起飛輔助的制作方法
【專利說明】起飛輔助
【背景技術(shù)】
[0001] 飛行器，例如，無人飛行器，用于執(zhí)行軍事和民事應(yīng)用中的監(jiān)控、勘測及探測任務(wù)。 這樣的飛行器可以攜帶有效負(fù)載以具有特定的功能。這些飛行器可以在表面上起飛及降 落。
[0002] 然而，傳統(tǒng)控制的飛行器從表面起飛時(shí)，與表面所提供的力相結(jié)合的反饋控制系 統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致飛行器開始起飛離開表面時(shí)不平穩(wěn)。特別是，表面是斜面或者不平整時(shí)，則起飛不 會(huì)是豎直的，如此可能導(dǎo)致無人機(jī)墜毀或跌落。起飛對(duì)用戶來說是一個(gè)挑戰(zhàn)，特別是沒有經(jīng) 驗(yàn)的用戶，如果無人飛行器起飛期間失控或起飛不平穩(wěn)，用戶將會(huì)變得緊張，并導(dǎo)致飛行器 墜毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在某些例子中，有必要使用起飛方法來保證飛行器能夠平穩(wěn)且豎直地起飛。因此， 有必要改善起飛方法。本發(fā)明提供與飛行器起飛控制相關(guān)的系統(tǒng)、方法及設(shè)備?，F(xiàn)有的比 例-積分-微分控制器（PID Controllers)，由于積分的記憶效應(yīng)（memory effects of integration)，會(huì)導(dǎo)致飛行器與平面之間有地面力，而該地面力會(huì)使得積分表達(dá)式的輸出 錯(cuò)誤并導(dǎo)致飛行器起飛不平穩(wěn)。在本發(fā)明中，飛行器起飛期間且飛行器尚未離開地面時(shí)允 許刪除積分，直到飛行器確定已經(jīng)離開地面。這里描述的控制系統(tǒng)及方法可以直接輸出模 擬起飛控制值，當(dāng)起飛成功后，無縫地切換到PID控制。根據(jù)飛行器的一個(gè)或多個(gè)電機(jī)的輸 出及/或飛行器的加速度來判斷何時(shí)切換到PID控制方法。
[0004] 本發(fā)明提供了一種可移動(dòng)物體的起飛輔助的方法，所述方法包括：在第一控制方 式下增加對(duì)可移動(dòng)物體的致動(dòng)器的輸出，其中對(duì)致動(dòng)器的輸出會(huì)增加可移動(dòng)物體的高度； 根據(jù)對(duì)致動(dòng)器的輸出、由致動(dòng)器所測量的輸出、或可移動(dòng)物體的速度或加速度，通過處理器 判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到起飛閾值；及當(dāng)可移動(dòng)物體達(dá)到起飛閾值時(shí)，使用第二控制方式 控制對(duì)致動(dòng)器的輸出。
[0005] 在某些實(shí)施例中，所述可移動(dòng)物體可以是能夠豎直起飛及/或降落的飛行器。所 述可移動(dòng)物體可以是無人飛行器。所述無人飛行器可以是一個(gè)旋翼飛行器。致動(dòng)器可以是 一個(gè)電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)物體的推進(jìn)單元。所述推進(jìn)單元是一個(gè)旋翼，該旋翼用于提供 上升動(dòng)力給可移動(dòng)物體。
[0006] 第一控制方式可以是第一積分控制方式。第一積分控制方式下的積分值可以設(shè)置 為默認(rèn)值。在某些實(shí)施例中，所述默認(rèn)值為零。
[0007] 對(duì)制動(dòng)器的輸出可以通過一個(gè)常量進(jìn)行增加。通過增加對(duì)致動(dòng)器的輸出可以增加 整個(gè)可移動(dòng)物體的推力。遙控終端發(fā)送指令。在接收指令以增加可移動(dòng)物體的高度之前， 可移動(dòng)物體接收指令以啟動(dòng)致動(dòng)器并將致動(dòng)器設(shè)置為怠速狀態(tài)。所述方法還包括當(dāng)增加高 度的指令沒有超過預(yù)設(shè)的值時(shí)，減少對(duì)致動(dòng)器的輸出直到致動(dòng)器處于怠速狀態(tài)。
[0008] 可選地，第二控制方式可以是第二積分控制方式。使用第二積分控制方式控制對(duì) 致動(dòng)器的輸出可以包括豎直方向的積分控制。使用第二積分控制方式控制致動(dòng)器包括如下 一個(gè)或多個(gè)的積分控制：前方向、后方向、右方向、左方向或高度。在某些情況下，使用第二 積分控制方式控制致動(dòng)器還包括使用比例-積分-微分控制方式。
[0009] 可以根據(jù)對(duì)致動(dòng)器的輸出量來判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到了起飛閾值。根據(jù)對(duì)致動(dòng) 器的輸出量以判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到了起飛閾值可以包括：當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出量超過預(yù) 設(shè)的值時(shí)，判定可移動(dòng)物體達(dá)到了起飛閾值。判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到了起飛閾值還可以 根據(jù)所測量的可移動(dòng)物體的速度或加速度、所測量的高度或從致動(dòng)器測量的輸出。可選地， 判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到了起飛閾值并不根據(jù)來源于可移動(dòng)物體外部的信號(hào) [0010] 在某些例子中，（1)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出大于第一預(yù)設(shè)輸出值及可移動(dòng)物體在豎直 方向上的加速度超過預(yù)設(shè)加速度值，或（2)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出大于第二預(yù)設(shè)輸出值時(shí)，可 移動(dòng)物體達(dá)到起飛閾值。所述第二預(yù)設(shè)輸出值可能不同于第一預(yù)設(shè)輸出值。所述第二預(yù)設(shè) 輸出值可能大于第一預(yù)設(shè)輸出值。
[0011] 本發(fā)明提供另一種可移動(dòng)物體的輔助起飛的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：接收器，用于接 收指令以增加可移動(dòng)物體的高度；可移動(dòng)物體的致動(dòng)器，其中對(duì)致動(dòng)器的輸出會(huì)增加可移 動(dòng)物體的高度；及處理器，用于根據(jù)對(duì)致動(dòng)器的輸出、從致動(dòng)器測量的輸出、或可移動(dòng)物體 的速度或加速度來判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到起飛閾值，并且（1)當(dāng)可移動(dòng)物體沒有達(dá)到起 飛閾值時(shí)采用第一控制方式，及（2)當(dāng)可移動(dòng)物體達(dá)到起飛閾值時(shí)采用第二控制方式，生 成用于對(duì)致動(dòng)器的輸出進(jìn)行控制的信號(hào)。
[0012] 處理器可以是機(jī)載于可移動(dòng)物體上。可選地，所述處理器可以設(shè)置在與可移動(dòng)物 體分開的外設(shè)裝置上。
[0013] 在某些實(shí)施例中，可移動(dòng)物體可以是一個(gè)能夠豎直起飛及/或降落的飛行器。所 述可移動(dòng)物體可以是無人飛行器。所述無人飛行器可以是旋翼飛行器。致動(dòng)器可以是電機(jī)， 該電機(jī)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)物體的推進(jìn)單元。所述推進(jìn)單元是旋翼，該旋翼用于為可移動(dòng)物體提供 上升動(dòng)力。
[0014] 第一控制方式可以是第一積分控制方式。第一積分控制方式下的積分值可以設(shè)置 為默認(rèn)值。在某些實(shí)施例中，所述默認(rèn)值為零。
[0015] 所述對(duì)制動(dòng)器的輸出可以通過一個(gè)常量進(jìn)行增加。通過增加對(duì)致動(dòng)器的輸出來增 加整個(gè)可移動(dòng)物體的推力。遙控終端發(fā)送指令。在接收指令以增加可移動(dòng)物體的高度之前， 可移動(dòng)物體的接收器用于接收指令以啟動(dòng)致動(dòng)器并將致動(dòng)器設(shè)置為怠速狀態(tài)。所述方法還 包括當(dāng)增加高度的指令沒有超過預(yù)設(shè)的值時(shí)，減少對(duì)致動(dòng)器的輸出直到致動(dòng)器處于怠速狀 ??τ O
[0016] 第二控制方式可以是第二積分控制方式。第二積分控制方式控制可以包括豎直方 向的積分控制。第二積分控制方式還可以包括如下一個(gè)或多個(gè)的積分控制：前方向、后方 向、右方向、左方向或高度。第二積分控制方式可以包括使用比例-積分-微分控制方式。
[0017] 當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出量超出預(yù)設(shè)的輸出值時(shí)，處理器判斷可移動(dòng)物體達(dá)到了起飛閾 值。在某些實(shí)施例中，所述處理器判斷可移動(dòng)物體是否達(dá)到了起飛閾值還可以根據(jù)所測量 的可移動(dòng)物體的速度或加速度、所測量的高度或從致動(dòng)器測量的輸出。所述處理器判斷可 移動(dòng)物體是否達(dá)到了起飛閾值并不依賴來源于可移動(dòng)物體外部的信號(hào)。
[0018] 在某些實(shí)施例中（1)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出大于第一預(yù)設(shè)輸出值及可移動(dòng)物體在豎 直方向上的加速度超過預(yù)設(shè)加速度值，或（2)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出大于第二預(yù)設(shè)輸出值時(shí)， 達(dá)到起飛閾值。所述第二預(yù)設(shè)輸出值可能不同于第一預(yù)設(shè)輸出值。所述第二預(yù)設(shè)輸出值可 能大于第一預(yù)設(shè)輸出值。
[0019] 本發(fā)明提供另一種可移動(dòng)物體的起飛輔助的方法。所述方法包括：在第一控制方 式下增加對(duì)可移動(dòng)物體的致動(dòng)器的輸出，其中對(duì)致動(dòng)器的輸出會(huì)增加可移動(dòng)物體的高度； 通過處理器來執(zhí)行（1)判斷對(duì)致動(dòng)器的輸出是否大于第一預(yù)設(shè)輸出閾值及可移動(dòng)物體在 豎直方向上的加速度是否超過預(yù)設(shè)加速度值，或（2)對(duì)致動(dòng)器的輸出是否超過了第二預(yù)設(shè) 輸出值；及（1)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出大于第一預(yù)設(shè)輸出閾值及可移動(dòng)物體在豎直方向上的加 速度超過預(yù)設(shè)加速度值，或（2)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出超過了第二預(yù)設(shè)輸出值時(shí)，使用與第一 控制方式不同的第二控制方式控制對(duì)致動(dòng)器的輸出。
[0020] 在某些實(shí)施例中，所述可移動(dòng)物體可以是能夠豎直起飛及/或降落的飛行器。所 述可移動(dòng)物體可以是無人飛行器。所述無人飛行器可以是一個(gè)旋翼飛行器。致動(dòng)器可以是 電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)物體的推進(jìn)單元。所述推進(jìn)單元是旋翼，該旋翼用于為可移動(dòng)物體 提供上升動(dòng)力。
[0021] 對(duì)制動(dòng)器的輸出可以通過一個(gè)常量進(jìn)行增加。通過增加對(duì)致動(dòng)器的輸出可以增加 整個(gè)可移動(dòng)物體的推力。所述方法還包括接收指令以增加所述可移動(dòng)物體的高度。遙控終 端發(fā)送指令。在接收指令以增加可移動(dòng)物體的高度之前，可移動(dòng)物體接收指令以啟動(dòng)致動(dòng) 器并將致動(dòng)器設(shè)置為怠速狀態(tài)。所述方法還包括當(dāng)增加高度的指令沒有超過預(yù)設(shè)的值時(shí)， 減少對(duì)致動(dòng)器的輸出直到致動(dòng)器處于怠速狀態(tài)。
[0022] 第一控制方式可以使用積分值，該積分值設(shè)置為默認(rèn)值。所述默認(rèn)值可以是零。第 二控制方式可以使用豎直方向的積分控制。使用積分控制來對(duì)致動(dòng)器的輸出進(jìn)行控制可能 包括如下一個(gè)或多個(gè)的積分控制：前方向、后方向、右方向、左方向或高度。使用第二控制方 式來控制對(duì)致動(dòng)器的輸出包括使用比例-積分-微分控制方式。
[0023] 所述第二預(yù)設(shè)輸出值可以不同于第一預(yù)設(shè)輸出值。可選地，所述第二預(yù)設(shè)輸出值 大于第一預(yù)設(shè)輸出值。
[0024] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的一個(gè)方面可能包括一個(gè)用于可移動(dòng)物體的輔助起飛的系統(tǒng)。 所述系統(tǒng)包括：可移動(dòng)物體的致動(dòng)器；及處理器，用于判斷以下一個(gè)或多個(gè)條件是否滿足： (1)對(duì)致動(dòng)器的輸出大于第一預(yù)設(shè)輸出閾值及可移動(dòng)物體在豎直方向上的加速度超過預(yù)設(shè) 加速度值，或（2)當(dāng)對(duì)致動(dòng)器的輸出超過了第二預(yù)設(shè)輸出值，及（a)當(dāng)（1)和（2)都不滿足 時(shí)，采用第一控制方式生成用于控制對(duì)致動(dòng)器的輸出的信號(hào)，（b)當(dāng)（1)和（2)都滿足時(shí)， 采用第二控制方式生成用于控制對(duì)致動(dòng)器的輸出的信號(hào)。
[0025] 處理器可以是機(jī)載于可移動(dòng)物體上。可選地，所述處理器可以設(shè)置在與可移動(dòng)物 體分開的外設(shè)裝置上。
[0026] 可選地，可移動(dòng)物體可以是能夠豎直起飛及/或降落的飛行器。所述可移動(dòng)物體 可以是無人飛行器。所述無人飛行器可以是旋翼飛行器。致動(dòng)器可以是電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng) 可移動(dòng)物體的推進(jìn)單元。所述推進(jìn)單元是旋翼，該旋翼用于提供上升動(dòng)力給可移動(dòng)物體。
[0027] 制動(dòng)器的輸出可以通過一個(gè)常量進(jìn)行增加。通過增加對(duì)致動(dòng)器的輸出可以增加整 個(gè)可移動(dòng)物體的推力。遙控終端發(fā)送指令。提供接收器，該接收器用于在接收指令以增加 可移動(dòng)物體的高度之前，接收指令以啟動(dòng)致動(dòng)器并將致動(dòng)器設(shè)置為怠速狀態(tài)。當(dāng)增加高度 的指令沒有超過預(yù)設(shè)的值時(shí)，減少對(duì)致動(dòng)器的輸出直到致動(dòng)器處于怠速狀態(tài)。
[0028] 在某些實(shí)施例中，第一控制方式可以是第一積分控制方式。第一積分控制方式下 的積分值可以設(shè)置為默認(rèn)值。在某些實(shí)施例中，所述默認(rèn)值為零。第二控制方式可以是第 二積分控制方式。使用第二積分控制方式控制對(duì)致動(dòng)器的輸出可能包括豎直方向的積分控 制。使用第二積分控制方式控制致動(dòng)器包括如下一個(gè)或多個(gè)的積分控制：前方向、后方向、 右方向、左方向或高度。在某些情況下，使用第二積分控制方式控制致動(dòng)器還包括使用比 例-積分-微分控制方案。
[0029] 所述第二預(yù)設(shè)輸出值可以不同于第一預(yù)設(shè)輸出值。可選地，所述第二預(yù)設(shè)輸出值 可以大于第一預(yù)設(shè)輸出值。
[0030] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的不同實(shí)施例可以單獨(dú)地、整體地或者相互結(jié)合地實(shí)現(xiàn)。本 發(fā)明所描述的各個(gè)實(shí)施例可以適用于任意特定的應(yīng)用程序或任意類型的可移動(dòng)物體。本 文中任意描述的飛行器，例如，無人飛行器，可以適用于任意可移動(dòng)物體，例如，任意機(jī)動(dòng)設(shè) 備。此外，在本文中揭露的空中移動(dòng)（例如，飛行）時(shí)的系統(tǒng)、設(shè)備、及方法也可以適用用于 其它移動(dòng)類型中，例如，在地面上移動(dòng)或在水面上移動(dòng)，或在太空中移動(dòng)。
[0031] 通過瀏覽說明書、權(quán)利要求書及附圖，能明顯地呈現(xiàn)本發(fā)明的其它方面及功能。
[0032] 引置前案
[0033] 本案說明書所提到的所有出版物、專利、專利申請(qǐng)列入本文作為參考的程度與每 個(gè)出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)?zhí)囟ǖ鼗騿为?dú)地列入本文作為參考的程度相同。
【附圖說明】
[0034] 本發(fā)明創(chuàng)新的特征在權(quán)利要求中描述。為了更好地了解本發(fā)明的特征及有益效 果，下面僅通過非限制性的示例，并且參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選和其它實(shí)施方式，其 中：
[0035] 圖1所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的飛行器起飛的示意圖。
[0036] 圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例