[发明专利]一种有人机对无人机障碍规避的监督控制方法

说明书

本发明提供了一种有人机对无人机障碍规避的监督控制方法，涉及无人机领域，本发明定义环境因素、障碍规避动作及监督控制模式的取值，无人机对可选障碍规避动作进行推理判断，根据判断结果进行判断，从而规避障碍，本发明对于已知障碍，无人机充分发挥其自主能力，独立完成障碍规避；对于未知障碍，无人机必须在有人机的指导下完成规避，可变自主监督控制方法充分发挥无人机的自主执行和有人机操作员的分析判断能力；对于通信中断等极端情况，无人机通过对监督控制模式的调节，在等待通信恢复的同时保证自身的安全，可变自主监督控制模式结合无人机和有人机的特点，对不同的障碍类型和环境状况有较好的应变能力。

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其是一种规避判断方法。

背景技术

在无人机行进过程中面对障碍物时，有人机操作员与无人机交互，保证无人机完成障碍规避。监督控制是指有人机间歇地与无人机进行交互，接收反馈并且给出指令以对处于任务环境中的无人机进行过程控制。

然而，在无人机系统障碍规避的实际应用中，传统的方法一般采用操作员手动操作进行障碍规避、或是通过计算代价函数采用路径规划、规则或自动机的方式进行障碍规避。这样会出现两个问题：①由于环境的复杂性而造成操作员的“超负荷”现象；②由于无人机系统处于过高的自主权限，导致操作员失去对周围环境态势感知能力的“人不在回路”(Out-of-the-Loop，OOTL)现象。两个问题说明，有人机对无人机障碍规避的监督控制需按照实际情况动态调节。

因此，非常有必要研究一种既能够充分发挥有人机操作员高层次认知决策能力和无人机高效执行任务能力，同时保持有人机操作员对环境的态势认知和适当的工作负荷的无人机障碍规避监督控制方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种障碍规避监督控制方法，既能使得人机优势互补，同时又能保持操作员对环境态势的感知能力和适当工作负荷，避免监督控制中出现的两个问题，从而有效实现障碍规避的目的。

本发明提出的障碍规避监督控制方法，是一种依据环境变化，有人机调整不同监督控制模式，无人机完成对应的障碍规避动作，以实现障碍规避目的的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

Step1：定义环境因素、障碍规避动作及监督控制模式

无人机在遇到障碍物时有4种障碍规避动作，包括自主障碍规避动作A1、减速等待指令动作A2、盘旋等待指令动作A3和返回动作A4；

其中，定义自主障碍规避动作A1为高等级的动作；减速等待指令A2和盘旋等待指令A3为中等级的动作；返回A4为低等级的动作；

监督控制模式为3个模式，无人机的自主能力由高到低分别为例外管理模式L3、同意管理模式L2和指令控制模式L1；无人机初始模式为例外管理模式L3；

定义无人机监督控制模式如表1所示；

表1三种监督控制模式及其对应动作

动作执行方式是指无人机在有人机监督控制下，完成对应的障碍规避动作的方式，如表2所示：

表2三种监督控制模式及其对应的动作执行方式

1)环境因素包括障碍物距离远近、障碍物信息是否已知以及当前通信状况是否良好3个方面，定义如下：

①障碍物距离的定义，包括障碍距离近V3和障碍距离远V5；

相对于无人机，障碍物的位置可以表示为