CN111572356A

CN111572356A - 回收可移动物体的电机功率的方法和系统

Info

Publication number: CN111572356A
Application number: CN202010453610.2A
Authority: CN
Inventors: 肖文龙; 万筱剑
Original assignee: SZ DJI Technology Co Ltd
Current assignee: SZ DJI Technology Co Ltd
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2034-11-12
Also published as: CN106061788A; US20190168885A1; US9856033B2; US10239629B2; US20200223553A1; US20170334570A1; US9868363B2; CN106061788B; US10556705B2; US10906662B2; JP2017501075A; CN111572356B; US20180079518A1; US20160244176A1; WO2016074182A1; JP6165989B2

Abstract

提供了一种回收可移动物体的电机功率的方法和系统，所述方法包括：借助于处理器，确定所述可移动物体的至少一个电机的操作状态，其中所述至少一个电机用于驱动所述可移动物体；以及当所述至少一个电机具有减速状态的操作状态时，回收来自所述至少一个电机的功率；其中确定所述至少一个电机的操作状态包括确定所述至少一个电机的反电动势是否高于施加在所述至少一个电机上的电压。所述方法提高了所述可移动物体的能源效率并且延长了其电池寿命。

Description

回收可移动物体的电机功率的方法和系统

技术领域

诸如无人飞行器(UAV)等飞行器可以用于执行监视、侦查和勘探任务以供军事和民用应用。在飞行期间，此类飞行器可以连续地改变或维持其速度、高度、姿态、加速度，以执行特定功能。

背景技术

在一些情况下，可以期望诸如多旋翼UAV等多旋翼飞行器改变多个功率部件中的每个功率部件(例如，螺旋桨和电机)的功率，以便实现各种飞行控制方案。然而，在电机的减速状态期间，由电机在先前加速状态的动能生成的剩余功率可以简单通过功率部件的阻尼而消耗掉，这降低了UAV的能量效率。

发明内容

在一些情况下，为了提高能量效率并且延长电池寿命，可以期望诸如无人飞行器(UAV)等飞行器重新收集由UAV的电机的动能所生成的功率，特别是那些处于减速状态的电机的动能。本发明提供了用于回收来自诸如UAV等可移动物体的一个或多个电机的功率的方法和系统。本发明的方法和系统可以在UAV处于飞行状态时确定诸如UAV等可移动物体的至少一个电机的操作状态，并且在电机具有减速状态时回收由所述至少一个电机的动能生成的功率。回收自所述至少一个电机的功率可以包括由该电机的反电动势(BEMF)生成的电流。

本发明的方面可以包括回收可移动物体的电机功率的方法，所述方法包括：借助于处理器，确定所述可移动物体的至少一个电机的操作状态，其中所述至少一个电机用于驱动所述可移动物体；以及当所述至少一个电机具有减速状态的操作状态时，回收来自所述至少一个电机的功率；其中确定所述至少一个电机的操作状态包括确定所述至少一个电机的反电动势是否高于施加在所述至少一个电机上的电压。

在一些实施方式中，当所述至少一个电机的所述反电动势高于施加在所述电机上的电压时，所述至少一个电机具有所述减速状态的操作状态。

在一些实施方式中，回收来自所述至少一个电机的功率包括回收由所述至少一个电机的反电动势生成的电流。

在一些实施方式中，所述可移动物体为无人飞行器，每个电机用于驱动对应旋翼。

在一些实施方式中，所述无人飞行器在飞行期间实现各种飞行模式，所述至少一个电机的功率连续地改变。

在一些实施方式中，全部电机都处于减速状态，将从处于减速状态的电机回收的功率直接提供给所述无人飞行器的相机、传感器和/或飞行控制器。

在一些实施方式中，回收来自所述至少一个电机的功率包括将来自电机运动的动能转化为电能。

在一些实施方式中，响应于使所述至少一个电机制动的信号而启动所述至少一个电机的所述减速状态。

在一些实施方式中，所述方法还包括将所述回收的功率提供给不处于减速状态的一个或多个电机。

在一些实施方式中，所述方法还包括将未提供给所述一个或多个电机的剩余功率提供给电池。

在一些实施方式中，所述方法还包括将所述回收的功率提供给电池。

在一些实施方式中，所述方法还包括将生成的电流馈送至电源总线。

在一些实施方式中，使用磁场定向控制方法来进行回收来自所述至少一个电机的功率。

在一些实施方式中，所述磁场定向控制方法包括确定所述至少一个电机的转子的位置。

本发明的另一方面可以包括用于回收可移动物体的电机功率的系统，所述系统用于执行所述方法。

应当明白，本发明的不同方面可以被单独地、共同地或彼此组合地理解。本文所描述的本发明的各个方面可以适用于下文阐述的特定应用中的任一或者任何其他类型的可移动物体。本文对诸如无人飞行器等飞行器的任何描述均可适用于和用于任何可移动物体，诸如任何载运工具。另外，本文在空中运动(例如，飞行)的情景下公开的系统、装置和方法还可以适用于其他类型运动的情景下，诸如在地面上或在水上的移动、水下运动或者在太空中的运动。

通过考察说明书、权利要求书和附图，本发明的其他目标和特征将会变得明显。

援引并入

本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入本文，其程度犹如具体地和个别地指出要通过引用并入每一单个出版物、专利或专利申请。

附图说明

本发明的新颖特征特别地在所附权利要求中阐述。通过参考以下的详细说明及其附图，将更好地理解本发明的特征和优势；该详细说明阐述了利用本发明原理的说明性实施方式；在附图中：

图1示出根据本发明实施方式的无人飞行器(UAV)的示意图。

图2示出根据本发明实施方式的UAV的外视图的示例。

图3示出根据本发明实施方式的UAV的电源总线配置的示例。

图4是根据本发明实施方式的示出电机功率回收系统的示例的框图。

图5是根据本发明实施方式的图示了回收UAV的电机功率的方法的流程图。

图6是根据本发明另一实施方式的图示了回收UAV的电机功率的方法的流程图。

图7是根据本发明又一实施方式的图示了回收UAV的电机功率的方法的流程图。

图8示出根据本发明实施方式的UAV的电子调速器的示例。

图9图示了根据本发明实施方式的UAV的外观。

图10图示了根据本发明实施方式的包括载体和负载的可移动物体。

图11是根据本发明实施方式的用于控制可移动物体的系统的通过框图来说明的示意图。

具体实施方式

本文所描述的方法和系统提供了通过回收无人飞行器(UAV)的电机功率来提高能源效率并且延长诸如UAV等可移动物体的电池寿命的有效途径。UAV可以是包括一个或多个电机的多旋翼UAV，所述一个或多个电机可以每个驱动实现UAV飞行的一个或多个旋翼。在一些情况下，UAV可以连续地改变一个或多个电机的速度，所述电机驱动旋翼桨叶以在飞行期间为UAV产生升力，从而实现各种飞行控制，例如，加速、减速、爬升、下降、横滚、旋转、滚翻等。例如，至少一个电机的功率可以在加速状态中增加以输出更多能量，并且可以在随后的减速状态中减小。在减速状态期间，可能期望收集先前在加速状态中生成的电机功率，而不是通过桨叶的阻尼消耗该电机功率。当电机正在减速时，可以从已加速过的电机捕捉动能以提高能量效率。

本发明的方法和系统可以在UAV处于飞行时确定该UAV的至少一个电机的操作状态，并且在至少一个电机具有减速状态时从所述至少一个电机回收由动能生成的功率。回收自所述至少一个电机的功率可以包括由电机的反电动势(BEMF)生成的电流。

回收的电机功率可以直接经由电源总线被重新分配至其他功率消耗部件，例如，处于加速状态的其他电机或者UAV机载的传感器，同时，可将在所述其他功率消耗部件之后剩余的任何功率提供给电池。备选地，可以确定如何在多个功率消耗部件和/或电池之间重新分配回收的功率，并且可以根据该确定来重新分配所回收的功率。

图1示出根据本发明实施方式的UAV 100的示意图。UAV可以包括中央机身130，从该机身分出一个或多个臂120。一个或多个旋翼140a-140d可以由臂支撑。所述旋翼可每个分别由电机160a-160d驱动。所述电机可以经由电源总线150彼此连接。在一些实施方式中，诸如电池等能量储存装置170还可以连接至电源总线150。

本文对UAV 210的任何描述可以适用于任何类型的可移动物体，诸如飞行器。对UAV的描述可以适用于任何类型的无人可移动物体(例如，其可以穿越天空、陆地、水或空间)。

下文更详细地提供了UAV 100的进一步示例和描述。在一些实施方式中，中央机身130可以具有腔，在所述腔内可提供一个或多个部件。臂120也可以具有一个或多个腔，在所述腔内可提供一个或多个部件。UAV可以具有外壳，该外壳具有外表面和内表面。外壳的内表面可以限定内部空间，在该内部空间内可提供一个或多个部件。备选地或附加地，部件可以提供在UAV外壳的外部上。UAV外壳可以包括中央机身以及一个或多个臂。

可用于驱动旋翼140a-140d的电机160a-160d可以提供在沿着臂120的长度的任何位置处。在一些情况下，电机可以提供在臂的远端或该远端附近。臂的近端可以连接至中央机身或者与中央机身邻接。电机可以提供在UAV的内部部分中、UAV的外壳之外或者可以部分地位于UAV的外壳之内和之外。电机可以电性连接至电源总线150。电机可以经由一个或多个连接硬件部件(例如，导线、条等)电性连接。连接硬件部件和/或电源总线可以位于UAV的内部。电机可以并联地相互电性连接。电机可以经由电源总线而并联地相互电性连接。

诸如一个或多个电池等的能量储存单元170可以提供在UAV机上。能量储存单元可以提供在UAV的内部之内。能量储存单元可以是或者可以不是可从UAV移除的和/或用来交换其他能量储存单元。能量储存单元可以电性连接至电源总线150。能量储存单元可以经由一个或多个硬件部件(例如，导线、条等)电性连接。能量储存单元可以经由电源总线将功率提供给一个或多个电机160a-160d，以便实现电机的致动。当电机正在加速时，它们可以正接收来自能量储存单元的功率。

如果一个或多个电机160a-160d正在减速，则本文提供的系统和方法可以允许重获(recapture)减速电机的动能。当发生电机的阻尼时，重获的能量可由电机提供给本文所描述的系统。来自减速电机160a的功率可被提供给电源总线150。来自减速电机的功率可被提供至需要功率的另一电机160b。需要功率的其他电机可以处于加速状态或者正在维持其速度。来自减速电机的功率可以借助于电源总线被传递至其他电机。在一些实施方式中，来自减速电机的功率可被提供至能量储存单元170。来自减速电机的功率可以借助于电源总线被传递至能量储存单元。来自减速电机的功率可以用于提高UAV机载的电池的电荷状态。这可以允许电池在稍后的时间将功率传送至减速电机或任何其他电机。在一些实施方式中，来自减速电机的功率可被传递至将在本文别处更详细描述的多个功率消耗部件(例如，一个或多个其他电机160b-160d、传感器、灯、通信单元、导航模块等)。可选地，来自减速电机的功率还可被传递至与一个或多个功率消耗部件组合的能量储存单元。

在一些备选的实现方式中，每个电机160a-160d可以单独地和/或直接地连接至能量储存单元170。多个电机可以电性连接至相同的能量储存单元或者可以电性连接至不同的能量储存单元。来自减速电机160a的功率可被传递至能量储存单元。能量储存单元可以用于将能量提供给不再减速时的电机160a和/或任何其他电机160b-160d或功率消耗部件。因此，可以重获来自减速电机的动能并且在使用或者不使用电源总线150的情况下使用该动能。

在一些实施方式中，飞行控制器可以与一个或多个电机通信。飞行控制器可以向电机发送可实现和/或控制电机的致动的命令。飞行控制器可以位于UAV的外壳之内。飞行控制器或任何其他类型的处理部件可以用于确定电机的操作状态。在一些情况下，每个电机可以具有相关联的电调(ESC)，该电调可以辅助控制电机的操作。可选地，ESC或其他部件可以辅助确定电机的操作状态。本文别处更详细地描述了飞行控制器和处理部件。

图2示出根据本发明实施方式的UAV 210的示例的外部透视图。此实施方式的UAV210可以具有机身230以及以径向方式从UAV的机身230向外延伸的多个臂220。多个旋翼240a-240d可以分别安置在臂220的远端。所述多个旋翼240a-240d可以分别由电机260a-260d驱动。UAV 210可以携带各种负载250，包括但不限于载体、相机和传感器。在一些实施方式中，诸如着陆架270等一个或多个延伸构件可以从UAV延伸。

在一些情况下，机身230可以是中央机身，其可以具有一个或多个分支构件220或“臂”。所述臂能够以径向方式从机身向外延伸并且经由机身相连结。在一些实施方式中，每个臂可以具有位于臂上的动力单元。备选地，一个或多个臂可以不具有位于臂上的动力单元。可以提供任何数目的臂，诸如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个臂。UAV的机身230可以包括外壳。外壳可以将UAV的一个或多个部件封闭在该外壳之内。在一些情况下，可以在外壳内提供UAV的一个或多个电气部件。例如，可以在外壳内提供UAV的飞行控制器。飞行控制器可以控制UAV的一个或多个动力单元的操作。

在图2的实施方式中，UAV 210可以包括四个旋翼240a-240d(亦称为螺旋桨)，所述四个旋翼可以安置在四个臂220的远端。四个臂220能够以径向方式从UAV的机身230向外延伸。本实施方式中的四个臂和四个旋翼/螺旋桨仅仅是示例性的。在其他实施方式中，可以采用任何数目的臂，只要臂的数目与UAV的动力单元或旋翼/螺旋桨的数目相匹配。臂的数目可以是一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个。

UAV 210的动力单元通常可以包括旋翼和电机。可包括旋翼桨叶的旋翼可以分别由电机驱动。旋翼240可以旋转并且为UAV 210产生升力。电机260a-260d可以由安装在UAV210的机身230之内或之外的电池或电池组件驱动。在一些情况下，多个电机260a-260d可以通过电气通路单独地连接至电池或电池组件。备选地，多个电机260a-260d可以经由电源总线连接至电池或电池组件，因此可以经由电源总线将电功率馈送至多个电机260a-260d。

UAV 210可以是旋翼飞机。在一些情况下，UAV 210可以是可包括多个旋翼的多旋翼飞机。所述多个旋翼可以能够旋转以便为UAV产生升力。旋翼可以是动力单元，其可以使得UAV能够在空中自由移动。旋翼可以按同一速率旋转和/或可以生成等量的升力或推力。旋翼可以可选地以不同的速率旋转，这可以生成不等量的升力或推力和/或允许UAV旋转。在一些情况下，可以在UAV上提供一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个旋翼。可以布置旋翼以使得它们的旋转轴彼此平行。在一些情况下，旋翼可具有相对于彼此呈任何角度的旋转轴，这可能影响UAV的运动。旋翼的旋转可以由耦合至旋翼的一个或多个电机驱动。

在一些实施方式中，负载250可被携带在UAV的中央机身上。在其他实施方式中，负载250可以安置在UAV的臂上、UAV的着陆架上或者UAV的任何其他部分。

UAV 210可以是飞行器。UAV 210可以具有可允许该UAV在空中四处移动的一个或多个动力单元。所述一个或多个动力单元可以使得UAV能够关于一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个自由度移动。在一些情况下，UAV可以能够围绕一个、两个、三个或更多个旋转轴旋转。旋转轴可以彼此正交。旋转轴可以在整个UAV的飞行过程中保持彼此正交。旋转轴可以包括俯仰轴、横滚轴和/或偏航轴。UAV可以能够沿着一个或更多个维度移动。例如，UAV可以能够由于一个或多个旋翼所生成的升力而向上移动。在一些情况下，UAV可以能够沿着Z轴(其可以是相对于UAV的定向而向上的)、X轴和/或Y轴(其可以是横向的)移动。UAV可以能够沿着一个、两个或三个可彼此正交的轴移动。UAV的飞行可以由接收自远程终端的实时指令和/或存储在UAV机载的存储器中的预设程序来控制。例如，根据各种飞行方案，可以在UAV的整个飞行过程中控制UAV的高度、姿态、速度、加速度和方向。为了实现各种飞行动作，包括但不限于围绕一个或多个轴旋转、滚翻、向上移动或向下移动，所述一个或多个动力单元可以通过使电机加速和/或减速来输出各种并且不断变化的功率级。

UAV 210可以具有小尺寸。UAV可以能够由人类搬运和/或携带。UAV可以能够由人类单手携带。

UAV 210可以具有不超过100cm的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、对角线、直径)。在一些情况下，该最大尺寸可以小于或等于1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm、200cm、220cm、250cm或300cm。可选地，UAV的最大尺寸可以大于或等于本文所描述的值中的任一。UAV可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的最大尺寸。

UAV210可以是轻型的。例如，UAV重量可以小于或等于1mg、5mg、10mg、50mg、100mg、500mg、1g、2g、3g、5g、7g、10g、12g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、60g、70g、80g、90g、100g、120g、150g、200g、250g、300g、350g、400g、450g、500g、600g、700g、800g、900g、1kg、1.1kg、1.2kg、1.3kg、1.4kg、1.5kg、1.7kg、2kg、2.2kg、2.5kg、3kg、3.5kg、4kg、4.5kg、5kg、5.5kg、6kg、6.5kg、7kg、7.5kg、8kg、8.5kg、9kg、9.5kg、10kg、11kg、12kg、13kg、14kg、15kg、17kg或20kg。UAV可以具有大于或等于本文所描述的值中的任一的重量。UAV可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的重量。

电池或电池组件可以耦合至UAV 210。电池组件可以包括一个或多个电池。电池可以可选地彼此串联连接、并联连接或者按其任何组合的方式连接。电池或电池组件可以耦合至UAV，以向UAV的一个或多个部件提供功率。电池或电池组件可以在耦合至UAV时向电气部件提供功率，所述电气部件包括一个或多个动力单元、飞行控制器、传感器(例如，惯性测量单元或本文别处所描述的任何其他传感器)、通信单元、导航单元、发射体(例如，灯、音响)和/或UAV的任何其他部件。电气部件可以是功率消耗部件。电气部件可以在操作期间消耗电能。

电气部件可以经由单独的电气通路电性连接至电池或电池组件。备选地，电气部件可以经由电源总线电性连接至电池或电池组件。电池或电池组件可以通过单独的电气通路向电气部件提供功率。备选地，电池或电池组件可以通过电源总线向电气部件提供功率。

UAV可以能够响应来自遥控器的命令。遥控器可以不连接至UAV。在一些情况下，UAV可以能够自主地或半自主地操作。UAV可以能够遵循一组预编程的指令。在一些情况下，UAV可以通过响应于来自遥控器的一个或多个命令而半自主地操作，而否则自主地操作。

电机的操作可以共同地或单独地由一个或多个控制器控制。在一些情况下，多旋翼UAV中的多个电机可以输出相同的功率。在其他情况下，多旋翼UAV中的多个电机可以输出不同的功率。在一些实施方式中，可以根据来自UAV的遥控器的信号连续地改变电机的速度。备选地，可以根据在UAV机上或UAV机外自主或半自主地生成的飞行控制信号来改变和/或维持电机的速度。为了实现各种飞行模式，例如，加速、减速、爬升、下降、横滚、旋转、滚翻等，UAV210的多个电机260a-260d可以输出不同的功率，使得旋翼可以按变化的速率旋转，这可以生成不等量的升力或推力。

UAV 210可能需要在飞行期间实现各种飞行模式(例如，加速、减速、爬升、下降、横滚、旋转、滚翻等)，因此一个或多个电机的输出功率可以连续地改变。例如，当UAV处于加速状态或爬升状态时，UAV可以控制增加一个或多个电机的功率输出。又例如，当UAV处于减速状态或下降状态时，UAV可以控制减小一个或多个电机的功率输出。又例如，当UAV处于旋转状态时，UAV的一个或多个电机可以增加输出功率，而其他电机可以减小输出功率。电机的功率输出也可以根据期望保持稳定。

在图2的实施方式中，提供有四个电机260a-260d的四旋翼UAV210作为示例示出。在一些情况下，全部四个电机都可以处于减速状态。在一些情况下，一个电机可以处于加速状态而其他三个电机可以处于减速状态。在一些情况下，两个电机可以处于加速状态而其他两个电机可以处于减速状态。在一些情况下，三个电机可以处于加速状态而其他一个电机可以处于减速状态。在其他情况下，全部四个电机都可以处于加速状态。

在一个示例中，电机260a和电机260b可以处于减速状态而电机260c和电机260d可以处于加速状态。在另一示例中，电机260a和电机260b可以处于加速状态而电机260c和电机260d可以处于减速状态。在另一示例中，电机260a和电机260c可以处于加速状态而电机260b和电机260d可以处于减速状态。在另一示例中，电机260a和电机260c可以处于减速状态而电机260b和电机260d可以处于加速状态。在另一示例中，电机260a、电机260b和电机260c可以处于加速状态而电机260d可以处于加速状态。在又一示例中，全部电机260a-260d可以处于减速状态。在又一示例中，全部电机260a-260d可以处于加速状态。

电机的加速和减速可以由提供至其的功率级来控制。提供给每个电机的功率级可以由UAV机上或UAV机外的一个或多个飞行控制器根据接收自远程终端的实时指令和/或存储在UAV机载的存储器中的预设程序来控制和调整。在这里，所述功率级可以包括但不限于施加在电机上的电压、被提供给电机的电流或者要馈送至电机的瓦特。

电机可以是将电转化为机械运动的装置。电机可以是AC电机(由交流电驱动的电马达)，或者可以是DC电机(操作在直流电上的电马达)。AC电机可以包括同步电机和感应电机。DC电机可以包括有刷电机和无刷电机。如上文所讨论的，本实施方式中这里使用的电机260a-260d可以是由电池或电池组件单独地或者通过电源总线馈送的功率所驱动的DC电机。

在存在磁通量的情况下使用旋转电枢的电机中，导体可以随着其旋转而切割磁场线。这可以在线圈中产生电压，该电压称为“反电动势”(BEMF)或者逆电动势。根据法拉第感应定律，电机的作用可以如同发电机；同时，它还是电机。这个电压可以抵消最初施加的电压；因此，它被楞次定律称为“反电动势”(BEMF)或“逆电动势”。在电机的操作期间，BEMF(即，电压)可以发生在电马达中，其中在电机的电枢与来自电机的场磁体或绕组的磁场之间存在相对运动。根据法拉第定律，电压可以与磁场、电枢中的线的长度以及电机的速度成比例。

当电机的旋转速度正在减小时，例如，电机处于减速状态时，生成的反电动势可以高于最初施加在电机上的电压；同时，可以生成电流并将其回馈到电机的电源线。可以收集生成的电流，因此可以从处于减速状态的电机回收功率。电机旋转速度的减小，即减速状态的发生，可能是由于接收来自例如UAV的遥控器等远程终端的制动信号所致。

当UAV的至少一个电机被确定为处于减速状态时，并不一定当全部电机都处于减速状态时，可以执行本发明的电机功率回收。例如，在图2的实施方式中，当UAV 210通过控制马达260a和马达260b处于减速状态同时控制马达260c和马达260d处于加速状态以执行旋转飞行时，在电机260a和电机260b上生成的反电动势可以高于最初施加的电压，并且可以在电机260a和电机260b的电源线上生成电流。生成的电流可被收集和重新利用，这意味着从处于减速状态的电机260a和电机260b回收功率。可以通过FOC(磁场定向控制)方法来实现通过将来自电机运动的动能转化为电能以回收电机功率的过程。所述FOC方法可以由一个或多个处理器实现。所述一个或多个处理器可以在UAV机上或机外。

在一些实施方式中，可以将回收自处于减速状态的一个或多个电机的功率从该一个或多个电机重新分配给UAV的功率消耗部件。功率消耗部件可以包括但不限于处于加速状态的电机、飞行控制器或者UAV机载的传感器。例如，在图2的实施方式中，当UAV 210通过控制马达260a和马达260b处于减速状态的同时控制马达260c和马达260d处于加速状态以执行旋转飞行时，可以在被确定为处于减速状态的电机260a和电机260b的电源线上生成电流。所述回收的功率可以直接从处于减速状态的电机260a和电机260b被重新分配给处于加速状态的电机260c和电机260d以及其他电气部件，诸如UAV 210机载的传感器。

如果在将功率分配给处于加速状态的电机260c和电机260d以及诸如传感器等其他电气部件之后依然存在剩余功率，则可以将该剩余功率从处于减速状态的电机260a和电机260b重新分配给UAV机载的电池或电池组件。

在一些实施方式中，可以根据对如何在UAV的多个功率消耗部件之间重新分配功率的确定来重新分配回收自处于减速状态的一个或多个电机的功率。例如，在图2的实施方式中，当UAV 210通过控制马达260a和马达260b处于减速状态的同时控制马达260c和马达260d处于加速状态以执行旋转飞行时，可以在被确定为处于减速状态的电机260a和电机260b的电源线上生成电流。在这时，可以通过UAV机上或机外的一个或多个处理器来确定如何在处于加速状态的电机260c和电机260d以及诸如UAV 210机载的传感器等其他电气部件之间重新分配所回收的功率。

在一些实施方式中，可以根据预设程序来重新分配回收自处于减速状态的一个或多个电机的功率。所述预设程序可以存储在UAV机载的存储器单元(例如，可移动介质或外部存储装置，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))中。在其他实施方式中，从处于减速状态的一个或多个电机回收的功率可以直接从一个或多个电机重新分配给UAV机载的电池或电池组件。

图3示出根据本发明实施方式的UAV的电源总线配置300的示例。在图3的示例中，多个电气部件301-305经由电源总线电性连接至电池306。

本文中使用的电源总线可以是本领域已知的任何类型的合适的电源总线。在一些实施方式中，电源总线可以包括但不限于电性连接线或束线。

在一些实施方式中，电源总线可以是直流(DC)电源总线。电源总线可以与电气部件301-305电连接/电通信。电源总线可以起到将电池306的功率提供给电气部件301-305的作用。同时，电源总线还可以起到将从处于减速状态的一个或多个电机回收的功率馈送至其他电气部件或电池306的作用。电气部件和/或电池可以分布在UAV机上。例如，一个或多个部件和/或电池可以位于UAV内部之内、位于UAV外部部分上或者嵌入在UAV的外壳之内。电气部件和/或电池可以位于UAV的中央机身和/或UAV的一个或多个分支臂之内。如所述，电气部件可以彼此电性连接。

从处于减速状态的至少一个电机回收的功率可以储存在电池206中，例如，通过向电池306充电。电池306可以是任何类型的合适的电池，所述电池适于安装在UAV上，将功率提供给UAV的一个或多个电气部件并且储存回收的功率。电池306可以是以下可充电电池或二次电池：铅酸电池、碱性电池、镍铁电池、镍镉电池、镍氢电池、镍-金属氢化物电池、镍锌电池、锂空气(有机)电池、锂钴氧化物电池、锂离子聚合物电池、磷酸铁锂电池、锂硫电池、钛酸锂电池、钠离子电池、薄膜锂电池、溴化锌电池、锌铈电池、钒氧化还原电池、钠硫电池、熔盐电池、氧化银电池或者量子电池(氧化物半导体)。

电池306可以具有不超过100cm的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、对角线、直径)。在一些情况下，该最大尺寸可以小于或等于1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm、200cm、220cm、250cm或300cm。可选地，电池306的最大尺寸可以大于或等于本文所描述的值中的任一。电池306可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的最大尺寸。

电池306可以在UAV机载的电气部件上提供电压。在一些情况下，电池306可以提供大于或等于0.01V、0.02V、0.04V、0.06V、0.08V、0.1V、0.2V、0.4V、0.6V、0.8V、1.0V、1.2V、1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V、2.4V、2.6V、2.8V、3.0V、3.2V、3.4V、3.6V、3.8V、4.0V、4.2V、4.4V、4.6V、4.8V、5.0V、5.5V、6.0V、6.5V、7.0V、7.5V、8.0V、8.5V、9.0V、9.5V、10V、15V、20V、25V、30V、40V或50V的电压。可选地，电池306的输出电压可以大于或等于本文所描述的值中的任一。电池306的输出电压可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的最大值。

电池306可以具有大于或等于10mAh、50mAh、100mAh、200mAh、400mAh、600mAh、800mAh、1,000mAh、1,200mAh、1,400mAh、1,600mAh、1,800mAh、2,000mAh、2,200mAh、2,400mAh、2,600mAh、2,800mAh、3,000mAh、3,500mAh、4,000mAh、4,500mAh、5,000mAh、6,000mAh、7,000mAh、8,000mAh、9,000mAh、10,000mAh或20,000mAh的容量。可选地，电池306的容量可以大于或等于本文所描述的值中的任一。电池306的容量可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的最大值。

电池306可以具有大于或等于50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1,000、1,200、1,400、1,600、1,800、2,000、2,200、2,400、2,600、2,800、3,000、3,400、3,800、4,000、4,500、5,000、6,000、7,000、8,000、10,000、20,000、30,000、40,000、50,000、60,000、70,000、80,000、90,000或100,000的充电周期。可选地，电池306的充电周期可以大于或等于本文所描述的值中的任一。电池306的充电周期可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的最大值。

在一些实施方式中，要馈送至多个电气部件301-305的功率可以由电池组件提供。在一些情况下，电池组件可以是UAV机载的电池堆叠。备选地，电池组件可以是以分布式方式安置在UAV机上并且由电源总线连接的多个电池。本文对电池306的任何描述可以适用于电池组件。

电气部件301-305可以是待由电池306的功率驱动的部件。电气部件301-305可以按并联方式电性连接至电源总线，使得电气部件中的每一个都能够接收来自电池306的功率。电气部件301-305可以包括但不限于一个或多个电机、飞行控制器、相机、传感器、惯性测量单元、通信单元和/或UAV的任何其他部件。UAV的传感器的示例可以包括但不限于位置传感器(例如，全球定位系统(GPS)传感器、支持位置三角测量法的移动装置发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光或紫外光的成像装置，诸如相机)、接近度传感器(例如，超声传感器、激光雷达、飞行时间相机)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、惯性测量单元(IMU))、高度传感器、压力传感器(例如，气压计)、音频传感器(例如，麦克风)或场传感器(例如，磁力计、电磁传感器)。

利用图3中示出的配置，可以将回收自处于减速状态的至少一个电机的功率提供给其他功率消耗部件或电池。例如，图3的实施方式中的UAV可以是四旋翼UAV，其具有作为电气部件的四个电机301-304和相机305。当UAV通过控制马达301和302处于减速状态的同时控制马达303和304处于加速状态以执行旋转飞行时，可以由被确定为处于减速状态的电机301和302来生成电流。在一些实施方式中，可以将生成的电流馈送至电源总线，并继而通过电源总线将其提供给处于加速状态的电机303和304以及相机305。如果在将功率分配给电机303和电机304以及相机305之后依然存在剩余电流，则可以将该剩余电流从电机301和电机302重新分配给电池306。在一些实施方式中，可以将生成的电流馈送至电源总线，并继而根据确定或预设程序将其提供给电机303和电机304或电池306。在其他实施方式中，如上文所讨论的，可以将生成的电流馈送至电源总线，并继而将其提供给电池306。

如图4所示，根据本发明实施方式的电机功率回收系统可以包括用于驱动对应旋翼(其用于在UAV的飞行期间为UAV产生升力)的电机401、用于对来自UAV的电源的电压进行滤波的滤波单元402、连接至滤波单元402和UAV的电机401的三相整流单元403、用于对来自三相整流单元403的电流和电压进行采样的采样单元404、被配置成基于来自采样单元404的采样电压和采样电流预估电机401的转子位置的处理单元405以及被配置成基于预估的电机的转子位置控制三相整流单元403的输出单元406。

在一些实施方式中，滤波单元402可以包括两个并联连接的滤波电容器。

在一些实施方式中，三相整流单元403可以包括三个并联分支，每个分支包括串联连接的两个MOSFET和一个电阻。所述电阻可以是相电流采样电阻。

在一些实施方式中，采样单元404可以包括电流采样电路和电压采样电路。电流采样电路可以对来自三相整流单元403的三相电流进行采样。电压采样单元可以对来自三相整流单元403的三相电压进行采样。

在一些实施方式中，处理单元405可以包括两个CLARKE模块、转子位置预估器、PARK变换模块、PI调节器、PARK逆变换模块以及SVPWM(空间矢量脉宽调制)模块。两个CLARKE模块可以分别连接至采样单元404的电流采样电路和电压采样电路。CLARKE模块的输出I_sα、I_sβ和u_sα、u_sβ可被输入至转子位置预估器，该预估器输出转子的位置信息。I_sα、I_sβ和u_sα、u_sβ还可以在PARK变换模块上经过PARK变换，输出I_d、I_q。I_d、I_q可继而输入到PI调节器。PI调节器的输出V_d、V_q可被馈送至PARK逆变换模块。PARK逆变换模块的输出u_α、u_β可被馈送至SVPWM模块。SVPWM模块的输出可被馈送至输出单元406。输出单元406可以通过驱动三相整流单元403来控制流向电机401的电流。例如，输出单元406的输出信号可被分别馈送至三相整流电路403的六个MOSFET并且控制所述六个MOSFET。

在将电机的动能转化为电能的过程中(诸如FOC(磁场定向控制)方法)，可以测量或计算转子的精确位置(转子磁场)以生成对应的定子磁场，使得可以定向输出最大扭矩。转子的精确位置信息可以通过昂贵的传感器(例如，编码器或分解器)测量。备选地，转子的位置信息可以由复杂的软件算法(即，观测器)获得。在本发明中，位置信息可以由观测器来估算，其成本低、无需维修以及无需更换。

在图4所示的实施方式中，电压Va、Vb和Vc可以是电机401的三相电压，而电流I_a、I_b和I_c可以是电机401的三相电流。三相电压V_a、V_b和V_c可以通过CLARKE模块中的一个经历CLARKE变换。三相电流I_a、I_b和I_c可以通过CLARKE模块中的另一个经历CLARKE变换。在CLARKE变换之后，固定参考系下的u_sa、u_sβ和I_d、I_β可以如下获得：

u_sa、u_sβ和I_a、I_β可被输入至转子位置预估器，该预估器可以输出预估的电机401的反电动势Eαest、Eβest。预估的转子位置角

可以由以下公式计算：

在预估电机401的反电动势Eaest和Eβest的过程中，可以采用一阶滤波器，因此可以引入相位偏移。在这里，可能必须对相位偏移做出补偿。

由一阶滤波器引入的相位偏移可以是：

补偿后预估的转子位置角可以是：

预估的转子位置角可继而在PARK变换模块上经过PARK变换，输出I_d、I_q：

I_d、I_q可继而被输入至PI调节器，输出V_d、V_q。V_d、V_q可被馈送至PARK逆变换模块，且得到V_α、V_β：

输出电压V_α、V_β可继而被馈送至SVPWM模块，其中可以调制电压V_α、V_β。SVPWM模块的输出可被输入至输出单元406，该输出单元406控制三相整流电路403的六个MOSFET的开关(ON-OFF)并且控制流向电机401的电流。电机401的旋转速度可以取决于馈送电流的幅度。

通过实现图4中示出的电机功率回收系统，可以预估转子的精确位置信息，该信息可以用于回收电机功率的过程中。

在步骤S501中，可以借助于一个或多个处理器来确定UAV的至少一个电机的操作状态。所述一个或多个处理器可以是UAV的飞行控制器，或者是位于UAV机上或UAV机外用于电机功率回收的专用处理器。

所述一个或多个处理器可以诸如为可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU))。所述一个或多个处理器可以可操作地耦合至非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以存储可执行的逻辑、代码和/或程序指令，用以执行一个或多个步骤。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，可移动介质或外部存储装置，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些情况下，所述一个或多个处理器可以是UAV机载的。备选地，所述一个或多个处理器可以在UAV机外，并且关于至少一个电机的操作状态的确定可被无线传输至UAV的飞行控制器。

在一些实施方式中，可以确定多个电机中的每个电机的操作状态。在一些情况下，多个电机可以具有相同的操作状态，例如，全部电机都可以处于加速状态或者处于减速状态。在其他情况下，多个电机可以具有不同的操作状态，例如，一个或多个电机可以处于加速状态，而其他电机可以处于减速状态。

在步骤S501中，可以采用各种方法来确定电机的操作状态。在一些实施方式中，确定电机的操作状态可以包括检测电机的加速度。在这种情况下，当电机的加速度为负时，电机可被确定为具有减速状态。在一些情况下，传感器或检测器可以构建在电机中，以检测电机的加速度。在一些情况下，传感器或检测器可以电连接至电机，以检测电机的加速度。备选地，传感器或检测器可以无线连接至电机，以检测电机的加速度。

在一些实施方式中，确定电机的操作状态可以包括确定电机的反电动势是否高于施加在该电机上的电压。在这种情况下，当电机的反电动势高于施加在该电机上的电压时，电机可被确定为具有减速状态。在一些情况下，传感器或检测器可以构建在电机中，以检测电机的反电动势。在一些情况下，传感器或检测器可以电连接至电机，以检测电机的反电动势。备选地，传感器或检测器可以无线连接至电机，以检测电机的反电动势。

在一些实施方式中，确定电机的操作状态可以包括确定电机的q-轴电流是否为负。在这种情况下，当电机的q-轴电流为负时，电机可被确定为具有减速状态。在一些情况下，传感器或检测器可以构建在电机中，以检测电机的q-轴电流。在一些情况下，传感器或检测器可以电连接至电机，以检测电机的q-轴电流。备选地，传感器或检测器可以无线连接至电机，以检测电机的q-轴电流。

如果多个电机中的至少一个电机被确定为处于减速状态，则可以在步骤S502中回收来自至少一个电机的电机功率。上文已经讨论了将电机的动能转化为电能的理论以及回收功率的过程。例如，回收来自处于减速状态的电机的功率可以包括回收由电机的反电动势生成的电流。

在一些实施方式中，可以使用FOC(磁场定向控制)方法来进行回收来自至少一个电机的功率，如上文所讨论的，这可以包括确定电机的转子的位置。

在步骤S503中，可以将回收自处于减速状态的至少一个电机的功率直接重新分配给UAV机载的其他功率消耗部件。在一些实施方式中，可以通过电源总线将回收的功率重新分配给其他功率消耗部件，所述电源总线并联地与电池或电池组件以及每个功率消耗部件电连接/通信。在一些实施方式中，可以通过单独的电气通路将回收的功率重新分配给其他功率消耗部件。在一些实施方式中，可以将回收的功率重新分配给其他功率消耗部件而不与中间的功率存储装置或功率消耗部件进行交互。

如上文讨论的，功率消耗部件可以包括处于加速状态的一个或多个电机、飞行控制器、传感器、惯性测量单元、UAV机载的通信单元。在一些实施方式中，如果不是全部电机都处于减速状态，则可以将从处于减速状态的至少一个电机回收的功率直接提供给处于加速状态的其他电机。在其他实施方式中，如果全部电机都处于减速状态，则可以将从处于减速状态的电机回收的功率直接提供给UAV的相机、传感器和/或飞行控制器。

如果在步骤S503中将功率重新分配给其他功率消耗部件之后仍然存在剩余功率，则可以在步骤S504中将剩余功率提供给电池或电池组件。电池可以储存剩余功率并且稍后将其提供给电气部件。

在步骤S601中，确定UAV的至少一个电机的操作状态是否为减速状态。在步骤S602中，可以回收来自处于减速状态的至少一个电机的电机功率。图6中示出的实施方式的步骤S601和步骤S602可以分别与图5中示出的实施方式的步骤S501和步骤S502实质上相同。

图6中示出的实施方式与图5中示出的实施方式的不同之处可以在于，从处于减速状态的至少一个电机回收的功率可以直接提供给UAV机载的电池或电池组件，而非其他功率消耗部件。例如，在步骤S603中，可以将根据步骤S602回收的功率重新分配给UAV的电池或电池组件。在一些实施方式中，可以通过单独的电气通路将回收的功率重新分配给电池或电池组件。在一些实施方式中，可以通过电源总线将回收的功率重新分配给电池或电池组件，所述电源总线并联地与电池或电池组件以及每个功率消耗部件电连接/通信。电池可以可选地将或者可以可选地不将储存在电池中的能量分配给至少一个电机(当需要时)和/或任何其他电机或其他功率消耗部件。

在步骤S701中，可以确定UAV的至少一个电机的操作状态是否为减速状态。在步骤S702中，可以回收来自处于减速状态的至少一个电机的电机功率。图7所示实施方式的步骤S701和步骤S702中的过程可以分别与图5所示实施方式的步骤S501和步骤S502中的过程实质上相同。

在步骤S703中，可以借助于一个或多个处理器来确定如何在多个功率消耗部件之间重新分配所回收的功率。所述一个或多个处理器可以是UAV的飞行控制器、或者是位于UAV机上或UAV机外用于电机功率回收的专用处理器。

在一些实施方式中，确定如何在多个功率消耗部件之间重新分配所回收的功率可以包括确定功率在多个功率消耗部件之间的比例分配。功率的比例分配可以包括所述多个功率消耗部件中的至少一个部件不接收功率中的任一。在一些情况下，功率在多个功率消耗部件之间功率的比例分配可以是不均等的。

在一些实施方式中，确定如何在多个功率消耗部件之间重新分配所回收的功率可以包括评估所述多个功率消耗部件中的至少一个的功率消耗量。

在一些实施方式中，多个功率消耗部件可以包括处于加速状态的一个或多个其他电机、用于储存能量的电池或电池组件和/或传感器、相机、惯性测量模块、通信模块、飞行控制器、导航模块。

在步骤S704中，可以根据步骤S703中做出的对如何重新分配功率的确定在多个功率消耗部件之间重新分配从至少一个电机中回收的功率。

本文所述的系统、装置和方法可以适用于众多可移动物体。如前文所提及，本文对诸如UAV等飞行器的任何描述均可适用于和用于任何可移动物体。本文对飞行器的任何描述均可具体适用于UAV。本发明的可移动物体可用于在任何合适的环境中移动，诸如在空气中(例如，固定翼航空器、旋转翼航空器或者既不具有固定翼也不具有旋转翼的航空器)、在水中(例如，船舶或潜艇)、在地面上(例如，机动车，诸如轿车、卡车、公交车、厢式货车、摩托车、自行车；可移动结构或框架，诸如棒状物、钓鱼竿；或者火车)、在地下(例如，地铁)、在太空(例如，航天飞机、卫星或探测器)或者这些环境的任何组合。可移动物体可以是载运工具，诸如本文别处所描述的载运工具。

可移动物体可以能够在所述环境内关于六个自由度(例如，三个平移自由度和三个旋转自由度)自由移动。备选地，可移动物体的移动可能关于一个或多个自由度受到约束，诸如由预定路径、轨迹或定向所约束。所述移动可以由诸如引擎或马达等任何合适的致动机构所致动。

在一些情况下，可移动物体可以是飞行器。例如，飞行器可以是固定翼航空器(例如，飞机、滑翔机)、旋转翼航空器(例如，直升机、旋翼机)、同时具有固定翼和旋转翼的航空器或者既无固定翼又无旋转翼的航空器(例如，飞艇、热气球)。飞行器可以是自推进式，诸如在空中自推进。自推进式飞行器可以采用动力系统，诸如包括一个或多个引擎、马达、轮子、轮轴、磁体、旋翼、螺旋桨、桨叶、喷嘴或者其任何合适组合的动力系统。在一些情况下，动力系统可以用于使可移动物体能够从表面起飞、降落到表面上、维持其当前位置和/或定向(例如，悬停)、改变定向和/或改变位置。

可移动物体可以由用户遥控或者由可移动物体之内或之上的乘员在本地控制。所述可移动物体可以由单独载运工具内的乘员遥控。在一些实施方式中，可移动物体是无人可移动物体，诸如UAV。无人可移动物体(诸如UAV)可以不具有该可移动物体机载的乘员。可移动物体可以由人类或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或者它们的任何合适组合来控制。可移动物体可以是自主式或半自主式机器人，诸如配置具有人工智能的机器人。在一些实施方式中，可移动物体、载体和负载相对于固定参考系(例如，周围的环境)和/或彼此的移动可以由终端控制。所述终端可以是处于远离所述可移动物体、载体和/或负载的位置处的遥控装置。终端可以安置于支撑平台上或者固定至支撑平台。备选地，终端可以是手持式或可穿戴式装置。例如，终端可以包括智能电话、平板计算机、膝上型计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其合适的组合。终端可以包括用户接口，诸如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器。任何合适的用户输入均可用于与终端交互，诸如手动输入命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，经由终端的移动、定位或倾斜)。

可移动物体可以具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施方式中，可移动物体可以具有使人类乘员身处载运工具之内或之上的大小和/或尺寸。备选地，可移动物体可以具有比能使人类乘员身处载运工具之内或之上的大小和/或尺寸更小的大小和/或尺寸。可移动物体可以具有适合于由人类搬运或携带的大小和/或尺寸。备选地，可移动物体可以具有比适合于由人类搬运或携带的大小和/或尺寸更大的大小和/或尺寸。在一些情况下，可移动物体可以具有的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。该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。

在一些实施方式中，可移动物体可以具有小于100cm x 100cm×100cm、小于50cmx 50cm x 30cm或小于5cm x 5cm x 3cm的体积。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。相反地，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。

在一些实施方式中，可移动物体可以具有的占地面积(这可以是指由所述可移动物体所包围的横截面面积)小于或等于约：32,000cm²、20,000cm²、10,000cm²、1,000cm²、500cm²、100cm²、50cm²、10cm²或5cm²。相反地，所述占地面积可以大于或等于约：32,000cm²、20,000cm²、10,000cm²、1,000cm²、500cm²、100cm²、50cm²、10cm²或5cm²。

在一些实施方式中，可移动物体相对于该可移动物体所携带的负荷可以较小。如本文别处所进一步详述，所述负荷可以包括负载和/或载体。在一些示例中，可移动物体重量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。在一些情况下，可移动物体重量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。可选地，载体重量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。当需要时，可移动物体重量与负荷重量之比可以小于或等于：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶10或者甚至更小。相反地，可移动物体重量与负荷重量之比也可以大于或等于：2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、10∶1或者甚至更大。

在一些实施方式中，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。在一些情况下，可移动物体的载体可以具有低能耗。例如，载体可以使用小于约：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，诸如小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。

在一些实施方式中，可移动物体可用于携带负荷。该负荷可以包括乘客、货物、器材、仪器等之中的一种或多种。该负荷可以提供在外壳内。该外壳可以与可移动物体的外壳相分离，或者是可移动物体的外壳的一部分。备选地，负荷可以被提供有外壳，而可移动物体不具有外壳。备选地，负荷的部分或者整个负荷可在不具有外壳的情况下提供。负荷可以相对于所述可移动物体刚性固定。可选地，负荷可以相对于可移动物体是可移动的(例如，可以相对于可移动物体平移或旋转)。如本文别处所描述，负荷可以包括负载和/或载体。

终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的任何合适状态。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/或相对于彼此的位置和/或定向。在一些实施方式中，终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的单独元件，诸如载体的致动组件、负载的传感器或负载的发射体。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装置。

终端可以包括用于查看可移动物体、载体和/或负载的信息的合适的显示单元。例如，终端可用于显示可移动物体、载体和/或负载关于位置、平移速度、平移加速度、定向、角速度、角加速度或其任何合适的组合的信息。在一些实施方式中，终端可以显示由负载提供的信息，诸如由功能性负载提供的数据(例如，由相机或其他图像捕捉装置记录的图像)。

可选地，同一终端可以同时控制可移动物体、载体和/或负载或者所述可移动物体、载体和/或负载的状态，以及接收和/或显示来自所述可移动物体、载体和/或负载的信息。例如，终端可以控制负载相对于环境的定位，同时显示由负载捕捉的图像数据或者关于负载的位置的信息。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/或负载的移动或状态，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，而第二终端显示由该负载捕捉的图像数据。可以在可移动物体与同时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同时控制该可移动物体并接收数据的多个终端之间利用各种通信模式。例如，可以在可移动物体与同时控制该可移动物体并接收来自该可移动物体的数据的终端之间形成至少两种不同的通信模式。

图8示出根据本发明实施方式的UAV的电子调速器(ESC)800的示例。UAV的电子调速器800可以包括输出电路801，其用于控制至UAV的至少一个电机的电流，以及与输出电路801相连接的处理器802。

在一些实施方式中，处理器802可用于确定UAV的至少一个电机的操作状态，并且当至少一个马达具有减速状态的操作状态时回收来自至少一个电机的功率。在一些情况下，处理器802可用于确定UAV的多个电机中的每个电机的操作状态并且回收来自处于减速状态的任何电机的功率。

在一些实施方式中，处理器802可用于(1)确定UAV的至少一个电机的操作状态，(2)确定当至少一个电机具有减速的操作状态时如何在多个部件之间重新分配来自所述至少一个电机的功率，以及(3)根据对如何重新分配功率的确定来重新分配功率。在一些情况下，确定如何重新分配功率可以包括确定功率在多个部件之间的比例分配。备选地，确定如何重新分配功率可以包括评估多个部件中的至少一个的功率消耗量。

尽管在图8中示出一个处理器802作为示例，但电子调速器800可以包括一个或多个处理器，其用于确定UAV的至少一个电机的操作状态、确定如何重新分配功率并且回收来自处于减速状态的至少一个电机的功率。

图9图示了根据本发明实施方式的无人飞行器(UAV)900。UAV可以是本文所述的可移动物体的示例。UAV 900可以包括具有四个马达901、902、903和904的动力系统。可以提供任何数目的马达(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个)。无人飞行器的马达、旋翼组件或其他动力系统可使该无人飞行器能够悬停/维持位置、改变定向和/或改变位置。相对马达/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，或者小于或等于5m。在一些实施方式中，长度910可以在从40cm到1m、从10cm到2m或者从5cm到5m的范围内。本文对UAV的任何描述均可适用于可移动物体，诸如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。UAV可以使用如本文所描述的辅助起飞系统或方法。

UAV 900可以由人类或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或者其任何合适的组合来控制。可移动物体可以是自主式或半自主式UAV。在一些实施方式中，UAV的飞行可以由远程终端控制，并且可以响应于使所述至少一个电机制动的信号而启动所述至少一个电机的减速状态。在其他实施方式中，UAV可以是自主式UAV，其飞行可由预设程序控制，并且可以响应于使所述至少一个电机制动的预设信号而启动所述至少一个电机的减速状态。

UAV 900的电机901、902、903和904可以通过电源总线并联连接至UAV机载的电池或电池组件。电池或电池组件可以安置在UAV的外壳之内或外壳之外。电池或电池组件可以经由电源总线将功率提供给电机901、902、903和904。电池或电池组件还可以经由电源总线接收从电机901、902、903和904中的至少一个回收的功率并且将所回收的功率储存在其中。

当至少一个电机处于减速状态时，UAV 900可以实现本发明的回收电机功率的方法。例如，当UAV 900通过控制马达901和902处于减速状态的同时控制马达903和904处于加速状态以执行旋转飞行时，可以由被确定为处于减速状态的电机901和902来生成电流。在一些情况下，可以经由电源总线或单独的电气通路将回收的功率直接从电机901和电机902重新分配给电机903和电机904以及其他电气部件，诸如UAV900机载的传感器。可以将回收的功率重新分配给其他功率消耗部件而不与中间的功率存储装置或功率消耗部件进行交互。可选地，如果在供应其他功率消耗部件之后依然存在任何剩余功率，则可以将任何剩余功率馈送至电池或电池组件。可选地，可以将回收的功率直接馈送至可储存功率的电池或电池组件，而非其他功率消耗部件。备选地，可以根据如上文所讨论的对如何重新分配功率的确定，对从电机901和902中回收的功率进行重新分配。

本发明的电机功率回收的方法可以提高UAV的能量效率。例如，可以在减速操作过程中收集加速操作期间馈送给电机的功率，该功率否则可被桨叶的阻尼消耗掉。从处于减速状态的至少一个电机回收的功率可被重新分配给其他功率消耗部件，诸如处于加速状态的其他电机或者UAV机载的传感器。当UAV的至少一个电机被确定为处于减速状态时，并不一定当全部电机都处于减速状态时，可以执行本发明的电机功率回收的方法。

本发明的电机功率回收的方法可以特别适合于具有频繁的加速-减速操作的UAV。可以响应于使UAV的至少一个电机制动的信号而启动所述加速-减速操作，所述信号可以由遥控器发送。当与传统的无刷直流电机(BLDC)控制相比较时，本发明的电机功率回收的方法可以使UAV的能量效率提高至少10％。因此，可以显著地延长UAV的电池寿命。

图10图示了根据本发明实施方式的包括载体1002和负载1004的可移动物体1000。虽然可移动物体1000被描绘为航空器，但此描绘并不旨在成为限制性的，并且如前文所述可以使用任何合适类型的可移动物体。本领域技术人员将会理解，本文在航空器系统的情景下描述的实施方式中的任一均可适用于任何合适的可移动物体(例如，UAV)。在一些情况下，可以在可移动物体1000上提供负载1004而无需载体1002。可移动物体1000可以包括动力机构1006、感测系统1008和通信系统1010。

如前文所述，动力机构1006可以包括旋翼、螺旋桨、桨叶、引擎、马达、轮子、轮轴、磁体或喷嘴中的一种或多种。可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多个或者四个或更多个动力机构。动力机构可以全都是同一类型。备选地，一个或多个动力机构可以是不同类型的动力机构。动力机构1006可以使用任何合适的手段安装在可移动物体1000上，诸如本文别处所述的支撑元件(例如，驱动轴)。动力机构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、前面、后面、侧面或者其合适的组合。

在一些实施方式中，动力机构1006可以使得可移动物体1000能够垂直地从表面起飞或者垂直地降落在表面上而无需可移动物体1000的任何水平移动(例如，无需沿着跑道行进)。可选地，动力机构1006可以可操作地允许可移动物体1000以指定位置和/或定向悬停于空中。动力机构1000中的一个或多个可以独立于其他动力机构受到控制。备选地，动力机构1000可被配置成同时受到控制。例如，可移动物体1000可以具有多个水平定向的旋翼，所述旋翼可以向该可移动物体提供升力和/或推力。可以致动所述多个水平定向的旋翼以向可移动物体1000提供垂直起飞、垂直降落和悬停能力。在一些实施方式中，所述水平定向的旋翼中的一个或多个可以在顺时针方向上旋转，同时所述水平旋翼中的一个或多个可以在逆时针方向上旋转。例如，顺时针旋翼的数目可以等于逆时针旋翼的数目。水平定向的旋翼的每个的旋转速率可以独立地改变，以便控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，并从而调整可移动物体1000的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移度和多达三个旋转度)。

感测系统1008可以包括一个或多个传感器，所述传感器可以感测可移动物体1000的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移度和多达三个旋转度)。所述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、接近度传感器或图像传感器。由感测系统1008提供的感测数据可以用于控制可移动物体1000的空间布局、速度和/或定向(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下文所述)。备选地，感测系统1008可以用于提供关于可移动物体周围环境的数据，诸如气象条件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造结构的位置等。

通信系统1010支持经由无线信号1016与具有通信系统1014的终端1012的通信。通信系统1010、通信系统1014可以包括任何数目的适于无线通信的发射器、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传输数据，或者反之亦然。数据可从通信系统1010的一个或多个发射器传输至通信系统1012的一个或多个接收器，或者反之亦然。备选地，通信可以是双向通信，使得数据在可移动物体1000与终端1012之间的两个方向上均可传输。双向通信可以涉及从通信系统1010的一个或多个发射器向通信系统1014的一个或多个接收器传输数据，并且反之亦然。

在一些实施方式中，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，以及从可移动物体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；由负载感测到的数据，诸如由负载相机捕捉的图像数据)。在一些情况下，来自终端的控制数据可以包括针对可移动物体、载体和/或负载的相对位置、移动、致动或控制的指令。例如，控制数据可以导致可移动物体的位置和/或定向的修改(例如，经由动力机构1006的控制)，或者负载相对于可移动物体的移动(例如，经由载体1002的控制)。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捉装置的操作的控制(例如，拍摄静止或移动图片、放大或缩小、开启或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、改变聚焦、改变景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在一些情况下，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的或负载1004的)一个或多个传感器的信息。所述通信可以包括来自一个或多个不同类型传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、接近度传感器或图像传感器)的感测到的信息。这样的信息可以关于可移动物体、载体和/或负载的定位(例如，位置、定向)、移动或加速度。来自负载的这样的信息可以包括由该负载捕捉的数据或该负载的感测到的状态。由终端1012提供并传输的控制数据可用于控制可移动物体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还可以每个包括通信模块，该通信模块用于与终端1012通信，以使得该终端可独立地与可移动物体1000、载体1002和负载1004的每一个通信和对其加以控制。

在一些实施方式中，可移动物体1000可用于与除终端1012以外或代替终端1012的另一远程装置通信。终端1012也可用于与另一远程装置以及可移动物体1000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者另一可移动物体的载体或负载通信。当需要时，所述远程装置可以是第二终端或者其他计算装置(例如，计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话或其他移动装置)。远程装置可用于向可移动物体1000传输数据、从可移动物体1000接收数据、向终端1012传输数据和/或从终端1012接收数据。可选地，远程装置可以连接至因特网或其他电信网络，以使得从可移动物体1000和/或终端1012接收到的数据可被上传至网站或服务器。

图11是根据本发明实施方式的用于控制可移动物体的系统1100的通过框图来说明的示意图。系统1100可以与本文所公开的系统、装置和方法的任何合适的实施方式组合使用。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来源的信号。例如，所述传感器可以包括惯性传感器、GPS传感器、接近度传感器(例如，激光雷达)或视觉/图像传感器(例如，相机)。感测模块1102可以可操作地耦合至具有多个处理器的处理单元1104。在一些实施方式中，感测模块可以可操作地耦合至传输模块1112(例如，Wi-Fi图像传输模块)，该传输模块用于向合适的外部装置或系统直接传输感测数据。例如，传输模块1112可以用于向远程终端传输由感测模块1102的相机捕捉的图像。

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可以可操作地耦合至非暂时性计算机可读介质1106。非暂时性计算机可读介质1106可以存储可由处理单元1104执行的逻辑、代码和/或程序指令，用以执行一个或多个步骤。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，可移动介质或外部存储装置，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施方式中，来自感测模块1102的数据可以直接传送至并存储于非暂时性计算机可读介质1106的存储器单元内。非暂时性计算机可读介质1106的存储器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，用以执行本文所述方法的任何合适的实施方式。例如，处理单元1104可用于执行指令，从而使处理单元1104的一个或多个处理器分析由感测模块产生的感测数据。存储器单元可以存储待由处理单元1104处理的来自感测模块的感测数据。在一些实施方式中，非暂时性计算机可读介质1106的存储器单元可以用于存储由处理单元1104产生的处理结果。

在一些实施方式中，处理单元1104可以可操作地耦合至控制模块1108，该控制模块用于控制可移动物体的状态。例如，控制模块1108可用于控制可移动物体的动力机构以调整可移动物体关于六个自由度的空间布局、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、负载或感测模块中的一个或多个的状态。

处理单元1104可以可操作地耦合至通信模块1110，该通信模块用于传输和/或接收来自一个或多个外部装置(例如，终端、显示装置或其他遥控器)的数据。可以使用任何合适的通信手段，诸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)、红外线、无线电、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等中的一种或多种。可选地，可以使用中继站，诸如塔、卫星或移动台。无线通信可以依赖于接近度或独立于接近度。在一些实施方式中，通信可能需要或者可能不需要视线。通信模块1110可以传输和/或接收来自感测模块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之中的一个或多个。

系统1100的部件可以按任何合适的配置来布置。例如，系统1100的部件中的一个或多个可以位于可移动物体、载体、负载、终端、感测系统或与上述的一个或多个通信的附加外部装置上。此外，虽然图11描绘了单一处理单元1104和单一非暂时性计算机可读介质1106，但本领域技术人员将会理解，这并不旨在成为限制性的，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。在一些实施方式中，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，诸如在可移动物体、载体、负载、终端、感测模块、与上述的一个或多个通信的附加外部装置或其合适的组合上，以使得由系统1100执行的处理和/或存储器功能的任何合适的方面可以发生于上述位置中的一个或多个处。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员明显的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供。本领域技术人员现将会在不偏离本发明的情况下想到许多变化、改变和替代。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种备选方案。所附权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆盖这些权利要求及其等效项的范围内的方法和结构。

Claims

1.一种回收可移动物体的电机功率的方法，所述方法包括：

借助于处理器，确定所述可移动物体的至少一个电机的操作状态，其中所述至少一个电机用于驱动所述可移动物体；以及

当所述至少一个电机具有减速状态的操作状态时，回收来自所述至少一个电机的功率；

其中确定所述至少一个电机的操作状态包括确定所述至少一个电机的反电动势是否高于施加在所述至少一个电机上的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述至少一个电机的所述反电动势高于施加在所述电机上的电压时，所述至少一个电机具有所述减速状态的操作状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其中回收来自所述至少一个电机的功率包括回收由所述至少一个电机的反电动势生成的电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述可移动物体为无人飞行器，每个电机用于驱动对应旋翼。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述无人飞行器在飞行期间实现各种飞行模式，所述至少一个电机的功率连续地改变。

6.根据权利要求4所述的方法，其中全部电机都处于减速状态，将从处于减速状态的电机回收的功率直接提供给所述无人飞行器的相机、传感器和/或飞行控制器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中回收来自所述至少一个电机的功率包括将来自电机运动的动能转化为电能。

8.根据权利要求1所述的方法，其中响应于使所述至少一个电机制动的信号而启动所述至少一个电机的所述减速状态。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述回收的功率提供给不处于减速状态的一个或多个电机。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括将未提供给所述一个或多个电机的剩余功率提供给电池。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述回收的功率提供给电池。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括将生成的电流馈送至电源总线。

13.根据权利要求1所述的方法，其中使用磁场定向控制方法来进行回收来自所述至少一个电机的功率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述磁场定向控制方法包括确定所述至少一个电机的转子的位置。

15.一种用于回收可移动物体的电机功率的系统，所述系统用于执行根据权利要求1-14任一项所述的方法。