CN107922056B - 用于稳定负载的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于支撑可移动物体的负载的载体的控制和操作相关的系统、方法和设备。在一个方面，提供了一种用于控制负载的姿态的方法，所述方法包括：基于输入角度和负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中所述输入角度与负载的期望姿态相关联；基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。

Description

用于稳定负载的方法和系统
背景技术
无人飞行器(UAV)等无人载运工具可用于针对各种民用、商业和军事应用执行监视、侦察和勘探任务。UAV可以由远程用户手动控制，或者可以以半自主或完全自主的方式操作。这种UAV可以包括用于支持负载(例如用于获得目标物体的图像数据的相机)的载体。
用于控制由UAV承载的负载的现有方法在某些情况下可能不是最佳的。例如，用于稳定负载的现有方法可能不适于补偿对载体和负载的外部干扰，并且可能不考虑载体的特定机械特性，这会降低负载控制的准确性。
发明内容
本公开提供了用于支撑诸如无人飞行器(UAV)的可移动物体的负载的载体的控制和操作相关的系统、方法和设备。在一些实施例中，使用载体来将负载与可移动物体机械地连接，并控制负载相对于可移动物体的位置和/或朝向。然而，在操作期间，载体可能受到外部干扰(例如，风、温度变化、外部撞击等)的影响，这可能影响载体配置。此外，不同类型的载体和负载的运动特性可能影响其对驱动的响应。本文公开的实施例可以估计和补偿这些因素，从而提高使用载体控制负载位置和/或朝向的精度。
一方面，提供了一种用于控制负载的姿态的方法，所述方法包括：基于输入角度和负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中所述输入角度与负载的期望姿态相关联；基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
在一些实施例中，载体与用于支撑载体的可移动物体可旋转地连接。
在一些实施例中，载体是多轴云台。
在一些实施例中，可移动物体是UAV。
在一些实施例中，载体被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。输出力矩可以围绕一个或多个转轴施加。
在一些实施例中，载体包括多个框架，所述多个框架至少包括第一框架和第二框架。负载可以固定到第一框架。第二框架可以与可移动物体可旋转地连接。第二框架可以被配置为围绕航向轴旋转。
在一些实施例中，第二框架经由减震元件与可移动物体连接。
在一些实施例中，负载通过第一框架和第二框架与可移动物体串接。第二框架可以连接在可移动物体和第一框架之间。
在一些实施例中，载体的一个或多个运动特性至少包括第二框架的线加速度或角加速度。第二框架的一个或多个运动特性可以使用位于第二框架附近的一个或多个传感器来测量。该一个或多个传感器可以包括加速度计或陀螺仪中的至少一个。
在一些实施例中，所述一个或多个传感器还被配置为：当经由减震元件与所述可移动物体连接时，测量所述第二框架的一个或多个运动特性。减震元件可以被配置为减小干扰对第二框架的影响。减震元件可以被配置为吸收第二框架的振动。所述一个或多个传感器可以被直接设置在将减震元件与第二框架连接的连接结构上。所述一个或多个传感器可以被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路(FPC)上。所述一个或多个传感器可以沿着第二框架的转轴放置。
在一些实施例中，输出力矩经由与第二框架连接的驱动器来施加。驱动器可以是包括转子和定子的电机。转子可以与第二框架连接，而定子可以与可移动物体连接。
在一些实施例中，使用设置在载体的框架上的惯性传感器来测量载体的一个或多个运动特性。所述估计干扰力矩可以通过包括载体的一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换来确定。
在一些实施例中，输入角度由用户使用与负载通信的外部设备来提供。
在一些实施例中，输入角度被提供给负载上的运动控制器中的一个或多个处理器。运动控制器可以被配置为基于输入力矩和估计干扰力矩来计算输出力矩。运动控制器可以被配置为控制与载体连接的驱动器以输出力矩旋转，从而引起载体的移动以实现负载的期望姿态。
在一些实施例中，负载的一个或多个运动特性包括负载的瞬时姿态、瞬时位置、角速度、线速度、角加速度或线加速度中的至少一个。负载的一个或多个运动特性可以使用位于负载上的一个或多个传感器来测量。一个或多个传感器可以共同构成惯性测量单元(IMU)。
在一些实施例中，干扰包括风力影响、温度变化或对负载或载体的外部撞击中的一个或多个。
在一些实施例中，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到载体的预定义的基于动力学模型中来确定所述估计干扰力矩。减震元件可以被设置在可移动物体与载体的框架之间。减震元件的一个或多个运动特性可以使用设置在减震元件上的一个或多个传感器来测量。该一个或多个传感器可以被设置在附接在减震元件上的柔性印刷电路(FPC)上。减震元件的一个或多个运动特性可以至少包括减震元件的线加速度或角加速度。减震元件的一个或多个运动特性可以与框架的一个或多个运动特性相关联。
在一些实施例中，所述估计干扰力矩的计算与所述载体的框架上的可旋转接头相关联，并且可旋转接头被配置为将框架与可移动物体连接。
在一些实施例中，所述方法还包括：使用比例微分(PD)控制器进一步精细化所述估计干扰力矩。可以通过对估计干扰力矩应用一个或多个滤波器来精细化估计干扰力矩。该方法可以进一步包括：基于所述输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算所述输出力矩。
在一些实施例中，使用反馈控制回路确定输入力矩。可以使用至少一个比例微分(PD)控制器来实现反馈控制回路。第一PD控制器可以被配置为：基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与输入角度之间的差来计算输入角速度。第二PD控制器可以被配置为：基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角速度与输入角速度之间的差来计算输入力矩。
在一些实施例中，通过利用估计干扰力矩补偿输入力矩来计算输出力矩。可以通过从输入力矩中减去估计干扰力矩来计算输出力矩。输出力矩可以与来自干扰的实际干扰力矩连同作用，以引起载体的移动，从而实现负载的期望姿态。实际干扰力矩可以施加于与可移动物体连接的载体的框架上。
另一方面，提供了一种用于控制负载的姿态的装置，所述装置包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器单独地或共同地被配置为：基于输入角度和所述负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与所述负载的期望姿态相关联；基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
在一些实施例中，载体与用于支撑载体的可移动物体可旋转地连接。
在一些实施例中，载体是多轴云台。
在一些实施例中，可移动物体是UAV。
在一些实施例中，载体被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。输出力矩可以围绕一个或多个转轴施加。
在一些实施例中，载体包括多个框架，所述多个框架至少包括第一框架和第二框架。负载可以固定到第一框架。第二框架可以与可移动物体可旋转地连接。第二框架可以被配置为围绕航向轴旋转。
在一些实施例中，第二框架经由减震元件与可移动物体连接。
在一些实施例中，负载通过第一框架和第二框架与可移动物体串接。第二框架可以连接在可移动物体和第一框架之间。
在一些实施例中，载体的一个或多个运动特性至少包括第二框架的线加速度或角加速度。第二框架的一个或多个运动特性可以使用位于第二框架附近的一个或多个传感器来测量。该一个或多个传感器可以包括加速度计或陀螺仪中的至少一个。
在一些实施例中，所述一个或多个传感器还被配置为：当经由减震元件与所述可移动物体连接时，测量所述第二框架的一个或多个运动特性。减震元件可以被配置为减小干扰对第二框架的影响。减震元件可以被配置为吸收第二框架的振动。所述一个或多个传感器可以被直接设置在将减震元件与第二框架连接的连接结构上。所述一个或多个传感器可以被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路(FPC)上。所述一个或多个传感器可以沿着第二框架的转轴放置。
在一些实施例中，输出力矩经由与第二框架连接的驱动器来施加。驱动器可以是包括转子和定子的电机。转子可以与第二框架连接，而定子可以与可移动物体连接。
在一些实施例中，使用设置在载体的框架上的惯性传感器来测量载体的一个或多个运动特性。所述估计干扰力矩可以通过包括载体的一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换来确定。
在一些实施例中，输入角度由用户使用与负载通信的外部设备来提供。
在一些实施例中，输入角度被提供给负载上的运动控制器中的一个或多个处理器。运动控制器可以被配置为基于输入力矩和估计干扰力矩来计算输出力矩。运动控制器可以被配置为控制与载体连接的驱动器以输出力矩旋转，从而引起载体的移动以实现负载的期望姿态。
在一些实施例中，负载的一个或多个运动特性包括负载的瞬时姿态、瞬时位置、角速度、线速度、角加速度或线加速度中的至少一个。负载的一个或多个运动特性可以使用位于负载上的一个或多个传感器来测量。一个或多个传感器可以共同构成惯性测量单元(IMU)。
在一些实施例中，干扰包括风力影响、温度变化或对负载或载体的外部撞击中的一个或多个。
在一些实施例中，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到载体的预定义的基于动力学模型中来确定所述估计干扰力矩。减震元件可以被设置在可移动物体与载体的框架之间。减震元件的一个或多个运动特性可以使用设置在减震元件上的一个或多个传感器来测量。该一个或多个传感器可以被设置在附接在减震元件上的柔性印刷电路(FPC)上。减震元件的一个或多个运动特性可以至少包括减震元件的线加速度或角加速度。减震元件的一个或多个运动特性可以与框架的一个或多个运动特性相关联。
在一些实施例中，关于载体的框架上的可旋转接头计算所述估计干扰力矩，并且可旋转接头被配置为将框架与可移动物体连接。
在一些实施例中，所述一个或多个处理器被配置为：使用比例微分(PD)控制器来进一步精细化估计干扰力矩。可以通过对估计干扰力矩应用一个或多个滤波器来精细化估计干扰力矩。所述一个或多个处理器可以被配置为基于输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算输出力矩。
在一些实施例中，使用反馈控制回路确定输入力矩。可以使用至少一个比例微分(PD)控制器来实现反馈控制回路。第一PD控制器可以被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与输入角度之间的差来计算输入角速度。第二PD控制器可以被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角速度与输入角速度之间的差来计算输入力矩。
在一些实施例中，通过利用估计干扰力矩补偿输入力矩来计算输出力矩。可以通过从输入力矩中减去估计干扰力矩来计算输出力矩。输出力矩可以与来自干扰的实际干扰力矩连同作用，以引起载体的移动，从而实现负载的期望姿态。实际干扰力矩可以施加于与可移动物体连接的载体的框架上。
另一方面，提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质。所述指令在被执行时使计算机执行用于控制负载的姿态的方法，所述方法包括：基于输入角度和负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中所述输入角度与负载的期望姿态相关联；基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
另一方面，提供了一种用于控制负载的姿态的系统，所述系统包括：可移动物体；载体，被配置为将负载与可移动物体连接；以及一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：基于输入角度和所述负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与所述负载的期望姿态相关联；基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中所述估计干扰力矩是对所述载体的干扰的结果；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
在一些实施例中，载体与用于支撑载体的可移动物体可旋转地连接。
在一些实施例中，载体是多轴云台。
在一些实施例中，可移动物体是UAV。
在一些实施例中，载体被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。输出力矩可以围绕一个或多个转轴施加。
在一些实施例中，载体包括多个框架，所述多个框架至少包括第一框架和第二框架。负载可以固定到第一框架。第二框架可以与可移动物体可旋转地连接。第二框架可以被配置为围绕航向轴旋转。
在一些实施例中，第二框架经由减震元件与可移动物体连接。
在一些实施例中，负载通过第一框架和第二框架与可移动物体串接。第二框架可以连接在可移动物体和第一框架之间。
在一些实施例中，载体的一个或多个运动特性至少包括第二框架的线加速度或角加速度。第二框架的一个或多个运动特性可以使用位于第二框架附近的一个或多个传感器来测量。该一个或多个传感器可以包括加速度计或陀螺仪中的至少一个。
在一些实施例中，所述一个或多个传感器还被配置为：当经由减震元件与所述可移动物体连接时测量所述第二框架的一个或多个运动特性。减震元件可以被配置为减小干扰对第二框架的影响。减震元件可以被配置为吸收第二框架的振动。所述一个或多个传感器可以直接设置在将减震元件与第二框架连接的连接结构上。所述一个或多个传感器可以设置在附接至所述连接结构上的柔性印刷电路(FPC)上。所述一个或多个传感器可以沿着第二框架的转轴放置。
在一些实施例中，输出力矩经由与第二框架连接的驱动器来施加。驱动器可以是包括转子和定子的电机。转子可以与第二框架连接，而定子可以与可移动物体连接。
在一些实施例中，使用设置在载体的框架上的惯性传感器来测量载体的一个或多个运动特性。所述估计干扰力矩可以通过包括载体的一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换来确定。
在一些实施例中，输入角度由用户使用与负载通信的外部设备来提供。
在一些实施例中，输入角度被提供给负载上的运动控制器中的一个或多个处理器。运动控制器可以被配置为基于输入力矩和估计干扰力矩来计算输出力矩。运动控制器可以被配置为控制与载体连接的驱动器以输出力矩旋转，从而引起载体的移动以实现负载的期望姿态。
在一些实施例中，负载的一个或多个运动特性包括负载的瞬时姿态、瞬时位置、角速度、线速度、角加速度或线加速度中的至少一个。负载的一个或多个运动特性可以使用位于负载上的一个或多个传感器来测量。一个或多个传感器可以共同构成惯性测量单元(IMU)。
在一些实施例中，干扰包括风力影响、温度变化或对负载或载体的外部撞击中的一个或多个。
在一些实施例中，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到载体的预定义的基于动力学模型中来确定所述估计干扰力矩。减震元件可以被设置在可移动物体与载体的框架之间。减震元件的一个或多个运动特性可以使用设置在减震元件上的一个或多个传感器来测量。该一个或多个传感器可以被设置在附接在减震元件上的柔性印刷电路(FPC)上。减震元件的一个或多个运动特性可以至少包括减震元件的线加速度或角加速度。减震元件的一个或多个运动特性可以与框架的一个或多个运动特性相关联。
在一些实施例中，关于载体的框架上的可旋转接头计算所述估计干扰力矩，并且可旋转接头被配置为将框架与可移动物体连接。
在一些实施例中，所述方法还包括：使用比例微分(PD)控制器进一步精细化所述估计干扰力矩。可以通过对估计干扰力矩应用一个或多个滤波器来精细化估计干扰力矩。该方法可以进一步包括：基于所述输入力矩和精细化后的干扰力矩计算所述输出力矩。
在一些实施例中，使用反馈控制回路确定输入力矩。可以使用至少一个比例微分(PD)控制器来实现反馈控制回路。第一PD控制器可以被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与输入角度之间的差来计算输入角速度。第二PD控制器可以被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角速度与输入角速度之间的差来计算输入力矩。
在一些实施例中，通过利用估计干扰力矩补偿输入力矩来计算输出力矩。可以通过从输入力矩中减去估计干扰力矩来计算输出力矩。输出力矩可以与来自干扰的实际干扰力矩连同作用，以引起载体的移动，从而实现负载的期望姿态。实际干扰力矩可以施加于与可移动物体连接的载体的框架上。
另一方面，提供了一种用于控制负载的姿态的装置，包括：载体，至少包括第一框架和第二框架，其中，所述负载被固定至所述第一框架并且所述第二框架与可移动物体可旋转地连接；设置在所述负载上的一个或多个传感器，其中，所述传感器被配置为测量所述负载的一个或多个运动特性；设置在所述载体上的一个或多个传感器，其中所述传感器被配置为测量所述载体的一个或多个运动特性；以及一个或多个处理器，其单独或共同地被配置为：基于所述负载的所述一个或多个运动特性来确定输入力矩；基于所述载体的所述一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩被配置为引起所述第二框架的运动以实现所述负载的期望姿态。
在一些实施例中，载体是多轴云台。
在一些实施例中，该装置还包括可移动物体。
在一些实施例中，该装置还包括设置在可移动物体和载体之间的减震元件。第二框架可以经由减震元件与可移动物体连接。第二框架可以经由连接结构与减震元件连接，并且一个或多个传感器可以被设置在连接结构上。所述一个或多个传感器可以被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路(FPC)上。减震元件可以被配置为减小干扰对载体的影响。减震元件可以被配置为吸收第二框架的振动。
在一些实施例中，第二框架与被配置为围绕航向轴旋转第二框架的电机连接，并且一个或多个传感器被设置在第二框架或电机上。
在一些实施例中，通过将载体的一个或多个运动特性输入到载体的预定义的基于动力学的模型中来确定估计干扰力矩。载体的一个或多个运动特性可以至少包括载体的线加速度或角加速度。载体的一个或多个运动特性可以与第二框架的一个或多个运动特性相关联。
在一些实施例中，关于第二框架上的可旋转接头计算估计干扰力矩，所述可旋转接头被配置为将第二框架与可移动物体连接。
在一些实施例中，使用比例微分(PD)控制器进一步精细化估计干扰力矩。可以通过对估计干扰力矩应用一个或多个滤波器来精细化估计干扰力矩。可以基于输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算输出力矩。
在一些实施例中，使用反馈控制回路确定输入力矩。可以使用至少一个比例微分(PD)控制器来实现反馈控制回路。第一PD控制器可以被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与输入角度之间的差来计算输入角速度。第二PD控制器可以被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角速度与输入角速度之间的差来计算输入力矩。
在一些实施例中，通过利用估计干扰力矩补偿输入力矩来计算输出力矩。可以通过从输入力矩中减去估计干扰力矩来计算输出力矩。输出力矩可以与实际干扰力矩连同作用，以引起载体的移动，从而实现负载的期望姿态。实际干扰力矩可能是对载体的干扰造成的。实际干扰力矩可以施加于第二框架。
通过阅读说明书、权利要求书和附图，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。
通过引用并入
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被明确且单独地指示通过引用并入。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考下面的详细描述及其附图，将更好地理解本发明的特征和优点，所述详细描述中阐述了利用本发明的原理的说明性实施例，所述附图中：
图1示出根据实施例的可移动物体、载体和负载；
图2示出根据实施例的用于控制负载的装置；
图3示出根据实施例的用于控制负载的反馈回路的框图；
图4示出根据实施例的用于控制负载的装置；
图5示出根据实施例的可移动物体、载体和负载；
图6示出根据实施例的用于控制包括内部减震元件的负载的装置；
图7示出根据实施例的用于控制负载的反馈回路的框图；
图8示出根据实施例的用于控制负载的方法；
图9示出根据实施例的无人飞行器；
图10示出根据实施例的包括载体和负载的可移动物体；以及
图11是借助于根据实施例的用于控制可移动物体的系统的框图的示意说明。
具体实施方式
本公开提供了用于控制负载的改进的系统、方法和设备。在一些实施例中，使用控制负载的位置和/或朝向(姿态)的载体将负载与另一设备(例如，诸如UAV的可移动物体)连接。例如，可以(例如，从用户和/或来自可移动物体上的处理器)接收关于负载的期望移动的指令，并且可以确定载体的相应移动以实现负载的期望移动。有利地，本文的实施例可以在确定适当的载体移动时考虑到载体上的外部干扰以及载体的特定运动特性，从而增强了系统对外部干扰的鲁棒性并且提高了负载控制的精度。
如本文所述，外部干扰可以包括从负载和载体外部的源施加于载体和/或负载的任何运动、力和/或力矩。例如，与负载和载体连接的可移动物体、另一可移动物体、环境条件(例如，风、降水)、温度变化、环境内的障碍物或其组合可能产生外部干扰。
尽管本文的一些实施例是在UAV的环境中呈现的，但是应该理解，本公开可以应用于其他类型的可移动物体，例如地面运载工具。下面进一步详细描述适用于本文提供的系统、方法和设备的可移动物体的示例。
可以完全自主地(例如，通过诸如机载控制器之类的合适的计算系统)、半自主地或手动地(例如由人类用户)操作本文描述的可移动物体。可移动物体可以从合适的实体(例如，人类用户或自主控制系统)接收命令，并且通过执行一个或多个动作来响应这样的命令。例如，可移动物体可以是UAV，该UAV被控制为从地面起飞、在空中移动(例如，具有多达三个平移自由度以及多达三个旋转自由度)、移动到目标位置或移动到一系列目标位置、悬停在空中、落在地面上，等等。作为另一示例，可以控制可移动物体以指定的速度和/或加速度(例如，具有多达三个平移自由度以及多达三个旋转自由度)或沿着指定的移动路径移动。此外，这些命令可以用于控制一个或多个部件，例如本文所述的部件(例如，传感器、驱动器、推进单元、负载等)。例如，可以使用一些命令来控制诸如相机之类的负载的位置、朝向和/或操作。
在一些实施例中，可移动物体被配置为承载负载。负载可以包括乘客、货物、装备、仪器等中的一个或多个。负载可以设置在外壳内。该外壳可以与可移动物体的外壳分离，或者作为可移动物体的外壳的一部分。备选地，负载可以设置有外壳，而可移动物体不具有外壳。备选地，负载的部分或整个负载可以设置为没有外壳。负载可以相对于可移动物体刚性地固定。可选地，负载可相对于可移动物体移动(例如，相对于可移动物体可平移或可旋转)。
在一些实施例中，负载可以被配置为不执行任何操作或功能。备选地，负载可以是被配置为执行操作或功能的负载，也被称为功能型负载。例如，负载可以包括用于勘测一个或多个目标的一个或多个传感器。可以将任何合适的传感器合并到负载中，诸如图像捕获设备(例如相机)、音频捕获设备(例如抛物面麦克风)、红外成像设备或紫外成像设备。传感器可以提供静态感测数据(例如照片)或动态感测数据(例如视频)。在一些实施例中，传感器提供针对负载的目标的感测数据。备选地或组合地，负载可以包括用于向一个或多个目标提供信号的一个或多个发射器。可以使用任何合适的发射器，例如照明源或声源。在一些实施例中，负载包括一个或多个收发器，诸如用于与远离可移动物体的模块进行通信。可选地，负载可以被配置为与环境或目标进行交互。例如，负载可以包括能够操纵物体的工具、仪器或机构，例如机器人手臂。
在一些实施例中，可移动物体与用于承载负载的载体连接。可以针对负载提供载体，并且负载可以直接(例如，直接接触可移动物体)或间接(例如，不接触可移动物体)经由载体与可移动物体连接。相反，负载可以安装在可移动物体上而不需要载体。负载可以与载体一体形成。备选地，负载可以可拆卸地与载体连接。在一些实施例中，负载可以包括一个或多个负载元件，并且一个或多个负载元件可以相对于可移动物体和/或载体移动，如上所述。
载体可以与可移动物体一体形成。备选地，载体可以可拆卸地与可移动物体连接。载体可以直接或间接地与可移动物体连接。载体可以提供对负载的支撑(例如，承载负载的至少一部分重量)。载体可以是能够稳定和/或引导负载的移动的合适的安装结构(例如，云台平台)。在一些实施例中，载体可以适于控制负载相对于可移动物体的状态(例如，位置和/或朝向)。载体可以与可移动物体(例如，经由可旋转的接头或连接件)可旋转地连接，以相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。例如，载体可以被配置为相对于可移动物体移动(例如相对于一个、两个或三个平移度和/或一个、两个或三个旋转度)，使得负载相对于合适的参考系保持其位置和/或朝向，而与可移动物体的移动无关。参考系可以是固定参考系(例如周围环境)。备选地，参考系可以是移动参考系(例如，可移动物体、负载目标)。
在一些实施例中，载体可以被配置为允许负载相对于载体和/或可移动物体移动。该移动可以是相对于多达三个自由度(例如，沿着一个、两个或三个轴)的平移或者相对于多达三个自由度的旋转(例如，围绕一个、两个或三个轴)或其任何合适的组合。在一些实施例中，移动轴中的一些或全部是正交轴，例如横滚轴、俯仰轴和航向轴。例如，载体可以被配置为允许负载围绕横滚轴、俯仰轴和/或航向轴移动。在一些实施例中，载体是允许负载围绕横滚轴、俯仰轴和/或航向轴移动的单轴或多轴云台。在备选实施例中，一些或全部的移动轴可以是非正交轴。
在一些实施例中，载体包括向负载提供支撑的一个或多个框架，诸如一个框架、两个框架、三个框架或更多框架。例如，载体可以包括与可移动物体和负载连接(例如，可旋转地连接)的单个框架。载体可以包括与负载连接(例如，可旋转地连接)的第一框架以及与可移动物体连接(例如，可旋转地连接)的第二框架，并且第一框架和第二框架可以彼此连接(可旋转地连接)，使得负载通过第一框架和第二框架与可移动物体串接。载体可以包括与负载连接(例如，可旋转地连接)的第一框架，与可移动物体连接(例如，可旋转地连接)的第二框架，以及与第一框架和第二框架连接(例如，可旋转地连接)的第三框架，使得负载通过第一框架、第三框架和第二框架与可移动物体串接。在一些实施例中，与可移动物体连接的框架可被称为“外”或“最外”框架，与负载连接的框架可被称为“内”或“最内”框架，与可移动物体或负载不直接连接的框架可以被称为“中间框架”。
一些或全部框架可以相对于彼此移动，并且载体可以包括驱动各个载体框架移动的一个或多个驱动器(例如，电机)。例如，驱动器可以通过围绕转轴向载体框架施加力矩来驱动载体框架的旋转。驱动器可以同时允许多个框架的移动，或者可以被配置为允许一次移动单个框架。框架的移动可以引发负载的相应移动。例如，驱动器可驱动一个或多个框架围绕一个或多个转轴(例如，横滚轴、俯仰轴或航向轴)的旋转。一个或多个框架的旋转可导致负载相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。备选地或组合地，载体驱动组件可驱动框架沿着一个或多个平移轴平移，并由此引发负载沿着一个或多个相对于可移动物体的对应轴平移。在一些实施例中，载体包括以下中的一个或多个：航向框架和航向驱动器，航向驱动器与航向框架连接以驱动航向框架围绕航向轴旋转；横滚框架和横滚驱动器，横滚驱动器被配置为驱动所述横滚框架围绕横滚轴旋转；和/或俯仰框架和俯仰驱动器，俯仰驱动器被配置为驱动俯仰框架围绕俯仰轴旋转。在一些实施例中，载体经由航向框架与可移动物体连接，而在其他实施例中，载体可经由俯仰或横滚框架与可移动物体连接。
在一些实施例中，载体直接与可移动物体连接。在其他实施例中，载体经由减震元件与可移动物体连接。减震元件可以是适于减震载体和/或负载的运动的任何元件，诸如主动减震元件、被动减震元件或具有主动和被动减震特性的混合减震元件。减震元件可被配置为减少载体和/或负载的不希望的运动(例如，振动、外部干扰)。由本文提供的减震元件减震的运动可以包括振动、摆动、摇动或撞击中的一个或多个。例如，这种运动可以由可移动物体的移动、环境条件(例如风、雪、雨)和/或与其他物体的碰撞引起。这种运动可能源自通过载体传递给负载的可移动物体的运动。减震元件可通过消散或减少传送到载体和/或负载的运动量(例如，振动隔离)而将载体和/或负载与不希望的运动源隔离，从而提供运动减震。减震元件可以减小载体和/或负载原本可能经历的例如大于或等于约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％的运动幅度(例如振幅)。在一些情况下，减震元件可以被配置为减少具有特定频率的运动。例如，一些减震元件可以减少高频运动，而其他减震元件可以减少低频运动。减震元件可以对频率大于或等于约0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz或1000Hz的运动进行减震。备选地，减震元件可以对频率小于或等于约0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz或1000Hz的运动进行减震。
本文所述的减震元件可以由任何合适的材料或材料组合形成，包括固体、液体或气体材料。用于减震元件的材料可以是可压缩的和/或可变形的。例如，减震元件可以是海绵、泡沫、橡胶材料、凝胶等。备选地或附加地，减震元件可以包括压电材料或形状记忆材料。减震元件可以包括一个或多个机械元件，例如弹簧、活塞、液压装置、气动装置、缓冲器、减震器、隔离器等。可以选择减震元件的特性以提供预定量的运动减震。例如，减震元件可具有特定的刚度，其可对应于减震元件的杨氏模量。杨氏模量可以大于或等于约0.01Gpa、0.05Gpa、0.1Gpa、0.2Gpa、0.3Gpa、0.4Gpa、0.5Gpa、0.6Gpa、0.7Gpa、0.8Gpa、0.9Gpa、1Gpa或5GPa。备选地，杨氏模量可以小于或等于约0.01Gpa、0.05Gpa、0.1Gpa、0.2Gpa、0.3Gpa、0.4Gpa、0.5Gpa、0.6Gpa、0.7Gpa、0.8Gpa、0.9Gpa、1Gpa，或5GPa。在一些情况下，减震元件可以具有粘弹属性。减震元件的属性可以是各向同性的或各向异性的。例如，减震元件可以沿所有运动方向均匀地提供运动减震。相反，减震元件可以仅沿着运动方向的子集(例如，沿着单个运动方向)提供运动减震。
图1示出根据实施例的可移动物体100、载体102和负载104。尽管可移动物体100被描述为UAV并且负载104被描绘为成像设备，但是应当理解，在备选实施例中可以使用其他类型的可移动物体和负载。另外，尽管载体102和负载104被描绘为位于可移动物体100的下方，但是应当理解，载体102和负载104的其它位置也是可能的，例如在可移动物体100的上方或侧面。
在图1的实施例中，可移动物体100支撑载体102和负载104，并且载体102用于控制负载104相对于可移动物体100的移动(例如，围绕横滚轴、俯仰轴和/或航向轴旋转)。载体102可以与可移动物体100的一个或多个组件(例如，可移动物体100内的处理器)电耦合，以便接收载体102或其组件的移动的指令，和/或发送关于载体102或其组件的当前状态(例如，位置和/或朝向)的数据。可选地，负载104可以与可移动物体100的一个或多个组件(例如，可移动物体100内的处理器)电耦合，以便接收用于负载104或其组件的操作的指令，发送关于负载104或其组件的当前状态(例如，位置、朝向、操作状态等)的数据，和/或发送由负载104产生的数据(例如，成像设备产生的图像数据)。负载104可以经由与载体102电耦合或包含在载体102内的电气连接装置与可移动物体100进行电耦合，或者可以独立于载体102(例如，经由无线通信)与可移动物体100进行电耦合。
可选地，载体102可以经由减震元件106与可移动物体100连接。在所示实施例中，减震元件106包括多个橡胶减震球108(例如四个橡胶减震球)。然而，应该理解的是，其他类型的减震元件也可以与减震元件106结合使用或替换使用。载体102可以经由第一连接结构110(在此描绘为刚性板)与减震元件106连接，而可移动物体100经由第二连接结构112(也被描绘为刚性板)与减震元件106连接。因此，可以看出，减震球108可以减少从可移动物体100传递到载体102和负载104的运动量。
图2图示了根据实施例的用于控制负载202(例如，成像设备)的装置200。装置200的元件可以与本文描述的系统、设备和方法中的任一个组合使用。装置200可以由诸如UAV的可移动物体(未示出)承载。装置200包括与负载202连接的载体204。在所描绘的实施例中，载体204包括固定到负载202的第一框架206和与第一框架206连接的第二框架208。第二框架208可以经由减震元件210与可移动物体连接。减震元件210可以包括多个橡胶减震球212(例如，四个橡胶减震球)，并且载体204可以经由连接结构214(例如，板)与减震元件210连接。减震元件210可以被配置为吸收和/或减少从可移动物体传递到载体204和负载202的振动。
在所示实施例中，第二框架208是航向框架，其由航向驱动器216驱动以使载体204和连接的负载202围绕航向轴旋转，并且第一框架206是横滚框架，其由横滚驱动器218驱动，以便使载体204和连接的负载202围绕横滚轴旋转。载体204还可以包括俯仰驱动器220，俯仰驱动器220被配置为使负载202围绕俯仰轴旋转。驱动器216、218和220中的每一个都可以施加力矩以使相应的框架或负载围绕相应的转轴旋转。每个驱动器可以是包括转子和定子的电机。例如，航向驱动器216可以包括与航向框架(第二框架208)连接的转子和与可移动物体(未示出)连接的定子，反之亦然。然而，应当理解，也可以使用载体的备选配置(例如，少于或多于两个框架，第二框架208可以是俯仰框架或横滚框架而不是航向框架，第一框架可以是航向框架或俯仰框架而不是横滚框架，可以提供单独的俯仰框架以使负载围绕俯仰轴旋转等)。
如以上和这里所讨论的，载体可以用于控制连接的负载的空间布置(例如，位置和/或朝向)。例如，载体可以用于将负载移动(例如，平移和/或旋转)到期望的空间布置。期望的空间布置可以由用户手动输入(例如，经由与可移动物体、载体和/或负载通信的远程终端或其它外部设备)，自主确定(例如，通过可移动物体、载体和/或负载的一个或多个处理器)而不需要用户输入，或者借助可移动物体、载体和/或负载的一个或多个处理器半自主地确定。期望的空间布置可以用于计算载体或其一个或多个组件(例如，一个或多个框架)的移动，这将实现负载的期望的空间布置。
例如，在一些实施例中，与负载的期望姿态相关联的输入角度(例如，航向角度)由一个或多个处理器(例如，可移动物体、载体和/或负载的处理器)接收。基于输入角度，一个或多个处理器可以确定要施加于载体或其一个或多个组件(例如，航向框架)的输出力矩，以实现期望的姿态。输出力矩可以通过多种方式确定，例如使用反馈控制回路。反馈控制回路可以将输入角度作为输入，并输出输出力矩作为输出。可以使用比例(P)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器或其组合中的一个或多个来实现反馈控制回路。
图3示出根据实施例的用于控制负载的姿态的反馈控制回路300的框图。反馈回路300可以包括处理器302(例如，数字信号处理器(DSP))、负载传感器304、驱动器306(例如电机)和框架308。处理器302可以位于可移动物体、载体或负载上。备选地，不是使用单个处理器302，而是可以使用多个处理器，其中每个处理器独立地位于可移动物体、载体或负载上。框架308可以是与可移动物体(例如航向框架)连接的载体的外框架，而驱动器306可以与框架308连接以便使框架308围绕轴(例如航向轴)旋转。
负载传感器304可以是适于获得指示负载(例如惯性传感器)的空间布置(例如，位置、朝向、角度)和/或运动特性(例如，平移(线)速度、角速度、平移(线)加速度、角加速度)的数据的任何传感器。这里可以使用惯性传感器来指代运动传感器(例如，速度传感器、加速度传感器，例如加速度计)、朝向传感器(例如，陀螺仪、倾角计)或具有一个或多个集成运动传感器和/或一个或多个集成朝向传感器的IMU。惯性传感器可以提供相对于单个运动轴的感测数据。运动轴可以对应于惯性传感器的轴(例如，纵向轴)。可以使用多个惯性传感器，每个惯性传感器沿着不同的运动轴提供测量。例如，可以使用三个加速度计来提供沿三个不同运动轴的加速度数据。运动的三个方向可以是正交轴。一个或多个加速度计可以是被配置为测量沿着平移轴的加速度的线加速度计。相反，一个或多个加速度计可以是被配置为测量围绕转轴的角加速度的角加速度计。作为另一个例子，可以使用三个陀螺仪来提供关于三个不同转轴的朝向数据。三个转轴可以是正交轴(例如，横滚轴、俯仰轴、航向轴)。备选地，至少一些或全部惯性传感器可以提供相对于相同运动轴的测量。例如，可以实现这种冗余，以提高测量精度。可选地，单个惯性传感器可提供相对于多个轴的感测数据。例如，可以使用包括多个加速度计和陀螺仪的IMU来产生关于多达六个运动轴的加速度数据和朝向数据。备选地，可以使用单个加速度计来检测沿着多个轴的加速度，并且可以使用单个陀螺仪来检测围绕多个轴的旋转。
负载传感器304可以由负载承载。负载传感器可以位于负载的任何合适的部分上，诸如在负载的主体的上方、下方、侧面或内部。在一些实施例中，一个或多个传感器可被封装在负载的外壳内，位于外壳外部，与外壳的表面(例如内表面或外表面)连接，或者可形成外壳的一部分。一些传感器可以与负载机械地连接，使得负载的空间布置和/或运动对应于传感器的空间布置和/或运动。传感器可以经由刚性连接件与负载连接，使得传感器不会相对于其所附接的负载的部分移动。备选地，传感器和负载之间的连接件可以允许传感器相对于负载移动。连接件可以是永久性连接件或非永久性(例如可拆卸的)连接件。合适的连接方法可以包括胶粘剂、粘合、焊接和/或紧固件(例如螺钉、钉子、销钉等)。在一些实施例中，传感器和负载之间的连接件包括避震器或减震器，避震器或减震器减少从负载主体传递到传感器的振动或其他不期望的机械运动。可选地，传感器可以与负载的一部分一体地形成。此外，传感器可以与负载的一部分(例如，处理单元、控制系统、数据存储)进行电耦合。在备选实施例中，负载传感器304可以不必直接与负载连接，而是可以连接至与负载直接连接的另一组件(例如，直接与负载连接的内部框架)。
处理器302可以接收与负载的期望姿态(例如，航向角)相关联的输入角度310。例如，输入角度310可以是实现负载的期望姿态的框架308的角度。处理器302还可以从一个或多个负载传感器304接收与负载的当前或瞬时姿态关联的当前角度312。当前角度312可以是与负载的当前姿态对应的框架308的当前角度。在一些实施例中，一个或多个负载传感器304输出指示负载的角度的数据，并且可以基于负载的角度和/或关于其他负载组件(例如，其他载体框架)的角度的信息来计算框架308的当前角度312。可选地，可以使用旋转矩阵来将负载角度转换为当前角度312。
处理器302可以计算输入角度310和当前角度312之间的差，也被称为角度“误差”314。角度误差314可以被输入到第一PD控制器316中。第一PD控制器316可以根据本领域技术人员已知的方法来实现。第一PD控制器316可以输出输出角速度318。输出角速度318可对应于框架308应旋转的角速度以实现负载的期望姿态。
处理器302可以计算输出角速度318与从负载传感器304接收的当前角速度320之间的差，也称为角速度“误差”322。当前角速度320可以与负载的当前角速度或瞬时角速度相关联。例如，当前角速度320可以是与负载的当前角速度对应的框架308的当前角度。在一些实施例中，一个或多个负载传感器304输出指示负载的角速度的数据，并且可以基于负载的角速度和/或关于其他负载组件(例如，其他载体框架)角速度的信息来计算框架308的当前角速度320。可选地，可以使用旋转矩阵来将负载角速度转换为当前角速度320。
角速度误差322可被输入到第二PD控制器324中。第二PD控制器324可以根据本领域技术人员已知的方法来实现。第二PD控制器324可以输出输出力矩326。输出力矩326可以对应于应该施加于框架308的力矩，以实现负载的期望姿态。处理器302可以将指令传输到驱动器306，以使驱动器306将输出力矩326施加于框架308。
在一些实施例中，对载体的外部干扰可导致干扰力矩328被施加于框架308，使得施加于框架308的实际力矩量可以是由驱动器306施加的输出力矩326和干扰力矩328的总和。因此，可以看出，附加干扰力矩328可能导致由框架308实际实现的角度不同于输入角度310，这进而可能导致负载的实际姿态不同于期望的姿态。这些差异可能不利于负载姿态的精确控制。
在一些实施例中，本公开的系统、方法和设备通过确定将由外部干扰施加于载体的估计干扰力矩，并且基于估计干扰力矩来调整要施加于载体的输出力矩来解决这些问题。本文中的实施例可以利用与载体直接或间接连接的一个或多个外部干扰传感器，以获得指示载体经历的外部干扰的数据，诸如载体的空间布置(例如，位置、朝向、角度)和/或运动特性(例如，平移速度、角速度、平移加速度、角加速度)。一个或多个传感器可以包括一个或多个惯性传感器。如之前所讨论的，惯性传感器可以包括运动传感器(例如，速度传感器、诸如加速度计的加速度传感器)、朝向传感器(例如陀螺仪、倾角计)或具有一个或多个集成运动传感器和/或一个或多个集成朝向传感器的IMU。
在一些实施例中，外部干扰传感器位于载体上。传感器可以位于载体的任何合适的部分上，诸如在载体的上方、下方、侧面或载体的一部分内。在一些实施例中，一个或多个传感器可被封装在载体的框架内，位于框架外部，与框架的表面(例如内表面或外表面)连接，或可形成框架的一部分。在一些实施例中，一个或多个传感器可被封装在载体的驱动器内，位于驱动器外部，与驱动器的表面(例如内表面或外表面)连接，或可形成驱动器的一部分。在一些实施例中，一个或多个传感器沿着载体的转轴位于载体上。例如，传感器可以在沿着航向框架的航向轴的位置处与航向框架或航向驱动器连接。
一些传感器可以与载体机械地连接，使得载体的空间布置和/或运动对应于传感器的空间布置和/或运动。传感器可以经由刚性连接件与载体连接，使得传感器不会相对于其所附接的载体的部分移动。备选地，传感器和载体之间的连接件可以允许传感器相对于载体移动。连接件可以是永久性连接件或非永久性(例如可拆卸的)连接件。合适的连接方法可以包括胶粘剂、粘合、焊接和/或紧固件(例如螺钉、钉子、销钉等)。在一些实施例中，传感器和载体之间的连接件包括避震器或减震器，避震器或减震器减少从载体传递到传感器的振动或其他不希望的机械运动。可选地，传感器可以与载体的一部分一体地形成。此外，传感器可以与载体的一部分(例如，处理单元、控制系统、数据存储器)进行电耦合。
在备选实施例中，传感器不一定与载体直接连接，而是可以连接至与载体直接连接的另一部件，例如减震元件或将载体与减震元件连接的连接结构。如上面和这里所讨论的，减震元件可以插入在载体和可移动物体之间，以减少从可移动物体到载体的不希望的运动的传递。可以使用连接结构将载体或其一部分(例如载体的框架)与减震元件连接。一个或多个传感器可以位于减震元件和/或连接结构上，以提供关于载体经历的任何外部干扰的数据。
可以处理由外部干扰传感器获得的传感器数据以估计外部干扰力矩的量。在一些实施例中，传感器数据被输入到载体和/或负载的动力学模型中，并且模型的输出是估计的外部干扰力矩。动力学模型可以包括与特定载体和/或负载的特定特性对应的参数。模型参数的确定和动力学模型的生成可以根据本领域技术人员已知的方法来确定。可以在操作之前确定动力学模型，并且可以将其预先存储在位于负载、载体和/或可移动物体上的存储器中。
在一些实施例中，对于三轴载体或云台，外框架(例如，航向框架)上的外部干扰力矩与将载体与可移动物体连接的减震元件的加速度之间的关系的数学模型是：
Tdisturb＝(K1sin(ψ)
+K2cos(θ)cos(ψ))ax+(K3cos(ψ)
+K4cos(θ)sin(ψ))ay
其中：Tdisturb是外框架的驱动器(例如，航向驱动器)上的干扰力矩量的估值；K1，K2，K3和K4是所述动力学模型的参数，基于所述三个载体框架的权重、旋转惯性张量和几何结构来确定这些参数；其中，ax和ay是减震元件分别在x和y方向上的加速度测量结果；以及ψ，θ是由与载体框架的驱动器连接的传感器(如电位计)测量的当前接头角度(例如，ψ是航向框架的航向驱动器的角度，而θ是横滚框架的横滚驱动器的角度)。
图4图示了根据实施例的用于控制负载402(例如，成像设备)的装置400。装置400的元件可以与本文描述的系统、设备和方法中的任一个组合使用。装置400可以由诸如UAV的可移动物体(未示出)承载。类似图2的装置200，装置400包括与负载402连接的载体404，载体404包括固定到负载402的第一框架406和与第一框架406连接的第二框架408。在所示实施例中，第二框架408由驱动器410驱动，以使载体404和连接的负载402围绕转轴(例如，航向轴)旋转。驱动器410可以施加力矩以使框架围绕相应的转轴旋转。第二框架408可以经由诸如多个橡胶减震球之类的减震元件(未示出)与可移动物体连接。载体404可以经由连接结构412(例如，板)与减震元件连接。
装置400可以包括与第二框架408直接或间接连接的一个或多个外部干扰传感器414。外部干扰传感器414可以是一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪，或具有一个或多个加速度计和一个或多个陀螺仪的IMU。在所示实施例中，外部干扰传感器414位于将第二框架408与减震元件连接的连接结构412上，例如附接至连接结构412上的印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路(FPC)416。传感器数据经由FPC线缆418和FPC线缆连接器420被发送到一个或多个处理器(例如，DSP)。在一些实施例中，一个或多个处理器位于负载402中并且FPC线缆418延伸穿过第一框架406和第二框架408。在备选实施例中，一个或多个处理器可以位于其他地方(例如，在载体404或可移动物体上)，并且FPC线缆418可以被适当地布设路线。
在备选实施例中，外部干扰传感器414可以位于装置400的其他部分上，例如在载体404上。例如，一个或多个外部干扰传感器414可放置在第二框架408上或其附近。备选地或组合地，一个或多个外部干扰传感器414可以放置在驱动器410上或其附近。在传感器414位于第二框架408上的实施例中，来自传感器414的传感器数据例如使用单个旋转矩阵变换可以从第二框架408的参考系转换成连接结构412的参考系。
在一些实施例中，放置一个或多个外部干扰传感器414以沿着第二框架408的转轴(例如，航向轴)设置。在图4的实施例中，外部干扰传感器414被示出设置在位于沿着第二框架408的转轴的连接结构412上连接。传感器414也可以设置在装置400上沿着第二框架408的转轴的其他位置处，诸如在驱动器410下方。在一些实施例中，沿着第二框架408的转轴定位传感器414可以简化在此描述的干扰力矩计算，因为在水平方向上在连接结构412和驱动器410之间可能不存在相对加速度。
图5示出根据实施例的可移动物体500、载体502和负载504。尽管可移动物体500被描述为UAV并且负载504被描绘为成像设备，但是应当理解，在备选实施例中可以使用其他类型的可移动物体和负载。另外，尽管载体502和负载504被描绘为位于可移动物体500的下方，但是应当理解，载体502和负载504的其它位置也是可能的，例如在可移动物体500的上方或侧面。
类似图1的实施例，可移动物体500支撑载体502和负载504，并且载体502用于控制负载504相对于可移动物体500的移动(例如围绕横滚轴、俯仰轴和/或航向轴旋转)。载体502可以与可移动物体500的一个或多个组件(例如，可移动物体500内的处理器)电耦合，以便接收载体502或其组件的移动的指令，和/或传送关于载体502或其组件的当前状态(例如，位置和/或朝向)的数据。可选地，负载504可以与可移动物体500的一个或多个组件(例如，可移动物体500内的处理器)电耦合，以便接收用于负载504或其组件的操作的指令，发送关于负载504或其组件的当前状态(例如，位置、朝向、操作状态等)的数据，和/或发送由负载504产生的数据(例如，成像设备产生的图像数据)。负载504可以经由与载体502电耦合或包含在载体502内的电气连接装置与可移动物体500进行电耦合，或者可以独立于载体102(例如，经由无线通信)与可移动物体500进行电耦合。
可选地，载体502可以经由位于可移动物体500的外部壳506内的减震元件与可移动物体500连接。例如，外部壳506可以限定可移动物体500内的内腔，并且减震元件可以位于内腔内。载体502可以经由下部壳部分508与可移动物体500连接。
图6示出用于控制包括内部减震元件603的负载602的装置600。装置600的元件可以与本文描述的系统、设备和方法中的任一个组合使用。装置600可以由例如UAV(例如，图5的UAV 500)的可移动物体(未示出)承载。类似图4的装置400，装置600包括与负载602连接的载体604，载体604包括固定到负载602的第一框架606，与第一框架606连接的第二框架608，以及驱动器610，驱动器610将力矩施加于第二框架608，以便使载体604和连接的负载602围绕转轴(例如，航向轴)旋转。第二框架608可以经由减震元件603(未示出，在此示出为多个橡胶减震球612)与可移动物体连接。载体604可以经由连接结构614(例如，板)与减震元件603连接。连接结构614和减震元件603可位于由可移动物体的外部壳限定的内腔内。例如，外部壳可以包括下部壳部分616，并且连接结构614和减震元件630可以位于与下部壳部分616连接的内腔内。装置600可以进一步包括一个或多个外部干扰传感器，其与第二框架608直接或间接地连接，例如与可移动物体的内腔内的连接结构614上的PCB或FCB附接。
图7示出根据实施例的用于控制负载的姿态的反馈控制回路700的框图。反馈回路700可以包括处理器702(例如，数字信号处理器(DSP))、负载传感器704、驱动器706(例如电机)和框架708。负载传感器704、驱动器706和框架708可以基本上类似于上面关于图3所描述的反馈控制回路300的元件。反馈回路700还可以包括一个或多个外部干扰传感器709，该一个或多个外部干扰传感器709被配置为检测施加于载体和/或负载的外部干扰。
类似图3的处理器302，处理器702可以接收与负载的期望姿态(例如，航向角)相关联的输入角度710。例如，输入角度710可以是实现负载的期望姿态的框架708的角度。处理器702还可以从一个或多个负载传感器704接收与负载的当前姿态关联的当前角度712。当前角度712可以是与负载的当前姿态对应的框架708的当前角度或瞬时角度。在一些实施例中，一个或多个负载传感器704输出指示负载的角度的数据，并且可以基于负载的角度和/或关于其他负载组件(例如，其他载体框架)的角度的信息来计算框架708的当前角度712。可选地，可以使用旋转矩阵来将负载角度转换为当前角度712。
处理器702可以计算输入角度710和当前角度712之间的差，也被称为角度“误差”714。角度误差714可以被输入到第一PD控制器716中。第一PD控制器716可以根据本领域技术人员已知的方法来实现。第一PD控制器716可以输出输出角速度718。输出角速度718可对应于框架708应旋转的角速度以实现负载的期望姿态。
处理器702可以计算输出角速度718与从负载传感器704接收的当前角速度720之间的差，也称为角速度“误差”722。当前角速度720可以与负载的当前角速度或瞬时角速度相关联。例如，当前角速度720可以是与负载的当前角速度对应的框架708的当前角度。在一些实施例中，一个或多个负载传感器704输出指示负载的角速度的数据，并且可以基于负载的角速度和/或关于其他负载组件(例如，其他载体框架)角速度的信息来计算框架708的当前角速度720。可选地，可以使用旋转矩阵来将负载角速度转换为当前角速度720。
角速度误差722可被输入到第二PD控制器724中。第二PD控制器724可以根据本领域技术人员已知的方法来实现。第二PD控制器724可以输出输入力矩726。
在一些实施例中，对载体的外部干扰可导致干扰力矩728被施加于框架708。外部干扰传感器709可以提供将框架708与可移动物体连接的减震元件的加速度730(例如，平移和/或角加速度)的测量数据指示。加速度730可以被输入到由处理器702实现的载体的动力学模型732中。如以上和这里所述，动力学模型732可以包括与载体的特定特性对应的预先存储的参数。动力学模型732可以输出估计干扰力矩734。估计干扰力矩734可以表示由于外部干扰而施加在框架708上的估计力矩。可选地，估计干扰力矩734可以被输入到处理器702的第三PD控制器736中，以便产生精细化后的干扰力矩738。
处理器702可以计算输入力矩726和精细化后的干扰力矩738(或估计干扰力矩734)之间的差，以便获得输出力矩740。输出力矩740可以与应施加于框架708的力矩对应，以便即使当存在导致外部干扰力矩728的外部干扰时也能够实现负载的期望姿态。处理器702可以将指令传输到驱动器706，以使驱动器706将输出力矩740施加于框架708。
图8图示了根据实施例的用于控制负载的方法800。方法800可以使用本文描述的系统和设备的任何实施例来执行。在一些实施例中，可以使用例如位于可移动物体、载体和/或负载上的运动控制器的一个或多个处理器来执行方法800。运动控制器可以被配置为实现载体的移动以实现负载的期望姿态。
在步骤810中，基于输入角度和负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩。输入角度可以与负载的期望姿态相关联。输入角度可以由用户使用与负载通信的外部设备提供。可以将输入角度提供给例如负载、载体或可移动物体上的运动控制器的一个或多个处理器。负载的运动特性可以包括负载的瞬时姿态、瞬时位置、线速度、角速度、线加速度和/或角加速度，并且可以使用位于负载上或其附近的一个或多个传感器来测量。
在一些实施例中，使用反馈控制回路(例如图3或图7中所示的控制回路)来确定输入力矩。反馈控制回路可以使用至少一个PD控制器(例如，第一PD控制器和/或第二PD控制器)来实现，第一PD控制器被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度和输入角度之间的差来计算输入角速度；第二PD控制器被配置为基于由负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角速度与输入角速度之间的差来计算输入力矩。
在步骤820中，基于与负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩。估计干扰力矩可以与对载体的干扰相关联。例如，干扰可以包括风力影响、温度变化或对负载或载体的外部撞击中的一个或多个。载体的移动特性可以包括载体的瞬时姿态、瞬时位置、线速度、角速度、线加速度和/或角加速度。可以关于载体的框架(例如，航向框架)上的可旋转接头来计算估计干扰力矩，该可旋转接头被配置为将框架与可移动物体连接。
在一些实施例中，载体包括如本文所述的第一框架和第二框架，并且运动特性至少包括第二框架的线加速度或角加速度。如上面和这里所讨论的，可以使用位于任何合适位置(例如，在载体的框架上，例如在第二框架上或附近)的一个或多个传感器(例如，惯性传感器)来测量运动特性。在一些实施例中，传感器被配置为当经由减震元件与可移动物体连接时测量载体(例如，载体的第二框架)的运动特性，并且传感器可以直接设置在将减震元件与第二框架连接的连接结构上。可以基于使用设置在载体上或附近的一个或多个传感器测量的载体的一个或多个运动特性(例如线加速度或角加速度)来确定所述估计干扰力矩。备选地或组合地，可以基于使用设置在减震元件上的一个或多个传感器测量的减震元件的一个或多个运动特性(例如，线加速度或角加速度)来确定所述估计干扰力矩。减震元件的运动特性可以与载体(例如载体的第二框架)的一个或多个运动特性相关联。
可以以各种方式确定估计干扰力矩。在一些实施例中，通过包括载体的一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换来确定估计干扰力矩。备选地或组合地，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到载体的预定义的基于动力学的模型中来确定估计干扰力矩。在一些实施例中，使用PD控制器例如通过将一个或多个滤波器应用于所述估计干扰力矩来进一步精细化所述估计干扰力矩。
在步骤830中，例如由运动控制器的一个或多个处理器基于输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩。可以通过利用所述估计干扰力矩补偿输入力矩来计算输出力矩。例如，可以通过从输入力矩中减去所述估计干扰力矩来计算输出力矩。在一些实施例中，基于上述的输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算输出力矩。
输出力矩可用于实现载体的移动以实现负载的期望姿态。例如，运动控制器可以被配置为控制与载体连接的驱动器以输出力矩旋转，从而引起载体的移动以实现负载的期望姿态。例如，驱动器可以与载体的第二框架连接。在一些实施例中，输出力矩可以与来自干扰的实际干扰力矩结合使用，以引起载体的移动，从而实现负载的期望姿态。例如，实际干扰力矩可以被施加于载体的框架。
本文描述的系统、设备和方法可以应用于各种可移动物体。如前所述，本文对飞行器的任何描述可以适用于任何可移动物体并用于任何可移动物体。本发明的可移动物体可以被配置为在任何合适的环境中移动，例如在空中(例如，固定翼飞机、旋转翼飞机、或没有固定翼或旋转翼的飞机)；在水中(例如船舶或潜艇)；在地面上(例如汽车，诸如轿车、卡车、巴士、面包车、摩托车；可移动的结构或框架，诸如棒、钓竿；或火车)；在地面下(例如，地铁)；在太空(例如，太空飞船、卫星或探针)，或这些环境的任何组合。可移动物体可以是运载工具，诸如本文别处描述的运载工具。在一些实施例中，可移动物体可以安装在诸如人或动物的活体上。合适的动物可以包括禽类、犬类、猫类、马类、牛类、羊类、猪类、海豚类、啮齿类或昆虫类。
可移动物体可以相对于六个自由度(例如三个平移自由度和三个旋转自由度)在环境内自由移动。备选地，可移动物体的运动可以相对于一个或多个自由度(例如通过预定的路径、轨道或朝向)进行限制。该运动可由任何合适的驱动机构(例如发动机或电机)来驱动。可移动物体的驱动机构可以由任何合适的能源(例如电能、磁能、太阳能、风能、重力、化学能、核能或其任何合适的组合)供电。可移动物体可以经由推进系统自驱动，如本文别处所述。推进系统可以可选地在能源(例如电能、磁能、太阳能、风能、重力、化学能、核能或其任何合适的组合)上操作。备选地，可移动物体可以由生物搭载。
在某些实例中，可移动物体可以是运载工具。合适的运载工具可以包括水中运载工具、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机(例如飞机、滑翔机)、旋转翼飞机(例如直升机、旋翼飞机)、具有固定翼和旋转翼的飞机，或没有固定翼和旋转翼的飞机(例如，飞艇、热气球)。运载工具可以自驱动，例如通过空气、在水中或水下、在太空中，或在地面上或地下自驱动。自驱动运载工具可以利用推进系统，例如包括一个或多个发动机、电机、轮子、轴、磁体、旋翼、螺旋桨、叶片、喷嘴或其任何合适的组合的动力系统。在某些实例中，推进系统可以用于使可移动物体从表面起飞、在表面上降落、保持其当前位置和/或朝向(例如，悬停)、改变朝向和/或改变位置。
可移动物体可以由使用者遥控，也可由乘员在可移动物体内或可移动物体上对可移动物体进行局部控制。在一些实施例中，可移动物体是诸如UAV的无人可移动物体。诸如UAV的无人可移动物体可以在该可移动物体上没有乘员。可移动物体可以由人或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或其任何合适的组合来控制。可移动物体可以是自主的或半自主的机器人，例如配置有人工智能的机器人。
可移动物体可以具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施例中，可移动物体可以具有在运载工具内或运载工具上有人类乘员的大小和/或尺寸。备选地，可移动物体的大小和/或尺寸可以小于能够在运载工具内部或运载工具上有人类乘员的大小和/或尺寸。可移动物体的大小和/或尺寸可以适于被人抬起或携带。备选地，可移动物体可以大于适于被人抬起或携带的大小和/或尺寸。在某些实例中，可移动物体可以具有小于或等于约如下值的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。最大尺寸可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，可移动物体的相对旋翼的轴之间的距离可以小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。备选地，相对旋翼的轴之间的距离可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。
在一些实施例中，可移动物体的体积可以小于100cm×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约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。相反，可移动物体的总体积可以大于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。
在一些实施例中，可移动物体可以具有小于或等于约如下值的占有面积(其可以指由可移动物体包围的横向横截面积)：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。相反，占有面积可以大于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。
在某些实例中，可移动物体的重量可以不超过1000kg。可移动物体的重量可以小于或等于约：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，重量可以大于或等于约：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。
在一些实施例中，可移动物体相对于由可移动物体承载的负载可以较小。负载可以包括负载和/或载体，如下面进一步详细描述的。在某些示例中，可移动物体重量与负载重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。在某些实例中，可移动物体重量与负载重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。可选地，载体重量与负载重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。当需要时，可移动物体重量与负载重量之比可以小于或等于：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶10或甚至更少。相反，可移动物体重量与负载重量之比也可以大于或等于：2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、10∶1或甚至更大。
在一些实施例中，可移动物体可以具有低能耗。例如，可移动物体可以使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。在某些实例中，可移动物体的载体可具有低的能耗。例如，载体可使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。可选地，可移动物体的负载可以具有低能耗，例如小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。
图9示出了根据本发明的实施例的无人飞行器(UAV)900。UAV可以是如本文所述的可移动物体的示例。UAV 900可以包括具有四个旋翼902、904、906和908的动力系统。可以提供任何数量的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个)。UAV的旋翼、旋翼组件或其他动力系统可以使得UAV能够悬停/保持位置、改变朝向和/或改变位置。相对旋翼的轴之间的距离可以是任何合适的长度910。例如，长度910可以小于或等于2m、或小于等于5m。在一些实施例中，长度910可以在40cm至1m、10cm至2m，或5cm至5m的范围内。本文UAV的任何描述可以应用于可移动物体，例如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。
在一些实施例中，可移动物体、载体和负载相对于固定参考系(例如，周围环境)和/或彼此的运动可由终端控制。终端可以是远离可移动物体、载体和/或负载的遥控设备。终端可以放置在或固定在支撑平台上。备选地，终端可以是手持式或可穿戴式设备。例如，终端可以包括智能电话、平板电脑、膝上型电脑、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其合适的组合。终端可以包括诸如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器之类的用户界面。可以使用任何合适的用户输入来与终端进行交互，诸如手动输入的命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，通过终端的移动、位置或倾斜)。
终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的任何合适的状态。例如，终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载相对于固定参考系和/或彼此的位置和/或朝向。在一些实施例中，终端可用于控制可移动物体、载体和/或负载的各个元件，例如载体的驱动组件、负载的传感器或负载的发射器。终端可以包括适于与可移动物体、载体或负载中的一个或多个通信的无线通信设备。
终端可以包括用于观看可移动物体、载体和/或负载的信息的合适的显示单元。例如，终端可以被配置为显示可移动物体、载体和/或负载的关于位置、平移速度、平移加速度、朝向、角速度、角加速度或其任何合适的组合方面的信息。在一些实施例中，终端可以显示由负载提供的信息，例如由功能型负载提供的数据(例如，由相机或其他图像捕获设备记录的图像)。
可选地，相同的终端可以控制可移动物体、载体和/或负载，或可移动物体、载体和/或负载的状态，以及接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或负载的信息。例如，终端可以在显示由负载捕获的显示图像数据或关于负载的位置信息的同时，控制负载相对于环境的定位。备选地，不同的终端可以用于不同的功能。例如，第一终端可以控制可移动物体、载体和/或负载的运动或状态，而第二终端可以接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或负载的信息。例如，第一终端可以用于控制负载相对于环境的定位，而第二终端显示由负载捕获的图像数据。在可移动物体和用于控制可移动物体并接收数据的集成终端之间，或者在可移动物体与用于控制可移动物体并接收数据的多个终端之间，可以使用各种通信模式。例如，在可移动物体和用于控制可移动物体并从可移动物体接收数据的终端之间，可以形成至少两种不同的通信模式。
图10示出了根据实施例的包括载体1002和负载1004的可移动物体1000。虽然可移动物体1000被描绘为飞机，但是该描述并不旨在限制，并且可以使用任何合适类型的可移动物体，如本文前面所述。本领域技术人员将理解，本文在飞机系统的上下文中描述的任何实施例可以应用于任何合适的可移动物体(例如，UAV)。在某些实例中，负载1004可以设置在可移动物体1000上，而不需要载体1002。可移动物体1000可以包括推进机构1006、感测系统1008和通信系统1010。
如前所述，推进机构1006可以包括旋翼、螺旋桨、叶片、发动机、电机、轮子、轴、磁体或喷嘴中的一个或多个。例如，推进机构1006可以是如本文其他地方所公开的自紧旋翼、旋翼组件或其他旋转动力单元。可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多个，或四个或更多个推进机构。全部推进机构可以是相同类型的。备选地，一个或多个推进机构可以是不同类型的推进机构。推进机构1006可以使用诸如本文别处所述的诸如支撑元件(例如，驱动轴)的任何合适的方法安装在可移动物体1000上。推进机构1006可以安装在可移动物体1000的任何合适的部分上，诸如顶部、底部、前部、后部、侧面或其合适的组合。
在一些实施例中，推进机构1006可以使可移动物体1000能够垂直地从表面起飞或垂直地降落在表面上，而不需要可移动物体1000的任何水平移动(例如，无需沿着跑道行进)。可选地，推进机构1006可以可操作地允许可移动物体1000以特定位置和/或朝向悬停在空气中。推进机构1000中的一个或多个可以独立于其它推进机构受到控制。备选地，推进机构1000可以被配置为同时受到控制。例如，可移动物体1000可以具有多个水平朝向的旋翼，其可以向可移动物体提供升力和/或推力。可以驱动多个水平朝向的旋翼以向可移动物体1000提供垂直起飞、垂直着陆和悬停能力。在一些实施例中，水平朝向旋翼中的一个或多个可沿顺时针方向旋转，而水平旋翼中的一个或多个可沿逆时针方向旋转。例如，顺时针旋翼的数量可以等于逆时针旋翼的数量。为了控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，从而调整可移动物体1000(例如，相对于最多三个平移度和三个旋转度)的空间布置、速度和/或加速度，可以独立地改变每个水平朝向的旋翼的转速。
感测系统1008可以包括可感测可移动物体1000(例如，相对于高达三个平移度和高达三个旋转度)的空间布置、速度和/或加速度的一个或多个传感器。一个或多个传感器可以包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器。感测系统1008提供的感测数据可用于(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下所述)控制可移动物体1000的空间布置、速度和/或朝向。备选地，感测系统1008可用于提供关于可移动物体周围的环境的数据，例如天气条件、接近潜在障碍物、地理特征的位置、人造结构的位置等。
通信系统1010能够经由无线信号1016与具有通信系统1014的终端1012进行通信。通信系统1010、1014可以包括适合于无线通信的任何数量的发射器、接收器和/或收发器。所述通信可以是单向通信，使得数据只能在一个方向上传输。例如，单向通信可以仅涉及可移动物体1000向终端1012发送数据，反之亦然。可以从通信系统1010的一个或多个发射机向通信系统1012的一个或多个接收机发送数据，或者反之亦然。备选地，所述通信可以是双向通信，使得可以在可移动物体1000和终端1012之间的两个方向上发送数据。双向通信可以涉及从通信系统1010的一个或多个发射机向通信系统1014的一个或多个接收机发送数据，并且反之亦然。
在一些实施例中，终端1012可以向可移动物体1000、载体1002和负载1004中的一个或多个提供控制数据，并且从可移动物体1000、载体1002和负载1004中的一个或多个接收信息(例如，可移动物体、载体或负载的位置和/或运动信息；由负载感测的数据，例如由负载相机捕获的图像数据)。在某些实例中，来自终端的控制数据可以包括用于可移动物体、载体和/或负载的相对位置、移动、驱动或控制的指令。例如，控制数据(例如，通过推进机构1006的控制)可以导致可移动物体的位置和/或朝向的修改，或(例如，通过载体1002的控制)导致负载相对于可移动物体的移动。来自终端的控制数据可以导致对负载的控制，诸如对相机或其他图像捕获设备的操作的控制(例如，拍摄静止或运动的图片、放大或缩小、打开或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、改变焦点、改变景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在某些实例中，来自可移动物体、载体和/或负载的通信可以包括来自(例如，感测系统1008或负载1004的)一个或多个传感器的信息。通信可以包括来自一个或多个不同类型的传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器)的感测信息。这样的信息可以涉及可移动物体、载体和/或负载的定位(例如位置，朝向)、移动或加速度。来自负载的这种信息可以包括由负载捕获的数据或负载的感测状态。由终端1012发送提供的控制数据可以被配置为控制可移动物体1000、载体1002或负载1004中的一个或多个的状态。备选地或组合地，载体1002和负载1004也可以各自包括被配置为与终端1012进行通信的通信模块，使得该终端可以独立地与可移动物体1000、载体1002和有效负载1004中的每一个进行通信并对其进行控制。
在一些实施例中，可移动物体1000可被配置为与除了终端1012之外的或者代替终端1012的另一远程通信设备。终端1012还可以被配置为与另一远程设备以及可移动物体1000进行通信。例如，可移动物体1000和/或终端1012可以与另一可移动物体或另一可移动物体的载体或负载通信。当需要时，远程设备可以是第二终端或其他计算设备(例如，计算机、膝上型电脑、平板电脑、智能电话或其他移动设备)。远程设备可以被配置为向可移动物体1000发送数据、从可移动物体1000接收数据、向终端1012发送数据，和/或从终端1012接收数据。可选地，远程设备可以与因特网或其他电信网络连接，使得从可移动物体1000和/或终端1012接收的数据可以上传到网站或服务器。
图11是根据实施例的用于控制可移动物体的系统1100的框图的示意图。系统1100可以与本文公开的系统、设备和方法的任何合适的实施例结合使用。系统1100可以包括感测模块1102、处理单元1104、非暂时性计算机可读介质1106、控制模块1108和通信模块1110。
感测模块1102可以利用以不同方式收集与可移动物体有关的信息的不同类型的传感器。不同类型的传感器可以感测不同类型的信号或来自不同源的信号。例如，传感器可以包括惯性传感器、GPS传感器、近距离传感器(例如，激光雷达)或视觉/图像传感器(例如，相机)。感测模块1102可以可操作地与具有多个处理器的处理单元1104连接。在一些实施例中，感测模块可以可操作地与被配置为直接将感测数据传输到合适的外部设备或系统的传输模块1112(例如，Wi-Fi图像传输模块)连接。例如，传输模块1112可以用于将由感测模块1102的相机捕获的图像发送到远程终端。
处理单元1104可以具有一个或多个处理器，诸如可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU))。处理单元1104可以可操作地与非暂时性计算机可读介质1106连接。非暂时性计算机可读介质1106可以存储可由处理单元1104执行的用于执行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移动介质或诸如SD卡或随机存取存储器(RAM)的外部储存器)。在一些实施例中，来自感测模块1102的数据可以被直接传送到非暂时性计算机可读介质1106的存储单元并存储于其中。非暂时性计算机可读介质1106的存储单元可以存储可由处理单元1104执行的逻辑、代码和/或程序指令，以执行本文描述的方法的任何合适的实施例。例如，处理单元1104可以被配置为执行使处理单元1104的一个或多个处理器分析由感测模块产生的感测数据的指令。存储单元可储存来自感测模块的感测数据以供处理单元1104处理。在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质1106的存储单元可以用于存储由处理单元1104产生的处理结果。
在一些实施例中，处理单元1104可以可操作地与被配置为控制可移动物体的状态的控制模块1108连接。例如，控制模块1108可以被配置为控制可移动物体的推进机构，以相对于六个自由度调节可移动物体的空间布置、速度和/或加速度。备选地或组合地，控制模块1108可以控制载体、负载或感测模块的状态中的一个或多个。
处理单元1104可以可操作地与被配置为从一个或多个外部设备(例如，终端、显示设备或其他遥控器)发送和/或接收数据的通信模块1110连接。可以使用任何合适的通信方式，例如有线通信或无线通信。例如，通信模块1110可以利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外、无线电、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等中的一个或多个。可选地，可以使用中继站，例如塔、卫星或移动站。无线通信可以是接近度相关的或接近度不相关的。在一些实施例中，通信可能需要或可能不需要视距。通信模块1110可以发送和/或接收以下一个或多个：来自感测模块1102的感测数据，由处理单元1104产生的处理结果、预定控制数据、来自终端或遥控器的用户命令等。
系统1100的组件可以以任何合适的配置来布置。例如，系统1100的一个或多个组件可以位于可移动物体、载体、负载、终端、感测系统上或与上述一个或多个进行通信的附加的外部设备上。另外，尽管图11描绘了单个处理单元1104和单个非暂时性计算机可读介质1106，本领域技术人员将理解，这并非意在限制，并且系统1100可以包括多个处理单元和/或非暂时性计算机可读介质。在一些实施例中，多个处理单元和/或非暂时性计算机可读介质中的一个或多个可以位于不同的位置，例如位于可移动物体、载体、负载、终端、感测模块、与上述一个或多个进行通信的附加的外部设备、或其合适组合上，使得由系统1100执行的处理和/或存储功能的任何合适方面可以发生在前述位置中的一个或多个位置。
本文所用的A和/或B包括A或B中的一个或多个，以及它们的组合，例如A和B。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将会想到许多变化、改变和备选方式。应当理解，在实施本发明时可以采用本文所述的本发明的实施例的各种备选方案。本文描述的实施例的许多不同组合是可能的，并且这样的组合被认为是本公开的一部分。此外，结合本文任何一个实施例讨论的所有特征可以容易地适用于本文的其它实施例。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构由此被涵盖。

Claims (183)

1.一种用于控制负载姿态的方法，所述方法包括：
基于输入角度和负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与负载的期望姿态相关联；
基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及
基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体是多轴云台。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体与用于支撑所述载体的可移动物体可旋转地连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述可移动物体是UAV。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述载体被配置为相对于所述可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述输出力矩围绕所述一个或多个转轴施加。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述载体包括多个框架，所述多个框架至少包括第一框架和第二框架。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述负载被固定至所述第一框架。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二框架与所述可移动物体可旋转地连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二框架被配置为围绕航向轴旋转。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二框架经由减震元件与所述可移动物体连接。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述负载通过所述第一框架和所述第二框架与所述可移动物体串接。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二框架连接在所述可移动物体和所述第一框架之间。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，所述载体的所述一个或多个运动特性至少包括所述第二框架的线加速度或角加速度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，使用位于所述第二框架附近的一个或多个传感器来测量所述第二框架的一个或多个运动特性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述一个或多个传感器包括加速度计或陀螺仪中的至少一个。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述一个或多个传感器还被配置为：当所述第二框架经由减震元件与所述可移动物体连接时，测量所述第二框架的一个或多个运动特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述减震元件被配置为：减小所述干扰对所述第二框架的影响。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述减震元件被配置为：吸收所述第二框架的振动。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述一个或多个传感器被直接设置在将所述减震元件与所述第二框架连接的连接结构上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路FPC上。
22.根据权利要求7所述的方法，其中，所述输出力矩经由与所述第二框架连接的驱动器来施加。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述驱动器是包括定子和与所述第二框架连接的转子的电机。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述一个或多个传感器沿着所述第二框架的转轴放置。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，使用设置在所述载体的框架上的惯性传感器来测量所述载体的所述一个或多个运动特性。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述估计干扰力矩由包括所述载体的所述一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换确定。
27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入角度由用户使用与所述负载通信的外部设备来提供。
28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输入角度被提供给所述负载上的运动控制器中的一个或多个处理器。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述运动控制器被配置为：基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述运动控制器被配置为：控制与所述载体连接的驱动器以所述输出力矩旋转，从而引起所述载体的移动以实现所述负载的期望姿态。
31.根据权利要求1所述的方法，其中，所述负载的所述一个或多个运动特性包括所述负载的瞬时姿态、瞬时位置、角速度、线速度、角加速度或线加速度中的至少一个。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，使用位于所述负载上的一个或多个传感器来测量所述负载的所述一个或多个运动特性。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述一个或多个传感器共同构成惯性测量单元IMU。
34.根据权利要求1所述的方法，其中，所述干扰包括风力影响、温度变化或对所述负载或所述载体的外部撞击中的一个或多个。
35.根据权利要求3所述的方法，其中，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到所述载体的预定义的基于动力学的模型中来确定所述估计干扰力矩。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述减震元件被设置在所述可移动物体与所述载体的框架之间。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，使用设置在所述减震元件上的一个或多个传感器来测量所述减震元件的所述一个或多个运动特性。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述减震元件上的柔性印刷电路FPC上。
39.根据权利要求36所述的方法，其中，所述减震元件的所述一个或多个运动特性至少包括所述减震元件的线加速度或角加速度。
40.根据权利要求36所述的方法，其中，所述减震元件的所述一个或多个运动特性与所述框架的一个或多个运动特性相关联。
41.根据权利要求3所述的方法，其中，所述估计干扰力矩的计算与所述载体的框架上的可旋转接头相关联，并且所述可旋转接头被配置为将所述框架与所述可移动物体连接。
42.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用比例微分PD控制器进一步精细化所述估计干扰力矩。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，通过将一个或多个滤波器应用于所述估计干扰力矩来精细化所述估计干扰力矩。
44.根据权利要求42所述的方法，还包括：基于所述输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算所述输出力矩。
45.根据权利要求1所述的方法，其中，使用反馈控制回路来确定所述输入力矩。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，使用至少一个比例微分PD控制器来实现所述反馈控制回路。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，第一PD控制器被配置为：基于由所述负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与所述输入角度之间的差来计算输入角速度。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，第二PD控制器被配置为：基于由所述负载上的所述一个或多个传感器测量的瞬时角速度与所述输入角速度之间的差来计算所述输入力矩。
49.根据权利要求3所述的方法，其中，通过利用所述估计干扰力矩补偿所述输入力矩来计算所述输出力矩。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，通过从所述输入力矩中减去所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
51.根据权利要求49所述的方法，其中，所述输出力矩与来自所述干扰的实际干扰力矩连同作用，以引起所述载体的移动，从而实现所述负载的期望姿态。
52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述实际干扰力矩被施加于与所述可移动物体连接的所述载体的框架上。
53.一种用于控制负载的姿态的装置，所述装置包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器单独地或共同地被配置为：基于输入角度和所述负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与所述负载的期望姿态相关联；
基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
54.根据权利要求53所述的装置，其中，所述载体是多轴云台。
55.根据权利要求53所述的装置，其中，所述载体与用于支撑所述载体的可移动物体可旋转地连接。
56.根据权利要求55所述的装置，其中，所述可移动物体是UAV。
57.根据权利要求55所述的装置，其中，所述载体被配置为相对于所述可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。
58.根据权利要求57所述的装置，其中，所述输出力矩围绕所述一个或多个转轴施加。
59.根据权利要求55所述的装置，其中，所述载体包括多个框架，所述多个框架至少包括第一框架和第二框架。
60.根据权利要求59所述的装置，其中，所述负载被固定至所述第一框架。
61.根据权利要求59所述的装置，其中，所述第二框架与所述可移动物体可旋转地连接。
62.根据权利要求61所述的装置，其中，所述第二框架被配置为围绕航向轴旋转。
63.根据权利要求59所述的装置，其中，所述第二框架经由减震元件与所述可移动物体连接。
64.根据权利要求59所述的装置，其中，所述负载通过所述第一框架和所述第二框架串接至所述可移动物体。
65.根据权利要求64所述的装置，其中，所述第二框架连接在所述可移动物体和所述第一框架之间。
66.根据权利要求59所述的装置，其中，所述载体的所述一个或多个运动特性至少包括所述第二框架的线加速度或角加速度。
67.根据权利要求66所述的装置，其中，使用位于所述第二框架附近的一个或多个传感器来测量所述第二框架的一个或多个运动特性。
68.根据权利要求67所述 的装置，其中，所述一个或多个传感器包括加速度计或陀螺仪中的至少一个。
69.根据权利要求67所述的装置，其中，所述一个或多个传感器还被配置为：当所述第二框架经由减震元件与所述可移动物体连接时，测量所述第二框架的一个或多个运动特性。
70.根据权利要求69所述的装置，其中，所述减震元件被配置为：减小所述干扰对所述第二框架的影响。
71.根据权利要求69所述的装置，其中，所述减震元件被配置为：吸收所述第二框架的振动。
72.根据权利要求69所述的装置，其中，所述一个或多个传感器被直接设置在将所述减震元件与所述第二框架连接的连接结构上。
73.根据权利要求72所述的装置，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路FPC上。
74.根据权利要求59所述的装置，其中，所述输出力矩经由与所述第二框架连接的驱动器来施加。
75.根据权利要求74所述的装置，其中，所述驱动器是包括定子和与所述第二框架连接的转子的电机。
76.根据权利要求72所述的装置，其中，所述一个或多个传感器沿着所述第二框架的转轴放置。
77.根据权利要求53所述的装置，其中，使用设置在所述载体的框架上的惯性传感器来测量所述载体的所述一个或多个运动特性。
78.根据权利要求77所述的装置，其中，所述估计干扰力矩由包括所述载体的所述一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换确定。
79.根据权利要求53所述的装置，其中，所述输入角度由用户使用与所述负载通信的外部设备来提供。
80.根据权利要求53所述的装置，其中，所述输入角度被提供给所述负载上的运动控制器中的一个或多个处理器。
81.根据权利要求80所述的装置，其中，所述运动控制器被配置为基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
82.根据权利要求80所述的装置，其中，所述运动控制器被配置为控制与所述载体连接的驱动器以所述输出力矩旋转，从而引起所述载体的移动以实现所述负载的期望姿态。
83.根据权利要求53所述的装置，其中，所述负载的所述一个或多个运动特性包括所述负载的瞬时姿态、瞬时位置、角速度、线速度、角加速度或线加速度中的至少一个。
84.根据权利要求83所述的装置，其中，使用位于所述负载上的一个或多个传感器来测量所述负载的所述一个或多个运动特性。
85.根据权利要求84所述的装置，其中，所述一个或多个传感器共同构成惯性测量单元IMU。
86.根据权利要求53所述的装置，其中，所述干扰包括风力影响、温度变化或对所述负载或所述载体的外部撞击中的一个或多个。
87.根据权利要求55所述的装置，其中，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到所述载体的预定义的基于动力学的模型中来确定所述估计干扰力矩。
88.根据权利要求87所述的装置，其中，所述减震元件被设置在所述可移动物体与所述载体的框架之间。
89.根据权利要求88所述的装置，其中，使用设置在所述减震元件上的一个或多个传感器来测量所述减震元件的所述一个或多个运动特性。
90.根据权利要求89所述的装置，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述减震元件上的柔性印刷电路FPC上。
91.根据权利要求88所述的装置，其中，所述减震元件的所述一个或多个运动特性至少包括所述减震元件的线加速度或角加速度。
92.根据权利要求88所述的装置，其中，所述减震元件的所述一个或多个运动特性与所述框架的一个或多个运动特性相关联。
93.根据权利要求55所述的装置，其中，所述估计干扰力矩的计算与所述载体的框架上的可旋转接头相关联，并且所述可旋转接头被配置为将所述框架与所述可移动物体连接。
94.根据权利要求53所述的装置，其中，所述一个或多个处理器被配置为：使用比例微分PD控制器进一步精细化所述估计干扰力矩。
95.根据权利要求94所述的装置，其中，通过将一个或多个滤波器应用于所述估计干扰力矩来精细化所述估计干扰力矩。
96.根据权利要求94所述的装置，其中，所述一个或多个处理器被配置为基于所述输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算所述输出力矩。
97.根据权利要求53所述的装置，其中，使用反馈控制回路来确定所述输入力矩。
98.根据权利要求97所述的装置，其中，使用至少一个比例微分PD控制器来实现所述反馈控制回路。
99.根据权利要求98所述的装置，其中，第一PD控制器被配置为基于由所述负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与所述输入角度之间的差来计算输入角速度。
100.根据权利要求99所述的装置，其中，第二PD控制器被配置为基于由所述负载上的所述一个或多个传感器测量的瞬时角速度与所述输入角速度之间的差来计算所述输入力矩。
101.根据权利要求55所述的装置，其中，通过利用所述估计干扰力矩补偿所述输入力矩来计算所述输出力矩。
102.根据权利要求101所述的装置，其中，通过从所述输入力矩中减去所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
103.根据权利要求101所述的装置，其中，所述输出力矩与来自所述干扰的实际干扰力矩连同作用，以引起所述载体的移动，从而实现所述负载的期望姿态。
104.根据权利要求103所述的装置，其中，所述实际干扰力矩被施加于与所述可移动物体连接的所述载体的框架上。
105.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得计算机执行用于控制负载的姿态的方法，所述方法包括：
基于输入角度和负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与负载的期望姿态相关联；
基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩与对所述载体的干扰相关联；以及
基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
106.一种用于控制负载的姿态的系统，包括：可移动物体；载体，被配置为将负载与所述可移动物体连接；以及一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：
基于输入角度和所述负载的一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与所述负载的期望姿态相关联；
基于与所述负载连接的载体的一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩，其中，所述估计干扰力矩是对所述载体的干扰的结果；以及
基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩用于引起所述载体的移动，以实现所述负载的期望姿态。
107.根据权利要求106所述的系统，其中，所述载体是多轴云台。
108.根据权利要求106所述的系统，其中，所述载体与所述可移动物体可旋转地连接。
109.根据权利要求108所述的系统，其中，所述可移动物体是UAV。
110.根据权利要求108所述的系统，其中，所述载体被配置为相对于所述可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。
111.根据权利要求110所述的系统，其中，所述输出力矩围绕所述一个或多个转轴施加。
112.根据权利要求108所述的系统，其中，所述载体包括多个框架，所述多个框架至少包括第一框架和第二框架。
113.根据权利要求112所述的系统，其中，所述负载被固定至所述第一框架。
114.根据权利要求112所述 的系统，其中，所述第二框架与所述可移动物体可旋转地连接。
115.根据权利要求114所述的系统，其中，所述第二框架被配置为围绕航向轴旋转。
116.根据权利要求112所述的系统，其中，所述第二框架经由减震元件与所述可移动物体连接。
117.根据权利要求112所述的系统，其中，所述负载通过所述第一框架和所述第二框架串接至所述可移动物体。
118.根据权利要求117所述的系统，其中，所述第二框架连接在所述可移动物体和所述第一框架之间。
119.根据权利要求112所述的系统，其中，所述载体的所述一个或多个运动特性至少包括所述第二框架的线加速度或角加速度。
120.根据权利要求119所述的系统，其中，使用位于所述第二框架附近的一个或多个传感器来测量所述第二框架的一个或多个运动特性。
121.根据权利要求120所述的系统，其中，所述一个或多个传感器包括加速度计或陀螺仪中的至少一个。
122.根据权利要求120所述的系统，其中，所述一个或多个传感器还被配置为：当所述第二框架经由减震元件与所述可移动物体连接时，测量所述第二框架的一个或多个运动特性。
123.根据权利要求122所述的系统，其中，所述减震元件被配置为：减小所述干扰对所述第二框架的影响。
124.根据权利要求122所述的系统，其中，所述减震元件被配置为：吸收所述第二框架的振动。
125.根据权利要求122所述的系统，其中，所述一个或多个传感器被直接设置在将所述减震元件与所述第二框架连接的连接结构上。
126.根据权利要求125所述的系统，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路FPC上。
127.根据权利要求112所述的系统，其中，所述输出力矩经由与所述第二框架连接的驱动器来施加。
128.根据权利要求127所述的系统，其中，所述驱动器是包括定子和与所述第二框架连接的转子的电机。
129.根据权利要求125所述的系统，其中，所述一个或多个传感器沿着所述第二框架的转轴放置。
130.根据权利要求106所述的系统，其中，使用设置在所述载体的框架上的惯性传感器来测量所述载体的所述一个或多个运动特性。
131.根据权利要求130所述的系统，其中，所述估计干扰力矩由包括所述载体的所述一个或多个运动特性的测量结果的旋转矩阵变换确定。
132.根据权利要求106所述的系统，其中，所述输入角度由用户使用与所述负载通信的外部设备来提供。
133.根据权利要求106所述的系统，其中，所述输入角度被提供给所述负载上的运动控制器中的一个或多个处理器。
134.根据权利要求133所述的系统，其中，所述运动控制器被配置为基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
135.根据权利要求133所述的系统，其中，所述运动控制器被配置为控制与所述载体连接的驱动器以所述输出力矩旋转，从而引起所述载体的移动以实现所述负载的期望姿态。
136.根据权利要求106所述的系统，其中，所述负载的所述一个或多个运动特性包括所述负载的瞬时姿态、瞬时位置、角速度、线速度、角加速度或线加速度中的至少一个。
137.根据权利要求136所述的系统，其中，使用位于所述负载上的一个或多个传感器来测量所述负载的所述一个或多个运动特性。
138.根据权利要求137所述的系统，其中，所述一个或多个传感器共同构成惯性测量单元IMU。
139.根据权利要求106所述的系统，其中，所述干扰包括风力影响、温度变化或对所述负载或所述载体的外部撞击中的一个或多个。
140.根据权利要求106所述的系统，其中，通过将减震元件的一个或多个运动特性输入到所述载体的预定义的基于动力学的模型中来确定所述估计干扰力矩。
141.根据权利要求140所述的系统，其中，所述减震元件被设置在所述可移动物体与所述载体的框架之间。
142.根据权利要求141所述的系统，其中，使用设置在所述减震元件上的一个或多个传感器来测量所述减震元件的所述一个或多个运动特性。
143.根据权利要求142所述的系统，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述减震元件上的柔性印刷电路FPC上。
144.根据权利要求141所述的系统，其中，所述减震元件的所述一个或多个运动特性至少包括所述减震元件的线加速度或角加速度。
145.根据权利要求141所述的系统，其中，所述减震元件的所述一个或多个运动特性与所述框架的所述一个或多个运动特性相关联。
146.根据权利要求106所述的系统，其中，所述估计干扰力矩的计算与所述载体的框架上的可旋转接头相关联，并且所述可旋转接头被配置为将所述框架与所述可移动物体连接。
147.根据权利要求106所述的系统，其中，所述一个或多个处理器被配置为：使用比例微分PD控制器进一步精细化所述估计干扰力矩。
148.根据权利要求147所述的系统，其中，通过将一个或多个滤波器应用于所述估计干扰力矩来精细化所述估计干扰力矩。
149.根据权利要求147所述的系统，其中，所述一个或多个处理器被配置为基于所述输入力矩和所精细化后的干扰力矩来计算所述输出力矩。
150.根据权利要求106所述的系统，其中，使用反馈控制回路来确定所述输入力矩。
151.根据权利要求150所述的系统，其中，使用至少一个比例微分PD控制器来实现所述反馈控制回路。
152.根据权利要求151所述的系统，其中，第一PD控制器被配置为：基于由所述负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与所述输入角度之间的差来计算输入角速度。
153.根据权利要求152所述的系统，其中，第二PD控制器被配置为：基于由所述负载上的所述一个或多个传感器测量的瞬时角速度与所述输入角速度之间的差来计算所述输入力矩。
154.根据权利要求106所述的系统，其中，通过利用所述估计干扰力矩补偿所述输入力矩来计算所述输出力矩。
155.根据权利要求154所述的系统，其中，通过从所述输入力矩中减去所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
156.根据权利要求154所述的系统，其中，所述输出力矩与来自所述干扰的实际干扰力矩连同作用，以引起所述载体的移动，从而实现所述负载的期望姿态。
157.根据权利要求156所述的系统，其中，所述实际干扰力矩被施加于与所述可移动物体连接的所述载体的框架上。
158.一种用于控制负载的姿态的装置，包括：载体，至少包括第一框架和第二框架，其中，所述负载被固定至所述第一框架，并且所述第二框架与可移动物体可旋转地连接；
设置在所述负载上的一个或多个传感器，其中，所述传感器被配置为测量所述负载的一个或多个运动特性；
设置在所述载体上的一个或多个传感器，其中，所述传感器被配置为测量所述载体的一个或多个运动特性；以及一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：
基于输入角度和所述负载的所述一个或多个运动特性来确定输入力矩，其中，所述输入角度与所述负载的期望姿态相关联；
基于所述载体的所述一个或多个运动特性来确定估计干扰力矩；以及
基于所述输入力矩和所述估计干扰力矩来计算输出力矩，其中，所述输出力矩被配置为引起所述第二框架的运动以实现所述负载的期望姿态。
159.根据权利要求158所述的装置，其中，所述载体是多轴云台。
160.根据权利要求158所述的装置，还包括所述可移动物体。
161.根据权利要求158所述的装置，还包括：设置在所述可移动物体和所述载体之间的减震元件。
162.根据权利要求161所述的装置，其中，所述第二框架经由所述减震元件与所述可移动物体连接。
163.根据权利要求162所述的装置，其中，所述第二框架经由连接结构与所述减震元件连接，并且所述一个或多个传感器被设置在所述连接结构上。
164.根据权利要求163所述的装置，其中，所述一个或多个传感器被设置在附接在所述连接结构上的柔性印刷电路FPC上。
165.根据权利要求161所述的装置，其中，所述减震元件被配置为：减小干扰对所述载体的影响。
166.根据权利要求161所述的装置，其中，所述减震元件被配置为：吸收所述第二框架的振动。
167.根据权利要求158所述的装置，其中，所述第二框架与被配置为使所述第二框架围绕航向轴旋转的电机连接，并且所述一个或多个传感器被设置在所述第二框架或所述电机上。
168.根据权利要求158所述的装置，其中，通过将所述载体的一个或多个运动特性输入到所述载体的预定义的基于动力学的模型中来确定所述估计干扰力矩。
169.根据权利要求168所述的装置，其中，所述载体的所述一个或多个运动特性至少包括所述载体的线加速度或角加速度。
170.根据权利要求168所述的装置，其中，所述载体的所述一个或多个运动特性与所述第二框架的一个或多个运动特性相关联。
171.根据权利要求158所述的装置，其中，关于所述第二框架上的可旋转接头计算所述估计干扰力矩，所述可旋转接头被配置为将所述第二框架与所述可移动物体连接。
172.根据权利要求158所述的装置，其中，使用比例微分PD控制器进一步精细化所述估计干扰力矩。
173.根据权利要求172所述的装置，其中，通过将一个或多个滤波器应用于所述估计干扰力矩来精细化所述估计干扰力矩。
174.根据权利要求172所述的装置，其中，基于所述输入力矩和精细化后的干扰力矩来计算所述输出力矩。
175.根据权利要求158所述的装置，其中，使用反馈控制回路来确定所述输入力矩。
176.根据权利要求175所述的装置，其中，使用至少一个比例微分PD控制器来实现所述反馈控制回路。
177.根据权利要求176所述的装置，其中，第一PD控制器被配置为：基于由所述负载上的一个或多个传感器测量的瞬时角度与所述输入角度之间的差来计算输入角速度。
178.根据权利要求177所述的装置，其中，第二PD控制器被配置为：基于由所述负载上的所述一个或多个传感器测量的瞬时角速度与所述输入角速度之间的差来计算所述输入力矩。
179.根据权利要求158所述的装置，其中，通过利用所述估计干扰力矩补偿所述输入力矩来计算所述输出力矩。
180.根据权利要求179所述的装置，其中，通过从所述输入力矩中减去所述估计干扰力矩来计算所述输出力矩。
181.根据权利要求179所述的装置，其中，所述输出力矩与实际干扰力矩连同作用，以引起所述载体的移动，从而实现所述负载的期望姿态。
182.根据权利要求181所述的装置，其中，所述实际干扰力矩是由于对所述载体的干扰而产生的。
183.根据权利要求182所述的装置，其中，所述实际干扰力矩被施加于所述第二框架上。
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