一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统技术方案

本发明专利技术公开了一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统，包括部署在飞车上的地面行驶模块、空中飞行模块和飞车自动驾驶模块，以及部署在地面控制站的用户交互模块；地面行驶模块和空中飞行模块，分别用于在飞车自动驾驶模块的控制下进行地面行驶和空中飞行，并反馈运动信息至飞车自动驾驶模块；飞车自动驾驶模块用于在自动驾驶模式根据感知信息，在二维和三维中交替搜索路径生成轨迹，并将控制信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块；用于接收用户交互模块的控制信息进入用户控制模式并发送信息至地面行驶模块和空中飞行模块，还用于接收运动信息并发送至用户交互模块；用户交互模块用于自动驾驶与用户控制模式间的热切换；还用于实现飞车数据可视化。飞车数据可视化。飞车数据可视化。

【技术实现步骤摘要】
一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统


[0001]本专利技术涉及无人驾驶
，尤其涉及一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统。

技术介绍

[0002]小型低空飞行器与车辆底盘相结合目前以有多个科研单位在探索，应用方案多为飞行器与地盘独立系统，这种方案只是结构形式的创新，并未在系统层面解决陆空飞行驾驶一体化感知、决策、控制的问题。例如，荷兰的自转旋翼式飞行汽车PAL
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V、斯洛伐克的Aeromobil系列飞行汽车、以及同样来自斯洛伐克的KleinVision系列飞行汽车，都属于将地面行驶系统与飞行系统相结合，机械结构与形式层面的创新，但目前为止上述团队尚未提出有关自主智能飞行驾驶的方案。此外，在陆空两栖机器人平台领域，飞车平台的创新点主要集中于结构设计共用复用等领域，尚未涉及空中智能自主飞行与地面自动驾驶的融合。部分相关研究将陆空自动控制系统相融合并得到了良好的控制效果，但其飞行与驾驶模态间的切换属于驾驶员主动意识决策的结果，不具备自主感知与决策能力。当前研究尚未存在有将从感知、决策、控制、通讯、交互等各个环节打通的智能飞行驾驶系统。

技术实现思路

[0003]现有技术在陆空两栖飞车一体化感知、决策和控制方面存在不足，本专利技术的目的在于克服上述现有技术缺陷，提出一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统，实现车辆在陆空模态下分别的运动控制以及模态间的自主切换。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统，所述系统包括部署在飞车上的地面行驶模块、空中飞行模块和飞车自动驾驶模块，以及部署在地面控制站的用户交互模块；其中，
[0005]所述地面行驶模块，用于在飞车自动驾驶模块的控制下进行地面行驶，并将运动信息反馈至飞车自动驾驶模块；
[0006]所述空中飞行模块，用于在飞车自动驾驶模块的控制下进行空中飞行，并将运动信息反馈至飞车自动驾驶模块；
[0007]所述飞车自动驾驶模块，用于在自动驾驶模式根据收集的各种感知信息，在二维和三维中交替搜索路径生成轨迹，并将控制信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块；用于接收用户交互模块的控制信息进入用户控制模式并将控制信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块，还用于接收地面行驶模块和空中飞行模块的运动信息并发送至用户交互模块；
[0008]所述用户交互模块，用于进行自动驾驶模式与用户控制模式之间的热切换；还用于接收飞车自动驾驶模块的运动信息，实现飞车数据可视化。
[0009]作为上述系统的一种改进，所述系统还包括遥控器接收机，用于在用户控制模式下，接收陆空一体化遥控器发出的控制信号，经解码后发送至地面行驶模块和空中飞行模块。
[0010]作为上述系统的一种改进，所述地面行驶模块包括底盘控制器VCU、电机控制单元MCU、电机和转向舵机；地面行驶模块的处理过程具体包括：
[0011]底盘控制器VCU接收来自飞车自动驾驶模块和陆空一体化遥控器的控制信号，并对控制信号进行分析后分别输出至电机控制单元MCU与转向舵机，电机控制单元 MCU收到控制信号后向电机发出运动指令信息，电机收到运动指令信息后与转向舵机开始运动，并均将各自运动信息经底盘控制器VCU反馈至飞车自动驾驶模块。
[0012]作为上述系统的一种改进，所述空中飞行模块包括飞行控制器FCS、电子调速器ESC和直流无刷电机；空中飞行模块的处理过程具体包括：
[0013]飞行控制器FCS接收来自飞车自动驾驶模块和陆空一体化遥控器的控制信号，并对控制信号进行分析后输出至各个电子调速器ESC，电子调速器ESC将接收到的控制信号输出至对应的直流无刷电机，各直流无刷电机改变各自转速以达到飞行控制，电子调速器ESC和直流无刷电机均将各自反馈信息经飞行控制器FCS反馈至飞车自动驾驶模块。
[0014]作为上述系统的一种改进，所述飞车自动驾驶模块包括环境感知子模块和决策子模块；其中，
[0015]所述环境感知子模块，用于通过传感器收集各种感知信息并发送至决策子模块；
[0016]所述决策子模块，用于根据各种感知信息进行自动驾驶规划，并将生成的指令信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块。
[0017]作为上述系统的一种改进，所述环境感知子模块包括内环境感知单元和外环境感知单元；其中，
[0018]所述内环境感知单元包括GPS、IMU和地磁传感器，分别收集位置、姿态和方向信息；
[0019]所述外环境感知单元包括超声波传感器、视觉传感器、气压传感器和空速空压计，分别收集各自对应的数据。
[0020]作为上述系统的一种改进所述决策子模块包括预测与决策单元、轨迹规划单元和运动控制单元；其中，
[0021]所述预测与决策单元包括行为预测节点和行为决策节点；
[0022]所述轨迹规划单元包括轨迹评估节点和轨迹生成节点；
[0023]所述行为预测节点，用于根据感知信息对运动物体进行意图识别和行为预测，将预测结果输入行为决策节点；
[0024]所述行为决策节点，用于基于感知信息和预测结果进行决策，形成一组运动指标传输至轨迹生成节点，还用于接收到来自用户交互模块的控制信息，终止当前任务并将用户控制信息通过轨迹生成节点直接传输至运动控制单元；
[0025]所述轨迹生成节点，用于对运动指标进行计算得到数条轨迹并输入轨迹评估节点，还用于获得行为授权后将控制信息输入运动控制单元执行控制；
[0026]所述轨迹评估节点，用于对收到的数条轨迹进行分析，如果能选出最优轨迹，则将最优轨迹输入运动控制单元，如果无最优轨迹，通知行为决策节点重新生成一组运动指标，再进行轨迹生成与评估，直至得到最优轨迹；
[0027]所述运动控制单元，用于将收到的最优轨迹进行转码，形成飞车控制信息并分别传输至地面行驶模块的底盘控制器VCU和空中飞行模块的飞行控制器FCS。
[0028]作为上述系统的一种改进所述行为决策节点的处理过程包括纯地面行驶决策、空中飞行决策和基于图搜索的方法进行起飞和降落的决策，以实现不同模态间的自主切换；其中，所述基于图搜索的方法进行起飞和降落的决策，具体包括：
[0029]步骤s1)基于感知信息和内置地图数据得到三维地图，并对三维地图进行栅格化处理；
[0030]步骤s2)当飞车在地面时，使用2D A*方法在平面内搜索路径，并在搜索的每次循环处理中执行起飞判断；当判断为需要起飞时，记录起飞点和对应路径，转至步骤s3)
[0031]步骤s3)当飞车在空中或判断为需要起飞时，计算当前位置到目标点的距离，若距离小于阈值，使用3D A*方法在空间中直接搜索飞行至目标点的路径，并转至步骤s4)；否则，执行一种修改过的3D A*方法搜索落点，转至步骤s2)；
[0032]步骤s4)根据目标点，生成一条包含起飞和降落点的路径。
[0033]作为上述系统的一种改进，所述用户交互模块包括任务规划子模块和一体化图数传子模块；其中，
[0034]所述任务规划子模块，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陆空两栖飞车的自主驾驶系统，其特征在于，所述系统包括部署在飞车上的地面行驶模块、空中飞行模块和飞车自动驾驶模块，以及部署在地面控制站的用户交互模块；其中，所述地面行驶模块，用于在飞车自动驾驶模块的控制下进行地面行驶，并将运动信息反馈至飞车自动驾驶模块；所述空中飞行模块，用于在飞车自动驾驶模块的控制下进行空中飞行，并将运动信息反馈至飞车自动驾驶模块；所述飞车自动驾驶模块，用于在自动驾驶模式根据收集的各种感知信息，在二维和三维中交替搜索路径生成轨迹，并将控制信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块；用于接收用户交互模块的控制信息进入用户控制模式并将控制信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块，还用于接收地面行驶模块和空中飞行模块的运动信息并发送至用户交互模块；所述用户交互模块，用于进行自动驾驶模式与用户控制模式之间的热切换；还用于接收飞车自动驾驶模块的运动信息，实现飞车数据可视化。2.根据权利要求1所述的陆空两栖飞车的自主驾驶系统，其特征在于，所述系统还包括遥控器接收机，用于在用户控制模式下，接收陆空一体化遥控器发出的控制信号，经解码后发送至地面行驶模块和空中飞行模块。3.根据权利要求2所述的陆空两栖飞车的自主驾驶系统，其特征在于，所述地面行驶模块包括底盘控制器VCU、电机控制单元MCU、电机和转向舵机；地面行驶模块的处理过程具体包括：底盘控制器VCU接收来自飞车自动驾驶模块和陆空一体化遥控器的控制信号，并对控制信号进行分析后分别输出至电机控制单元MCU与转向舵机，电机控制单元MCU收到控制信号后向电机发出运动指令信息，电机收到运动指令信息后与转向舵机开始运动，并均将各自运动信息经底盘控制器VCU反馈至飞车自动驾驶模块。4.根据权利要求3所述的陆空两栖飞车的自主驾驶系统，其特征在于，所述空中飞行模块包括飞行控制器FCS、电子调速器ESC和直流无刷电机；空中飞行模块的处理过程具体包括：飞行控制器FCS接收来自飞车自动驾驶模块和陆空一体化遥控器的控制信号，并对控制信号进行分析后输出至各个电子调速器ESC，电子调速器ESC将接收到的控制信号输出至对应的直流无刷电机，各直流无刷电机改变各自转速以达到飞行控制，电子调速器ESC和直流无刷电机均将各自反馈信息经飞行控制器FCS反馈至飞车自动驾驶模块。5.根据权利要求4所述的陆空两栖飞车的自主驾驶系统，其特征在于，所述飞车自动驾驶模块包括环境感知子模块和决策子模块；其中，所述环境感知子模块，用于通过传感器收集各种感知信息并发送至决策子模块；所述决策子模块，用于根据各种感知信息进行自动驾驶规划，并将生成的指令信息发送至地面行驶模块和空中飞行模块。6.根据权利要求5所述的陆空两栖飞车的自主驾驶系统，其特征在于，所述环境感知子模块包括内环境感知单元和外环境感知单元；其中，所述内环境感知单元包括GPS、IMU和地磁传感器，分别收集位置、姿态和方向信息；所述外环境感知单元包括超声波传感器、视觉传感器、气压传感器和空速空压计，分别
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【专利技术属性】
技术研发人员：张新钰，刘华平，黄康尧，高涵文，孙弘麟，申灏文，
申请(专利权)人：苏州驾驶宝智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：