一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法及系统与流程

1.本发明属于无人驾驶技术领域，具体涉及一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法及系统。


背景技术：

2.地面无人平台是一个将环境感知与运动控制等多种功能融合到一起的综合系统。对于地面无人平台来说，要求具备良好的稳定操控性能，利用无线遥控器，操作者可以在视距内对无人平台进行整车动作，如：前进、倒车等动作，从而控制无人平台在各种工况下进行指定作业；操作者利用遥操作终端进行控制即操作者在远离车的地方（视距外）利用图传电台通过图像观察车辆周围的状况，通过数传电台将遥控器的信信号传递到车辆ecu（electronic control unit，电子控制器单元，又称为汽车的“行车电脑”，用途是控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能），从而控制车辆的整车动作；车辆切换到自主模式时，车辆能够自主行进，实现路径规划、自主避障、执行特定的任务动作。无人平台的任务特殊性，车辆多集成多种操控系统，但没有比较完善的多模式操控的控制策略，因而存在丧失操控权限导致车辆失控或者多种操控方式同时介入出现控制逻辑混乱的问题。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中的不足，本发明提供一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法及系统，通过合理规划不同操控模式的优先级，使当前车辆只能在一种控制模式下进行工作，提高了车辆控制的安全性。
4.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：第一方面，提供一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法，操控模式包括自主操控模式、遥操控模式和遥控模式，控制方法包括：自主操控模式必须获得自主操控权限后才能操作；当遥操控权限或者遥控权限激活后，无人平台退出自主操控模式；当遥控模式没有获取遥控权限时，只要有遥操控指令输出，则无人平台进入遥操控模式，此时如果遥控模式获取遥控权限，则无人平台进入遥控模式；无人平台进入遥控模式时必须获取遥控权限。
5.进一步地，当自主操控权限、遥操控权限和遥控权限同时触发时，进入遥控模式的权限优先级最高，进入遥控模式。
6.进一步地，获取遥控模式权限的方法为：若人
‑
车距离＜β，则自动获取遥控模式权限，β为无人平台上检测基站至电子标签的有效距离，电子标签佩戴在操作者身上；若β＜人
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车距离＜α，触发遥控模式权限开关后进入遥控模式，α为指遥控器接收机到发射器的有效工作距离。
7.进一步地，在自主操控模式下，遥操控模式或遥控模式可以在任一时刻介入，此时，自主操控模式退出，进入遥操控模式或遥控模式；在获取自主操控权限后可重新进入自主操控模式。
8.进一步地，在自主操控模式失效后，可通过遥操控模式或遥控模式紧急制动并关闭自主操控模式。
9.第二方面，提供一种多操控系统及操控模式无人平台的控制系统，包括车辆ecu、自主操控模块、遥操控模块、遥控模块和权限判断模块，所述车辆ecu分别与自主操控模块、遥操控模块、遥控模块和权限判断模块电连接；所述自主操控模块，用于在自主操控模式下控制无人平台；所述遥操控模块，用于在遥操控模式下控制无人平台；所述遥控模块，用于在遥控模式下控制无人平台；所述权限判断模块，用于根据第一方面所述的多操控系统及操控模式无人平台的控制方法判断无人平台当前运行于哪种操控模式。
10.进一步地，所述自主操控模块包括分别与主工控机电连接的环境感知模块和行为决策模块；所述主工控机与车辆ecu通信连接。
11.进一步地，所述遥操控模块包括与车辆ecu通信连接的车载式电台，所述车载式电台包括数传电台发射器和图传电台发射器。
12.进一步地，所述遥控模块包括距离检测基站和与车辆ecu通信连接的遥控发射器。
13.进一步地，还包括遥控器，所述遥控器包括与所述遥操控模块通信连接的数传电台接收端和图传电台接收端，与所述遥控模块、车辆ecu通信连接的遥控发射器和电子标签。
14.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：（1）本发明通过合理规划自主操控模式、遥操控模式和遥控模式的优先级，使当前车辆只能在一种控制模式下进行工作，减少了出现控制混乱，车辆失控的现象，提高了车辆控制的安全性；（2）本发明通过融合自主操控模式、遥操控模式和遥控模式三种控制模式，可以更加适用不同的环境要求，如在操作手无法安全工作的环境中，可以通过遥操作或者自主操控执行任务。
附图说明
15.图1是采用本发明实施例提供的一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法的无人平台操控系统框图；图2是本发明实施例中车辆操控模式控制架构示意图；图3是本发明实施例中权限判断模块的控制策略示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
17.实施例一：一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法，操控模式包括自主操控模式、遥操控模式和遥控模式，控制方法包括：自主操控模式必须获得自主操控权限后才能操作；当遥操控权限或者遥控权限激活后，无人平台退出自主操控模式；当遥控模式没有获取遥控权限时，只要有遥操控指令输出，则无人平台进入遥操控模式，此时如果遥控模式获取遥控权限，则无人平台进入遥控模式；无人平台进入遥控模式时必须获取遥控权限。
18.具体控制过程如图3所示，判断是否存在自主操控信号，当存在自主操控信号时，判断是否存在遥操控信号，当不存在遥操控信号时，进入自主操控模式；当存在遥操控信号时，退出自主操控模式并进入遥操控模式；当不存在自主操控信号时，判断是否存在遥操控信号，当存在遥操控信号时，进入遥操控模式；当不存在遥操控信号时，判断是否存在遥控信号，当存在遥控信号时，进入遥控模式，当不存在遥控信号时，判断是否存在自主操控信号。
19.本实施例目的是解决当前含自主操控模式、遥操控模式和遥控模式三种控制模式的无人平台能够安全有效切换控制模式的问题，按照操控的安全等级划分操控权限等级，操控权限由高至低分别为遥控模式＞遥操控模式＞自主操控模式。能够有效处理车辆紧急状态下的权限分配问题。同时通过合理有效的操控权限管理模块，使当前车辆只能在一种控制模式下进行工作，防止出现控制混乱，车辆失控。
20.当自主操控权限、遥操控权限和遥控权限同时触发时，进入遥控模式的权限优先级最高，进入遥控模式。
21.获取遥控模式权限的方法为：若人
‑
车距离＜β，则自动获取遥控模式权限，β为无人平台上检测基站至电子标签的有效距离，电子标签佩戴在操作者身上；若β＜人
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车距离＜α，触发遥控模式权限开关后进入遥控模式，α为指遥控器接收机到发射器的有效工作距离。
22.在自主操控模式下，遥操控模式或遥控模式可以在任一时刻介入，此时，自主操控模式退出，进入遥操控模式或遥控模式；在获取自主操控权限后可重新进入自主操控模式。
23.在自主操控模式失效后，可通过遥操控模式或遥控模式紧急制动并关闭自主操控模式。
24.本实施例通过合理规划自主操控模式、遥操控模式和遥控模式的优先级，使当前车辆只能在一种控制模式下进行工作，减少了出现控制混乱，车辆失控的现象，提高了车辆控制的安全性；通过融合自主操控模式、遥操控模式和遥控模式三种控制模式，可以更加适用不同的环境要求，如在操作手无法安全工作的环境中，可以通过遥操作或者自主操控执行任务。
25.实施例二：如图1~图3所示，基于实施例一所述的一种多操控系统及操控模式无人平台的控制方法，本实施例提供一种多操控系统及操控模式无人平台的控制系统，本实施例中，无人平台以常见的无人驾驶的工程车辆为例，包括车辆ecu、自主操控模块、遥操控模块、遥控模块和权限判断模块，车辆ecu分别与自主操控模块、遥操控模块、遥控模块和权限判断模块电连接；自主操控模块，用于在自主操控模式下控制无人平台；遥操控模块，用于在遥操控模式下控制无人平台；遥控模块，用于在遥控模式下控制无人平台；权限判断模块，用于根据实施例一所述的多操控系统及操控模式无人平台的控制方法判断无人平台当前运行于哪种操控模式。
26.自主操控模块包括分别与主工控机电连接的环境感知模块和行为决策模块；主工控机与车辆ecu通信连接。自主操控模块独特有的硬件组成包括环境感知模块和行为决策模块：其中，环境感知模块包括环境感知传感器和环境感知数据处理模块，用于进行道路障碍物等所处环境信息的检测及识别，基于车辆传感器（即环境感知传感器，包括毫米波雷
达、激光雷达和双目深度相机等等）的布置情况配置多台工控机进行数据处理；组合惯导及导航定位数据处理模块为无人车辆提供实时航向、速度、路程、位置等信息。整个系统行为决策模块由主工控机接收各传感器的信息进行数据融合，制定整车综合控制策略，包括预判车辆行驶状态，规划车辆的行为如车辆的转向，速度，制动等，规划行走路径。主工控机与整车ecu实时通讯，基于车辆动力学模型实现对车辆的驱动、制动、转向等进行控制，使车辆跟随制定轨迹行驶。
27.遥操控模块包括与车辆ecu通信连接的车载式电台，车载式电台包括数传电台发射器和图传电台发射器。遥操控系统主要基于视距外的操作。系统组成包括多处摄像头，用于采集无人平台运行时的周围环境与自身行走机构运动状态，视频采集处理单元实现多路高清视频的采集编码并对图像进行裁剪拼接，车载式电台包括数传电台发射器，图传电台发射器。遥操控端（遥控器）包括数传电台接收端，图传电台接收端，操控面板，显示器，车载式电台与车辆ecu实时通讯实现对车辆的运动控制。数传电台和图传电台分别在车载端和操控端配置天线。
28.图传电台发射端用于发射视频信号，数传电台发射端用于回传车辆的运行数据并且接收车辆的操控指令。图传电台接收端接收图像信息并进行图像解码，数传电台接收端接收车辆运行数据并且发送操控指令。操纵面板布置操控摇杆与开关按钮，用于驾驶车辆。显示器用于车辆周边环境图像的显示及视频模式切换，进行电台带宽、频率和频段的调整，也可以实时显示车辆位置信息于电子地图上。
29.遥控模块包括距离检测基站和与车辆ecu通信连接的遥控发射器。遥控系统主要用于视距内遥控车辆，包括遥控发射器与便携式遥控接收器及天线。遥控发射器与整车ecu实时通讯实现对车辆的运动控制。
30.本实施例中的遥控器包括与遥操控模块通信连接的数传电台接收端和图传电台接收端，与遥控模块、车辆ecu通信连接的遥控发射器和电子标签。遥控器用于在遥操控模式或遥控模式下对无人平台进行操控。
31.以安全级别来确定操控优先级，遥控操作手大多伴随车辆行进，能够更近距离的观测到车辆运行状态和周边行车环境，能够更精准的判断路况控制车辆。
32.车辆的操控权限设置为遥控模式＞遥操控模式＞自主操控模式。车辆操控模式控制架构见图2。操作者身上佩戴电子标签，当手持遥控器靠近车辆时，当人
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车距离＜β时，电子标签与车上安装的检测基站建立通讯连接，车辆操控权转移至遥控操作。遥控操控权限获取信号反馈至遥操作平台。当人
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车距离＞β时，电子标签与车上安装的检测基站通讯中断，如果遥控接收器在有效工作距离α内，如果遥控操作需要获取权限，必须主动触发权限开关，权限获取后信号反馈至遥操控平台。如果遥控操作没有获取操作权限，遥操控指令只要有输出，车辆操控权限转移至遥操控模式，此时操作人员通过遥操控控制面板根据实时返回的车辆环境影像和车辆运行数据控制车辆行进。如果需要自主操控模式获取操作权限，在遥操控控制面板上设置自主操控使能开关，按下自主操控使能开关后，车辆操控权限转移至自主操控模式，一般情况下自主操控模式值得信任。如果出现短暂无法辨识的路线，在遥操控平台上进行提醒，此时车辆仍处于自主操控模式。遥控模式或者遥操控模式可以在任一时刻介入接管车辆，此时自主操控模式退出。如果需要重新进入自主操控模式，则需要重新按下自主操控使能开关获取操控权限。如果自主操控模式失效，也可通过操作面板
上设置的紧急制动关闭自主操控程序，人工接管车辆。紧急制动按钮按下后，自主操控使能复位，自主操控模式退出，失去操控权限。
33.当遥控模式、遥操控模式、自主操控模式同时触发，此时只执行遥控模式。自主操控模式的权限必须建立在自主操控使能开关有效时才能运行。无人技术操控时，遥控模式和遥操控模式可以随时介入接管车辆，执行优先级还是遥控模式＞遥操控模式。具体操控权限管理模块控制见图3。
34.上述距离β指检测基站能够检测到电子标签有效距离，即β为无人平台上检测基站至电子标签的有效距离，一般电子标签佩戴在操作者身上，类似电子身份验证；，一般最大距离在10
‑
20米。
35.距离α指遥控器接收机到发射器的有效工作距离，即α为指遥控器接收机到发射器的有效工作距离，一般最大距离在500—1000米。
36.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。