本發(fā)明涉及計算機(jī)技術(shù)和自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地，涉及提供基于從連接至單元的諸如攝像機(jī)、擴(kuò)音器、測量單元自身及其環(huán)境的各個物理參數(shù)的傳感器等設(shè)備接收的處理數(shù)據(jù)的運(yùn)動控制的移動機(jī)器人管理和無人駕駛飛機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

與本發(fā)明最為接近的類似情況是2006年12月14日公布的專利US 2006279246 A1中描述的用于控制機(jī)器人的移動的設(shè)備。US 2006279246 A1中描述的設(shè)備包括與隨機(jī)存取存儲器和處理器的控制器連接的中央處理單元(下文稱為CPU)；處理器的控制器連接至伺服電機(jī)控制器、通信控制設(shè)備、外圍控制設(shè)備、以及串行存取存儲器單元。顯而易見，已知設(shè)備可用于控制包括多種獨(dú)立設(shè)備的幾乎任何信息物理(cyber-physical)系統(tǒng)或控制單個信息物理對象。確定控制算法的控制器的單一節(jié)點(diǎn)是CPU和控制器中包括的所有其他單元經(jīng)由預(yù)定(不變的)協(xié)議為外圍設(shè)備提供數(shù)據(jù)處理和交互。該設(shè)備的明顯缺點(diǎn)在于，在需要結(jié)合諸如不同環(huán)境中移動的無人駕駛飛機(jī)、移動機(jī)器人、以及集成信息物理對象的其他系統(tǒng)等移動對象的高速度和動態(tài)對傳感器接收的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的條件下，缺乏速度并且對象控制的質(zhì)量有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

所提出的發(fā)明通過在多個計算子系統(tǒng)之間發(fā)布和分配控制功能的CPU資源，消除了這些缺點(diǎn)并且在使用包括自適應(yīng)調(diào)整算法的高計算復(fù)雜算法信息物理系統(tǒng)中提供更高可靠性、性能、以及穩(wěn)定的對象控制。通過使用提出的信息物理系統(tǒng)中的控制設(shè)備或諸如移動機(jī)器人和/或無人駕駛飛機(jī)等各個信息物理系統(tǒng)的管理實(shí)現(xiàn)了上述描述的技術(shù)結(jié)果。提出的設(shè)備包括連接至儲存設(shè)備、3軸加速計和/或3軸陀螺儀、用于外部設(shè)備的接口、以及用戶界面的中央處理器單元。不同于已知解決方案，設(shè)備包含連接至CPU的外圍處理單元和連接至外圍處理單元的用于外圍設(shè)備控制的接口，其中，用戶界面連接至CPU并且連接至外圍處理器單元。用于外圍設(shè)備控制的接口包括下列項中的多個(但并不局限于)：電機(jī)控制單元；伺服電機(jī)控制單元；角速度控制單元(編碼器)；電磁傳感器控制單元；熱力學(xué)傳感器控制單元；位置傳感器控制單元。外部設(shè)備接口包括從下列項中選擇的這些項(但并不局限于)：外圍設(shè)備的連接和控制裝置；傳感器的連接和控制裝置；控制器連接裝置；PC連接裝置；視頻信號接收裝置；音頻信號接收裝置。用戶界面包括選自于下列項中的裝置(但并不局限于)：顯示器；光和/或聲音指示裝備；WiFi/藍(lán)牙。外圍處理單元包括控制受控對象的電能消耗的裝置。

具體實(shí)施方式

所提出的設(shè)備包括：具有存儲器單元(RAM、閃存、SD卡)的CPU 1，CPU 1連接(電連接)至以下：外圍處理單元2；3軸加速計3；3軸陀螺儀4；外部設(shè)備接口5，以及用戶界面6。上述外圍處理單元2連接至：用于管理受控對象的裝備的接口7。用戶界面6連接至CPU 1和外圍處理單元2。加速計3和陀螺儀4使得處理單元1在不連接外部設(shè)備的情況下可以確定設(shè)備在空間中的運(yùn)動位置和軌跡?？梢允褂肈C源和電池為設(shè)備供應(yīng)電。

外部設(shè)備接口5的裝置可包括不同的硬件，該硬件提供外圍設(shè)備(定時器、脈沖寬度調(diào)制信號端口、信號端口、擴(kuò)充槽、USB端口等)的連接和控制；傳感器(編碼器等)的連接和控制；外部控制器的連接、PC或其他可編程終端連接(UART端口等)；從外部設(shè)備接收視頻和音頻信號。

用戶界面6可包括顯示器；光和/或聲音指示裝備；WiFi/藍(lán)牙、鍵盤等。外部設(shè)備接口5的裝備和用戶設(shè)備的具體選擇由具體信息物理對象的目的和設(shè)計特征確定。操作人員(用戶)可經(jīng)由藍(lán)牙以及經(jīng)由利用WiFi無線接口的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，從計算機(jī)或移動設(shè)備接口遠(yuǎn)程控制該設(shè)備。通過按鍵和觸摸屏可以局部控制該設(shè)備，因為按鍵是用戶可編程的。

專用的外圍處理單元2提供對控制接口7中的各個裝置的控制，即，允許釋放CPU 1資源，以執(zhí)行資源密集型算法，從而分析由控制器積聚的全部數(shù)據(jù)，以及基于傳感器對物理量的值的即時測量提供對象的操作控制的高動態(tài)。此外，外圍處理單元包括用于監(jiān)控受控對象的電力的消耗并且保護(hù)受控對象不超過能容許的電流水平的裝置?？刂乒δ茉趦蓚€處理單元之間的分配能夠利用十分復(fù)雜的控制算法，以在不使對外部事件及環(huán)境參數(shù)的變化的響應(yīng)時間降級的情況下控制信息物理對象。受控對象裝備控制接口7的工具可包括提供下列控制的各個硬件/各個模塊和/或存儲器模塊：電機(jī)和/或致動器(電機(jī)的功率驅(qū)動器、電流限制器)的控制機(jī)構(gòu)；角速度傳感器(編碼器)的控制機(jī)構(gòu)；電磁傳感器值的控制機(jī)構(gòu)(電磁場的方向和強(qiáng)度等)；傳感器的熱力學(xué)量的控制機(jī)構(gòu)(溫度、壓力等)；位置傳感器的控制機(jī)構(gòu)(旋轉(zhuǎn)角等)。指定組的控制接口7的工具由無人駕駛飛機(jī)、機(jī)器人、或任何其他信息物理對象的目的和設(shè)計特性確定。

通過構(gòu)成設(shè)備的各個子系統(tǒng)的描述，可以說明用于控制信息物理系統(tǒng)及對象的提出設(shè)備的操作。這些子系統(tǒng)代表了CPU 1和外圍處理單元2的存儲器以及各個目的外圍設(shè)備的各個區(qū)域。

用于控制信息物理系統(tǒng)和/或各個信息物理對象的管理的目的設(shè)備包括下列子系統(tǒng)：中央通用控制子系統(tǒng)；視頻捕獲和處理子系統(tǒng)(計算機(jī)視覺子系統(tǒng))；音頻捕獲和處理子系統(tǒng)以及音頻輸出；用于捕獲和處理來自模擬與數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)；本地?zé)o線子系統(tǒng)；本地管理子系統(tǒng)；導(dǎo)航設(shè)備控制子系統(tǒng)、遠(yuǎn)距無線通信和雷達(dá)子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)；用于電機(jī)和伺服控制的子系統(tǒng)；自動發(fā)電子系統(tǒng)。

中央通用管理子系統(tǒng)提供對控制器的全部子系統(tǒng)的中央化控制，并且對從輸入子系統(tǒng)捕獲的處理數(shù)據(jù)執(zhí)行智能算法、以及基于分析執(zhí)行自適應(yīng)的控制調(diào)整。中央子系統(tǒng)為移動機(jī)器人和無人駕駛飛機(jī)、以及不具有靜態(tài)穩(wěn)定性的移動對象(具有單個主轉(zhuǎn)子的典型的直升機(jī)、步行機(jī)器人、兩輪自推進(jìn)式平臺(賽格威segway)等)提供空間穩(wěn)定性。

視頻捕獲和處理子系統(tǒng)(計算機(jī)視覺子系統(tǒng))結(jié)合從其他輸入信道獲得的信息以及數(shù)據(jù)分析或獨(dú)立地提供設(shè)備在空間中的方位。通過使用兩個并行的視頻流及其同步處理的算法，通過給定的視覺模式可靠地識別并且通過其在空間中的相對位置識別對象。關(guān)于通過無線信道的進(jìn)一步傳輸和/或內(nèi)部儲存器的節(jié)省，執(zhí)行濾波和視頻壓縮。

用于音頻數(shù)據(jù)的捕獲、處理、以及后續(xù)輸出的子系統(tǒng)使用音頻輸入的2個并行信道，基于一組聲音模式，結(jié)合從其他輸入信道獲得的信息和數(shù)據(jù)分析或獨(dú)立地，提供對對象的可靠性識別。其還根據(jù)給定的程序提供聲音輸出，其中包括與已識別對象的信息的交換。

用于從模擬和數(shù)字傳感器捕獲和處理數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)從內(nèi)置的3軸加速計、陀螺儀、外部導(dǎo)航系統(tǒng)、以及傳感器收集并且分析導(dǎo)航和遙測數(shù)據(jù)。

本地?zé)o線通信子系統(tǒng)提供無線WiFi和/或藍(lán)牙訪問點(diǎn)的范圍內(nèi)的用戶交互，其中包括經(jīng)由因特網(wǎng)提供用戶交互。

本地控制子系統(tǒng)提供與用戶的交互，其中包括使用前面板上的按鈕和觸摸屏，訪問本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)之外的網(wǎng)絡(luò)。

導(dǎo)航設(shè)備控制的子系統(tǒng)、遠(yuǎn)距無線通信和雷達(dá)子系統(tǒng)結(jié)合從其他輸入信道獲得的信息和數(shù)據(jù)分析或獨(dú)立地提供設(shè)備的位置方位。其還能夠經(jīng)由外部蜂窩和遠(yuǎn)距無線通信設(shè)備支持與用戶的遠(yuǎn)程交互(如果可以，作為載波設(shè)備的一部分)。

數(shù)據(jù)儲存和寄存子系統(tǒng)提供設(shè)備控制程序的儲存，包括全部板載子系統(tǒng)的可執(zhí)行二進(jìn)制碼。同時，給定程序?qū)⒃谧詣舆\(yùn)作過程中獲得的視聽和遙測數(shù)據(jù)的捕獲提供給可移除的非易失性存儲器單元。

電機(jī)和伺服控制子系統(tǒng)基于由中央通用管理子系統(tǒng)產(chǎn)生的命令和控制參數(shù)，提供電伺服機(jī)構(gòu)和電機(jī)的自動控制。此外，伺服和電機(jī)控制子系統(tǒng)執(zhí)行該單元的逐步交付或到目標(biāo)對象的有效載荷，從而克服了作為無人駕駛飛機(jī)的路線的一些部分和作為移動機(jī)器人(帶輪、軌跡、或步行)的路線的其他部分。逐步交付的益處在于弱化自動模式的運(yùn)作時間的限制，以及提高將機(jī)器交付至遠(yuǎn)的難以抵達(dá)對象的可能性。

自動電力子系統(tǒng)將電力從低壓DC電池提供至控制器的全部子系統(tǒng)，其參數(shù)可根據(jù)受控設(shè)備所需的設(shè)計和技術(shù)參數(shù)而變化。

上述一起運(yùn)作的這些子系統(tǒng)和硬件用于輸入經(jīng)由連接的計算機(jī)或本地地控制設(shè)備的用戶程序，包括沒有任何輸入設(shè)備和通信信道的現(xiàn)場條件。與其后續(xù)的返回一起，可以執(zhí)行載波設(shè)備重新定位任務(wù)到給定目的地點(diǎn)的自動執(zhí)行。在靜止或移動對象的給定范圍內(nèi)，在給定區(qū)域內(nèi)執(zhí)行對靜止或移動對象的一組特征的搜索，從而基于其技術(shù)特性提供無人駕駛飛機(jī)的安全著陸以及其著陸的控制?；谟蓚鞲衅骱推渌獠吭O(shè)備提供的視頻信道、音頻信道、額外的測量信道而確定的特征集，執(zhí)行給定對象的可靠性識別。在識別之后，執(zhí)行與給定對象的物理或信息交互，以及經(jīng)由無線電的視聽和遙測信息的實(shí)時傳輸、及其在內(nèi)置非易失性存儲器單元中的注冊。

上述說明書描述了用于信息物理系統(tǒng)/各個信息物理對象的控制的控制設(shè)備，該控制設(shè)備提供可靠的控制和高速性能、以及允許使用高計算復(fù)雜性的算法。