[發明專利]用于自主交通工具導航的系統和方法

有效

• 申請號: 201610851493.9
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN107036600B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 伊利亞·布雷瓦茲;羅恩·弗瑞丹特爾;達聲蔚
• 申請（專利權）人: 小蟻科技（香港）有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00;G01C21/28;B60W40/08;G05D1/02;A61B5/18
• 代理公司: 北京尚倫律師事務所 11477
• 代理人: 張俊國

公開了一種用于自動導航交通工具的系統，該系統包括：數據儲存器，包含一個或多個區域的一個或多個地圖；電子接口，用于：(i)從外部數據源接收與所述一個或多個區域相關的數據；(ii)從物理傳感器接收與所述交通工具的運動相關的參數；以及(iii)從定位設備接收所述交通工具的位置；包括處理電路的導航處理器，所述處理電路被適配成通過在計算上求解約束最小化問題來確定用于使所述交通工具從所述一個或多個區域中的給定點通行到所述一個或多個區域中的另一個點的初始最優路線。

技術領域

本發明總體上涉及自動化交通工具系統的領域。更具體地，本發明涉及用于自主交通工具導航的系統和方法。

背景技術

數字計算、通信的領域中的進步以及計算機視覺、感測、導航、控制、力學、發動機的算法和系統中的進步導致各種交通工具類型自動導航而不必使人類有負擔的新時代的黎明。

盡管已經在該領域中論證了一些進步，但有多得多的事情要做以便實現真正自主、可靠且安全的交通工具導航。

發明內容

本發明包括用于自主交通工具導航的系統和方法。所公開的架構和算法方案允許實質上在沒有來自人類駕駛員的幫助和干預的情況下的自主交通工具導航。

本發明將經常針對有輪子的地面交通工具(諸如，私家車)加以說明和解釋，然而，交通工具類型和應用不受任何具體類型的交通工具的限制，而是還包括有輪子的汽車、家庭機器人、旋翼飛行器、無人機、步行機、飛機、小船、帆船等——實際上，現今已知或未來將發明出的有受控導航能力的任何機器。

自主導航的問題可以被定義為環境中的交通工具從特定初始位置或起點位移到特定最終位置或目的地的位移的問題。為了簡明，將通常表示空間中的交通工具位置的完整描述，并包括其質心的坐標{x₁，x₂，x₃}和其相對于某預選擇坐標系的旋轉角度兩者：該坐標可以是歐幾里得體系中的空間坐標，并且該角度可以是滾轉、俯仰和偏航的角度或者沿交通工具的慣性力矩的主軸的角度。可以為了方便而選擇其他類型的空間坐標和角度，諸如球坐標、歐拉角、四元數等。

我們將通過交通工具的剛性體描述來限制討論，然而，所公開的本發明也適用于其他類型的交通工具，諸如步行機或者在其運動期間顯著改變其形狀和慣性力矩的其他交通工具。

沿特定路徑或軌跡從起點到目的地導航交通工具，該特定路徑或軌跡可以被描述為特定時刻處交通工具位置的序列或者更準確地被描述為交通工具位置對時間t的參數依賴性：

軌跡由自主交通工具導航系統(也稱為“交通工具導航系統”、“導航系統”或“系統”)計算，且在必要時沿途更新或更改。交通工具由其(一個或多個)發動機的力經由促動器或運動控制器來移動。

(一個或多個)發動機以及促動器可以在不同種類的交通工具之間不同：對于有輪子的汽車，控制器是油門、傳動裝置、輪子的轉向裝置以及制動器；對于機動船，其為其發動機的推力和方向以及其舵的傾斜度；對于帆船，其為其帆相應于風的位置和幅度的位置以及相應的船和舵方向。四軸無人機的運動控制器是其發動機和螺旋槳。飛機的運動控制器是其發動機、方向舵、升降舵、副翼、襟翼的推力。

盡管針對各種類型的交通工具的不同類型的運動控制器之間有明顯區別，它們具有很多共同之處——每一個運動控制器將力施加到交通工具上，交通工具進而將該力轉換成交通工具速度和運動方向的改變(或保持)。

由運動控制器施加的力依賴于控制器、交通工具和周圍環境的狀態。例如，由汽車的發動機通過輪子施加的力依賴于發動機的扭矩的量、發動機與驅動輪之間的傳動裝置、以及輪子與道路之間的摩擦力；由轉彎輪施加到汽車上的力依賴于汽車速度、輪子的傾角以及輪子與道路之間的摩擦力；由帆船舵或由飛機控制表面(例如，方向舵、升降舵、副翼、襟翼)施加的力依賴于其傾角和水或氣流的相對速度等。