)测量结果在一段时间可用之后变得不可用；或者GPS测量结果在一段时间不可用之后变得可用，其中，所述传感器包括惯性测量单元(IMU)、激光扫描仪、以及摄像机，并且其中，所述传感器融合模块将由所述激光扫描仪和所述摄像机生成的相对测量结果转换成取决于增广状态的测量结果；以及轨迹生成器，所述轨迹生成器用于基于所估算的当前状态以及由用户或较高级的规划装置所提供的目标或航路点输入，来生成用于控制所述航空载具的轨迹的规划方案。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括以下部件中的至少一个：气压测高计、磁力计、朝下的光学传感器、以及全球定位系统(GPS)接收器。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器融合模块被配置为使用无迹卡尔曼滤波器(UKF)来对来自不同模态的所述传感器的测量结果进行组合，在以所述传感器融合模块的软件的最少重新配置的情况下实现传感器的增加和移除。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述传感器融合模块被配置为使用当前的相对测量结果和所述滤波器中的经增广的过去状态的副本来估算所述当前状态。5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述传感器融合模块被配置为对来自所述传感器的测量结果进行融合，所述测量结果是无序地到达所述滤波器的。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述航空载具包括旋翼微型航空载具(MAV)。7.一种实现航空载具在室内和室外环境中的自主控制的系统，所述系统包括：传感器融合模块，所述传感器融合模块用于对来自不同模态的多个传感器的测量结果进行组合以鉴于来自所述传感器的当前测量结果和先前测量结果以及所述航空载具的先前估算状态来估算所述航空载具的当前状态，其中，所述传感器融合模块被配置为在以下情况下保持在对所述航空载具的状态估算方面的平滑性：一个或多个传感器提供不准确的信息；全球定位系统(GPS)测量结果在一段时间可用之后变得不可用；或者GPS测量结果在一段时间不可用之后变得可用，其中，所述传感器融合模块被配置为使用无迹卡尔曼滤波器(UKF)来对来自不同模态的所述传感器的测量结果进行组合，在以所述传感器融合模块的软件的最少重新配置的情况下实现传感器的增加和移除，并且其中，所述传感器融合模块被配置为使用当前的相对测量结果和所述滤波器中的经增广的过去状态的副本来估算所述当前状态，并且其中，所述传感器融合模块被配置为从所述滤波器移除增广状态，并向所述滤波器增加新的增广状态；以及轨迹生成器，所述轨迹生成器用于基于所估算的当前状态以及由用户或较高级的规划装置所提供的目标或航路点输入，来生成用于控制所述航空载具的轨迹的规划方案。8.一种实现航空载具在室内和室外环境中的自主控制的方法，所述方法包括：对来自不同模态的多个传感器的测量结果进行组合，以便鉴于来自所述传感器的当前测量结果以及所述航空载具的先前估算状态来生成对所述航空载具的当前状态的估算，其中，所述传感器包括惯性测量单元(IM...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·沈，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：美国,US