[发明专利]一种基于运行时保证框架的安全无人机系统

说明书

本发明提出一种基于运行时保证框架的安全无人机系统，属于安全控制技术领域。所述系统包括位于所述无人机的机身中部的基于运行时保证(Runtime Assurance，RTA)框架的自动驾驶控制模块，并利用所述自动驾驶控制模块控制位于所述无人机头部的斜盘控制结构和位于所述无人机底部的舵面控制结构，从而实现对所述无人机的飞行状态进行容错控制。

技术领域

本发明属于安全控制技术领域，尤其涉及一种基于运行时保证框架的安全无人机系统。

背景技术

在未知的战争环境中，无人飞行器的协调软件需要使飞行控制、安全监控、武器管理、任务规划、消息暗示和其他系统能够紧密配合，这就需要对系统安全防护以及无人机的硬件做出合理的设计，针对传统无人飞行器系统的安全技术问题而言，通常使用的方法是找出系统中可能存在的安全漏洞，或是在概率上保证安全技术在很大程度上不会出错，但是面面俱到的安全体系庞大臃肿，使得无人飞行系统难以承受其代价，且无法聚焦问题，因此需要设计一种智能系统安全解决方案，在被控对象运行非确定性系统(例如：智能算法)时，实时进行监视和控制的过程，以观察判断非确定性系统是否正常运行，对无人机飞控系统进行容错控制。

在现有的无人机运行方案中，当无人机存在硬件受损或者受到攻击时，为人机的飞行安全无法得到保障。尤其在复杂的天气环境中，飞行器的硬件和软件方面都需要容错方案，且还需在短时间内实现若错过渡的平缓切换。

发明内容

本发明利针对现有无人机存在的硬件受损或者受到攻击时飞行安全不无法得到保障的技术问题，提出了一种基于运行时保证框架的安全无人机系统(及对应的无人机)。

本发明第一方面公开了一种基于运行时保证框架的安全无人机系统。所述系统包括位于所述无人机的机身中部的基于运行时保证(Runtime Assurance，RTA)框架的自动驾驶控制模块(5)，并利用所述自动驾驶控制模块(5)控制位于所述无人机头部的斜盘控制结构(16)和位于所述无人机底部的舵面控制结构(13)，从而实现对所述无人机的飞行状态进行容错控制。

其中，所述斜盘控制结构(16)包括斜盘机械机构(1)、无人机桨叶(2)和传动结构，所述无人机桨叶(2)包括上桨叶和下桨叶，所述上桨叶逆时针转动，所述下桨叶顺时针转动，所述传动结构包括安装于第一层固定板(4)上的传动结构第一部件(3)和传动结构第二部件(8)；所述舵面控制结构(13)包括舵面结构第一部件(11)、舵面结构第二部件(12)、舵机安装部位(14)以及第三层固定板(15)，所述舵机安装部位(14)位于所述第三层固定板(15)上，所述舵面结构第一部件(11)和所述舵面结构第二部件(12)构成所述无人机底部的两对舵面。

其中，在所述运行时保证框架内：当所述无人机的飞行状态为正常运行状态时，所述自动驾驶控制模块(5)被配置为利用所述斜盘控制结构(16)和所述舵面控制结构(13)共同控制所述无人机的姿态调整和机动工作；当所述斜盘控制结构(16)出现故障时，所述上桨叶和所述下桨叶始终保持在同一垂直线上，所述自动驾驶控制模块(5)被配置为利用所述斜盘控制结构(16)为所述无人机提供动力支持，并通过调节所述舵面控制结构(13)的舵面偏转角度来控制所述无人机的姿态调整和悬停自稳；当所述舵面控制结构(13)出现故障时，所述自动驾驶控制模块(5)被配置为利用所述斜盘控制结构(16)为所述无人机提供所述动力支持，并通过调节所述斜盘机械结构(1)与水平面的偏移角度来控制所述无人机的姿态调整。

根据本发明第一方面的系统，所述无人机还包括位于所述无人机的机身中部的无人机外壳(9)，所述无人机外壳(9)呈圆筒状，其上部与位于所述无人机头部的斜盘控制结构(16)连接，其底部与位于所述无人机底部的舵面控制结构(13)连接；所述无人机外壳(9)形成无人机内部空间(10)，在所述无人机内部空间(10)中，从上至下依次安装有所述第一层固定板(4)、所述自动驾驶控制模块(5)、第二层固定板(6)以及无人机电池(7)，所述自动驾驶控制模块(5)安装于所述第二层固定板(6)上。