CN204883371U - 一种定维飞行的多旋翼飞行器及其控制器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多旋翼飞行器，其具备至少一个能够通过机械或电子方式调整其朝向的距离传感器，所述距离传感器能够在其朝向上测定与障碍物之间的距离参数，其还具备存储有设定好的定维参数的存储器，而所述定维参数至少包括定维方向与定维距离；最后，其还具备比较器和飞行控制器，该比较器能够比较由距离传感器测定的距离参数与定维距离的差值；该飞行控制器，根据定维参数与比较器的结果，生成并执行飞行指令，调整使得多旋翼飞行器的空间位置与定维距离一致。

Description

一种定维飞行的多旋翼飞行器及其控制器

技术领域

本申请涉及无人飞行器领域，尤其涉及一种多旋翼式无人飞行器及其控制器。

背景技术

无人飞行器在航空拍摄、飞行表演、防灾救险、科学考察等领域有着广阔的应用。尤其是随着电子技术的飞速发展，小型、微型无人机在远程遥控、续航时间、飞行品质上有了明显的突破，成为了近几年兴起的通用航空领域关注焦点，被普遍认为具有良好的发展前景。

当前，无人飞行器，尤其是四轴多旋翼无人飞行器已经开始进入消费级市场，相较于传统的固定翼飞行器，多旋翼式飞行器飞行简单，能够以直上直下，随时悬停的飞行方式进行飞行，极大推进了无人飞行器进入普通消费市场的步伐。但是，当前采用专业遥控设备，在6通道甚至8通道的环境下来实现对无人飞行器的操纵方式，对于普通用户而言，其操纵难度仍然是比较复杂的，这也降低了对新手用户的友好度。复杂的、多维度的操作模式，导致大量初学者，因为无法实现理想的飞行控制效果，而放弃了对无人飞行器的进一步了解，妨碍了这个行业的迅速发展。

因此，本申请关注的第一个重要问题是，如何能够让无人飞行器更加容易的被操作，并被操作者所喜欢。

针对上述问题，本申请发明人敏锐的发现，广大消费者其实已经比较习惯于去控制在地面这样一个二维世界进行运动的遥控设备，比如遥控车，此时消费者只需要控制遥控车前进后退、左右转弯，换句话说，只需要在四个方向上操纵遥控车。

而无人飞行器虽然给人带来了最新鲜体验，但是由于飞行器是在空中飞行，所以其操作难度也大大增加，因为，在二维平面方向的操作之外，还增加了垂直方向上的操作维度。

因此，为了能够一步步的让消费者领略和习惯无人飞行器的乐趣，有必要，让消费者也就是用户，对无人机的飞行过程的熟悉，成为一个阶段性的过程。所以，需要以某种控制方式，使得用户能够简便的让无人飞行器在空中一定高度漂浮，其飞行高度相对固定的情况下，仅让无人飞行器在前后左右的四个维度上移动，如此能够简化操作，降低学习门槛。

换句话说，让无人机以一个固定的相对高度漂浮起来，这个时候，用户操控无人机，在这个距离地面保持相对固定距离的虚拟二维空间，操纵无人机移动，等到用户能够习惯这样的操作之后，并且引发了兴趣之后，再去实施更为复杂的操作。

此外，本申请同时还关注第二个重要的问题在于，对于某些无人飞行器的实际使用场合下，存在进行一些特定的飞行表演技巧的需求，比如让无人飞行器相对于某个目标保持特定距离进行围绕飞行或者拍摄，现在这种飞行表演或者飞行动作的实现，需要由有丰富经验的飞手来进行实际控制，由于人工操作的不确定性，这种飞行表演的效果与稳定性大打折扣。

此时，需要提供一些对无人飞行器飞行的辅助操作，比如能够设定成，让无人飞行器相对于一个特定目标的距离相对固定的情况下，进行飞行。具体的，比如让无人飞行器相对于一面墙，保持2米左右距离的情况飞行，此时飞手可以简单的在与墙面平行的空间维度上进行自由的移动控制。而该控制方法中，无人飞行器相对于墙面的距离，由某种方法进行控制，实现锁定，保证距离不发生变化。换句话说，实现了所谓多个维度中，某个维度固定的飞行方式。

因此，如上所述的本申请提出了一种具备智能定维度飞行模式的无人飞行器。该无人飞行器可以经由设定，使得该飞行器保持一个相对于某一维度参考目标为特定距离的飞行控制方式，按照这种方式，该无人飞行器被操控移动。如此，确保了飞行体验的同时，简化了用户的操作难度，能够给用户提供一个过渡性的适应，并且在一些特定场合下，也降低了飞行操控的复杂程度，能够简便的实现更为复杂的飞行任务。

总之本申请要解决的技术问题包括：

1.提供一种新的多旋翼飞行器，降低了用户入门飞行控制的操作难度；

2.提供一种新的多旋翼飞行器，能够在简便的操作要求下，实现特殊的飞行效果，智能完成多种飞行任务；

3.提供一种新的多旋翼飞行器，能够将无人飞行器的操纵方式从三维降到二维，甚至一维，在特定环境下，解放了用户不得不投入到飞行操控上的精力。

现有技术中，申请号为201110324680.9，发明名称为《一种固定翼无人机的定高飞行控制系统与方法》的专利，公开了一种固定翼无人机的定高飞行控制系统与方法，该方法以气压高度传感器作为高度测量元件，以外接锂电池对全套系统进行供电，传感器经过滤风装置进行保护，以减少在高空中风压对其影响，从而降低误差。当经过气压高度传感器测得相关信息后经由I2C总线将数据发送到单片机系统，在单片机中进行一系列的数据计算，即得到相应的高度信息，最终通过飞机上的升降舵及油门联动PD控制，操控舵机角度变化和油门大小，并在程序中加入高度过升、过降保护程序，进一步提高安全性，实现无人机的自主定高。

该专利提出了定高飞行的概念，也就是说，该专利的飞行控制方法是以经由气压计检测得到的海拔高度作为飞行控制的依据，控制无人机在一个特定海报的飞行高度进行飞行，并且针对如何避免气压计对海拔高度的误判，提出了改进。然而，该专利并非是以某个特定目标作为参照物，而提出的固定维度的飞行控制方法，换句话说，假设该无人飞行器在城市上空实施定高飞行时，无论城市环境如何，无论该无人飞行器相对于地面的距离如何，其始终保持固定的海拔高度飞行，如果地面上参照物为广场，则该飞行器可能据广场有50米距离；如果地面上参照物是高楼林立的商业区，该飞行器在定高飞行下，如果不加以控制，甚至可能与超出50米海拔高度的建筑物发生碰撞。因此，上述专利不能解决本申请提出的相对于特定参照物，定维度飞行的任务。

总之，值得注意的是，所谓传统固定翼无人机的定高巡航模式，是通过气压计或者其他高度感应装置，实现对海拔高度的控制，其飞行控制过程简单，并不涉及本申请所关注的多旋翼式无人飞行器在较低飞行高度情况下，与参照物之间通过互动方式，保持距离的问题。

现有技术中，另一篇申请号为201410521808.4，发明名称为《一种应用于无人机航空物探的低空飞行控制方法》的专利，公开了一种无人机的低空飞行控制方法，其采用无人机气压高度和无线电高度互补滤波得到信噪比较高的高度信号作为无人机低空飞行高度控制源，飞行高度信号能够滤除高频的地形影响，又能够较好的对地形进行跟踪，可以对丘陵地形以及小坡度山区地形进行有效的航空物探飞行作业工作，使无人机能够以超低空沿地形起伏飞行并能够较好的对地形进行跟踪，有效的规避障碍，通过无人机的平稳飞行则可获取航放系统高质量勘探数据。

该专利提出了一种在较大范围内，对某个地貌进行观察和数据采集时的一种飞行控制方法，然而从该专利的技术领域以及飞行控制方法来看，该专利关注的是在一个百米量级的范围，实现对无人飞行器的控制，首先是通过气压计判断得出，当前飞行器处于的某个指定海拔高度范围内，然后对气压计和无线电方式分别得到的高度数据进行融合，利用融合数据来控制无人飞行器在爬升、滑翔、拉平、平飞等多种状态中切换，目的是完成一次航空物探任务。

由于该方法关注的是航空物探任务的完成，因此，该方法中的飞行高度控制，仍然是一种针对特定情况下的，综合应用了海拔高度与无线电高度数据的方法，这种方法仅适用于该专利所提出的航空物探任务，而并不能解决本申请提出的特定需求。

发明内容

本实用新型的发明目的在于，提供一种新型多旋翼式无人飞行器。该无人飞行器可以在简单设定的条件下，自动完成相对于某个方向的参照物进行相对距离固定的飞行动作，换句话说，在该无人飞行器相对于该参照物的维度上，这个维度的数据是被锁定的，同时，该无人飞行器在其他维度上的飞行控制是完全自由的。

为了实现本实用新型目的，本实用新型还提出了一种多旋翼飞行器，其特征在于具备：至少一个距离传感器，所述距离传感器的朝向可通过机械和/或电子方式调整，所述距离传感器能够在其朝向上测定与障碍物之间的距离参数；存储器，存储设定的定维参数，所述定维参数至少包括定维方向与定维距离；比较器，比较距离传感器测定的距离参数与定维距离的差值；飞行控制器，根据定维参数与比较器的结果，生成并执行飞行指令，调整多旋翼飞行器的空间位置与定维距离一致。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型所述多旋翼飞行器，其特征在于：其具有的距离传感器为两个，实现对两个不同维度的设定。

当具有两个距离传感器时，最大程度的简化了多旋翼飞行器的飞行控制过程，因为，通常而言，一个距离传感器意味着限制了一个维度方向上的控制需求，所以两个距离传感器，已经将无人飞行器的飞行路径限制在一个维度上，换句话说，用户只需要操纵飞行器前进或者后退，而飞行器的其他维度上的飞行过程，已经自动化的实现了根据环境情况的适配了。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型所述多旋翼飞行器，其特征在于：所述至少一个距离传感器中的部分或者全部也可以是朝向固定的。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型所述多旋翼飞行器，其特征在于：还具备遥控器和/或地面站，该遥控器和/或地面站与飞行控制器通信连接；所述飞行控制器，同时还接收并执行来自遥控器和/或地面站的飞行控制指令。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型所述多旋翼飞行器，其特征在于：还具备遥控器和/或地面站，该遥控器和/或地面站，根据定维参数对飞行控制指令进行过滤。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型所述多旋翼飞行器，其特征在于：还具备遥控器和/或地面站，该遥控器和/或地面站，提供可在飞行过程中调整定维参数的接口。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种遥控器，其特征在于，具备：飞行控制指令生成单元，根据用户输入的指令，生成飞行控制指令；输入单元，供用户设定定维参数，所述定维参数至少包括定维方向与定维距离；存储器，存储所设定的定维参数；遥控信号发射单元，与多旋翼飞行器上的遥控信号接收单元通信连接，向其发送飞行控制指令。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供的遥控器，其特征在于：还具备信号处理单元，该信号处理单元根据定维参数对飞行控制指令进行过滤处理。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型提供的遥控器，其特征在于：还具备飞行控制指令屏蔽单元，根据定维参数屏蔽一部分对应的飞行控制指令。

在定维参数限制的维度与立体空间中的XYZ轴中的任何一个或者部分相匹配时，也就意味着，定维参数实质上是以水平面或者垂直面作为参照物来实施维度限制的，此时所限制的维度正好与遥控器上的飞行指令输入维度相对应，因此，此时，只需要简单屏蔽对应维度的输入飞行指令，即可避免遥控器上输入的飞行控制指令对于飞行器定维模式飞行的干扰。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够使得本实用新型的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本实用新型的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本实用新型各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

图1示出了根据本实用新型实施例一的多旋翼式无人飞行器的飞行控制部分的框架结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例一的多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法的流程图；

图3示出了根据本实用新型实施例二的多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法的流程图；

图4示出了现有技术中多旋翼式无人飞行器的框架结构示意图；

图5示出了在现有技术中多旋翼式无人飞行器的飞行控制部分的基础上增加了测距器的框架结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

常见无人机分为固定翼无人飞行器、多旋翼式无人飞行器、伞式无人飞行器、气球式无人飞行器等，但是从控制的灵活性与发展的可能性来看，本实用新型主要关注的是当前正在受到热捧的多旋翼式无人飞行器，多旋翼式无人飞行器因为其结构简单、飞行控制容易，作为其主要构成部分的电子元器件的成本得到极大控制，所以发展非常迅速。常见的多旋翼式无人飞行器，目前以四轴、六轴、八轴这样的偶数轴多旋翼居多。本申请主要以四轴多旋翼飞行器为例进行说明。

常见的四轴多旋翼飞行器一般包括马达、电子调速器、旋翼构成的飞行动力部分；飞行控制器、飞行控制板、传感器等配合而成的飞行控制部分；机架、外壳之类的刚性结构部分；遥控器、地面站之类的飞行指令控制部分。四轴多旋翼飞行器，在无需人工干预的情况下，可以依据陀螺仪与飞行控制器的自稳控制配合，实现空中悬停，因为飞行操纵简单，飞行趣味性强。

但是，即使飞行操纵已经相对于过去得到极大简化，但是飞行器毕竟是在空间范围内进行活动的，对于航拍这样的场合，飞手还需要同时控制无人飞行器上附带的附加设备，所以，其飞行控制难度还是比较高的。

当然，上述多旋翼无人机的说明只是一个简单说明，具体还包括许多其他的组成构件，也还有其他许多种无人机类型，均可以用于实现本实用新型的目的，在此不再赘述。

本实用新型实施例1

图1示出了根据本实用新型实施例一的多旋翼式无人飞行器的飞行控制部分的框架结构示意图。如图1所示，其中飞行控制部分包括用于完成所有飞行控制信号处理的微处理器10（本申请代表性的以ARM微处理器为例），该处理器能够较小的体积完成智能化的数据处理，该微处理器10从多个数据采集单元获取与无人飞行器的飞行有关的数据，常见的可以包括关于飞行姿态的姿态数据采集单元11，关于飞行方向的航向数据采集单元12，尤其是根据本申请的具体需要，还有一个用于采集与定维控制有关的数据的定维数据采集单元13，该定维数据采集单元13典型的可以是一种距离传感器，本领域技术人员可以理解，这种距离传感器可以是光学传感器、红外传感器、超声波传感器等。

微处理器10根据上述多个数据采集单元所得到的信息，来判断无人飞行器当前的飞行状态，为无人飞行器的飞行控制提供参考。

另外微处理器10还具有遥控通信单元20，其用于与外部的遥控器或者地面站完成双向通信，接受来自外部遥控器或者地面站的飞行指令，并且将某些需要外部遥控端知道的数据或信息回传给遥控端。

微处理器10还具有飞行指令执行机构30，该飞行指令执行机构30最终根据微处理器所确认发出的飞行指令，执行飞行动作。

图4和图5对比示出了现有技术与本申请的多旋翼式无人飞行器的系统框架结构中最大的差异。关于系统、装置的说明，在对本申请方案的方法流程进行了清晰说明之后，将显得更清楚、明确。因此，下面先结合附图，对本申请方案的方法进行说明。

图2示出了根据本实用新型实施例一的多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法的流程图。该流程图具体如下：

步骤S101，确认开始进入定维飞行模式，然后执行步骤S102；

步骤S102，由用户设定定维飞行模式中所必要的第一个参数，即定维的方向，这个方向是可以根据实际需求调整的，最简单的在室外的实现方案可以是设定为朝向正下方，在室内则可以是朝向正上方，在院子里还可以朝向侧方，针对某个大型目标物体，还可以是以斜下方45度角的方式，针对目标物体；然后执行步骤S103

步骤S103，由用户设定定维飞行模式中所必要的第二个参数，即定维的距离，这个距离同样是可以根据实际需求调整的，要求距离目标物体较近时，可以设置成0.5米、1米、2米；要求距离目标物体较远时，也可以设置成5米、10米、25米等；然后执行步骤S104

步骤S104，判断是否需要设置第二组定维数据；如果是，则执行步骤S105，如果不是，则执行步骤S107；

步骤S105，参照上述步骤S102的方式，设置第二组定维数据的定维方向；然后执行步骤S106；

步骤S106，参照上述步骤S103的方式，设置第二组定维数据的定维距离；然后执行步骤S107；

步骤S107，完成定维参数设置，开始实施定维飞行动作；即随后执行步骤S108-步骤S110，实时接受来自遥控器或者地面站的飞行指令，并根据飞行指令进行飞行；在反复执行步骤S108-步骤S110的过程中间，同时周期性执行步骤S111-步骤S113，用以确保无人飞行器是在设定的维度范围内，保持间距固定的方式飞行；

关于步骤S108-步骤S110，首先，由遥控器或者地面站产生飞行指令，并且按照定维参数对于该飞行指令进行处理，过滤掉可能对维度发生变化的飞行指令的分量；然后经由无线通信方式将飞行指令传输给无人飞行器；最后，无人飞行器执行上述飞行指令；

步骤S111-步骤S113，首先，利用多旋翼式无人飞行器中附带的距离传感器/测距器，实时测定在所确定的维度方向上，与目标物体之间的距离；其次，比较实际距离与预设纬度距离的差，将结果传输给无人飞行器的飞行控制器；最后，飞行控制器根据预设维度方向以及检测得到的距离差，校正无人飞行器的空间位置；

反复执行上述步骤S108-步骤S110以及步骤S111-步骤S113，完成飞行任务，直至确认飞行任务结束时，执行步骤S114；

步骤S114，结束定维飞行模式。

如果对上述流程方法进行概括可知，为了解决本申请提出的技术问题，本实用新型提供了一种多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法，其中：

（1）、设置定维飞行的相关参数，至少包括维度方向以及维度距离；

（2）、采集在设定维度方向上与参照物的距离，判断其余设定维度距离的差别；

（3）、根据上述步骤的判断结果，调整无人飞行器与参照物的距离与预设的维度距离相一致；

（4）、在利用上述步骤保证无人飞行器在与参照物相对的维度上距离固定的情况下，接受飞行控制信号，受控完成飞行动作。

另外，对于上述流程中一些细节问题说明如下：

首先，本实用新型中明示了在设定完成一组维度方向以及维度距离的情况下，还可以根据需要追加设置其他组的维度方向与维度距离。

本领域技术人员可以理解，由于无人飞行器是在空间范围内，在具有6个方向自由度的前提下进行飞行的，所以按照本申请的固定一组维度数据情况下的飞行表现，就类似于无人飞行器相对于地面按照定高方式进行飞行，甚至当地面高度发生改变时候，比如地面情况是一段连续阶梯，则无人飞行器的飞行动作就类似是在爬楼梯一样的飞行，始终保持与地面的同样相对距离。

在此基础上，本领域技术人员同样可以理解，即使是再设置一组维度数据的情况下，无人飞行器同样可以完成相对于两个维度数据组的飞行，就类似于无人飞行器同时相对于地面和矗立于该地面的墙面保持一个固定距离进行飞行，此时由于已经两个维度上的飞行线路已经根据参照物的具体情况而被相对固定住了，那么飞手只需要简单对一个维度进行操作，就能实现特定飞行动作和线路。对于一些特定巡线、飞行表演、航空拍摄而言，这种多个维度相对固定的飞行控制方式，尤为有价值。

基于本实用新型的定维飞行模式，实际上呈现了丰富的应用可能。

举例来说，作为最简单的实施方式，可以利用本实用新型的原理实现无人飞行器的定高飞行，这种定高飞行，不是像现有技术那样的相对确定的海拔高度的飞行，而是一种适于较低飞行高度、较近间隔距离的定高飞行，如果用小型无人飞行器来呈现这种定高飞行的效果，就好像是无人飞行器穿了一双隐形的高跟鞋，可以在地形复杂的环境下，四处游走，并且极大简化了用户的操作难度。

另外，本实用新型定维飞行模式的价值，也不仅在于如上所述的定高飞行模式，实际上，本实用新型构思突破了传统无人飞行器控制中，总是限于对高度进行智能化控制的思维局限，提出了一种相对于参照物实现相对距离固定的飞行模式。具体实际应用时，还可以可以通过简单的飞手操控配合，实现绕着一面墙的飞行；如果适当的设置维度的话，经过飞手的简单操控配合，还能简便的实现绕着复杂物体的飞行，比如，飞手控制无人飞行器保持其机头与墙面相对平行的情况下，可以简易实现绕着一面环形的墙飞行，并且基本与墙保持一致的距离；再如，根据实际情况，适当的设置好两个维度的参数的情况下，还能让无人飞行器顺利的穿过一个很长的连续回廊，并且保持在回廊中飞行时，距离回廊侧壁、底面、顶面中多个面中的两个面，保持适当距离不变的进行飞行。

并且，在某些更为特殊的需求场合，相对于两个方向同时实现定距飞行，也是非常有价值的。

比如，某些活动场合或者航拍场合，需要让无人飞行器实现，比如沿着一个墙根连续移动的拍摄，如果举例来说的话，就是在距离地面0.5米，同时距离水平左方向的墙壁0.5米的情况下，连续飞行，此时由于无人飞行器在两个维度上已经被相对固定了，而用户需要操作的维度就只剩一个维度了。

另一个典型的例子是，比如某个航拍长镜头，要求跟踪一个角色沿着一段很长的走廊跑步的同时，连续跟拍。传统方式是一个熟练的飞手，操纵无人飞行器进行跟随拍摄。在走廊空间比较局限的情况下，无人飞行器的飞行存在风险，同时这种连续拍摄过程中，镜头的调整，也要分散操作者的精力。采用本实用新型的方式，通过智能辅助的方式来完成对无人飞行器飞行轨迹的规划，提升了无人飞行器的应用可能。

另外，在上面的步骤描述中，步骤S111-步骤S113的执行方式，根据具体飞行任务的场合需要，既可以是实时的完成，也可以是按照每间隔一段时间执行一次的方式来完成。根据频率设置的不同，可以实现不同飞行效果。

对于实时调整飞行轨迹，确保定维飞行的方案而言，从具体飞行动作和过程来看，无人飞行器从始至终均能相对于参照物在所设定的维度上保持距离，假设参照物是地面的情况下，即使是无人飞行器较快的飞过一段高低起伏的地面，其效果呈现出来，类似无人飞行器适应于地面的变化上下起伏飞行，在高速运动中，仍然能保持与地面距离的适配性。而假设参照物是环绕墙面的情况下，飞手经过简单的操作，就能实现无人飞行器绕着环形墙面飞行的动作效果，而在过去，这种操作是需要飞手的高超技巧，并且具有极高飞行风险的。

另外，如果是每间隔一段时间进行一次调整，这种方式比较适用于普通的参照物类型，当参照物的表面形状变化不是很激烈时，采用间隔一段时间进行一次调整的脉冲调整方式，能够在基本确保大致相同飞行效果的情况下，极大降低系统负荷。

最后，关于在维度受限的情况下如何实现无人飞行器与遥控端（地面站）之间的经由飞行控制指令实现的受控飞行，在本实施例一中采用的是对飞行指令进行适当处理之后再执行的飞行指令过滤方法。举例如下：

根据预先设定的定维参数，在遥控器端直接实现对飞行控制指令的过滤，也就是说，将全自由度的飞行控制指令，映射到根据定维参数所确定的空间平面上，将可能使得无人飞行器在定维参数所确定的方向上发生位移的飞行控制指令信息，垂直投射到所述空间平面，让该指令信息被实质上过滤掉。然后将成功过滤后的飞行指令发送给无人飞行器上的飞行控制器，使其按照过滤后的飞行指令执行命令。

具体举个例子，假设无人飞行器定维参数就是按照一组定维参数，并且以三维立体空间上，朝向Z轴的-180度方向作为定维方向，以3米作为定维距离。那么实际上，就是要让无人飞行器完成，距离地面3米的定高飞行。此时，来自遥控器端的所有飞行控制指令在Z轴上的投影分量都被过滤掉，也就是说，此时遥控器端过滤后发出去的飞行控制指令仅能指挥无人飞行器在XY平面上自由移动，这也就实现了无人飞行器的定维飞行。

再举个例子，假设无人飞行器定维参数也是按照一组定维参数，并且以三维立体空间上，朝向X轴的0度方向作为定维方向，以2米作为定维距离，那么按照上述类似的控制方式，遥控器端在X方向上的投影分量都被过滤掉，实现了在YZ平面上的自由移动。

虽然，本实用新型实施例1中为了说明简便起见，是以X轴和Z轴的定维飞行为例进行的说明，事实上，按照同样的方式，这个角度也可以在三维空间内根据需要适当的选择，其计算原理是一致的。

如上所述的这种飞行指令处理方式，将对飞行指令的处理要求放在运算性能相对较好的遥控端来实现，避免给无人飞行器的飞行控制能力带来更大的负担，并且相应的避免了更多的电力消耗与系统硬件的匹配。

本实用新型实施例二

图3示出了根据本实用新型实施例二的多旋翼式无人飞行器的飞行控制方法的流程图。该流程图步骤中与本实用新型实施例一相同的部分，这里不再赘述，这里主要对存在差异的飞行模式步骤说明如下：

在本实用新型实施例二中，原实施例一中的步骤S108被省去，虽然来自于遥控端/地面站的飞行控制指令，可能使得无人飞行器在拟固定距离的维度上产生位移，但是这种位移通过同期实施的定维校正来补正即可。

换句话说，无人飞行器可以通过其飞行控制器接受来自遥控端的飞行指令并予以执行，但是通过同期执行的维度校正命令，来消除掉遥控端发来的飞行指令中，可能使得无人飞行器相对于参照物，在其维度上发生位移的影响。这种方式简单易行，对于参照物条件不复杂，遥控端飞手的输入指令是有意识配合受限维度的情况下，能够简单的实现本申请所要求实现的效果。甚至，在将定维调整设置为脉冲调整方式，并且将间隔时间取的稍大的条件下，还能利用飞行指令与定维调整指令之间的冲突，实现一些特殊飞行效果。具体的，仍以相对于墙面定维飞行为例，假设将定维脉冲调整间隔设定为0.5秒的条件下，飞手有意识利用遥控端发出飞行指令操纵无人飞行器向墙面飞行，但是在定维飞行指令调整下，无人飞行器可能向墙面飞行一个极短距离之后，就被定维飞行指令调整按照远离墙面的方向飞行。如此，对于观看无人飞行器飞行表演的观众来说，就形成了一种无人飞行器好像要往墙面上钻，但是又总是被一种看不见的力拉回来的戏剧化飞行表演效果。

而且，上述这种实现方法对硬件设备的改造，以及对软件算法的优化需求较小，容易实现。

本实用新型实施例三

图4示出了现有技术中多旋翼式无人飞行器的框架结构示意图。常见的多旋翼式无人飞行器，基本包括一个飞行控制器30、电源40、电机驱动单元50，遥控信号接收单元60，其中飞行控制器30作为中枢负责对无人飞行器的飞行控制，电源40所有无人飞行器的部件提供动力，电机驱动单元50一般包括由电机驱动的旋翼，并且电机输出功率可以通过电子调速器进行调整，由于多个旋翼是可以分别实现个性驱动的，所以飞行控制器通过电子调速器对不同旋翼实施不同级别的驱动，可以使得无人飞行器能够在空间范围内完成自由的飞行。另外，飞行控制器30作为主控制器为了能够有效的对无人飞行器的飞行过程进行控制与管理，这种控制既包括来自遥控端的控制，也包括自稳控制和一些智能控制。对于来自遥控端的控制，飞行控制器30通过遥控信号接收单元60来接受来自遥控器或者地面站的飞行指令，并予以执行；而对于自稳控制和一些智能控制，比如悬停控制或者防碰撞控制，飞行控制器30必须首先要知道自己当前的飞行状态，所以飞行控制器30经由设置于无人飞行器中的多种传感器来实现，飞行数据的采集，这种采集的范围是很广泛的。得益于传感器、电子元器件技术的发展，这些传感器的精度和体积、重量可控，不会对无人飞行器的飞行带来太多负担。具体这些传感器比如包括：加速度传感器301、姿态传感器302、角速度传感器305，图中省略了对这些传感器的一一列举，本领域技术人员应该知道，常见的还包括气压计（用于测定海拔高度）等。

图5示出了在现有技术中多旋翼式无人飞行器的飞行控制部分的基础上增加了测距器的框架结构示意图。对应于本实用新型技术方案的需要，必须能够在特定维度上对距离进行监测，因此，本实用新型技术方案的框架结构中，增加了至少一个距离传感器303，这个距离传感器可以是光学传感器、红外传感器、超声波传感器等。并且这个距离传感器的方向是可以通过机械方式或者电子方式进行适当调整，如此，在如实施例一所述的确定定维方向的步骤中，可以通过人工操作的机械方式来调整距离传感器的朝向，也可以是通过类似云台机制的电子控制的方式来调整距离传感器的朝向。

关于距离传感器的数量，也可以根据具体定维飞行模式的需求来适当的设置，可以按照类似的方式设置多个，对于某些特殊需求的情况，设置超过2个也是可行的。

另外，有些多旋翼式无人飞行器的规避碰撞的机制也是通过距离传感器与飞行控制器的配合来实现的，但是此类距离传感器的方向基本是固定，利用的是倒车雷达的原理，来实现距离判断，当距离近到超过预设阈值的时候，飞行控制器发出警示，甚至直接停止移动。但是与本申请相比，这种规避碰撞的机制，仅是在某个维度上，避免距离小于一个预设最小值，与本实用新型所提出的，在某个维度上实现相对距离固定，并且在此条件下，实施特定飞行任务的技术方案完全不同。

当然，就硬件设备而言，在简化情况下，本申请也可以采取多个固定方向的距离传感器的方式来配置，但是在这种条件下，定维飞行模式的维度方向实际上不是能够任意选择的，而仅是能够在几个预定的方向中进行选择，如果本实用新型采用这种方案来实施，虽然其与现有技术相比，仍然是一种全新的方案，存在技术上的进步，实现了一种新的应用方式，即相对于现有技术仅是防碰撞而言，实现在某几个特定维度方向上的定维飞行，但是与距离传感器方向可调整的方案相比，则该可调距离传感器的方案灵活性更强。

本实用新型实施例四

在上述实施方式中，维度距离的参考值也可以是根据任务需要进行实时调整的，仍然是以最简单的定高飞行为例，可以在以距离地面0.5米的飞行高度进行飞行的过程中，实时调整该距离参考值为1米，这种效果体现在飞行过程中，比如就能够可以丰富飞行的表现力，让飞行过程更加具有表演性。

此外，在预设了多个维度情况下的飞行过程中，多个维度的距离参考值，也是可以实时调整的，从而能够实现丰富的飞行效果。

本实用新型实施例四中其它与前述实施例内容相同的部分，在此不再赘述。

小结

总之，在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或装置的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种多旋翼飞行器，其特征在于，具备：

至少一个距离传感器，所述距离传感器的朝向可通过机械和/或电子方式调整，所述距离传感器能够在其朝向上测定与障碍物之间的距离参数；

存储器，存储设定的定维参数，所述定维参数至少包括定维方向与定维距离；

比较器，比较距离传感器测定的距离参数与定维距离的差值；

飞行控制器，根据定维参数与比较器的结果，生成并执行飞行指令，调整多旋翼飞行器的空间位置与定维距离一致。

2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

其具有的距离传感器为两个，实现对两个不同维度的设定。

3.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

所述至少一个距离传感器中的部分或者全部也可以是朝向固定的。

4.根据权利要求2或3所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

还具备遥控信号接收单元，其可以接受来自外部的飞行控制指令；

所述飞行控制器，经由遥控信号接收单元接收飞行控制指令，并执行所述飞行控制指令。

5.根据权利要求4所述的多旋翼飞行器，其特征在于：

还具备信号处理单元，该信号处理单元，根据定维参数对飞行控制指令进行过滤处理。

6.一种遥控器，其特征在于，具备：

飞行控制指令生成单元，根据用户输入的指令，生成飞行控制指令；

输入单元，供用户设定定维参数，所述定维参数至少包括定维方向与定维距离；

存储器，存储所设定的定维参数；

遥控信号发射单元，与多旋翼飞行器上的遥控信号接收单元通信连接，向其发送飞行控制指令。

7.如权利要求6所述的遥控器，其特征在于：

还具备信号处理单元，该信号处理单元根据定维参数对飞行控制指令进行过滤处理。

8.如权利要求6所述的遥控器，其特征在于：

还具备飞行控制指令屏蔽单元，根据定维参数屏蔽一部分对应的飞行控制指令。