TW201643579A - 無人飛行載具自動啟動系統及方法 - Google Patents

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TW201643579A TW104119320A TW104119320A TW201643579A TW 201643579 A TW201643579 A TW 201643579A TW 104119320 A TW104119320 A TW 104119320A TW 104119320 A TW104119320 A TW 104119320A TW 201643579 A TW201643579 A TW 201643579A
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李章榮
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Abstract

一種無人飛行載具自動啟動系統及方法，該無人飛行載具包括加速度感測器、電子陀螺儀、致動單元及螺旋槳馬達。當無人飛行載具被使用者向上拋出時，該系統藉由無人飛行載具內建之電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀況進行偵測以取得無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料，依據所偵測之水平狀態資料計算各位置螺旋槳馬達所需調整之轉速平衡資料，並即時驅動致動單元根據所述轉速平衡資料即時調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以保持無人飛行載具處於水平懸浮平衡狀態。

Description

無人飛行載具自動啟動系統及方法
本發明涉及一種飛行器自動啟動系統及方法，尤其涉及一種無人飛行載具自動啟動系統及方法。
傳統之無人飛行載具（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）升空前，人員必須先將無人飛行載具放置於地面或穩定靜止平台上，再由使用者以遙控器自行操控無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之運轉狀態，待無人飛行載具各位置螺旋槳馬達產生足夠下推氣流，方可讓無人飛行載具順利升空。在無人飛行載具起飛過程中，無人飛行載具各位置螺旋槳馬達產生之下推氣流，不僅將造成地面揚塵，導致周圍人員之不適。若使用者之操控技術不夠純熟，更容易發生無人飛行載具起飛過程中，碰撞地面或平台附近物品、人員等危險狀況，致使傳統無人飛行載具升空作業操作上之不便。
鑒於以上內容，有必要提供一種無人飛行載具自動啟動系統及方法，能夠有效解決無人飛行載具於升空過程中出現氣流帶起地面揚塵狀況，並能避免無人飛行載具升空過程擦撞雜物或傷及週遭人員之危險意外發生。
本發明提供一種無人飛行載具自動啟動系統，該無人飛行載具包括致動單元及螺旋槳馬達。其中，所述之無人飛行載具自動啟動系統包括：偵測模組，用於當無人飛行載具被使用者向上拋出時，藉由無人飛行載具內建之電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀況進行偵測以取得無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料；計算模組，用於依據電子陀螺儀偵測出的無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料計算各位置螺旋槳馬達所需調整之轉速平衡資料；平衡模組，用於驅動無人飛行載具之致動單元根據所述轉速平衡資料即時調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以保持無人飛行載具處於水平懸浮平衡狀態。
另一方面，本發明提供一種無人飛行載具自動啟動方法，該無人飛行載具包括致動單元及螺旋槳馬達。該方法包括步驟：當無人飛行載具被使用者向上拋出時，藉由無人飛行載具內建之電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀況進行偵測以取得無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料；依據電子陀螺儀偵測出的無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料計算各位置螺旋槳馬達所需調整之轉速平衡資料；驅動無人飛行載具之致動單元根據所述轉速平衡資料即時調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以保持無人飛行載具處於水平懸浮平衡狀態。
相較於習知技術，本發明所述之無人飛行載具自動啟動系統及方法可針對無人飛行載具之狀態進行偵測，主動於拋出無人飛行載具後啟動、自動調整螺旋槳馬達運作狀況，使無人飛行載具得以在使用者拋出後，於使用者後續操作無人飛行載具前，持續平衡懸停於空中。如此不僅能有效解決無人飛行載具於升空過程中出現氣流帶起地面揚塵狀況，更能避免無人飛行載具升空過程擦撞雜物或傷及週遭人員之危險意外發生，讓使用者操控作業上更加方便。
圖1係本發明無人飛行載具自動啟動系統較佳實施例之方塊示意圖。
圖2係本發明無人飛行載具自動啟動方法較佳實施例之流程圖。
圖3係電子陀螺儀及加速度感測器持續偵測無人飛行載具狀態之示意圖。
圖4係無人飛行載具被使用者向上拋出之示意圖。
圖5係判別無人飛行載具被向上拋出時上拋路徑之示意圖。
圖6係人飛行具被上拋至最高點時主動啟動各位置螺旋槳馬達之示意圖。
圖7係調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之運作狀況之示意圖。
參閱圖1所示，係本發明無人飛行載具自動啟動系統較佳實施例之方塊示意圖。於本實施例中，所述之無人飛行載具自動啟動系統10安裝並運行於無人飛行載具（UAV）1中，該無人飛行載具1還包括，但不僅限於，加速度感測器11、電子陀螺儀12、致動單元13、螺旋槳馬達14、儲存裝置15及微處理器16。當無人飛行載具1在空中飛行時，使用者可透過無人飛行載具1之遙控器對無人飛行載具1空中飛行進行控制。
所述之加速度感測器11可以為一種雙軸加速度感測器（Two-Axis Accelerator）、或者為三軸加速度感測器（Three-Axis Accelerator）。加速度感測器11用於對無人飛行載具1之機身移動狀況進行偵測，獲取無人飛行載具1機身之移動量等狀態數據資料。當無人飛行載具1被使用者向上拋出時，加速度感測器11還用於偵測無人飛行載具1機身之向上拋升速度。
所述之電子陀螺儀12對無人飛行載具1機身之傾斜等狀態進行偵測，獲取無人飛行載具1機身相對於空間X、Y、Z三軸之狀況等數據資料，包括無人飛行載具1之傾斜方向及傾斜角度等數據資料。所述之致動單元13驅動螺旋槳馬達14來調整無人飛行載具1各位置螺旋槳馬達14之轉速狀況，以保持無人飛行載具1處於水平懸浮平衡狀態。
所述之儲存裝置15包括，但不僅限於，記憶體、硬碟及外部儲存裝置等。所述之微處理器16包括，但不僅限於，處理器（CPU）、微控制器（MCU）或其它資料處理機等。所述儲存裝置15及微處理器16內建於無人飛行載具1電子電路板中，也可以晶片的形式內建於無人飛行載具1中。
所述之無人飛行載具自動啟動系統10能夠持續以加速度感測器11測得上拋之無人飛行載具1機身移動速度，當其向上拋升速度受重力持續抵消至機身移動速度趨近於零時，可判斷無人飛行載具1機身此時達上拋路徑之最高點。該無人飛行載具自動啟動系統10還能夠同時依據電子陀螺儀12所測得無人飛行載具1機身相對於空間中三軸狀態等數據資料，判別無人飛行載具1機身之傾斜情形，計算出無人飛行載具1各位置螺旋槳馬達14所應相對調整之轉速等數據資料，依據其推算之數據資料，透過致動單元13立即啟動無人飛行載具1各位置螺旋槳馬達14進行運轉，並主動調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達14之轉速狀況，以維持無人飛行載具1機身懸停於上拋之最高點位置，且保持水平懸浮平衡狀態。
於本實施例中，所述之無人飛行載具自動啟動系統10包括，但不僅限於，偵測模組101、判斷模組102、計算模組103及平衡模組104。本發明所稱之功能模組是指一種能夠被無人飛行載具1之微處理器16所執行並且能夠完成固定功能之一系列程式指令段或者為程式韌體（Firmware），其儲存於無人飛行載具1之儲存裝置15中。關於各功能模組101-104將於圖2之流程圖中作詳細描述。
參閱圖2所示，係本發明無人飛行載具自動啟動方法較佳實施例之流程圖。於本實施例中，該方法應用於無人飛行載具1中，能夠針對無人飛行載具1之狀態進行偵測，當無人飛行載具啟動拋出後、自動調整螺旋槳馬達14運作狀況，使無人飛行載具1得以在使用者拋出後，於使用者後續操作無人飛行載具1前，持續平衡懸停於空中，如此不僅能有效解決無人飛行載具1於升空過程中出現氣流帶起地面揚塵狀況，更能避免無人飛行載具1升空過程擦撞雜物或傷及週遭人員之危險意外發生。
步驟S21，當無人飛行載具1及其遙控器之電源開啟時，偵測模組101藉由加速度感測器11持續針對無人飛行載具1之狀態進行偵測以取得無人飛行載具1之移動量，並藉由電子陀螺儀12對無人飛行載具1機身之傾斜狀態進行偵測以取得無人飛行載具1之傾斜方向及傾斜角度。如圖3所示，當使用者開啟無人飛行載具1之電源並準備開始進行無人飛行載具1操控作業1，偵測模組101將持續透過加速度感測器11對無人飛行載具1機身之移動狀況進行偵測，以取得無人飛行載具機身之移動量等狀態數據資料，並同時持續以透過電子陀螺儀12對無人飛行載具1機身之傾斜等狀態進行偵測，確認無人飛行載具1機身相對於空間X、Y、Z三軸之狀況等數據資料。
步驟S22，偵測模組101根據加速度感測器11偵測出的無人飛行載具1之移動量判斷無人飛行載具1是否被使用者向上拋出。於本實施例中，偵測模組101也可根據電子陀螺儀12偵測出的無人飛行載具1之傾斜方向及傾斜角度判斷無人飛行載具1是否被使用者向上拋出。若無人飛行載具1被使用者向上拋出，流程執行步驟S23。若無人飛行載具1未被使用者向上拋出，流程繼續執行步驟S22，以持續偵測無人飛行載具1是否被使用者向上拋出。
步驟S23，偵測模組101藉由加速度感測器11將持續偵測無人飛行載具1機身之向上拋升速度，並藉由電子陀螺儀12對無人飛行載具1機身之傾斜狀況進行偵測以取得無人飛行載具1機身相對於空間X、Y、Z三軸之水平狀態資料，包括無人飛行載具1之傾斜方向及傾斜角度。如圖4所示，當使用者欲操作無人飛行載具1時，可不需將無人飛行載具2放置於地面上，使用者僅需將無人飛行載具1向上拋出，如此可避免無人飛行載具1升空時造成地面揚起大量沙塵之情形。當無人飛行載具1被使用者向上拋出時，偵測模組101藉由加速度感測器11持續偵測無人飛行載具1機身之向上拋升速度，並藉由電子陀螺儀12對無人飛行載具1機身之傾斜狀況進行偵測。
步驟S24，判斷模組102判斷無人飛行載具機身向上拋升速度是否趨近於零。如圖5所示，由於無人飛行載具1被跑出時將受地心引力之影響，因此在無人飛行載具1被拋出向上運動過程中，判斷模組102將偵測出無人飛行載具1受力運動之加速度數值為負值，由於地心引力之作用將使向上拋升速度逐漸降低，待其向上拋升速度受重力持續抵消至無人飛行載具1移動速度趨近於零時，判斷模組102可判定無人飛行載具1此時已達上拋路徑之最高點，此時地心引力之重力作用將大於使用者對無人飛行載具1施予之上拋作用力，若此時無人飛行載具1之螺旋槳馬達14未進行運轉，將致使無人飛行載具1開始向地面墜落。若無人飛行載具機身向上拋升速度趨近於零，則執行步驟S25。若無人飛行載具機身向上拋升速度未趨近於零，則繼續執行步驟S23。
步驟S25，計算模組103依據電子陀螺儀12偵測出的無人飛行載具1機身相對於空間X、Y、Z三軸之水平狀態資料計算各位置螺旋槳14馬達所需調整之轉速平衡資料。如圖6所示，當被拋出之無人飛行載具1之向上拋升速度受重力持續抵消至機體移動速度趨近於零時，此時無人飛行載具1達到上拋路徑之最高點時，平衡模組104將立即啟動致動單元13使無人飛行載具1各位置螺旋槳馬14達進行運轉。同時，計算模組103持續依據電子陀螺儀12測得無人飛行載具1相對於空間三軸之水平狀態的最新數據資料來判斷無人飛行載具1機身之傾斜情形，不斷計算出無人飛行載具1各位置螺旋槳馬達14相對應調整之轉速等平衡數據資料。
步驟S26，平衡模組104驅動致動單元13根據所述轉速平衡資料即時調整無人飛行載具1各位置螺旋槳馬達14之轉速狀況，以保持無人飛行載具1處於水平懸浮平衡狀態。於本實施例中，當無人飛行載具達到上拋路徑之最高點過程中，平衡模組104透過致動單元13依據所述電子陀螺儀測得的最新平衡狀態數據即時主動修正無人飛行載具1各位置螺旋槳馬達14之轉速狀況，以維持無人飛行載具1機身懸停於上拋之最高點位置，且保持水平懸浮平衡狀態。
如圖7所示，假設當無人飛行載具1受使用者上拋達到最高點時，若電子陀螺儀12測得無人飛行載具1機身向左傾斜，爲使無人飛行載具1機身主動懸停於一平衡狀態，平衡模組104便可推算應加強無人飛行載具1之A螺旋槳馬達之轉速，並於啟動無人飛行載具1其它各位置B、C、D螺旋槳馬達運作之同時，透過致動單元13調整以增加A螺旋槳馬達之轉速。同理，若電子陀螺儀12測得無人飛行載具1機身出現向右之傾斜狀況，平衡模組104將即時推算出應加強無人飛行載具1之C、D螺旋槳馬達之轉速，並於啟動無人飛行載具1其它各位置A、B螺旋槳馬達運作之同時，即時透過致動單元14加強C、D螺旋槳馬達之轉速，以確保在使用者操控無人飛行載具1飛行前，無人飛行載具1得以持續懸停於上拋路徑之最高點位置，且保持水平懸浮平衡狀態。平衡模組104將不斷進行上述動作，不斷按照電子陀螺儀12所測得之無人飛行載具1最新平衡數據修正螺旋槳馬達14之轉速，以保持無人飛行載具1持續處於水平懸浮平衡狀態。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，且已達廣泛之使用功效，凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成之均等轉換或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍內。
1‧‧‧無人飛行載具
10‧‧‧無人飛行載具自動啟動系統
101‧‧‧偵測模組
102‧‧‧判斷模組
103‧‧‧計算模組
104‧‧‧平衡模組
11‧‧‧加速度感測器
12‧‧‧電子陀螺儀
13‧‧‧致動單元
14‧‧‧螺旋槳馬達
15‧‧‧儲存裝置
16‧‧‧微處理器
無
1‧‧‧無人飛行載具
10‧‧‧無人飛行載具自動啟動系統
101‧‧‧偵測模組
102‧‧‧判斷模組
103‧‧‧計算模組
104‧‧‧平衡模組
11‧‧‧加速度感測器
12‧‧‧電子陀螺儀
13‧‧‧致動單元
14‧‧‧螺旋槳馬達
15‧‧‧儲存裝置
16‧‧‧微處理器

Claims (10)

  1. 一種無人飛行載具自動啟動系統，該無人飛行載具包括致動單元及螺旋槳馬達，其中，所述之無人飛行載具自動啟動系統包括：
    偵測模組，用於當無人飛行載具被使用者向上拋出時，藉由無人飛行載具內建之電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀況進行偵測以取得無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料；
    計算模組，用於依據電子陀螺儀偵測出的無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料計算各位置螺旋槳馬達所需調整之轉速平衡資料；及
    平衡模組，用於驅動無人飛行載具之致動單元根據所述轉速平衡資料即時調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以保持無人飛行載具處於水平懸浮平衡狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具自動啟動系統，其中，當無人飛行載具之電源開啟時，所述之偵測模組還用於藉由無人飛行載具內建之加速度感測器持續針對無人飛行載具之狀態進行偵測以取得無人飛行載具之移動量，並藉由所述電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀態進行偵測以取得無人飛行載具之傾斜方向及傾斜角度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之無人飛行載具自動啟動系統，其中，所述之偵測模組還用於根據所述加速度感測器偵測出的無人飛行載具之移動量判斷無人飛行載具是否被使用者向上拋出，或者根據所述電子陀螺儀偵測出的無人飛行載具之傾斜方向及傾斜角度判斷無人飛行載具是否被使用者向上拋出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具自動啟動系統，該系統還包括判斷模組，其中，當無人飛行載具是否被使用者向上拋出時，所述之偵測模組還用於藉由無人飛行載具內建之加速度感測器持續偵測無人飛行載具之向上拋升速度，及所述之判斷模組判斷判斷無人飛行載具之向上拋升速度是否趨近於零。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無人飛行載具自動啟動系統，其中，當無人飛行載具之向上拋升速度趨近於零過程中，所述之平衡模組透過致動單元根據所述電子陀螺儀測得的最新平衡狀態數據即時修正無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以維持無人飛行載具懸停於上拋之最高點位置且保持水平懸浮平衡狀態。
  6. 一種無人飛行載具自動啟動方法，該無人飛行載具包括致動單元及螺旋槳馬達，該方法包括步驟：
    當無人飛行載具被使用者向上拋出時，藉由無人飛行載具內建之電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀況進行偵測以取得無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料；
    依據電子陀螺儀偵測出的無人飛行載具機身相對於空間三軸之水平狀態資料計算各位置螺旋槳馬達所需調整之轉速平衡資料；及
    驅動無人飛行載具之致動單元根據所述轉速平衡資料即時調整無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以保持無人飛行載具處於水平懸浮平衡狀態。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具自動啟動方法，該方法還包括步驟：
    當無人飛行載具之電源開啟時，藉由無人飛行載具內建之加速度感測器持續針對無人飛行載具之狀態進行偵測以取得無人飛行載具之移動量，並藉由所述電子陀螺儀對無人飛行載具機身之傾斜狀態進行偵測以取得無人飛行載具之傾斜方向及傾斜角度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之無人飛行載具自動啟動方法，該方法還包括步驟：根據所述加速度感測器偵測出的無人飛行載具之移動量判斷無人飛行載具是否被使用者向上拋出，或根據所述電子陀螺儀偵測出的無人飛行載具之傾斜方向及傾斜角度判斷無人飛行載具是否被使用者向上拋出。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具自動啟動方法，該方法還包括步驟：當無人飛行載具被使用者向上拋出時，藉由無人飛行載具內建之加速度感測器持續偵測無人飛行載具之向上拋升速度，並判斷無人飛行載具之向上拋升速度是否趨近於零。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之無人飛行載具自動啟動方法，該方法還包括步驟：當無人飛行載具之向上拋升速度趨近於零過程中，根據所述電子陀螺儀測得的最新平衡狀態數據即時修正無人飛行載具各位置螺旋槳馬達之轉速狀況，以維持無人飛行載具懸停於上拋之最高點位置且保持水平懸浮平衡狀態。
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