CN104812671A

CN104812671A - 起飞辅助

Info

Publication number: CN104812671A
Application number: CN201480003109.9A
Authority: CN
Inventors: 石峻; 潘绪洋
Original assignee: Shenzhen Dajiang Innovations Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Dajiang Innovations Technology Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: CN104812671B; WO2015143684A1; CN106200681A; EP2964526A4; CN106444795A; CN106444795B; EP2964526A1; US20150274309A1; EP2964526B1; JP2017501926A; US20180348793A1; US9126693B1; US10061327B2; JP6123032B2; US11204611B2; CN106200681B; US20150331426A1

Abstract

提供飞行器起飞辅助的系统、方法及设备。所述飞行器可以使用第一控制方式起飞，当达到起飞阈值时切换到第二控制方式以进行正常飞行。可选地，第一控制方式不使用积分控制而第二控制方式可以使用所述积分控制。所述飞行器可以根据对所述飞行器电机的输出及/或所述飞行器的加速度来判定是否达到起飞阈值。

Description

起飞辅助

背景技术

飞行器，例如，无人飞行器，用于执行军事和民事应用中的监控、勘测及探测任务。这样的飞行器可以携带有效负载以具有特定的功能。这些飞行器可以在表面上起飞及降落。

然而，传统控制的飞行器从表面起飞时，与表面所提供的力相结合的反馈控制系统会导致飞行器开始起飞离开表面时不平稳。特别是，表面是斜面或者不平整时，则起飞不会是竖直的，如此可能导致无人机坠毁或跌落。起飞对用户来说是一个挑战，特别是没有经验的用户，如果无人飞行器起飞期间失控或起飞不平稳，用户将会变得紧张，并导致飞行器坠毁。

发明内容

在某些例子中，有必要使用起飞方法来保证飞行器能够平稳且竖直地起飞。因此，有必要改善起飞方法。本发明提供与飞行器起飞控制相关的系统、方法及设备。现有的比例-积分-微分控制器(PIDControllers)，由于积分的记忆效应(memory effects of integration)，会导致飞行器与平面之间有地面力，而该地面力会使得积分表达式的输出错误并导致飞行器起飞不平稳。在本发明中，飞行器起飞期间且飞行器尚未离开地面时允许删除积分，直到飞行器确定已经离开地面。这里描述的控制系统及方法可以直接输出模拟起飞控制值，当起飞成功后，无缝地切换到PID控制。根据飞行器的一个或多个电机的输出及/或飞行器的加速度来判断何时切换到PID控制方法。

本发明提供了一种可移动物体的起飞辅助的方法，所述方法包括：在第一控制方式下增加对可移动物体的致动器的输出，其中对致动器的输出会增加可移动物体的高度；根据对致动器的输出、由致动器所测量的输出、或可移动物体的速度或加速度，通过处理器判断可移动物体是否达到起飞阈值；及当可移动物体达到起飞阈值时，使用第二控制方式控制对致动器的输出。

在某些实施例中，所述可移动物体可以是能够竖直起飞及/或降落的飞行器。所述可移动物体可以是无人飞行器。所述无人飞行器可以是一个旋翼飞行器。致动器可以是一个电机，该电机驱动可移动物体的推进单元。所述推进单元是一个旋翼，该旋翼用于提供上升动力给可移动物体。

第一控制方式可以是第一积分控制方式。第一积分控制方式下的积分值可以设置为默认值。在某些实施例中，所述默认值为零。

对制动器的输出可以通过一个常量进行增加。通过增加对致动器的输出可以增加整个可移动物体的推力。遥控终端发送指令。在接收指令以增加可移动物体的高度之前，可移动物体接收指令以启动致动器并将致动器设置为怠速状态。所述方法还包括当增加高度的指令没有超过预设的值时，减少对致动器的输出直到致动器处于怠速状态。

可选地，第二控制方式可以是第二积分控制方式。使用第二积分控制方式控制对致动器的输出可以包括竖直方向的积分控制。使用第二积分控制方式控制致动器包括如下一个或多个的积分控制：前方向、后方向、右方向、左方向或高度。在某些情况下，使用第二积分控制方式控制致动器还包括使用比例-积分-微分控制方式。

可以根据对致动器的输出量来判断可移动物体是否达到了起飞阈值。根据对致动器的输出量以判断可移动物体是否达到了起飞阈值可以包括：当对致动器的输出量超过预设的值时，判定可移动物体达到了起飞阈值。判断可移动物体是否达到了起飞阈值还可以根据所测量的可移动物体的速度或加速度、所测量的高度或从致动器测量的输出。可选地，判断可移动物体是否达到了起飞阈值并不根据来源于可移动物体外部的信号

在某些例子中，(1)当对致动器的输出大于第一预设输出值及可移动物体在竖直方向上的加速度超过预设加速度值，或(2)当对致动器的输出大于第二预设输出值时，可移动物体达到起飞阈值。所述第二预设输出值可能不同于第一预设输出值。所述第二预设输出值可能大于第一预设输出值。

本发明提供另一种可移动物体的辅助起飞的系统。所述系统包括：接收器，用于接收指令以增加可移动物体的高度；可移动物体的致动器，其中对致动器的输出会增加可移动物体的高度；及处理器，用于根据对致动器的输出、从致动器测量的输出、或可移动物体的速度或加速度来判断可移动物体是否达到起飞阈值，并且(1)当可移动物体没有达到起飞阈值时采用第一控制方式，及(2)当可移动物体达到起飞阈值时采用第二控制方式，生成用于对致动器的输出进行控制的信号。

处理器可以是机载于可移动物体上。可选地，所述处理器可以设置在与可移动物体分开的外设装置上。

在某些实施例中，可移动物体可以是一个能够竖直起飞及/或降落的飞行器。所述可移动物体可以是无人飞行器。所述无人飞行器可以是旋翼飞行器。致动器可以是电机，该电机驱动可移动物体的推进单元。所述推进单元是旋翼，该旋翼用于为可移动物体提供上升动力。

所述对制动器的输出可以通过一个常量进行增加。通过增加对致动器的输出来增加整个可移动物体的推力。遥控终端发送指令。在接收指令以增加可移动物体的高度之前，可移动物体的接收器用于接收指令以启动致动器并将致动器设置为怠速状态。所述方法还包括当增加高度的指令没有超过预设的值时，减少对致动器的输出直到致动器处于怠速状态。

第二控制方式可以是第二积分控制方式。第二积分控制方式控制可以包括竖直方向的积分控制。第二积分控制方式还可以包括如下一个或多个的积分控制：前方向、后方向、右方向、左方向或高度。第二积分控制方式可以包括使用比例-积分-微分控制方式。

当对致动器的输出量超出预设的输出值时，处理器判断可移动物体达到了起飞阈值。在某些实施例中，所述处理器判断可移动物体是否达到了起飞阈值还可以根据所测量的可移动物体的速度或加速度、所测量的高度或从致动器测量的输出。所述处理器判断可移动物体是否达到了起飞阈值并不依赖来源于可移动物体外部的信号。

在某些实施例中(1)当对致动器的输出大于第一预设输出值及可移动物体在竖直方向上的加速度超过预设加速度值，或(2)当对致动器的输出大于第二预设输出值时，达到起飞阈值。所述第二预设输出值可能不同于第一预设输出值。所述第二预设输出值可能大于第一预设输出值。

本发明提供另一种可移动物体的起飞辅助的方法。所述方法包括：在第一控制方式下增加对可移动物体的致动器的输出，其中对致动器的输出会增加可移动物体的高度；通过处理器来执行(1)判断对致动器的输出是否大于第一预设输出阈值及可移动物体在竖直方向上的加速度是否超过预设加速度值，或(2)对致动器的输出是否超过了第二预设输出值；及(1)当对致动器的输出大于第一预设输出阈值及可移动物体在竖直方向上的加速度超过预设加速度值，或(2)当对致动器的输出超过了第二预设输出值时，使用与第一控制方式不同的第二控制方式控制对致动器的输出。

在某些实施例中，所述可移动物体可以是能够竖直起飞及/或降落的飞行器。所述可移动物体可以是无人飞行器。所述无人飞行器可以是一个旋翼飞行器。致动器可以是电机，该电机驱动可移动物体的推进单元。所述推进单元是旋翼，该旋翼用于为可移动物体提供上升动力。

对制动器的输出可以通过一个常量进行增加。通过增加对致动器的输出可以增加整个可移动物体的推力。所述方法还包括接收指令以增加所述可移动物体的高度。遥控终端发送指令。在接收指令以增加可移动物体的高度之前，可移动物体接收指令以启动致动器并将致动器设置为怠速状态。所述方法还包括当增加高度的指令没有超过预设的值时，减少对致动器的输出直到致动器处于怠速状态。

第一控制方式可以使用积分值，该积分值设置为默认值。所述默认值可以是零。第二控制方式可以使用竖直方向的积分控制。使用积分控制来对致动器的输出进行控制可能包括如下一个或多个的积分控制：前方向、后方向、右方向、左方向或高度。使用第二控制方式来控制对致动器的输出包括使用比例-积分-微分控制方式。

所述第二预设输出值可以不同于第一预设输出值。可选地，所述第二预设输出值大于第一预设输出值。

进一步地，本发明的一个方面可能包括一个用于可移动物体的辅助起飞的系统。所述系统包括：可移动物体的致动器；及处理器，用于判断以下一个或多个条件是否满足：(1)对致动器的输出大于第一预设输出阈值及可移动物体在竖直方向上的加速度超过预设加速度值，或(2)当对致动器的输出超过了第二预设输出值，及(a)当(1)和(2)都不满足时，采用第一控制方式生成用于控制对致动器的输出的信号，(b)当(1)和(2)都满足时，采用第二控制方式生成用于控制对致动器的输出的信号。

可选地，可移动物体可以是能够竖直起飞及/或降落的飞行器。所述可移动物体可以是无人飞行器。所述无人飞行器可以是旋翼飞行器。致动器可以是电机，该电机驱动可移动物体的推进单元。所述推进单元是旋翼，该旋翼用于提供上升动力给可移动物体。

制动器的输出可以通过一个常量进行增加。通过增加对致动器的输出可以增加整个可移动物体的推力。遥控终端发送指令。提供接收器，该接收器用于在接收指令以增加可移动物体的高度之前，接收指令以启动致动器并将致动器设置为怠速状态。当增加高度的指令没有超过预设的值时，减少对致动器的输出直到致动器处于怠速状态。

在某些实施例中，第一控制方式可以是第一积分控制方式。第一积分控制方式下的积分值可以设置为默认值。在某些实施例中，所述默认值为零。第二控制方式可以是第二积分控制方式。使用第二积分控制方式控制对致动器的输出可能包括竖直方向的积分控制。使用第二积分控制方式控制致动器包括如下一个或多个的积分控制：前方向、后方向、右方向、左方向或高度。在某些情况下，使用第二积分控制方式控制致动器还包括使用比例-积分-微分控制方案。

所述第二预设输出值可以不同于第一预设输出值。可选地，所述第二预设输出值可以大于第一预设输出值。

应当理解的是，本发明的不同实施例可以单独地、整体地或者相互结合地实现。本发明所描述的各个实施例可以适用于任意特定的应用程序或任意类型的可移动物体。本文中任意描述的飞行器，例如，无人飞行器，可以适用于任意可移动物体，例如，任意机动设备。此外，在本文中揭露的空中移动(例如，飞行)时的系统、设备、及方法也可以适用用于其它移动类型中，例如，在地面上移动或在水面上移动，或在太空中移动。

通过浏览说明书、权利要求书及附图，能明显地呈现本发明的其它方面及功能。

引置前案

本案说明书所提到的所有出版物、专利、专利申请列入本文作为参考的程度与每个出版物、专利或专利申请特定地或单独地列入本文作为参考的程度相同。

附图说明

本发明创新的特征在权利要求中描述。为了更好地了解本发明的特征及有益效果，下面仅通过非限制性的示例，并且参考附图来描述本发明的优选和其它实施方式，其中：

图1所示为本发明的一个实施例中的飞行器起飞的示意图。

图2所示为本发明的一个实施例中控制飞行器起飞的方法。

图3所示为本发明的一个实施例中飞行器的示意图。

图4所示为本发明一个实施例中的无人飞行器。

图5所示为本发明的一个实施例中的包含运载体及有效负载的可移动物体。

图6所示为本发明的一个实施例中用于控制可移动物体的系统的功能模块图。

具体实施方式

本发明的系统、装置及方法用于辅助飞行器从表面起飞，其中，对用户来说起飞辅助能够改善控制飞行器起飞的操控体验。飞行器可以是一个无人飞行器，或其他任意类型的可移动物体。通常，反馈控制在飞行器飞行期间使用。在正常的飞行操作期间，比例-积分-微分控制系统经常使用。然而，起飞期间，结合地面力及积分的记忆效应会导致积分公式的理解出现错误。这样会导致飞行器起飞期间不平稳，也会要求用户对遥控器进行更复杂的动作，而许多新手可能不熟悉或不适应用遥控器来完成这些更复杂的动作。这会导致无人飞行器在起飞期间坠毁。

还提供了一种起飞辅助系统、方法及设备，以减少飞行器起飞期间的不平稳，使得新手使用者在起飞期间很容易控制飞行器。在飞行器起飞时，惯性计算从反馈系统中被移除。这将允许直接输出模拟起飞控制值。确定飞行器起飞成功之后(例如，飞行器在空中)，反馈控制方式切换到正常飞行方式，所述正常飞行方式包括积分控制(例如，PID控制)。

当判断已经达到起飞阈值时，可以执行从反馈控制方式切换到另一种方式的操作。该判断是根据机载端提供的信息作出的。例如，可以根据对飞行器电机输出的相关信息、和/或飞行器加速度的相关信息来确认是否达到起飞阈值。例如，当如下条件满足时，可能达到起飞阈值：(1)对电机的输出超过第一临界输出值及飞行器的加速度超过临界输出值，或(2)当对电机的输出超过第二临界输出值。因此，当达到起飞阈值时，执行从起飞控制方式切换到正常飞行控制方式的操作，也就是说，当飞行器完全从表面起飞时，可以安全地切换到正常飞行控制方式。在某些例子中，执行切换操作可以不需要来源于飞行器外部的任何信号。飞行器可以独自判断何时进行飞行方式的切换操作。

图1所示为本发明的一个实施例中的飞行器起飞的示意图。起飞之前，飞行器100a停在表面130。飞行器包括一个或多个推进单元110a。推进单元可以提供飞行器的上升推力。当飞行器接收到起飞指令时，根据第一控制方式飞行器可能从表面起飞。当飞行器100b满足阈值120时，该阈值120表明飞行器是否充分地起飞，飞行器可能切换到第二控制方式。之后，飞行器的推进单元110b由第二控制方式所控制，所述第二控制方式可能不同于第一控制方式。

在某些实施例中，飞行器100a、100b可以是一个无人飞行器或其他任意类型的可移动物体。飞行器可以是一个旋翼飞行器。飞行器包括推进单元110a、110b，所述推进单元110a、110b可以使得飞行器移动。推进单元可能提供飞行器的上升动力，并允许飞行器改变高度。推进单元还可能使得飞行器横向地移动及/或改变方向。所述推进单元可以控制、改变或维持所述飞行器的位置。所述推进单元通过相关的一个或多个自由度(例如，空间位置的1度到3度，方向的1度到3度)控制飞行器。

推进单元110a、110b可以是用于旋转以提供上升动力给飞行器的旋翼。所述旋翼可以包括一个或多个螺旋桨，所述螺旋桨以一个轴旋转。可选地，多个推进单元还可能提供给飞行器。例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多推进单元提供给飞行器。推进单元可以由一个或多个致动器驱动。所述致动器可以是电机，例如，交流电电机或直流电电机。所述致动器响应来自飞行控制器的指令信号。所述指令信号包括对致动器的输出。可选地，单个致动器可以驱动多个推进单元，或多个致动器驱动单个推进单元。

最初，在起飞之前，飞行器100a放置在表面130上。所述表面130可以是地面、建筑物、街道、草坪、水面、可移动物体、生物或其它类型的支撑物。在某些例子中，表面可以是静态的。例如，相对于参照物，如，周围环境，表面可以不移动。在某些例子中，相对于参照物，如，周围环境，表面可以是移动状态或是可移动的表面。表面可能会或不会改变高度或方向。

在某些实施例中，表面130可以是一个平面。当飞行器停在表面时，起飞轴可以平行于重力g的方向。在其它实施例中，表面还可以是斜面，起飞轴相对于重力方向之间有一个角度。例如，所述角度可以是大于或等于5度、10度、15度、30度、45度或60度。在某些例子中，所述角度可以是小于或等于5度、10度、15度、30度、45度或60度。

飞行器100a可以接收用于起飞的指令，在达到起飞阈值之前时，飞行控制器可以在第一控制方式下控制飞行器的飞行。所述起飞阈值表明飞行器已经充分起飞，使得飞行器能够使用PID飞行，而不会产生本文其它地方描述的不利效应。达到起飞阈值之前，飞行器是处于起飞阶段。达到起飞阈值之后，飞行器是处于飞行阶段。因此，飞行器起飞采用两个阶段的处理过程。起飞阶段可以使用第一控制方式。飞行阶段可以使用第二飞行控制方式。

在某些例子中，第一控制方式可以是积分值设置为默认值的控制方式。例如，积分值可以是零或另外一个默认值。在某些可选的实施例中，第一控制方式不使用积分控制。第二控制方式可以是使用积分控制的控制方式。在一个例子中，第一控制方式使用比例微分(PD)控制或比例-积分-微分(PID)控制，其中，PID控制中的积分值可以设置为一个默认值，例如，零。第二控制方式可能使用比例-积分-微分(PID)控制。在某些实施例中，第一控制方式有PID设置，其中，在PID设置中，将积分输出一直设置为零。第二控制方式允许开启积分输出。这可应用于高度控制及姿态控制。例如，在起飞阶段，高度控制及姿态控制都设置为默认值，例如，零。在飞行阶段，高度控制及姿态控制使用正常的积分控制。

第一控制方式中包括有积分控制方式，在飞行器的竖直方向上，该积分控制方式中的积分值设置为零，或其它默认值。在飞行器的横向，第一控制方式可以选择积分值，该积分值设置为零或其它默认值。第二控制方式可以在飞行器的竖直方向上使用积分控制。第二控制方式可以在飞行器的侧方向上使用积分控制。可选地，第一控制方式可能会导致飞行器在竖直方向及横向都使用PD控制。第一控制方式可能会使用PD控制或PID控制以用于飞行器的高度控制。可选地，第二控制方式可能会导致飞行器在竖直方向及侧方向都使用PID控制。第二控制方式可以使用PID控制以进行飞行器的高度控制。在某些例子中，飞行控制方式采用积分控制，该积分控制的表达式为在某一个例子中，第一积分控制方式保持Iout为默认值(例如，一个固定的数值)。在某些例子中，Iout可以保持为零。在某些例子中，Iout可以保持为相同的值。在某些例子中，Iout可以有细小的变化。在某些例子中，Iout可以是以预设的形式变化。可选地，Ki可以设置为零。在某些例子中，第一积分控制方式在飞行器处于起飞阶段时执行。第二控制积分方式不同于第一控制积分方式，且在飞行器处于飞行阶段时执行。正常积分控制可以被使用。

在某些实施例中，控制方式可以由飞行器100a，100b的飞行控制器确定。根据正在使用的控制方式，飞行器可以相应地输出一个或多个指令信号。所述指令信号可以提供给一个或多个致动器以驱动飞行器的推进单元。

飞行控制器决定使用哪种控制方式，取决于是否已经达到起飞阈值120。飞行器根据从一个或多个传感器获得的一个或多个感应条件或数据来判断是否已经达到起飞阈值。在某些例子中，一个独立的处理器(机载或非机载于飞行器)可以用于判断是否达到起飞阈值。所述独立的处理器可以提供一个信号给飞行控制器，该信号表明是否达到起飞阈值。在某些例子中，一旦飞行控制器决定使用哪种控制方式，飞行控制器可以在所选中的控制方式下计算对电机的输出。

根据起飞过程中飞行器所处的阶段，来使用两种不同的飞行控制方式。在其它可选的实施例中，提供任意数量的飞行控制方式以用于起飞过程，该起飞过程可能包括任意数量的阶段。例如，三个飞行控制方式、四个飞行控制方式、五个飞行控制方式、六个飞行控制方式或更多飞行控制方式用于多阶段的起飞过程，分别具有三个、四个、五个、六个或更多阶段。这里描述的两种控制方式的系统可以应用于任意类型的多种控制方式的系统。多种控制方式的系统可以有不同的阈值点，所述不同的阈值点表明飞行器起飞过程中所处的不同节点。这里描述的判断何时达到起飞阈值的方法也可应用于任意数量的阈值点。

图1显示了达到起飞阈值120后，飞行器100b飞离表面130并准备切换到标准飞行方式(例如，PID控制)。在某些例子中，起飞阈值可以与飞行器的高度、飞行器的速度、飞行器的加速度、对飞行器致动器的输出、由飞行器致动器所测量的输出或其他飞行器的特征相关。

图2所示为本发明的一个实施例中控制飞行器起飞的方法。

最初，在步骤210中，飞行器可以静止在表面上，例如，地面。这可以是在启动飞行器的任意电机之前。本文中所述的飞行器的单个电机可以应用于飞行器的任意数量的电机中，或应用于飞行器的任意类型的致动器中，所述致动器用于驱动推进单元。

步骤212，接收指令以启动飞行器的一个或多个电机。所述指令从遥控飞行器的终端来接收。例如，用户可以在遥控器中选择一个选项以启动飞行器的电机。在某些例子中，所述遥控器可以是智能手机、平板电脑、控制杆、可穿戴装置(例如，眼镜、手套、头盔或腕带)，或其它地方所描述的更具体的其它任意类型的终端。可选地，所述指令从终端接收，该终端是飞行器的本地设备或内置设备。例如，用户可能启动电源开关或选择“on”按钮以启动飞行器并启动电机。在某些例子中，所述指令由使用遥控飞行器的用户所产生。可选地，所述指令由用户控制的飞行器所提供。

在步骤214，飞行器可以判断是否已经接收了启动电机的指令。如果还没有接收到指令，飞行器在表面上依然保持静止。如果接收到指令，在步骤216，飞行控制器输出怠速电机值。在某些实施例中，飞行器电机处于怠速状态时，电机运行期间不会产生推进单元的致动。电机处于怠速状态时，除了引擎配件外不会有任何负载。

在步骤218，积分输出(I)可以设置为零。在步骤216中，一旦飞行控制器输出怠速电机值，积分输出可以设置为零。在某些例子中，在步骤214中，当飞行器判定已经接收到启动电机的指令时，积分输出可以设置为零。飞行器还在表面时(例如，起飞之前)，积分输出也可以设置为零。积分输出可以在所有方向上(例如，竖直的、左/右、前/后、航向角)设置为零。所述I值在所有方向上被清除。在某些其它实施例中，所述I值可以设置为默认值，例如，一个固定的数值。

在步骤222，可以提供飞行控制指令。在某些例子中，用户控制飞行器。例如，用户可以使用本文其它地方所描述的遥控终端来控制飞行器。同一遥控终端可以用于提供启动电机的指令(步骤212)，并提供飞行控制的指令(步骤222)。可选地，用户通过飞行器的一个或多个本地控制或内置控制来控制飞行器。所述飞行控制指令用于控制飞行器的位置。所接收的飞行控制指令提供给机载于飞行器的飞行控制器，所述飞行控制器可以生成一个或多个用于操作电机的信号。电机可能反过来驱动一个或多个推进单元，例如，飞行器的螺旋桨。

在步骤222，如果飞行控制指令大于预设值(步骤220)，对电机的输出可能会增加。在步骤226，对电机的输出可以通过一个固定值进行增加。如果飞行控制指令少于预设值，则减少对电机的输出。在某些例子中，对电机的输出可以通过一个固定值进行减少(步骤224)，直到电机在怠速状态下运行(步骤216)。在某些例子中，可以判断飞行器的竖直速度是否大于某一个预设值时(步骤220)，在这种情况下，增加对电机的输出，例如，通过固定值进行增加(步骤226)。如果飞行器的竖直速度小于预设值时(步骤220)，减少对电机的输出，例如，通过一个固定值进行减少(步骤224)，直到电机在怠速状态下运行(步骤216)。

当竖直速度超过预设值220(例如，飞行器的竖直速度)及对电机的输出正在增加时，飞行器可增加相对于表面的高度。因此，飞行器可能会飞离表面。在某些例子中，在上升的过程中，飞行器可以加速或减速。可选地，飞行器可能以固定速度上升。

飞行器上升时，可以确定对飞行器电机的输出。在某些例子中，根据从飞行控制器得到的指令信号可以知道对电机的输出，所述飞行控制器控制对电机的输出。在其它的一个实例中，可以通过一个或多个传感器测出对电机的输出。对电机的输出表明特定的高度。例如，在某些实施例中，可以知道，提供给电机的输出使得某种类型飞行器到达特定的高度。对电机的输出可以以动力输出的形式提供给电机。对电机的输出的角度、强度或层级可以计算或测量。在某些实施例中，飞行器可能有多个电机。对电机的输出可以是对单个电机的输出、对多个电机的平均输出、或对多个电机的总批量输出。

系统可以侦测对电机的输出是否超过了预设输出值。在某些例子中，系统还可能侦测飞行器的向上加速度。系统可以侦测所述向上加速度是否大于预设的加速度值。在某一个例子中，系统侦测对电机的输出是否大于第一预设输出值(Output1)及飞行器的向上加速度是否大于预设加速度值(Acc1)。如果这些条件都满足(步骤232)，则判定已经达到起飞阈值且飞行器已经起飞(步骤234)。

系统可侦测电机是否大于第二预设输出值(Output2)。如果该条件得到满足(步骤232)，则可以判定已经达到起飞阈值且飞行器已经起飞(步骤234)。

可以判断哪个起飞条件已经满足。例如，判断至少一个条件已经满足：(1)输出大于Output1及向上加速度大于Acc1，或(2)当输出大于Output2。如果条件(1)或(2)中至少一个得到满足，则判定已经达到起飞阈值且飞行器已经起飞(步骤234)。在某些实施例中，第二预设输出值Output2可能有相对于第一预设输出值Output1不同的值。例如，第二预设输出值Output2比第一预设输出值Output1大。即便对第一条件(1)的侦测已经失败，可以通过第二条件(2)确认飞行器已经起飞。例如，即便对第一条件(1)的侦测已经失败，还可以通过对Output2进行侦测以判断飞行器是否已经起飞。在某些实施例中，条件(1)通常将在条件(2)之前得到满足。可选地，在某些例子中，条件(2)相对于侦测条件(1)之前得到满足。

判定飞行器已经起飞之后，在步骤234，积分控制I可以被计算。因此，判定飞行器已经起飞之后，可以运行正常积分控制。也可以正常使用PID控制方式。可以计算在竖直方向上的积分控制。还可以计算其它方向上(例如，竖直的、左/右、前/后、航向角)的积分控制。飞行器之后可能在包括积分控制的正常飞行状态下进行操作。

这个方法可以包括在侦测是否达到起飞阈值之前，在第一控制方式下控制飞行器的飞行，及在侦测到达到起飞阈值时，在第二控制方式下控制飞行器的飞行。第一控制方式可能使用积分控制方式，其中积分控制方式的积分输出为零(或其它默认值)，而第二控制方式可能使用正常积分控制方式，其中，正常积分控制方式的积分输出可以计算得到。第一控制方式由步骤226决定是否有效。在某些例子中，一旦接收到启动电机的指令，则第一控制方式有效取决于何时达到起飞阈值(例如，可能发生于步骤232、234)。在步骤234(例如，来自先前的步骤236)之后第二控制方式有效。在某些实施例中，一旦认定飞行器已经起飞(步骤236)，第二控制方式生效。

在某些例子中，所描述的一个或多个步骤228、230、232用于判断是否达到起飞阈值。判断是否达到起飞阈值可以是根据对飞行器的一个或多个电机的输出值。例如，根据一个或多个电机的动力输出量，判断是否达到起飞阈值。在某些例子中，判断是否达到起飞阈值是根据飞行器的加速度。在可选的其它实施例中，有关飞行器的其它信息，例如，速度或位置信息可以用于判断是否已经达到起飞阈值。

这里描述的系统及方法可能有助于允许飞行器判断是否已经达到起飞阈值，而不需要接收来源于飞行器外部的任何信号。例如，飞行器不需要接收外置设备的信号，例如，全球定位系统(GPS)卫星、塔、其它飞行器、遥控终端，以判断起飞阈值是否达到。飞行器还不需要接收来自于物体的任何信号(例如，从机载于飞行器的超声波传感器或其它任意要求信号回传的传感器所发出的信号)。用于判断是否已经达到起飞阈值的任意传感器可以机载于飞行器并使用所侦测到的机载端信息。因此，用于判断是否已经达到起飞阈值的信号可以由传感器所产生，所述传感器在飞行器上是独立的，且不会与飞行器周围环境进行交互。

飞行器可以根据来自惯性测量单元的一个或多个信号(inertialmeasurement unit,IMU)来判断是否已经达到起飞阈值。该IMU包括一个或多个加速计，一个或多个陀螺仪，一个或多个磁力计，或其中合适组合。例如，IMU包括高达三个直角加速计以沿可移动物体的三个转换轴计算线性加速度、超过三个直角陀螺仪以计算三个以上旋转轴的角加速度。IMU与飞行器刚性连接，以致于飞行器的移动与IMU的移动相关。可选地，IMU可以允许相对于飞行器有高达六个自由度的移动。IMU可以直接安在飞行器上，或与安装在飞行器上的支撑物连接。IMU可以提供在可移动物体运载体的外面或里面。IMU可以永久或可拆卸地依附于可移动物体。在某些实施例中，IMU是飞行器的有效负载的一个元件。IMU提供信号以表明飞行器的移动，例如，位置、方向、速度，及/或飞行器的加速度(例如，与一个、两个、三个转换轴相关，及/或一个、两个、三个旋转轴相关)。例如，IMU能够感应到表示飞行器加速度的信号，所述信号进行积分运算一次以提供速度信息，进行积分运算两次以提供位置及/或方向信息。IMU可以确定飞行器的加速度、速度、及/或位置/方向信息，而不需要与外部环境因素相互影响或接收飞行器之外的任何信号。

IMU可以提供有关飞行器加速度的信号以用于判断是否已经到达起飞阈值。有关飞行器加速度的信号可以与临界加速度值Acc1进行比较。在可选择的实施例中，可以使用将速度信息与速度阈值进行比较及/或将位置信息与位置阈值比较所得到的信息。

还可以根据对飞行器的一个或多个电机的输出值以判断起飞阈值是否到达。例如，根据对一个或多个电机的动力输出量，判断起飞阈值是否到达。提供一种传感器以测量对一个或多个电机的动力输出量。传感器可以是机载于飞行器及/或位于飞行器运载体之内。可选地，可以通过飞行控制器所产生的信号来判断对一个或多个电机的输出量。对一个或多个电机的输出可以通过飞行控制器来计算，该飞行控制器用于产生指令信号以驱动电机。在某些实施例中，从电机所测量的输出用于计算对电机的输出或判断飞行器的起飞阈值。

在某些实施例中，可以结合对电机的输出与飞行器加速度或飞行器的其它任何位置信息，来判断是否已经达到起飞阈值。起飞阈值可以是飞行器在控制方式之间切换时到达。因此，对电机的输出可以与飞行器的加速度进行结合或考虑当从第一控制方式切换到第二控制方式时进行判断。

图3所示为本发明的一个实施例中飞行器的示意图。飞行器300可以与控制设备310通信。在某些例子中，控制设备可以是遥控终端，所述遥控终端的具体实例在本文中的其它地方有更详细的说明。飞行器包括飞行控制器320、惯性传感器330、电机340及包含天线355的指令接收器350。

飞行器300可以是无人飞行器。所述飞行器不需要人在上面驾驶也能起飞及降落。飞行器可以与控制设备310进行通信。在某些实施例中，飞行器可以使用无线通信。飞行器也可以使用其它任意形式的通信方式，例如，在本文中的其它地方详细说明的通信方式。在某些实施例中，控制设备可以发送信号给飞行器以控制飞行器的操作。控制设备可以发送信号以控制飞行器的飞行，例如，起飞、降落、及/或机动飞行。控制装置可以发送用于控制飞行器位置(例如，区域(沿一、二、或三轴)、方向(沿一、二、或三轴))的信号。控制设备可以发送飞行控制信号，所述飞行控制信号可以控制飞行器的一个或多个电机，该一个或多个电机控制飞行器的推进单元，所述飞行控制信号还用于控制飞行器的飞行位置。控制设备可以发送信号以控制飞行器的其它方面的操作。例如，控制设备可以发送用于控制飞行器上有效负载的位置或有效负载的操作的信号。控制设备还可以发送由飞行器感应的其它类型信息。控制设备还可选地发送信号以指导飞行器启动(例如，上电)或关闭(例如，断电)。

控制设备310设有天线，所述天线可以与飞行器300上指令接收器350的天线355进行通信。在控制设备与飞行器之间，任何形式的收发器都可以使用。例如，控制设备可以包括一个收发器以能够用于与飞行器的收发器进行通信。收发器可以允许飞行器与控制设备之间进行无线通信。在某些例子中，通信可能包括射频(RF)通信、红外(IF)通信、WIFI通信或3G/4G或其它类型的通信。通信可以是飞行器与通信设备之间的双向通信。例如，控制设备可以提供一个信号，该信号发送给飞行器并控制飞行器的操作。飞行器可能提供信息给控制设备，例如有传感器或飞行器的有效负载所获取的信息，或与飞行器相关的位置信息。可选地，通信可以是从控制设备到飞行器之间单向通信，以控制飞行器。

飞行器300可以包括飞行控制器320。飞行控制器可以包括一个或多个处理器及/或一个或多个存储单元。存储器可以执行本文中描述的一个或多个步骤或计算。处理器可以根据永久性的计算机读取介质执行一个或多个步骤，包括代码、逻辑或执行步骤的指令。存储单元可以包括永久性的计算机读取介质。

飞行控制器320可以从指令接收器350接收信号。所述信号包括飞行控制信号。使用飞行控制设备310的用户可以输入飞行指令，该飞行指令由指令接收器接收，该指令接收器可以提供一表示飞行指令发送给飞行控制器的信号。飞行控制器还提供指令给飞行器的一个或多个电机340(或其他类型的致动器)。给电机的这些指令包括驱动电机的输出能量。所述指令根据从指令接收器接收的飞行指令所产生。电机可以用于驱动飞行器的一个或多个推进单元，例如，螺旋桨。电机可以驱动飞行器的螺旋桨以提供上升动力和/或控制飞行器的飞行。在某些例子中，对电机的能量输出可以用于判断飞行器是否到达起飞阈值。

飞行器可能包括一个或多个惯性传感器330。该惯性传感器包括加速计，陀螺仪，磁力计，或其它类型的可以用于确定飞行器状态的传感器。惯性传感器不需要接收飞行器之外的信号。惯性传感器可以产生信号以响应飞行器上所侦测到的力。惯性传感器可以提供一信号，该信号表明飞行器的加速度(例如，在一个、两个、或三个方向上)，或飞行器的角速度(例如，在一个、两个、或三个方向上)。在某些实施例中，飞行器在竖直方向的加速度可以测量。从惯性传感器得到的测量值可以用于判定飞行器的加速度(例如，线性的和/或角度的)、飞行器的速度(例如，线性的和/或角度的)或飞行器的位置(例如，区域和/或方向)。惯性传感器可以是IMU的一部分，或单独提供。惯性传感器可以包括三轴加速计和/或三轴陀螺仪。可选地，多个单轴或双轴加速计和/或陀螺仪也可以使用。

从一个或多个惯性传感器330获得的信息可以发送给飞行控制器320。飞行控制器可以提供指令给飞行器的一个或多个电机340。指令可以是根据从惯性传感器所接收的信号而生成。在某些例子中，从惯性传感器获得的信息可以用于判断飞行器是否到达起飞阈值。例如，由惯性传感器测量的飞行器的竖直加速度可以用于判断飞行器是否已经到达起飞阈值。飞行控制器可以通过从指令接收器接收的飞行指令，及从惯性传感器接收的测试指令，来判断是否达到起飞阈值。

在某些例子中，信息可以由气压计提供。气压计可以用于测量飞行器周围的气压。可选地，从气压计获得的信息可以发送给飞行控制器。飞行控制器可以根据气压计的输入生成一个或多个对进行电机的信号。从气压计获得的信息可以或不可以用于判断飞行器是否已经达到起飞阈值。在某些例子中，气压越低表明高度越高。气压计需要或不需要根据飞行器的当前环境条件进行校正。在某些例子中，气压的变化用于判断是否已经达到起飞阈值，或作为部分信息用于判断是否已经达到起飞阈值。气压信息可以结合或代替电机的输出信息及/或飞行器的加速度信息。

在一个实施例中，控制设备310可以提供起飞指令给飞行器300。起飞指令可以包括来自于用户在控制设备上的输入，所述输入表明电机速度或提供给电机340的能量。在某一例子中，用户可以在一个方向上推操作杆，该方向与增加的或下降的电机旋转速度关联，所述增加的或下降的电机旋转速度与飞行器多快地上升或下降关联。起飞命令可以由飞行器的命令接收器350接收，并提供有关起飞命令的信息给飞行控制器320。飞行控制器还可以从飞行器的一个或多个传感器接收信息。在某些例子中，所述一个或多个传感器可以包括积分控制器330。根据所接收到的信息，飞行控制器可以生成信号以驱动飞行器的一个或多个电机。

当没有达到起飞阈值时，根据第一控制方式，飞行控制器可以生成驱动飞行器电机的信号；当达到起飞阈值时，飞行控制器可以根据第二控制方式生成驱动飞行器电机的信号。飞行控制器的一个或多个处理器可以用于判断是否达到起飞阈值。飞行控制器的处理器可以根据不同控制方案计算对电机的输出。例如，在采用第一控制方式情况下，当没有达到起飞阈值时，根据指令接收器及惯性传感器的指令，飞行控制器可以计算对电机的输出。在采用第二控制方式情况下，当达到起飞阈值时，根据指令接收器及惯性传感器的指令，飞行控制器可以计算对电机的输出。在某些实施例中，第一控制方式可以不包括零的积分输出，而第二控制方式可以包括计算的积分输出。飞行控制器可以直接输出模拟起飞控制值(可选地，不使用积分控制或将零作为积分输出)，并在起飞成功之后切换到PID控制。

通过飞行控制器的一个或多个处理器，并根据对电机的输出，飞行控制器可以判断是否达到起飞阈值。如果对电机的输出超过输出阈值，则确定已经达到起飞阈值。飞行控制器还可以根据从惯性传感器接收的信号判断是否达到起飞阈值。例如，如果飞行器的竖直加速度超过临界加速度值，则确定已经达到起飞阈值。在某些例子中，飞行控制器可以根据对电机的输出和来自惯性传感器的信号之间的组合判断是否达到起飞阈值。例如，当满足以下至少其中一个条件时，飞行控制器判定已经达到起飞阈值：(1)飞行器的竖直加速度超过临界加速度值且对电机的输出超过第一临界输出值，或(2)当对电机的输出超过第二临界输出值。除了对电机的输出及来自惯性传感器的输入之外，飞行控制器可以不依赖于其它任何信息，就可以判断是否已经达到起飞阈值。除了对电机的输出信息及飞行器的加速度信息(例如，竖直加速度)外，飞行控制器可以不依赖其它任何信息，就可以判断是否已经达到起飞阈值。

临界加速度值和/或临界输出值可以预先设定。在某些实施例中，根据飞行器的类型，阈值也可以不同。例如，与更小或更轻的飞行器相比，更大或更重的飞行器可能有不同的临界输出值。在某一个例子中，不同的飞行器可能有不同数量的推进单元和/或不同特征的电机。不同飞行器彼此之间可能有不同的临界输出值。在某些例子中，不同类型的飞行器可以有相同或不同的临界加速度值。不同的阈值可以是预先指派给不同型号或不同类型的飞行器。这些阈值可以预先编程于飞行器的飞行控制器中。可选地，飞行器的飞行控制器可以从非机载端获得阈值。在某些例子中，阈值可以被更新。通过发送给飞行控制器并在机载端取代现有阈值以对阈值进行更新。可选地，可以在非机载端更新阈值，且飞行器在使用时可以获得最新的阈值。在某些例子中，不同阈值针对不同类型的飞行器，并存储于查找表(look-up table)或其他格式的表中。根据与飞行器相关的信息可以获取需要的阈值，该需要的阈值用于判断是否达到起飞阈值。

在某些例子中，飞行器可能包括单个电机，该单个电机驱动一个或多个推进单元。飞行控制器可以确定对电机的输出，及/或使用对电机的输出判断起飞阀是否达到。在可选的实施例中，可以提供多个电机，每个电机驱动单个推进单元或多个推进单元。飞行控制器可以确定对多个电机的输出，及/或使用对多个电机的输出来判断是否达到起飞阈值。飞行控制器可以使用飞行器的加速度来判断是否达到起飞阈值。

飞行控制器可以判断是否达到起飞阈值，而不需要来源于飞行器外部的任何信息或信号。例如，飞行器不依赖GPS信号来判断是否达到起飞阈值。飞行控制器还可以判断是否已经达到起飞阈值，而不依赖于要求从飞行器外部得到反馈的传感器(例如，超声波传感器，超带宽传感器(UWB)或其它从飞行器外部接收回波的传感器)。

判断是否已经达到起飞阈值而不需要外部信号可以很方便地让飞行器能独立于很多环境因素之外运行。例如，不要求GPS输入可以让飞行器在室内或室外的条件下也能操作，其中，室内或室外的条件下GPS信号可能被屏蔽或不可靠。在其它的一个例子中，不要求来自飞行器外部的反馈(例如，需要回波以判断飞行器高度的传感器)可以免除出现信号故障的风险，或免除环境因素导致减少回声信号的稳定性的风险，例如，移动的物体(如，风中吹散的树叶)。这里描述的系统及方法可以是简单的系统及方法，而不是需要花费大量时间或电量来进行复杂计算的系统及方法。相较于外部参照物，这里描述的系统及方法可以很容易评估系统中的各种相对位置及运动信息，而不需要执行复杂计算。

这里描述的系统及方法可能允许飞行器起飞时运行在第一控制方式下，如此会减少起飞期间传统控制方式导致的不稳定的可能性。当通过达到起飞阈值判定飞行器已经充分起飞，飞行器可以切换到第二控制方式以进行正常飞行操作。在不需要外部信号的情况下，飞行器根据机载端所提供的信息就可以判断何时切换到第二控制方式。在不同的复杂环境条件下还为飞行器提供平稳的、辅助的起飞。这使得更多新手通过操作控制设备的油门就可以很容易地起飞飞行器。飞行器起飞期间，用户可以不需要操作更复杂的动作，这些更复杂的动作更适合有经验的用户，在典型的PID控制方式下更可能要求这些更复杂的动作。

这里描述的系统、装置及方法应用于大量不同的可移动物体。如前所述，本文对飞行装置的任何描述可以应用于或使用于任何可移动物体。本文对飞行装置的任何描述可以特别应用于无人飞行器。本发明的可移动物体用于在任何合适的环境下移动，例如，空气中(如，固定翼的飞行器、旋转翼的飞行器或既没有固定翼也没有旋转翼的飞行器)、水中(如，船或潜艇)、地面上(机动车辆，如：汽车、卡车、巴士、面包车、摩托车、自行车；可移动物体或框架，如：棍子、鱼竿；或火车)、地下(如，地铁)、太空中(如，航天飞机、卫星或探测器)或这些环境的组合。在某些实施例中，可移动物体可以携带活的物体或从活的物体上起飞，例如，人或动物。合适的动物可以包括，飞行类动物、犬科动物、猫科动物、马科动物、牛科动物、羊科动物、猪科动物、海豚类动物、啮齿动物及昆虫。

可移动物体能够在环境中以六个自由度(例如，三个平移的自由度及三个旋转的自由度)进行自由移动。可选地，可移动物体的移动可以限制为一个或多个自由度，例如，预设的路线、轨道、或方向。所述移动能够通过任何合适的致动机械装置启动，例如，引擎或电机。所述可移动物体的致动机械装置通过任何合适的能源提供动力，例如，电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、原子能、或上述能源之间的其它合适的组合。可移动物体可以通过如本文中其它部分所描述的推力系统提供动力。可选地，所述推力系统消耗能源，例如，电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、原子能、或上述能源之间的其它合适的组合。可选地，飞行装置可以携带生物。

在某些例子中，可移动物体是一个运载工具。运载工具可以包括水上运载工具、飞行器、太空运载工具、或地面运载工具。例如，飞行器可以是固定翼飞行器(例如，飞机、滑翔机)、旋转翼飞行器(例如，直升飞机、旋翼飞行器)、同时有固定翼和旋转翼的飞行器、或固定翼和旋转翼都没有的飞行器(例如，软式小型飞船及热气球)。运载工具是可以自行驱动的，例如，自行驱动在空气中、水面或水中、太空中、或地面或地下。自行驱动的运载工具利用推力系统，例如，推力系统包括一个或多个引擎、电机、轮子、轴承、磁体、旋翼、螺旋推进器、叶片、喷嘴、或上述部件之间任意合适的组合。在某些例子中，推力系统可以使得可移动物体从表面起飞、降落在表面、保持当前位置及/或方向(例如，盘旋)、改变方向、及/或改变位置。

可移动物体由用户远程控制，或由可移动物体内或上的物件进行本地控制。在某些实施例中，可移动物体是一个无人可移动物体，例如，UAV。无人可移动物体，例如，UAV，可以没有机载于可移动物体的物件。可移动物体由人或自动控制系统(例如，计算机控制系统)或其它任意合适的组合所控制。可移动物体是由一个自动的或半自动的机器人所控制，例如，具有人工智能的机器人。

可移动物体有合适的大小及/或尺寸。在某些实施例中，可移动物体可以是大小及/或尺寸为能够装人的物件，该能够装人的物件在运载工具内或上。可选地，可移动物体的大小及/或尺寸可以是小于能够装人的物件的大小及/或尺寸。可移动物体也可以是大小及/或尺寸为能够载人的物件。可选地，可移动物体的大小及/或尺寸可以是大于能够载人的物件的大小及/或尺寸。在某些例子中，可移动物体可能拥有的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)小于或等于：2厘米、5厘米、10厘米、50厘米、1米、2米、5米、或10米。最大尺寸可以大于或等于：2厘米、5厘米、10厘米、50厘米、1米、2米、5米、或10米。例如，可移动物体的旋翼的轴之间的距离可以小于或等于：2厘米、5厘米、10厘米、50厘米、1米、2米、5米、或10米。可选地，旋翼的轴之间的距离可以大于或等于：2厘米、5厘米、10厘米、50厘米、1米、2米、5米、或10米。

在某些实施例中，可移动物体可以包括体积小于100厘米(cm)*100cm*100cm，小于50cm*50cm*30cm，或小于5cm*5cm*3cm。可移动物体的总体积可以小于或等于1立方厘米(cm³)、2cm³、5cm³、10cm³、20cm³,、30cm³、40cm³、50cm³、60cm³、70cm³、80cm³、90cm³、100cm³、150cm³、200cm³、300cm³、500cm³、750cm³、1000cm³、5000cm³、10,000cm³100,000cm³、1立方米(m³)、或10m³。相反地，可移动物体的总体积可以大于或等于1cm³、2cm³、5cm³、10cm³、20cm³,、30cm³、40cm³、50cm³、60cm³、70cm³、80cm³、90cm³、100cm³、150cm³、200cm³、300cm³、500cm³、750cm³、1000cm³、5000cm³、10,000cm³100,000cm³、1m³、或10m³。

在某些实施例中，所述可移动物体的占地面积(可移动物体的横截面的面积)可以小于或者等于大约32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。所述可移动物体的占地面积(可移动物体的横截面的面积)可以大于或者等于大约32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。

在某些例子中，可移动物体可以重量不超过1000公斤(kg)。可移动物体的重量可以小于或等于：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg、或0.01kg。相反地，可移动物体的重量可以大于或等于：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg、或0.01kg。

在某些实施例中，可移动物体可以比可移动物体的负载小。负载可以包括有效负载及/或运载体，所述有效负载及/或运载体在本文的其它地方有进一步的详细描述。在某些例子中，可移动物体的重量与负载的重量之比可以大于、小于、或等于1：1。可选地，运载体的重量与负载的重量之比可以大于、小于、或等于1：1。当需要的时候，可移动物体的重量与负载的重量之比可以小于、或等于：1:2、1:3、1:4、1:5、1:10或更小。想反，可移动物体的重量与负载的重量之比可以大于、或等于：2:1、3:1、4:1、5:1、10:1或更大。

在某些实施例中，可移动物体可以有更低的能耗。例如，可移动物体可以使用低于：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h、或更少的能耗。例如，运载体可以使用低于：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h、或更少的能耗。可选地，可移动物体的有效负载可以有更低的能耗，例如，低于5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h、或更少的能耗。

附图4是本发明的实施例中的无人飞行器(unmanned aerialvehicle，UAV)400。UAV是本文描述的一个可移动物体的例子。UAV400包括一个推力系统，该推力系统有四个旋翼402、404、406及408。还可以提供任意数量的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、或更多个)。旋翼、旋翼组件及其他无人飞行器的推力系统能够使得无人飞行器盘旋/保持位置、改变方向、及/或改变位置。旋翼的轴之间的距离可以是任意合适的长度410。例如，长度410小于或等于2米，或小于或等于11米。在某些实施例中，长度410在一个范围之内，该范围为40厘米到7米、70厘米到2米或11厘米到11米。本文中任何对UAV的描述可以应用于可移动物体，例如，不同类型的可移动物体，反之亦然。UAV可以使用本文描述的飞行辅助系统或方法。

在某些实施例中，可移动物体用于携带负载。该负载包括一个或多个乘客、货物、装备、器械以及诸如此类。负载在一个外罩内。所述外罩与移动设备的外罩分离，或是移动设备的外罩的一部分。可选地，负载还提供一个外罩，而可移动物体没有外罩。可选地，部分负载或全部负载没有外罩。负载与可移动物体刚性连接，可选地，负载可以相对于可移动物体移动(例如，相对于可移动物体移动或旋转)。负载包括有效负载及/或运载体，如本文其它地方所述。

在其它实施例中，终端控制可移动物体、运载体、及有效负载相对于固定参照物(例如，周围环境)之间的运动。终端是远程控制器，与可移动物体、运载体、及有效负载有一段距离。终端安装于或粘贴在一个支持平台。可选地，终端是手持型设备或可穿戴式设备。例如，终端包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、计算机、眼镜、手套、头盔、腕带、麦克风，或其它组合。终端包括用户交互界面、例如，键盘、鼠标、操作杆、触控屏或显示屏。任意合适的用户输入可以与终端进行交互，例如手动输入指令、声音控制、手势控制、或位置控制(例如，通过终端的运动、位置或倾斜度)。

终端可以控制可移动物体、运载体、及/或有效负载的状态。例如，终端控制可移动物体、运载体、及有效负载相对于固定参照物(例如，周围环境)之间的运动及/或方向。在某些实施例中，终端控制可移动物体、运载体、及有效负载中的独立元件，例如，运载体的致动组件、有效负载的传感器、或有效负载的发射器。终端包括无线通信器以配合一个或多个可移动物体、运载体、及有效负载进行通信。

终端包括合适的显示单元，以显示可移动物体、运载体、及有效负载的信息。例如，终端显示与可移动物体、运载体、及有效负载相关的位置、移动速度、移动加速度、方向、角速度、角加速度或其它任意合适组合的信息。在某些实施例中，终端可以显示有效负载的信息，例如，显示功能性的有效负载提供的数据(例如，摄像装置或其他影像拍摄装置记录的图像)。

可选地，同样的终端可以同时控制可移动物体、运载体、及/或有效负载，或可移动物体、运载体、及/或有效负载的状态，并接收或/显示来自可移动物体、运载体、及/或有效负载的信息。例如，终端控制有效负载相对于环境的位置信息的同时，显示由有效负载所拍摄的图像数据，或有效负载的位置信息。可选地，不同的终端可以使用不同的功能。例如，第一终端可能控制可移动物体、运载体、及/或有效负载的运动或状态，而第二终端可以接收/或显示来自可移动物体、运载体、及/或有效负载的信息。例如，第一终端可能用于控制有效负载相对于环境的位置，而第二终端显示有效负载拍摄的图像。不同的通信方式可以在可移动物体与一个集成终端之间使用，该集成终端同时控制可移动物体并接收数据，或在可移动物体与多个集成终端之间使用，所述多个集成终端同时控制可移动物体并接收数据。例如，至少两个不同的通信方式在可移动物体及终端之间构成，该终端同时控制可移动物体并接收来自可移动物体的数据。

附图5为本发明的实施例中包含运载体502及有效负载504的可移动物体500。尽管可移动物体500描述为一个飞行器，然而这样的描述并不是有意限定，任意合适的可移动物体可以使用，如前文所述。本领域技术人员应当理解，本文中描述的飞行器系统的任何实施例都可以运用于其它合适的可移动物体(例如，一个UAV)。在某些例子中，有效负载可以在可移动物体500上而不需要运载体502。可移动物体500可以包括推力装置506、感应系统508、及通信系统510。

推力装置506包括一个或多个如前文所述的旋翼、螺旋推进器、叶片、引擎、电机、轮子、轴承、磁体或喷嘴。可移动物体可以包括一个或多个，两个或多个，三个或多个，或四个或多个推力装置。推力装置可以是同一种类型。可选地，一个或多个推力装置可以是不同类型的推力装置。推力装置506通过合适的方式安在可移动物体上，例如，如本文其它地方所述的支撑元件(如，驱动轴)。推力装置506可以安装可移动物体500的任意其它部位，例如，上方、地部、前方、后方、侧方、或其它组合的部位。

在某些实施例中，推力装置506使得可移动物体500从表面竖直起飞或竖直降落在表面上，而不要求可移动物体水平运动(例如，不需要沿着一个跑道滑行)。可选地，推力装置506允许可移动物体500在特定的位置及/或方向在空中盘旋。一个或多个推力装置506可以由其它的推力装置506所控制。可选地，推力装置506是同步地被控制的。例如，可移动物体有多个水平方向的旋翼，所述多个水平方向的旋翼用于提供上升动力及/或推力给可移动物体。所述多个水平方向的旋翼使得可移动物体500能够竖直起飞、竖直降落、空中盘旋。在某些实施例中，一个或多个水平方向的旋翼以顺时针方向旋转，而一个或多个水平方向的旋翼以逆时针方向旋转。例如，顺时针方向旋转的旋翼的数量可能等于逆时针方向旋转的旋翼的数量。每个水平方向的旋翼的旋转率都不同，如此可以控制每个旋翼的上升动力及/或推力，并由此调整可移动物体的空间位置、速度、及/或加速度(例如，与三个以上转动角度及旋转角度相关)。

感应系统508包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以感应可移动物体500的空间位置、速度、及/或加速度(例如，与高达三个平移角度及旋转角度相关)。所述一个或多个传感器包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、近场传感器、或图像传感器。由感应系统508提供的感应数据用于控制可移动物体500的空间位置、速度、及/或加速度(例如，如下描述的使用合适的处理器及/或控制单元)。可选地，感应系统508用于提供与可移动物体周围环境相关的数据，例如，天气条件、潜在障碍物的距离、地理特征的位置、人造物体的位置以及诸如此类。

通信系统510通过无线信号516与包含通信系统514的终端512进行通信。通信系统510，514可以包括任意数量的发射器、接收器、及/或无线通信的收发器。通信可以是单向通信，使得数据只能从一个方向传输。例如，单向通信只允许可移动物体500传输数据给终端512，或者，反过来，只允许终端512传输数据给可移动物体500。数据从通信系统510的一个或多个发射器传输给通信系统512的一个或多个接收器，或者，反过来，数据从通信系统512的一个或多个接收器传输给通信系统510的一个或多个发射器。可选地，通信也可以是双向通信，如此一来，数据可以在可移动物体500与终端512之间进行双向传输。双向通信允许数据从通信系统510的一个或多个发射器传输给通信系统512的一个或多个接收器，也可以允许数据从通信系统512的一个或多个接收器传输给通信系统510的一个或多个发射器。

在某些实施例中，终端512提供控制数据给一个或多个可移动物体500、运载体502及有效负载504，并从一个或多个可移动物体500、运载体502及有效负载504接收信息(例如，可移动物体、运载体及有效负载的位置及/或运动信息；有效负载所感应的数据，如，有效负载的摄像装置拍摄的图像)。在某些例子中，来自终端的控制数据可以包括可移动物体500、运载体502及有效负载504的位置、运动、致动、及控制相关的指令。例如，控制数据可以修正可移动物体的位置及/或方向(例如，通过控制推力装置506)，或修正与可移动物体相关的有效负载的运动(通过控制运载体502)。来自终端的控制数据会控制有效负载，例如，控制摄像装置或其他摄像装置的操作(例如，拍摄或传输图片、放大或缩小、开启或关闭、切换拍摄方式、转换图像分辨率、改变焦距、改变景深、改变曝光时间、改变可视角度或可视范围)。在某些例子中，可移动物体、机架及/或有效负载的通信信息包括一个或多个传感器(例如，感应系统508或负载504的传感器)的信息。这些通信信息包括一个或多个不同类型传感器(例如，GPS传感器、移动传感器、积分传感器、近场传感器、或图像传感器)的感应信息。这些信息与可移动物体、运载体及/或有效负载的位置(例如，方位及方向)、运动或加速度相关。有效负载的这些信息可以包括有效负载拍摄的数据或有效负载的状态信息。终端512传输的控制数据用于控制可移动物体500、运载体502及/或有效负载504的状态。可选地组合，运载体502及有效负载504还包括通信模块以和终端512通信，如此一来终端可以独立地通信及控制可移动物体500、运载体502及有效负载504。

在某些实施例中，可移动物体500用于与终端512之外的另外一个遥控装置通信，或替代终端512。终端512也可以像可移动物体500一样与该另外一个遥控装置通信。例如，可移动物体500及/或终端512可以与另外一个可移动物体、或另外一个可移动物体的运载体或有效负载通信。当需要时，遥控装置可以是第二终端或其它计算设备(例如，计算机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、或其他移动设备)。遥控装置用于传送数据给可移动物体500，接收可移动物体500的数据，传输数据给终端512，及/或接收终端512的数据。可选地，遥控装置与互联网或其它电信网络连接，如此一来，从可移动物体500及/或终端512接收的数据可以上传到网站或服务器。

图6所示为本发明的实施例中用于控制可移动物体的系统的功能模块图。系统600运用于本文所揭露的系统、设备及方法的任意合适的实施例组合。系统600包括感应模块602、处理单元604、永久性的计算机读取介质606、控制模块608，及通信模块610。

感应模块602利用不同类型的感应器以不同方式收集与可移动物体的相关信息。不同类型的传感器可以感应不同类型的信号或来自不同资源的信号。例如，传感器包括惯性传感器、GPS传感器、近场传感器(例如，激光雷达)、或视觉/图像传感器(例如，摄像装置)。感应模块602可以与包括大量处理器的处理单元604连接。在某些实施例中，感应模块602与传送模块612(例如，WIFI图像传送模块)连接，该传送模块612用于直接传送感应数据给合适的外设设备或系统。例如，传送模块612用于传送由感应模块602的摄像装置所拍摄的图像给远程终端。

处理单元604有一个或多个处理器，例如，可编程处理器(例如，中央处理器，CPU)。处理单元604与永久性的计算机读取介质606连接。永久性的计算机读取介质606可以存储逻辑、代码、及/或由处理单元604处理的编程指令以执行一个或多个步骤。永久性的计算机读取介质606包括一个或多个存储单元(例如，可擦写介质或外设存储器，例如，SD卡或随机存取存储器(RAM))。在某些实施例中，从感应模块602获得的数据被传送并存储至永久性的计算机读取介质606的存储器单元。永久性的计算机读取介质606的存储器单元存储逻辑、代码、及/或由处理单元604处理的编程指令以执行本文描述的任意合适实施例中的方法。举例而言，处理单元604用于执行指令，使得处理单元604的一个或多个处理器分析由感应模块所产生的感应数据。存储器单元可以存储从感应模块所获得且被处理单元所处理的感应数据。在某些实施例中，永久性的计算机读取介质606的存储器单元用于存储由处理单元604所处理的处理结果。

在某些实施例中，处理单元604与控制单元608连接，所述控制单元608用于控制可移动物体的状态。例如，控制模块608用于控制可移动物体的推力装置，以调整与六个自由度相关的可移动物体的空间位置、速度及/或加速度。可选地或合并地，控制模块能控制一个或多个机架、负载或感应模块的状态。

处理单元604与通信模块610连接，所述通信模块610用于发送及/或接收从一个或多个外设设备(例如，终端、显示设备、或其他遥控控制器)获得的数据。任何合适的通信方法都可以使用，例如，有线通信或无线通信。举例而言，通信模块610利用一个或多个局域网、广域网、红外线、无线电、WIFI、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信及诸如此类的通信网络。可选地，中继站，例如，发射塔、卫星、或移动基站都可以使用。无线通信可以是近距离或非近距离的。在某些实施例中，无线通信视线(line-of-sight)可以用于或不用于通信。通信模块610传输及/或接收感应模块602的一个或多个感应数据，传输及/或接收一个或多个处理单元604生成的处理结果，传输及/或接收终端或遥控控制器的预设控制数据，用户指令等诸如此类的感应数据。

系统600的部件以任意合适的配置进行分配。例如，系统600的一个或多个部件位于可移动物体、运载体、有效负载、终端、感应系统，或额外的能与上述装置通信的外设设备。此外，尽管附图6描述了单个处理单元604和单个永久性的计算机读取介质606，本领域技术人应当理解，这样的描述不是有意限定，系统600包括大量的处理单元及/或永久性的计算机读取介质。在某些实施例中，大量的处理单元及/或永久性的计算机读取介质可以安装于不同的装置，例如，在可移动物体、运载体、有效负载、终端、感应模块、额外的能与上述装置通信的外设设备，或上述装置的组合，如此一来，任何合适的具有处理及/或存储功能的系统600可以安装于上述提到的一个或多个装置上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，本领域的普通技术人员在不脱离本发明精神的情况下，可以做出变化、改变、等效结构或等效流程变换。这些变换均同理包括在本发明的专利保护范围内，本发明的范围仅局限于后附的权利要求书。

Claims

1.一种可移动物体的起飞辅助的方法，所述方法包括：

在第一控制方式下增加对所述可移动物体的致动器的输出，其中，对所述致动器的输出会增加可移动物体的高度；

根据对所述致动器的输出，由致动器所测量的输出、或可移动物体的速度或加速度，通过处理器判断所述可移动物体是否已经达到起飞阈值；及

当所述可移动物体已经达到所述起飞阈值时，在所述第二控制方式下控制对致动器的输出。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述可移动物体是一个能够竖直起飞及/或降落的飞行器。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一控制方式是第一积分控制方式。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在第一积分控制方式下的积分值设置为默认值。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述默认值为零。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：接收指令以增加所述可移动物体的高度。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述指令由遥控终端发送。

8.如权利要求6所述的方法，进一步包括，在接收指令以增加所述可移动物体的高度之前，接收指令以启动所述致动器，并设置所述致动器为怠速状态。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括，当增加高度的指令没有超过预设值时，减少对所述致动器的输出，使得所述致动器处于怠速状态。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二控制方式是第二积分控制方式。

11.如权利要求1所述的方法，其中，使用所述第二控制方式控制对所述致动器的输出包括竖直方向的积分控制。

12.如权利要求1所述的方法，其中，根据对所述致动器的输出量判断所述可移动物体是否已经达到所述起飞阈值包括：当对所述致动器的输出量超过预设输出值时，判定所述可移动物体已经达到所述起飞阈值。

13.如权利要求12所述的方法，其中，根据测量的高度、速度或加速度、或从所述可移动物体的致动器所测量的输出，判断所述可移动物体是否已经达到所述起飞阈值。

14.如权利要求1所述的方法，其中，不需要接收来源于可移动物体外部的信号，就能判断所述可移动物体是否达到了起飞阈值。

15.如权利要求1所述的方法，其中，达到所述起飞阈值的条件为：(1)当对所述致动器的输出大于第一预设输出阈值及所述可移动物体在竖直方向上的加速度超过预设加速度值，或(2)当对所述致动器的输出超过了第二预设输出值。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述第二预设输出值不同于所述第一预设输出值。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第二预设输出值大于所述第一预设输出值。

18.一种可移动物体的起飞辅助的系统，所述系统包括：

可移动物体的致动器，其中对所述致动器的输出会增加所述可移动物体的高度；

处理器，用于根据对致动器的输出、从致动器测量的输出、或可移动物体的速度或加速度来判断可移动物体是否达到起飞阈值，并且(1)当可移动物体没有达到起飞阈值时采用第一控制方式，及(2)当可移动物体达到起飞阈值时采用第二控制方式，生成一个用于对致动器的输出进行控制的信号。

19.如权利要求18所述的系统，其中，所述处理器是机载于所述可移动物体中。

20.如权利要求18所述的系统，其中，所述处理器在与所述可移动物体分开的外设装置中。

21.如权利要求18所述的系统，其中，所述可移动物体是一个能够竖直起飞及/或降落的飞行器。

22.如权利要求18所述的系统，其中，所述可移动物体是一个无人飞行器。

23.如权利要求22所述的系统，其中，所述无人飞行器是一个旋翼飞行器。

24.如权利要求22所述的系统，其中，所述致动器是一个驱动所述可移动物体的推进单元的电机。

25.如权利要求18所述的系统，其中，所述第一控制方式是第一积分控制方式。

26.如权利要求25所述的系统，其中，在所述第一积分控制方式下的积分值设置为默认值。

27.如权利要求18所述的系统，其中，所述第二控制方式是第二积分控制方式，该第二积分控制方式包括竖直方向的积分控制。

28.如权利要求18所述的系统，其中，当如下一个或多个条件得到满足时，达到所述起飞阈值：(1)当对所述致动器的输出大于第一预设输出阈值及所述可移动物体在竖直方向上的加速度超过预设加速度值，或(2)当对所述致动器的输出超过了第二预设输出值。

29.如权利要求18所述的系统，进一步包括接收器，该接收器用于接收指令以增加所述可移动物体的高度。

30.如权利要求18所述的系统，其中，不需要接收来源于可移动物体外部的信号，所述处理器就能判断所述可移动物体是否达到了起飞阈值。