TWI779215B - 在飛行控制器信號丟失後對機器人運載工具進行控制的方法和經配置成執行此方法的機器人運載工具 - Google Patents

在飛行控制器信號丟失後對機器人運載工具進行控制的方法和經配置成執行此方法的機器人運載工具 Download PDF

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Abstract

各種實施例包括用於控制機器人運載工具的設備和方法。機器人運載工具的每個電子速度控制器(ESC)可以從機器人運載工具的飛行控制器或者另一個處理設備接收開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，每個ESC可以將所提供的開放迴路飛行控制資訊儲存在記憶體中。回應於偵測來自飛行控制器的控制信號的丟失，每個ESC可以存取所儲存的開放迴路飛行控制資訊，以及基於開放迴路飛行控制資訊執行對與每個ESC相關聯的發動機的控制。開放迴路飛行控制資訊可以是將在一個時段中被執行的發動機控制指令的序列或者使每個ESC能夠產生發動機控制指令的序列的經參數化的資訊或者運載工具狀態資訊。

Description

在飛行控制器信號丟失後對機器人運載工具進行控制的方法 和經配置成執行此方法的機器人運載工具
本發明領域為機器人運載工具控制。
機器人運載工具(例如，「UAV」或者「無人機」)通常是由處置機器人運載工具的眾多功能(諸如，飛行控制和導航、對感測器資料(例如，來自照相機、聲納、陀螺儀、加速度計等的輸入)進行處理、接收和處理GPS信號、對無線電裝置進行控制以用於通訊等)的強大的主處理器控制的。
旋翼機型機器人運載工具(亦即，由「直升機」型旋翼推進的機器人運載工具)正在被日益廣泛地使用。旋翼機機器人運載工具的主處理器包括特別處置飛行操作的飛行控制器。然而，許多多旋翼航空機器人運載工具是動態不穩定的，並且在正常操作期間，此種機器人運載工具依賴於由主(飛行)控制器進行的主動控制來使用多種多樣的機載感測器(諸如，加速度計、陀螺儀、氣壓計、GPS接收器、磁力計和其他合適的感測器)使姿態、方位和速度控制穩定和閉合迴路。為了達到閉合迴路飛行控制，經由使用感測器資料的組合，主處理器持續地計算和向電子速度控制器(ESC)發送發動機行為或者狀態資訊（例如，功率、每分鐘的轉數（RPM）或者其他合適的資訊）。ESC接收該發動機行為或者狀態資訊，並且應用閉合迴路發動機控制技術來達到每個發動機的期望的狀態，因此執行閉合迴路飛行控制中的最後的步驟。
各種實施例包括可以在機器人運載工具的處理設備和電子速度控制器（ESC）內被實現的用於實現對機器人運載工具的開放迴路控制（例如，在來自飛行控制器的控制信號丟失之後）的方法。各種實施例可以包括：由機器人運載工具的每個ESC接收開放迴路飛行控制資訊；及，由每個ESC回應於偵測來自飛行控制器的控制信號的丟失，基於開放迴路飛行控制資訊執行對與每個ESC相關聯的發動機的控制。在一些實施例中，由每個ESC基於開放迴路飛行控制資訊執行對與每個ESC相關聯的發動機的控制可以包括：由每個ESC基於開放迴路飛行控制資訊調整對與ESC相關聯的發動機的閉合迴路控制。
在一些實施例中，被每個ESC接收的開放迴路飛行控制資訊可以包括發動機控制指令的序列；並且，基於開放迴路飛行控制資訊執行對與每個ESC相關聯的發動機的控制可以包括：執行發動機控制指令的序列。
在一些實施例中，用於每個ESC的開放迴路飛行控制資訊可以包括對發動機控制指令的時間序列的參數化；並且，由每個ESC基於開放迴路飛行控制資訊執行對與每個ESC相關聯的發動機的控制可以包括每個ESC基於對發動機控制指令的時間序列的參數化決定發動機控制指令的序列，以及執行發動機控制指令的序列。
在一些實施例中，基於開放迴路飛行控制資訊執行對與每個ESC相關聯的發動機的開放迴路飛行控制可以包括：由每個ESC基於開放迴路飛行控制資訊決定用於與ESC相關聯的發動機的發動機控制指令；及，由每個ESC執行所決定的發動機控制指令。
在一些實施例中，被每個ESC接收的開放迴路飛行控制資訊可以包括運載工具狀態資訊；並且，基於開放迴路飛行控制資訊決定用於與ESC相關聯的發動機的發動機控制指令可以包括：由每個ESC基於運載工具狀態資訊決定用於執行對控制信號丟失事件的合適回應的發動機控制指令。此種實施例可以進一步包括：由每個ESC定期從飛行控制器接收運載工具狀態資訊。
一些實施例可以進一步包括機器人運載工具的處理設備執行以下操作：決定運載工具狀態資訊；基於運載工具狀態資訊決定用於每個ESC的開放迴路飛行控制資訊；及，將所決定的開放迴路飛行控制資訊提供給每個ESC。在此種實施例中，由機器人運載工具的每個ESC從飛行控制器接收開放迴路飛行控制資訊可以包括每個ESC執行以下操作：從處理設備接收開放迴路飛行控制資訊；及，將所接收的開放迴路飛行控制資訊儲存在可以被ESC存取的記憶體中。在此種實施例中，將所決定的開放迴路飛行控制資訊提供給每個ESC可以包括：由處理設備將所決定的開放迴路飛行控制資訊儲存在可以被每個ESC存取的記憶體中；並且，由每個ESC接收開放迴路飛行控制資訊可以包括：每個ESC能存取處理設備將所決定的開放迴路飛行控制資訊儲存在其中的記憶體。
在一些實施例中，基於運載工具狀態資訊決定用於每個ESC的開放迴路飛行控制資訊可以包括處理設備執行以下操作：基於運載工具狀態資訊決定機器人運載工具對控制信號丟失事件的合適回應；基於所決定的合適回應決定用於每個ESC的發動機控制指令的序列；及，將發動機控制指令的相應的序列提供給每個ESC，其中由每個ESC接收開放迴路飛行控制資訊可以包括：從處理設備接收發動機控制指令的相應的序列。在此種實施例中，基於所決定的合適回應決定用於每個ESC的發動機控制指令的序列可以包括：處理設備從運載工具狀態資訊開始回應於ESC指令的序列執行對機器人運載工具行為的提前模擬，以決定將使機器人運載工具處於將使機器人運載工具能夠達到受控著陸或者最小化對機器人運載工具的損壞的朝向的發動機控制指令的序列。
進一步的實施例包括具有被配置為執行上面概述的方法中的任一種方法的操作的處理設備和一或多個ESC的機器人運載工具。進一步的實施例包括被配置為執行上面概述的方法中的任一種方法的操作的ESC。進一步的實施例包括用於在機器人運載工具中使用的被配置為執行上面概述的方法中的任一種方法的操作的處理設備。
將參考附圖詳細描述各種實施例。在任何可能的地方，相同的元件符號將貫穿附圖被用於指相同或者相似的部分。對具體的實例和實施例作出的引用是出於說明的目的的，並且不意欲限制請求項的範圍。
各種實施例經由提供決定在飛行控制器故障的情況下將被ESC執行的故障安全飛行控制指令的序列的方法和被配置執行該等方法的機器人運載工具飛行控制器和ESC來改進機器人運載工具的功能和可靠性。在各種實施例中，回應於偵測來自飛行控制器的控制信號的丟失，ESC可以使用所決定的開放迴路飛行控制指令控制一或多個相關聯的發動機。
機器人運載工具的主或者飛行控制器通常是能夠控制機器人運載工具的許多功能（諸如，飛行控制和導航、處理感測器資料（例如，來自照相機、聲納、陀螺儀、加速度計等的輸入）、接收和處理GPS信號、控制無線電裝置以用於通訊等）的穩健的處理設備。主或者飛行控制器可以包括具有記憶體、資料介面、航空電子感測器和處理器以及其他的被配置為監視和控制機器人運載工具的各種部件和功能的部件的穩健的處理設備。主控制器可以被實現為「片上系統」（SOC），SOC是單個包裝或者組件內的互連的電子電路的集合，其通常但不僅僅包括一或多個處理器、記憶體、通訊介面和儲存裝置記憶體介面。機器人運載工具經由包括日益複雜的硬體部件和基於軟體的功能來利用此種主控制器的能力。隨著機器人運載工具部件和功能的複雜度提高，引起來自主控制器的控制信號的丟失的硬體或者軟體故障的可能性亦提高。
許多多旋翼航空機器人運載工具是動態不穩定的，並且在正常操作期間，此種機器人運載工具依賴於由主（飛行）控制器進行的主動控制來使用多種多樣的機載感測器（諸如，加速度計、陀螺儀、氣壓計、GPS接收器、磁力計和其他合適的感測器）使姿態、方位和速度控制穩定和閉合迴路。在一些情況下，主或者飛行控制器經由持續地向對驅動旋翼的發動機進行供電和控制的電子速度控制器（ESC）發送RPM或者其他的控制信號來控制旋翼速度。為了達到閉合迴路飛行控制，經由使用感測器資料的組合，主或者飛行控制器持續地計算和向電子速度控制器（ESC）發送發動機行為或者狀態資訊（例如，功率、RPM或者其他合適的資訊）。ESC接收該發動機行為或者狀態資訊，並且應用閉合迴路發動機控制技術來達到每個發動機的期望的狀態，因此執行閉合迴路飛行控制中的最後的步驟。在來自主或者飛行控制器的控制信號丟失（例如，由於處理器系統故障、通訊匯流排故障等）的情況下，旋翼機機器人運載工具可以迅速地變得不穩定。此種不穩定性可能導致產生受控飛行的丟失、不穩定的操縱和可能傷害人類或者動物的碰撞，以及潛在地損壞機器人運載工具或者其他財產。此種控制信號丟失可能由於多種多樣的原因而發生，包括導致產生處理器熄火或者重啟的主或者飛行控制器中的軟體問題、主或者飛行控制器或者向ESC傳送控制信號的電路中的故障等。
各種實施例提供在來自飛行控制器的控制信號被中斷時對機器人運載工具進行控制的方法和被配置為執行該等方法的ESC。在各種實施例中，不時地，每個ESC可以從飛行控制器接收開放迴路飛行控制資訊，每個ESC可以將開放迴路飛行控制資訊儲存在與ESC相關聯的記憶體中。回應於來自飛行控制器的控制信號的中斷，每個ESC可以獨立地存取所儲存的開放迴路飛行控制資訊和基於開放迴路飛行控制資訊執行獨立地執行對相關聯的發動機的控制（亦即，在沒有對飛行控制行為的回饋的情況下）。由於對機器人運載工具發動機的開放迴路飛行控制不可以對運載工具姿態的變更作出反應，所以由ESC進行的此種開放迴路飛行控制可能被限於用於為了緊急迫降對機器人運載工具進行定位或者擺姿勢（例如，降落傘回收）的短暫操縱或者直到（例如，在重啟之後）再次從飛行控制器接收控制信號之前的臨時控制。
如本文中使用的，「開放迴路飛行控制」表示不使用用於達到期望的閉合迴路飛行控制的感測器回饋的情況下的對機器人運載工具的飛行控制。例如，在沒有來自加速度計、陀螺儀和其他的感測器的資訊的情況下，機器人運載工具可以嘗試「盲目地」（亦即，在沒有感測器資訊的情況下）飛行，而ESC仍然根據發動機方位感測器或無感測器償技術擁有對各個發動機的控制和知道其狀態。「開放迴路飛行控制資訊」指使ESC能夠執行對相關聯的發動機的開放迴路飛行控制（諸如，為了達到非平凡開放迴路飛行控制行為的發動機控制）的資訊。平凡開放迴路飛行控制的一個實例是繼續執行最後的已知的有效發動機命令。平凡開放迴路飛行控制的另一個實例是簡單地停止發動機。由於ESC在實現開放迴路飛行控制指令時從發動機接收資訊和執行對發動機的閉合迴路控制，所以開放迴路飛行控制資訊是可由ESC根據對各個發動機的控制進行區分的。在一些實施例中，除了飛行操作所需的正常通訊之外，飛行控制器可以向一或多個ESC提供開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，一或多個ESC可以儲存開放迴路飛行控制資訊，以及在來自飛行控制器的飛行控制信號丟失的情況下使用開放迴路飛行控制資訊來執行對機器人運載工具的一或多個發動機的閉合迴路控制。
在一些實施例中，開放迴路飛行控制資訊可以包括發動機控制指令。在一些實施例中，發動機控制指令可以包括將在一個時段（例如，1-2秒）中被應用於相對應的發動機的一系列發動機速度（例如，以RPM計）。在一些實施例中，開放迴路飛行控制資訊可以包括與從飛行控制器接收的正常控制指令類似的一段時間中的發動機控制指令的序列。在一些實施例中，開放迴路飛行控制資訊可以包括具有與即時ESC控制（例如，以RPM計）相同的格式的ESC命令的經時間參數化的陣列。例如，飛行控制器可以預先決定用於在給定機器人運載工具的當前的姿態、速度和海拔高度的情況下對控制信號丟失事件作出回應的適合於每個ESC的發動機控制指令，並且將所預先決定的發動機控制指令發送給每個ESC（例如，發送給每個ESC的處理器）以便儲存在本機存放區器中。飛行控制器可以經由基於機器人運載工具的狀態資訊（諸如，海拔高度、縱搖、速度、當前的發動機RPM及/或其他類似的狀態資訊）決定對控制信號丟失事件的合適的運載工具回應和預先計算在被ESC獨立地執行時將導致機器人運載工具執行該回應的發動機控制指令的序列來決定用於每個ESC的發動機控制指令。
在一些實施例中，用於每個ESC的開放迴路飛行控制資訊可以被格式化為對發動機控制指令的時間序列的參數化。例如，飛行控制器可以諸如經由決定可以被用於對發動機控制指令進行參數化的多項式的序列和經由向每個ESC發送多項式的係數而非發送發動機控制指令的完整陣列來壓縮發動機控制指令的序列。
在一些實施例中，每個ESC可以將所決定的發動機控制指令儲存在記憶體中，並且在飛行控制器信號丟失的情況下，每個ESC可以檢索發動機控制指令，並且控制其相關聯的發動機。
在一些實施例中，由飛行控制器提供給每個ESC的開放迴路飛行控制資訊可以包括使每個ESC能夠獨自決定用於執行對控制信號丟失事件的合適回應的合適的發動機控制系列的關於機器人運載工具的狀態資訊。此種狀態資訊可以例如包括運載工具的海拔高度（例如，縱搖、橫搖和偏航角）、速度、海拔高度、當前的發動機RPM及/或其他類似的狀態資訊。每個ESC可以儲存所接收的狀態資訊，並且回應於偵測飛行控制器信號的丟失，每個ESC可以檢索狀態資訊，並且使用狀態資訊來產生用於建立對其相關聯的發動機的控制的發動機控制信號。在一些實施例中，開放迴路飛行控制資訊可以使每個ESC能夠產生用於相對短的時段（例如，一秒或者多秒內）的發動機控制指令。
在一些實施例中，飛行控制器（或者ESC控制器）可以決定用於遵循預定的故障安全軌跡、將機器人運載工具置於具體的故障安全狀態下或者用於執行具體的故障安全行動的發動機控制指令。例如，飛行控制器（或者ESC控制器）可以決定將把機器人運載工具帶到一個水平飛行姿態並且隨後關閉發動機的發動機控制指令。作為另一個實例，飛行控制器（或者ESC控制器）可以決定用於降低機器人運載工具的速度及/或在指定的海拔高度處趨平的發動機控制指令。作為另一個實例，飛行控制器（或者ESC控制器）可以決定用於上升到指定的海拔高度（視具體情況）、停止發動機和部署降落傘的發動機控制指令。作為另一個實例，飛行控制器（或者ESC控制器）可以決定用於以使得使螺旋槳與發動機分離（例如，經由被旋開）的方式停止發動機和部署降落傘的發動機控制指令。實現各種實施例的飛行控制器信號丟失情況下的其他形式的操縱是可能的。
可以於在多種多樣的通訊系統100內操作的機器人運載工具內實現各種實施例，在圖1中圖示通訊系統100的一個實例。參考圖1，通訊系統100可以包括機器人運載工具102、基地台104、存取點106、通訊網路108和網路元件110。
基地台104和存取點106可以分別經由有線的及/或無線的通訊回載116和118提供用於存取通訊網路108的無線通訊。基地台104可以包括被配置為在廣域（例如，巨集細胞）以及小型細胞中提供無線通訊的基地台，小型細胞可以包括微細胞、毫微微細胞、微微細胞和其他類似的網路存取點。存取點106可以被配置為在相對較小的區域中提供無線通訊。基地台和存取點的其他的實例亦是可能的。
機器人運載工具102可以經由無線通訊鏈路112與基地台104通訊，以及經由無線通訊鏈路114與存取點106通訊。無線通訊鏈路112和114可以包括複數個載波信號、頻率或者頻帶，該等載波信號、頻率或者頻帶之每一個載波信號、頻率或者頻帶可以包括複數個邏輯通道。無線通訊鏈路112和114可以使用一或多個無線電存取技術（RAT）。可以被用在無線通訊鏈路中的RAT的實例包括3GPP長期進化（LTE）、3G、4G、5G、全球行動系統（GSM）、分碼多工存取（CDMA）、寬頻分碼多工存取（WCDMA）、全球互通微波存取（WiMAX）、分時多工存取（TDMA）和其他的行動電話通訊技術蜂巢RAT。可以被用在通訊系統100內的各種無線通訊鏈路中的一或多個無線通訊鏈路中的RAT的進一步的實例包括中距協定（諸如，Wi-Fi、LTE-U、LTE-直接、LAA、MuLTEfire）和相對短距的RAT（諸如，ZigBee、藍芽和藍芽低能量（LE））。
網路元件110可以包括網路伺服器或者另一個類似的網路元件。網路元件110可以經由通訊鏈路122與通訊網路108通訊。機器人運載工具102和網路元件110可以經由通訊網路108進行通訊。網路元件110可以為機器人運載工具102提供多種多樣的資訊（諸如，導航資訊、氣象資訊、關於環境條件的資訊、行動控制指令和其他的與機器人運載工具102的操作相關的資訊、指令或者命令）。
在各種實施例中，機器人運載工具可以包括航空機器人運載工具的有翼的或者旋翼機品種。圖2圖示使用多個旋翼202的航空機器人運載工具200的一個實例，此多個旋翼202由相對應的發動機驅動以提供離地升空（或者起飛）以及其他的航空動作（例如，前向推進、上升、下降、橫向移動、傾斜、旋轉等）。機器人運載工具200是作為可以使用各種實施例的機器人運載工具的一個實例被說明的，而不意欲暗示或者要求各種實施例限於航空機器人運載工具或者旋翼機機器人運載工具。各種實施例可以被用於與使用ESC的有翼型機器人運載工具、基於陸地的自主運載工具和水上的自主運載工具。
參考圖1和2，機器人運載工具200可以是與機器人運載工具102類似的。機器人運載工具200可以包括一些旋翼202、機架204和起落柱206或者滑橇。機架204可以為與旋翼202相關聯的發動機提供結構性支撐。起落柱206可以支援機器人運載工具200的部件的組合的最大載荷重量（以及，在一些情況下，有效載荷）。為了易於描述和說明，省略了機器人運載工具200的一些詳細的態樣（諸如，連線、機架結構互連或者其他的對於本領域的技藝人士將是已知的的特徵）。例如，儘管機器人運載工具200被顯示和描述為具有機架204，機架204具有一些支撐構件或者機架結構，但可以使用模製機架來構造機器人運載工具200，其中經由模製結構來獲得支撐。儘管所圖示的機器人運載工具200具有四個旋翼202，但此僅是示例性的，並且各種實施例可以包括多於或者少於四個的旋翼202。
機器人運載工具200可以進一步包括控制單元210，控制單元210可以容納被用於為機器人運載工具200供電和控制機器人運載工具200的操作的各種電路和設備。控制單元210可以包括飛行控制器220、功率模組230、感測器240、一或多個照相機244、輸出模組250、輸入模組260和無線電裝置270。
飛行控制器220可以包括被配置為具有用於控制機器人運載工具200的操縱和其他的操作的處理器可執行指令的處理設備221。處理設備221可以是多核處理器或者多處理器組件。飛行控制器220可以亦包括（例如，作為SOC）或者被耦合到導航單元222、記憶體224、慣性感測器/陀螺儀/加速度計單元226（其可以包括加速度計、陀螺儀、磁力計、慣性量測單元和其他類似的部件）和航空電子模組228，該等部件全部被耦合到處理設備221。飛行控制器220及/或導航單元222可以被配置為經由無線連接（例如，蜂巢資料網路）與伺服器通訊以接收在導航中有用的資料、提供即時定位報告和對資料進行評估。
航空電子模組228可以被耦合到處理設備221及/或導航單元222，並且可以被配置為提供與操縱控制相關的資訊（諸如，海拔高度、姿態、空速、航向和導航單元222可以用於導航目的的類似資訊（諸如，全球導航衛星系統（GNSS）定位更新之間的航位推算））。陀螺儀/加速度計單元226可以包括加速度計、陀螺儀、慣性感測器或者其他類似的感測器。航空電子模組228可以包括陀螺儀/加速度計單元226或者從陀螺儀/加速度計單元226接收資料，陀螺儀/加速度計單元226提供可以在導航和定位計算中被使用的與機器人運載工具200的朝向和加速度有關的資料，以及提供在各種實施例中被用於對圖像進行處理的資料。
飛行控制器220可以進一步從諸如是圖像感測器或者光學感測器（例如，能夠感應可見光、紅外線、紫外線及/或其他波長的光的感測器）的此種感測器240接收額外的資訊。感測器240亦可以包括射頻（RF）感測器、氣壓計、濕度感測器、聲納發射器/偵測器、雷達發射器/偵測器、麥克風或者另一個聲學感測器、雷射雷達感測器、飛行時間（TOF）3-D照相機或者另一個可以提供可以被飛行控制器220用於移動操作、導航和定位計算和決定環境條件的資訊的感測器。感測器240亦可以包括被配置為偵測由機器人運載工具的一或多個部件產生的溫度的一或多個感測器（諸如，溫度計、熱敏電阻、熱電偶、正溫度係數感測器和其他的感測器部件）。
功率模組230可以為包括飛行控制器220、感測器240、一或多個照相機244、輸出模組250、輸入模組260和無線電裝置270的各種部件提供功率。另外，功率模組230可以包括諸如是可再充電電池的此種能量儲存部件。飛行控制器220可以被配置為具有用於諸如經由使用充電控制電路執行充電控制演算法來控制對功率模組230的充電（亦即，對所收集的能量的儲存）的處理器可執行指令。替換地或者額外地，功率模組230可以被配置為對其自身的充電進行管理。飛行控制器220可以被耦合到輸出模組250，輸出模組250可以輸出用於管理驅動旋翼202的發動機和其他的部件的控制信號。
可以在機器人運載工具200向目的地推進時經由控制旋翼202的各個發動機來控制機器人運載工具200。飛行控制器220可以從導航單元222接收資料，以及使用此種資料來決定機器人運載工具200的當前的定位和朝向以及去往目的地的合適的航線或者中間網站。在各種實施例中，導航單元222可以包括使機器人運載工具200能夠使用GNSS信號進行導航的GNSS接收器系統（例如，一或多個全球定位系統（GPS）接收器）。替換地或者另外，導航單元222可以被裝備為具有用於從無線電節點（諸如，導航信標（例如，超高頻（VHF）全向測距（VOR）信標）、Wi-Fi存取點、蜂巢網路網站、無線電站、遠端計算設備、其他的機器人運載工具等）接收導航信標或者其他的信號的無線電導航接收器。
無線電裝置270可以被配置為接收導航信號（諸如，來自航空導航設施等的信號），以及將此種信號提供給處理設備221及/或導航單元222以在機器人運載工具導航中提供輔助。在各種實施例中，導航單元222可以使用從位於地面上的可辨識的RF發射器（例如，AM/FM無線電站、Wi-Fi存取點和蜂巢網路基地台）接收的信號。
導航單元222可以包括規劃應用，規劃應用可以執行計算以便在容積空間內為機器人運載工具規劃行進的路徑（「路徑規劃」）。在一些實施例中，規劃應用可以使用資訊來執行路徑規劃，該等資訊包括關於將被機器人運載工具執行的任務的態樣的資訊、關於環境條件、可以被機器人運載工具的一或多個部件在執行任務時產生的熱量以及一或多個熱約束的資訊。
無線電裝置270可以包括數據機274和發射/接收天線272。無線電裝置270可以被配置為執行與多種多樣的通訊設備（例如，無線通訊設備（WCD）290）的無線通訊，無線通訊設備的實例包括無線電話基地台或者蜂巢塔（例如，基地台104）、網路存取點（例如，存取點106）、信標、智慧型電話、平板型設備或者機器人運載工具200可以與之通訊的另一個計算設備（諸如，網路元件110）。飛行控制器220可以經由無線裝置270的數據機274和天線272，以及無線通訊設備290經由發射/接收天線292建立雙向無線通訊鏈路294。在一些實施例中，無線電裝置270可以被配置為支援與使用不同無線電存取技術的不同無線通訊設備的多個連接。
在各種實施例中，無線通訊設備290可以經由中間存取點被連接到伺服器。在一個實例中，無線通訊設備290可以是機器人運載工具服務供應商、協力廠商服務（例如，包裹配送、帳單結算等）的伺服器或者網站通訊存取點。機器人運載工具200可以經由一或多個中間通訊鏈路（諸如，被耦合到廣域網（例如，網際網路）或者其他的通訊設備的無線電話網路）與伺服器通訊。在一些實施例中，機器人運載工具200可以包括和使用其他形式的無線通訊，諸如，與其他的機器人運載工具的網狀連接或者去往其他的資訊源（例如，氣球或者其他的用於收集及/或分佈氣象或者其他的收集資訊的資料的站）的連接。
在各種實施例中，控制單元210可以被裝備為具有輸入模組260，輸入模組260可以被用於多種多樣的應用。例如，輸入模組260可以從機載照相機244或者感測器接收圖像或者資料，或者可以從其他的部件（例如，有效載荷）接收電子信號。
儘管作為單獨的部件圖示控制單元210的各種部件，但該等部件（例如，飛行控制器220、輸出模組250、無線電裝置270和其他的單元）中的一些或者全部部件可以一起被整合到單個設備、電路板或者模組（諸如，SOC）中。
圖3圖示被整合為SOC的機器人運載工具飛行控制器220內的進一步的部件。參考圖1-3，飛行控制器220內的處理設備221可以包括一或多個處理器或者處理器核314、工作記憶體316、通訊介面318和儲存裝置記憶體介面320。儲存裝置記憶體介面320可以被配置為使處理器314能夠向儲存裝置記憶體324儲存資料和從儲存裝置記憶體324檢索資料，儲存裝置記憶體324可以如所圖示的一般被整合在飛行控制器220 SOC內，或者作為單獨的部件被連接。被配置為SOC的飛行控制器220可以包括通訊部件322，通訊部件322可以整合具有無線數據機274的無線電裝置270，無線數據機274被配置為連接到天線272以便建立無線通訊鏈路等。
被整合為SOC的飛行控制器220可以進一步包括硬體介面328，硬體介面328被配置為使處理設備221能夠與導航模組222、慣性感測器/陀螺儀/加速度計模組226和航空電子模組228對接，以及與機器人運載工具的各種部件通訊和控制機器人運載工具的各種部件。在一些實施例中，硬體介面328亦可以提供用於如下文進一步描述的一般向ESC提供開放迴路飛行控制資訊的去往一或多個ESC的輸出。
處理設備221可以包括多種不同類型的處理器314和處理器核，諸如，通用處理器、中央處理單元（CPU）、數位訊號處理器（DSP）、圖形處理單元（GPU）、加速處理單元（APU）、處理設備的具體的部件的子系統處理器（諸如，用於照相機子系統的影像處理器或者用於顯示器的顯示處理器）、輔助處理器、單核處理器和多核處理器。處理設備221可以進一步體現其他的硬體和硬體組合，諸如，現場可程式設計閘陣列（FPGA）、特殊應用積體電路（ASIC）、其他的可程式設計邏輯裝置、個別閘門邏輯、電晶體邏輯、效能監視硬體、看門狗硬體和時間參考。積體電路可以被配置為使得積體電路的部件常駐在單片半導體材料（諸如，矽）上。
飛行控制器220可以包括多於一個處理設備221，因此增加飛行控制器220內的處理器314和處理器核的數量。飛行控制器220亦可以包括不位於處理設備221內的其他的處理器（未圖示）。一或多個處理器314可以各自被配置為用於具體的目的，該等目的對於處理設備221或者飛行控制器220 SOC的不同的處理器314可以是相同的或者不同的。可以將具有相同的或者不同的配置的處理器314和處理器核中的一或多個處理器314和處理器核封包在一起。
處理設備221的工作記憶體316可以是被配置為用於儲存用於被處理器314存取的資料和處理器可執行指令的揮發性或者非揮發性記憶體。飛行控制器220及/或處理設備221可以包括被配置為儲存包括任務相關資料的用於各種目的的資料（例如，視訊資料、導航地圖、任務計畫等）的一或多個儲存裝置記憶體224。工作記憶體316可以包括諸如是隨機存取記憶體（RAM）或者主記憶體的此種揮發性記憶體和快取緩衝記憶體。
飛行控制器220和處理設備221的部件中的一些或者全部部件可以被不同地佈置及/或被組合，而仍然提供各種態樣的功能。飛行控制器220和處理設備221可以不限於該等部件之每一個部件的一個部件，並且可以在各種配置中包括每個部件的多個實例。進一步地，另一個處理設備（與221類似的）可以被包括在飛行控制器220內或者被耦合到飛行控制器220，並且被配置為執行與向ESC提供開放迴路飛行控制資訊相關聯的各種實施例的操作中的一些或者全部操作。為了易於引用，術語「處理設備」被通常用於指飛行控制器、飛行控制器內的處理器或者機器人運載工具內的被配置為執行各種實施例的操作的單獨的處理設備。
圖4是圖示適於與各種實施例一起使用的機器人運載工具400的部件的部件方塊圖。參考圖1-4，機器人運載工具400可以是與機器人運載工具102、200類似的。機器人運載工具400是作為機器人運載工具的一個實例被圖示的，而不意欲暗示或者要求各種實施例限於航空機器人運載工具或者旋翼機機器人運載工具。各種實施例可以與有翼型機器人運載工具、基於陸地的自主運載工具和水上的自主運載工具一起使用。
機器人運載工具400可以包括被耦合到控制單元210的一或多個電子速度控制器（ESC）402。ESC 402可以處置包括經由相對應的發動機404控制旋翼406之每一個旋翼406的操作的態樣的功能。ESC 402可以被耦合到功率模組230。功率模組230（例如，機載電池）可以被耦合到發動機404（例如，經由ESC 402）和飛行控制器220。每個發動機404可以是與相應的發動機驅動器402b和解碼器402a相關聯的。每個解碼器402a可以對從飛行控制器220去往相對應的發動機驅動器402b的信號（諸如，控制信號）進行解碼。
在正常操作中，飛行控制器220可以向ESC 402發送用於控制給驅動旋翼406之每一個旋翼406的發動機404的功率的控制信號。飛行控制器220可以經由被發送到每個ESC 402的控制信號單個地控制每個發動機404的速度。飛行控制器220可以以不同的旋轉速率驅動發動機404「向前」以產生不同的量的輔助推力，或者驅動發動機404「向後」以產生不同的量的混合氣動力。經由控制與旋翼406之每一個旋翼406相對應的單個發動機404的速度，飛行控制器220可以在機器人運載工具400向目的地前進及/或在各種飛行模式下操作時維持受控的飛行。
飛行控制器220通常是能夠控制機器人運載工具的許多功能（諸如，經由ESC 402對發動機404的控制，以及包括飛行控制、對感測器資料進行處理、接收和處理GPS信號、控制無線電裝置以用於通訊等的其他的操作）的穩健的處理設備。如在上面指出的，航空機器人運載工具的飛行操作期間的飛行控制器故障或者重啟的後果可以是災難性的，因為飛行控制器220將停止對ESC 402進行信號通知，使ESC停止對發動機404供電。在一些實施例中，來自飛行控制器220的控制信號的丟失可以包括來自導航單元222、慣性感測器/陀螺儀/加速度計單元226及/或航空電子模組228中的一項或多項的信號的丟失。
每個ESC 402可以包括一個ESC控制器408，ESC控制器408可以被耦合到相對應的記憶體408a。ESC控制器408可以被配置為（例如，經由輸出330）不時地從飛行控制器220或者另一個處理設備接收開放迴路飛行控制資訊。ESC控制器408可以將所接收的開放迴路飛行控制資訊儲存在記憶體408a中。在各種實施例中，回應於偵測來自飛行控制器220的控制信號已經被丟失，ESC控制器408可以被配置為取得對ESC 402的控制（亦即，開始向ESC 402發出發動機控制信號）。在此種實施例中，ESC控制器408可以從記憶體408a中檢索所儲存的開放迴路飛行控制資訊，以及可以經由ESC 402向發動機404發出發動機控制指令。如所描述的，在一些實施例中，ESC控制器408可以根據所儲存的之前從飛行控制器220或者另一個處理設備接收的指令的序列向發動機404發出發動機控制指令。在一些實施例中，ESC控制器408可以使用從飛行控制器220或者另一個處理設備接收的姿態資訊來產生和向發動機404發出發動機控制指令的序列。
圖5是圖示來自飛行控制器的控制信號丟失之後的運載工具軌跡的實例的圖，圖示一般機器人運載工具的軌跡500和實現各種實施例的機器人運載工具的軌跡550。參考圖1-5，處於飛行控制器210的控制之下的機器人運載工具（例如，102、200、400）在任意給定的瞬間可以處在動態狀態下（例如，從一個朝向轉移到另一個朝向）。
圖5圖示在飛行控制器故障之前執行相同的橫搖操縱的一般機器人運載工具（軌跡500）和實現各種實施例的機器人運載工具（軌跡550）兩者。因此，在所圖示的實例中，處在狀態502下的一般機器人運載工具和處在狀態552下的實現各種實施例的機器人運載工具處在非水平狀態下，而飛行控制器提供指引ESC控制飛行發動機引起繞縱搖軸的逆時針旋轉（用彎曲的箭頭指示）的主動飛行控制。
由飛行控制器在狀態502和552下命令的上仰導致機器人運載工具到達狀態504、554，在狀態504、554下，運載工具正在逼近水平朝向，但剛好在飛行控制故障之前仍然正在繞縱搖軸旋轉。
參考一般機器人運載工具的軌跡500，在飛行控制器故障的情況下（用虛線指示），機器人運載工具的ESC可以繼續執行回應於剛好在故障之前來自飛行控制器的控制信號產生的相同的發動機控制。在所圖示的實例中，此種發動機控制使機器人運載工具從狀態502到狀態504繞縱搖軸旋轉。因此，ESC繼續執行相同的發動機控制的結果將使機器人運載工具繼續繞縱搖軸旋轉地經由狀態506、508、510、512和514，導致受控飛行的丟失。
參考實現各種實施例的機器人運載工具的軌跡550，飛行控制器可以定期產生將在飛行控制信號丟失（例如，可能在飛行控制器故障、重啟或者暫停時發生）的情況下被執行的開放迴路飛行控制資訊553的集合。因此，除了向ESC發送引起從狀態552到狀態554的繞縱搖軸的旋轉的控制信號之外，飛行控制器可以向ESC提供開放迴路飛行控制資訊以便儲存在本機存放區器中（或者可以將資訊儲存在被ESC存取的記憶體中），並且ESC可以被配置為若來自飛行控制器的控制信號被丟失則存取並且實現所儲存的開放迴路飛行控制資訊。
在飛行控制器故障的情況下，每個ESC可以存取所儲存的開放迴路飛行控制資訊，並且在沒有來自加速度計、陀螺儀和其他的感測器的資訊的情況下基於開放迴路飛行控制資訊控制一或多個飛行發動機。例如，在剛好處在飛行控制器故障之後的狀態556下，ESC可以從記憶體獲取所儲存的開放迴路飛行控制資訊，並且在狀態558下開始控制相關聯的發動機逆轉存在於狀態554下的繞縱搖軸的旋轉，以及向水平飛行再調整機器人運載工具。除了經由在狀態556下引起繞縱搖軸的逆向旋轉力來逆轉存在於狀態554下的縱搖軸運動之外，所儲存的開放迴路飛行控制資訊可以包括用於ESC控制相關聯的發動機基本上取消或者減小在狀態下556下被引起的機器人運載工具繞縱搖軸的角速度的指令。因此，在剛好處在達到水平飛行之前的狀態558下，所儲存的開放迴路飛行控制資訊可以包括用於ESC控制相關聯的發動機短暫地引起繞縱搖軸的逆向旋轉力以使得機器人運載工具在達到狀態560下的水平飛行時是穩定的指令。
所儲存的開放迴路飛行控制資訊可以進一步包括用於ESC控制相關聯的發動機以均衡的方式（例如，具有用於避免引起縱搖或者橫搖的相等的速度）減少提升（或者停止）以使得機器人運載工具可以經由狀態562下降到狀態564下的著陸的指令。在一些實施例中，ESC可以隨後執行故障安全操作，諸如，如所圖示的一般在到達狀態560下的穩定（例如，水平的）朝向時停止發動機，使能夠進行狀態562和564下的在幾乎沒有或者沒有角速度的情況下的自由下落。經由飛行控制器產生此種開放迴路飛行控制資訊，機器人運載工具550能夠在飛行控制器故障時達到受控飛行狀態，特別是與在狀態514下所圖示的一般機器人運載工具的非受控飛行相反，此可以減少、最小化或者消除著陸或者撞擊時的損壞（狀態564）。
在各種實施例中，飛行控制器可以決定用於將機器人運載工具置於期望的狀態下的開放迴路飛行控制資訊。期望的狀態可以取決於機器人運載工具的初始狀態資訊（亦即，運載工具在開放迴路飛行控制資訊被產生時的狀態）而改變。在一些實施例中，飛行控制器可以產生和提供開放迴路飛行控制資訊，並且在提供正常的飛行控制信號或者指令的同時向一或多個ESC提供所決定的開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，飛行控制器可以決定（例如，未來的）複數個時間步進中的一或多個時間步進處的未來的發動機控制指令。
在各種實施例中，飛行控制器可以經由多種方式產生開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，飛行控制器可以使用機器人運載工具的數學模型基於運載工具的當前已知的狀態（例如，方位、朝向、線性速度和縱搖/橫搖/偏航角速度）投射或者預測未來的某個時段（例如，毫秒或者秒的時段）處的機器人運載工具的運動，並且產生將在所投射的未來的時間期間被ESC執行以達到鑒於所投射的運動的期望的飛行朝向（例如，水平的或者穩定的飛行）的合適的飛行控制指令。
在一些實施例中，飛行控制器可以使用機器人運載工具的數學模型來執行對機器人運載工具的運載工具動態的提前模擬，該提前模擬從當前的運載工具狀態開始執行ESC指令的序列，包括對運載工具對所儲存的飛行控制資訊的回應的模擬。在一些實施例中，飛行控制器可以從當前的狀態開始回應於ESC指令的序列執行對機器人運載工具行為的提前模擬，以決定將導致所預測的接下來的運載工具狀態的序列將使機器人運載工具進入期望的狀態的發動機控制指令的序列。
在一些實施例中，飛行控制器可以使用相同的飛行控制演算法來向ESC提供正常飛行操作信號或者命令，並且決定開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，飛行控制器可以結合一或多個飛行控制演算法使用從提前模擬中模擬出的運載工具狀態資訊來決定開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，在完成提前模擬之後，飛行控制器可以決定開放迴路飛行控制資訊，並且將所決定的開放迴路飛行控制資訊提供給一或多個ESC。
在一些實施例中，飛行控制器可以在不執行對運載工具動態和控制的明確的離散模擬的情況下決定開放迴路飛行控制資訊。例如，飛行控制器可以決定經時間參數化的用於對ESC進行控制的多項式形式的解決方案，該解決方案計算起來顯著更快，並且可以用更緊湊的形式來表示。與基於提前模擬所決定的開放迴路飛行控制資訊相比，此種經時間參數化的開放迴路飛行控制資訊對於決定或者產生和向一或多個ESC發送來說可能更高效。
圖6圖示根據各種實施例的一種控制機器人運載工具的方法600。參考圖1-6，方法600可以在機器人運載工具（例如，102、200、400）的硬體部件及/或軟體部件中被實現，機器人運載工具的操作可以是受飛行控制器（例如，220）或者機器人運載工具的另一個處理設備和ESC控制器（例如，408等）的控制的。
在方塊602中，飛行控制器或者另一個處理設備可以決定運載工具的狀態資訊。例如，飛行控制器可以作為正常飛行控制操作的一部分決定海拔高度、縱搖、速度、當前的發動機RPM及/或其他類似的狀態資訊中的一項或多項。作為另一個實例，另一個處理設備可以存取位於飛行控制器的記憶體內或者來自姿態感測器（例如，加速度計和陀螺儀）的飛行控制資訊。
在方塊604中，飛行控制器或者另一個處理設備可以將開放迴路飛行控制資訊提供給ESC控制器（例如，ESC控制器408）。開放迴路飛行控制資訊可以使ESC控制器能夠控制相關聯的發動機。例如，開放迴路飛行控制資訊可以是可以被每個ESC回應於控制信號丟失而執行的發動機控制指令的序列（或者經參數化的序列）。作為另一個實例，飛行控制器或者另一個處理設備可以決定適於被ESC控制器用於回應於來自飛行控制器的控制信號的丟失而產生發動機控制的姿態資訊。
在方塊606中，ESC可以將所提供的開放迴路飛行控制資訊儲存在記憶體（例如，記憶體408a）中。
方塊602-604中的操作可以由飛行控制器與對ESC進行的正常控制並行地定期執行。因此，儘管未在圖6中圖示，但飛行控制器可以向每個ESC發送用於直到某個引起方塊608中的來自飛行控制器的控制信號丟失的事件（例如，處理器重啟）之前皆維持受控飛行的發動機控制信號。
在決定方塊612中，ESC控制器可以決定是否偵測到來自飛行控制器的控制信號的丟失。
回應於決定未偵測到來自飛行控制器的控制信號的丟失（亦即，決定方塊612=「否」），ESC控制器可以繼續儲存從飛行控制器或者另一個處理設備接收的開放迴路飛行控制資訊。在一些實施例中，可以將所接收的開放迴路飛行控制資訊的每個集合儲存在記憶體中以替換（例如，覆蓋）之前所儲存的此種資訊的集合。
回應於決定來自飛行控制器的控制信號的丟失被偵測（亦即，決定方塊612=「是」），ESC控制器可以在方塊614中存取所儲存的開放迴路飛行控制資訊。
在方塊616中，ESC控制器可以基於開放迴路飛行控制資訊控制與ESC相關聯的一或多個發動機。在一些實施例中，ESC控制器可以基於開放迴路飛行控制資訊調整對與ESC相關聯的發動機或多個發動機的閉合迴路控制。
圖7圖示根據一些實施例的一種控制機器人運載工具的方法700。參考圖1-7，方法700可以在機器人運載工具（例如，102、200、400）的硬體部件及/或軟體部件中被實現，機器人運載工具的操作可以是受飛行控制器（例如，220）或者機器人運載工具的另一個處理設備和ESC控制器（例如，408等）的控制的。在方塊502、508和512中，飛行控制器或者另一個處理設備和ESC控制器分別可以執行如所描述的方法500的被類似地編號的方塊的操作。
在方塊702中，飛行控制器或者另一個處理設備可以基於所決定的運載工具狀態資訊決定對控制信號丟失事件的合適的機器人運載工具回應。合適的回應可以是最小化對其他的物體和人的風險及/或最小化對機器人運載工具的損壞的回應。例如，若運載工具狀態資訊指示機器人運載工具正在以高的速度移動，則合適的回應可以是在發動機被關閉之前減緩或者停止以避免撞上人或者物體。作為另一個實例，若運載工具狀態資訊指示機器人運載工具處在不穩定的姿態下，則合適的回應可以是在發動機被關閉之前使運載工具水平以實現更受控的向地面下降。作為另一個實例，若運載工具狀態資訊指示機器人運載工具接近於地面，則合適的回應可以是在發動機被關閉之前使運載工具水平並且下降以進行軟著陸。作為另一個實例，若運載工具狀態資訊指示機器人運載工具對於在發動機停止之前著陸太高但對於降落傘部署來說太低，則合適的回應可以是在發動機被關閉和降落傘被部署之前爬升到更高的海拔高度以實現軟著陸。可以基於當前的運載工具姿態資訊決定多種合適的回應，一個瞬間的對控制信號丟失事件的合適回應在幾秒之後當機器人運載工具的姿態、速度和海拔高度已經變更時可能是不合適的。在一些實施例中，飛行控制器或者另一個處理設備在決定對控制信號丟失事件的合適回應以避免撞上人、動物和其他物體時亦可以考慮其他的資訊（諸如，照相機圖像和地形圖）。
在方塊704中，飛行控制器或者另一個處理設備可以為每個ESC產生發動機控制指令，該發動機控制指令在被ESC以開放迴路方式執行時將使機器人運載工具執行所決定的對控制信號丟失事件的合適回應。例如，發動機控制指令可以包括將在控制信號丟失隨後的各種時刻處被達到的發動機速度（例如，以RPM計）。在一些實施例中，用於每個ESC的開放迴路飛行控制資訊可以包括對發動機控制指令的時間序列的參數化。例如，飛行控制器或者另一個處理設備可以對發動機控制指令的序列進行壓縮，該壓縮諸如經由決定可以被用於對發動機控制指令進行參數化的多項式的序列和經由向每個ESC發送多項式的係數而非發送發動機控制指令的完整陣列。在一些實施例中，開放迴路飛行控制資訊可以包括用於相對短的時段（例如，一秒或多秒的時段）的足夠數量的發動機控制指令。
在方塊706中，飛行控制器或者另一個處理設備可以將所產生的開放迴路飛行控制指令提供給每個ESC。該操作可以與去往每個ESC的正常控制信號的傳輸並行地被定期執行。
在方塊708中，每個ESC控制器可以在與該ESC相對應的記憶體中（例如，在該ESC內的記憶體中）儲存從飛行控制器接收的開放迴路飛行控制指令。
在決定方塊512中，每個ESC控制器可以決定是否來自飛行控制器的控制信號已經被丟失。只要控制信號繼續從飛行控制器被接收（亦即，決定方塊512=「否」），每個ESC控制器就繼續在方塊708中接收和儲存來自飛行控制器或者另一個處理設備的開放迴路飛行控制指令。以此方式，新鮮的開放迴路飛行控制指令被定期接收和儲存在記憶體中以使得ESC始終準備好對控制信號丟失事件作出回應。
回應於偵測到來自飛行控制器的控制信號的丟失（亦即，決定方塊512=「是」），每個ESC控制器可以存取所儲存的開放迴路飛行控制指令，並且在方塊712中經由執行開放迴路飛行控制指令來執行對與ESC相關聯的發動機的控制。因此，每個ESC可以就像指令是由飛行控制器或者另一個處理設備發出的一般執行所儲存的開放迴路飛行控制指令的序列。在一些實施例中，ESC控制器可以基於在方塊710中被存取的被儲存在記憶體中的經參數化的資訊決定在方塊712中被執行的開放迴路飛行控制指令。在一些實施例中，ESC控制器可以經由對在方塊710中被存取的被儲存在記憶體中的資訊執行其他的操作（諸如，對以經壓縮的格式被儲存的指令進行解壓）來決定在方塊712中被執行的開放迴路飛行控制指令。在一些實施例中，每個ESC可以基於開放迴路飛行控制資訊調整對相關聯的發動機的閉合迴路控制。一旦全部所儲存的開放迴路飛行控制指令已經被執行，則ESC可以執行另一個操作（諸如，降低發動機的功率）。
圖8圖示根據各種實施例的一種控制機器人運載工具的方法800。參考圖1-8，方法800可以在機器人運載工具（例如，102、200、400）的硬體部件及/或軟體部件中被實現，機器人運載工具的操作可以是受飛行控制器（例如，220）或者機器人運載工具的另一個處理設備和ESC控制器（例如，408等）的控制的。在方塊502-514中，飛行控制器或者另一個處理設備和ESC控制器分別可以執行如所描述的方法500的被類似地編號的方塊的操作。
在方塊802中，飛行控制器或者另一個處理設備可以基於在方塊502中所決定的運載工具資訊的至少一個子集定期向每個ESC提供運載工具狀態資訊。例如，飛行控制器或者另一個處理設備可以為每個ESC提供機器人運載工具的當前的橫搖、縱搖和偏航角以及空速和海拔高度資訊。被提供給每個ESC的運載工具狀態資訊的子集可以是特別適於使每個ESC控制器能夠決定對控制信號丟失事件的合適回應的資訊。在一些實施例中，此種狀態資訊可以包括例如海拔高度、縱搖、速度、當前的發動機RPM及/或其他類似的狀態資訊。
在方塊804中，每個ESC控制器可以將從飛行控制器或者另一個處理設備接收的運載工具狀態資訊儲存在記憶體中。
在決定方塊512中，每個ESC控制器可以決定是否來自飛行控制器的控制信號已經被丟失。只要控制信號繼續從飛行控制器被接收（亦即，決定方塊512=「否」），每個ESC控制器就繼續在方塊804中接收和儲存來自飛行控制器或者另一個處理設備的運載工具狀態資訊。以此方式，新鮮的運載工具狀態資訊被定期接收和儲存在記憶體中以使得ESC始終被裝備為具有當前的運載工具狀態資訊以對控制信號丟失事件作出回應。
回應於偵測到來自飛行控制器的控制信號的丟失（亦即，決定方塊512=「是」），每個ESC控制器可以在方塊806中存取所儲存的運載工具狀態資訊。
在方塊808中，每個ESC控制器可以基於所儲存的運載工具狀態資訊決定用於相關聯的發動機對控制信號丟失事件作出回應的合適的發動機控制指令。在一些實施例中，每個ESC控制器可以決定用於其相關聯的發動機的一系列發動機控制指令，此一系列發動機控制指令在被ESC中的全部ESC獨立執行時將使機器人運載工具執行在全部發動機被關閉之前將運載工具置於更安全的狀況下的操縱。回應於控制信號丟失而將被執行的合適的操縱可以取決於當前的運載工具姿態（例如，縱搖、橫搖和偏航）、速度和海拔高度。在一些實施例中，每個ESC控制器可以對當前的運載工具狀態資訊應用和演算法以產生合適的發動機控制指令系列。在一些實施例中，每個ESC控制器可以在表檢視操作中使用當前的運載工具狀態資訊以從與運載工具狀態相關的指令的資料庫中獲取合適的發動機控制指令系列。
在方塊810中，ESC控制器可以經由執行所決定的開放迴路飛行控制指令來執行對相關聯的發動機或多個發動機的開放迴路飛行控制。在方塊808中所決定的和執行810中的發動機控制指令的數量或者持續時間可以是足以在全部發動機被斷電之前穩定機器人運載工具或者以其他方式將機器人運載工具置於更安全的狀況下（諸如，停止運載工具及/或使運載工具水平一個短暫的時段（例如，1到2秒））。在一些實施例中，每個ESC可以基於開放迴路飛行控制資訊調整對相關聯的發動機的閉合迴路控制。
圖9圖示根據一些實施例的一種用於由飛行控制器或者另一個處理設備產生開放迴路飛行控制資訊的示例方法900。參考圖1-9，方法900可以被飛行控制器（例如，210）內的處理設備（例如，220）或者被能夠存取運載工具狀態資訊的另一個處理設備（例如，陀螺儀、加速度計等）實現。出於一般適用性，在對方法900的描述中使用了術語「處理設備」。方法900圖示可以在方法600的方塊604和方法700的方塊702和704中被執行的操作的實例。
在方塊902中，處理設備可以決定或者存取運載工具朝向和運載工具狀態資訊。例如，飛行控制器將能夠作為產生閉合迴路飛行控制指令的程序的一部分存取或者直接存取運載工具狀態資訊（例如，水平和垂直速度以及縱搖/橫搖/偏航旋轉速度）。作為另一個實例，執行方法900的處理設備可以存取運載工具狀態資訊被儲存在其處的記憶體。作為一個進一步的實例，執行方法900的處理設備可以接收或者在記憶體中存取狀態感測器（包括陀螺儀、加速度計等）的輸出。決定或者存取運載工具朝向和運載工具狀態資訊使處理器能夠決定資訊被獲取的瞬間的運載工具朝向和運動。
在方塊904中，處理器可以決定或者存取飛行控制器正在向ESC發出的當前的控制信號。例如，若飛行控制器正在執行方法900，則作為被發出的控制信號產生此種資訊。作為另一個實例，執行方法900的處理設備可以在控制信號被發向ESC時接收或者截獲控制信號或者存取控制信號被臨時保存在其處的記憶體。決定或者存取向ESC發出的當前的控制信號為處理器提供關於在資訊被獲取的瞬間被旋翼施加於運載工具的力以及隨著控制信號被實現和發動機相應地作出回應在下一個瞬間將被施加於運載工具的力的資訊。
在方塊906中，處理器可以決定在控制信號丟失的情況下要達到的機器人運載工具的期望的狀態。期望的狀態可以是將使機器人運載工具能夠諸如在撞擊地面時達到受控著陸或者最小化對機器人運載工具的損壞的朝向。機器人運載工具的期望的狀態可以取決於運載工具的當前的朝向和速度狀態，特別是其中運載工具當前處在可能難以使用開放迴路控制資訊來控制的高度不穩定的配置下、正在行進得太快以至不能使用開放迴路控制資訊被停止，或者太高以至不能使用開放迴路控制資訊達到受控著陸的情形下。在一些實施例中，此可能是由於開放迴路飛行控制可以被實現的持續時間受限於未來的運載工具狀態（例如，1-2秒）的可預測性。作為一個實例，若機器人運載工具相對較低並且處在接近穩定的飛行朝向下，則處理器可以決定期望的狀態將是實現在大約幾秒內進行朝向地面的受控下降的具有零速度並且旋翼提供平衡的提升（例如，用以避免引起橫搖或者縱搖）的水平飛行。作為另一個實例，若機器人運載工具正在高的海拔高度處飛行，則期望的狀態可以是具有零速度的水平飛行之後跟隨關閉旋翼以使得機器人運載工具採用該配置自由降落。作為另一個實例，若機器人運載工具正在採用高度不穩定的配置進行飛行（諸如，具有用於最大化水平速度的大的縱搖角），則處理器可以決定期望的狀態是將在開放迴路飛行控制的持續時間結束之前停止或者最小化水平速度以使得減少對運載工具的速度的影響的朝向。
在方塊908中，處理器可以對當前的ESC控制信號中的當前的狀態資訊應用機器人運載工具的數學模型以將運載工具朝向和速度狀態投射到未來的一段短暫的時間（在本文中被稱為「時間步進」）處。換種說法，處理器可以使用機器人運載工具的數學模型對未來的短暫時間處的機器人運載工具的行為進行模擬。此種數學模型可以基於當前的朝向和當前的縱搖、橫搖、偏航和平移速度計算未來的幾毫秒處的機器人運載工具的朝向和速度狀態。此種數學模型亦可以基於來自運載工具的結構上的空氣阻力和由於當前的ESC控制信號而由旋翼產生的運載工具上的力的在六個維度（亦即，X、Y、Z、縱搖、橫搖、偏航）上被施加於運載工具的加速度來計算所投射的下一個步進處的運載工具的縱搖、橫搖、偏航和平移速度。此種計算可以採用以下形式： P(t + Δt) = P(t) + Vp(t)*Δt Vp(t + Δt) = Ap*Δt 其中P(t)是時間增量t處的沿一個具體的維度的方位或者朝向；Vp(t)是時間增量t處的沿該具體的維度的速度；Ap(t)是時間增量t處的沿該具體的維度的加速度；及，Δt是每個時間增量之間的時間（亦即，模擬步進的持續時間）。由於加速度步進之間的時間期間的加速度產生的對方位朝向的變更的貢獻在該近似中被忽略，其對於短的時間增量是有效的。可以使用公知的線性加速度（例如，F=MA）和角加速度（例如，α=I/τ）方程計算關於每個維度或者自由度的加速度。在一些實施例中，可以對於機器人運載工具的六個自由度以矩陣格式實現此種運動方程，可以由針對向量操作被最佳化的處理器（諸如，圖形處理單元（GPU））處理此種運動方程。
在方塊910中，處理器可以使用機器人運載工具的所投射的朝向和速度狀態（亦即，在方塊908中產生的資訊）為每個ESC產生適於將機器人運載工具指引向期望的狀態的開放迴路飛行控制指令。在一些實施例中，可以使用與在正常閉合迴路飛行控制中被使用的飛行控制規則相同或者相似的飛行控制規則（但是在該等規則中被使用的朝向和速度狀態資訊是經由數學模型（亦即，經由模擬）針對時間步進被產生的）產生開放迴路飛行控制指令。所產生的開放迴路飛行控制指令可以是適合於在對運載工具的未來的朝向和速度進行模擬時被使用的時間步進的持續時間的一個或者一系列指令。可以將在方塊910中產生的開放迴路飛行控制指令臨時儲存在緩衝器或者其他的記憶體中。
在決定方塊912中，處理器可以決定是否開放迴路飛行控制在其中是可行的的未來的最大模擬時間已經到達。再一次地，開放迴路飛行控制僅在初始狀態條件的誤差和非可預期的力致使控制指令不恰當之前的有限的時段（例如，1-2秒）中是可行的。與對天氣進行預測類似，被用作模擬的初始條件的朝向（例如，陀螺儀誤差）和加速度量測的小誤差以及像風此種未知的外部的力在足夠的時間之後將導致產生對朝向和速度的大的影響。因此，超過投影機器人運載工具朝向和動態是可行的的時間地使用開放迴路飛行控制資訊對機器人運載工具進行控制而沒有陀螺儀和加速度計回饋可能使機器人運載工具進入將導致產生比發動機被簡單地關閉的情況下更大損壞的狀態。為了將此考慮在內，處理器可以對運載工具朝向進行模擬和產生開放迴路飛行控制的未來的持續時間可以是受限於決定方塊912的，諸如被限於大約幾秒。
回應於決定未來的最大模擬時間已經到達（亦即，決定方塊912=「否」），處理器可以在方塊914中對所投射的運載工具狀態資訊和最後的開放迴路ESC控制信號應用機器人運載工具的數學模型以將運載工具朝向和速度狀態以及加速度投射到未來的下一個時間步進處。換種說法，在方塊914中，處理器從最後的所投射的朝向和速度狀態（在方塊908中被決定或者隨後在方塊914中被決定）開始並且在六個維度上應用運載工具的最後的所投射的加速度（例如，如被實現指令的ESC施加於旋翼的在方塊910中根據開放迴路飛行控制指令所決定的）地繼續對機器人運載工具的模擬。可以如參考方塊908描述的一般計算對運載工具朝向和速度狀態資訊以及經更新的加速度的投射。
在決定方塊916中，處理器可以決定是否在方塊914中所投射的朝向和所決定的速度狀態已經達到期望的狀態。換種說法，處理器可以決定是否已經收集了足夠的開放迴路控制指令以便在從如在方塊902中決定的當前的朝向和速度狀態開始被ESC執行時使機器人運載工具能夠達到期望的狀態。
回應於決定所投射的運載工具狀態亦未達到期望的狀態（亦即，決定方塊916=「否」），處理器可以再次在方塊910中為每個ESC產生適於模擬時間步進中的所投射的運載工具朝向和速度狀態和加速度的開放迴路飛行控制指令。再一次地，可以針對時間步進產生用於每個ESC的開放迴路飛行控制指令以便將機器人運載工具驅動到期望的狀態。
方塊910直到916中的操作可以在模擬循環中繼續直到到達期望的狀態（決定方塊916）或者達到最大模擬時間（如在決定方塊912中決定的）為止。
回應於決定所投射的運載工具狀態已經達到期望的狀態（亦即，決定方塊916=「是」），處理器可以為每個ESC產生適於在以開放迴路方式操作時維持期望的狀態的開放迴路飛行控制指令。換種說法，處理器可以在方塊918中產生被配置為一旦運載工具達到期望的狀態則避免擾亂運載工具的朝向的開放迴路飛行控制指令。例如，飛行控制指令可以使ESC將飛行發動機控制為使得施加相等的推力和升力，因此避免引起運載工具中的縱搖或者橫搖。作為另一個實例，飛行控制指令可以使ESC停止為旋翼供電以使得機器人運載工具可以在沒有被旋翼施加縱搖或者橫搖力矩的情況下自由降落。
回應於決定最大模擬時間已經到達（亦即，決定方塊912=「是」）或者在於方塊918中產生用於維持期望的狀態的開放迴路飛行控制指令之後，處理器可以在方塊920中提供所產生的開放迴路飛行控制指令（或者實現該等指令的資訊）以使得若需要則資訊可以被每個ESC存取。例如，處理器可以在方塊920中將所產生的開放迴路飛行控制資訊發送給每個ESC以使得每個ESC可以將資訊儲存在本機存放區器中。作為另一個實例，在方塊920中，處理器可以將所產生的開放迴路飛行控制資訊儲存在在飛行控制信號丟失發生的情況下每個ESC可以存取的記憶體或多個記憶體中。
僅作為用於說明請求項的各種特徵的實例提供了所說明和描述的各種實施例。然而，就任何給定的實施例所圖示和描述的特徵不必限於相關聯的實施例，並且可以與被圖示和描述的其他實施例一起被使用或者被組合在一起。進一步地，請求項不意欲受任一個示例實施例的限制。例如，方法500、600、700和800的操作中的一或多個操作可以被替換為方法500、600、700和800的一或多個操作或者被與之組合在一起，並且反之亦然。
前述的方法描述和流程圖是僅作為說明性的實例被提供的，並且不意欲要求或者暗示各種實施例的操作必須按照所呈現的次序被執行。如本領域的技藝人士應當認識到的，前述實施例中的操作的次序可以按照任意次序被執行。諸如是「此後」、「隨後」、「接下來」等此種術語不意欲限制操作的次序；該等術語被用於引導讀者經由對方法的描述。進一步地，任何例如使用冠詞「一」、「一個」或者「該」以單數形式對請求項元素作出的引用不應當被解釋為將該元素限於單數。
結合本文中揭示的實施例描述的各種說明性的邏輯方塊、模組、電路和演算法操作可以被實現為電子硬體、電腦軟體或者此兩者的組合。為了清楚地說明硬體與軟體的該可互換性，已在上面概括地根據其功能描述了各種說明性的部件、方塊、模組、電路和操作。此種功能被實現為硬體還是軟體取決於具體的應用和被強加於整體系統的設計約束。技藝人士可以針對每個具體的應用以不同的方式實現所描述的功能，但此種實施例決策不應當被解釋為使脫離請求項的範圍。
被用於實現結合本文中揭示的態樣描述的各種說明性的邏輯、邏輯方塊、模組和電路的硬體可以利用通用處理器、數位訊號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）或者其他可程式設計邏輯裝置、個別閘門或者電晶體邏輯、個別的硬體部件或者被設計為執行本文中描述的功能的其任意組合來實現或者執行。通用處理器可以是微處理器，但替換地，處理器可以是任何一般的處理器、控制器、微控制器或者狀態機。處理器亦可以被實現為接收器智慧物件的組合，例如，DSP與微處理器的組合、複數個微處理器、結合DSP核的一或多個微處理器或者任何其他此種配置。替換地，一些操作或者方法可以被專用於給定的功能的電路系統執行。
在一或多個態樣中，所描述的功能可以用硬體、軟體、韌體或者其任意組合來實現。若用軟體來實現，則功能可以作為非暫時性電腦可讀取儲存媒體或者非暫時性處理器可讀儲存媒體上的一或多個指令或者代碼被儲存。本文中揭示的方法或者演算法的操作可以被體現在可以位於非暫時性電腦可讀或者處理器可讀儲存媒體上的處理器可執行軟體模組或者處理器可執行指令中。非暫時性電腦可讀或者處理器可讀儲存媒體可以是任何可以被電腦或者處理器存取的儲存媒體。作為實例而非限制，此種非暫時性電腦可讀或者處理器可讀儲存媒體可以包括RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM或者其他光碟儲存裝置、磁性儲存設備或者其他磁性儲存智慧物件或者任何其他的可以被用於儲存採用指令或者資料結構的形式的期望的程式碼並且可以被電腦存取的媒體。如本文中使用的磁碟和光碟包括壓縮磁碟（CD）、雷射光碟、光碟、數位多功能光碟（DVD）、軟碟和藍光光碟，其中磁碟通常磁性地複製資料，而光碟利用鐳射在光學上複製資料。以上各項的組合亦被包括在非暫時性電腦可讀和處理器可讀取媒體的範圍內。額外地，方法或者演算法的操作可以作為可以被併入電腦程式產品的非暫時性處理器可讀儲存媒體及/或電腦可讀取儲存媒體上的代碼及/或指令中的一個代碼及/或指令或者其任意組合或者集合存在。
提供前述的對所揭示的實施例的描述以使本領域的技藝人士能夠製作或者使用請求項。對該等實施例的各種修改對於本領域的技藝人士將是顯而易見的，並且本文中定義的一般原理可以被應用於其他的實施例，而不脫離請求項的精神或者範圍。因此，本案內容不意欲限於本文中所示的實施例，而將符合與隨後的請求項和本文中揭示的原理和新穎特徵一致的最寬範圍。
100:通訊系統 102:機器人運載工具 104:基地台 106:存取點 108:通訊網路 110:網路元件 112:無線通訊鏈路 114:無線通訊鏈路 116:通訊回載 118:通訊回載 122:通訊鏈路 200:航空機器人運載工具 202:旋翼 204:機架 206:起落柱 210:控制單元 220:飛行控制器 221:處理設備 222:導航單元 224:記憶體 226:慣性感測器/陀螺儀/加速度計單元 228:航空電子模組 230:功率模組 240:感測器 244:照相機 250:輸出模組 260:輸入模組 270:無線電裝置 272:天線 274:數據機 290:無線通訊設備 292:發射/接收天線 294:無線通訊鏈路 314:處理器/處理器核 316:工作記憶體 318:通訊介面 320:儲存裝置記憶體介面 322:通訊部件 328:硬體介面 330:輸出 400:機器人運載工具 402:電子速度控制器（ESC） 402a:解碼器 402b:發動機驅動器 404:發動機 406:旋翼 408:ESC控制器 408a:記憶體 500:軌跡 502:狀態 504:狀態 506:狀態 508:狀態 510:狀態 512:狀態 514:狀態 550:軌跡 552:狀態 553:開放迴路飛行控制資訊 554:狀態 556:狀態 558:狀態 560:狀態 562:狀態 564:狀態 600:方法 602:方塊 604:方塊 606:方塊 608:方塊 612:方塊 614:方塊 616:方塊 700:方法 702:方塊 704:方塊 706:方塊 708:方塊 710:方塊 712:方塊 800:方法 802:方塊 804:方塊 806:方塊 808:方塊 810:方塊 900:方法 902:方塊 904:方塊 906:方塊 908:方塊 910:方塊 912:方塊 914:方塊 916:方塊 918:方塊 920:方塊
被併入本文並且構成本說明書的一部分的附圖圖示示例實施例，並且與上面提供的一般描述內容和下文提供的詳細描述內容一起用於解釋各種實施例的特徵。
圖1是適於與各種實施例一起使用的在通訊系統內操作的機器人運載工具的系統方塊圖。
圖2是圖示適於與各種實施例一起使用的機器人運載工具的部件的部件方塊圖。
圖3是圖示適於與機器人運載工具一起使用的控制器的部件的部件方塊圖。
圖4是圖示適於與各種實施例一起使用的機器人運載工具的部件的部件方塊圖。
圖5是圖示根據各種實施例的運載工具軌跡的圖。
圖6是圖示根據各種實施例的控制機器人運載工具的方法的流程圖。
圖7是圖示根據一些實施例的控制機器人運載工具的方法的流程圖。
圖8是圖示根據一些實施例的控制機器人運載工具的方法的流程圖。
圖9是圖示根據一些實施例的產生開放迴路控制資訊的示例方法的流程圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
500:軌跡
502:狀態
504:狀態
506:狀態
508:狀態
510:狀態
512:狀態
514:狀態
550:軌跡
552:狀態
553:開放迴路飛行控制資訊
554:狀態
556:狀態
558:狀態
560:狀態
562:狀態
564:狀態

Claims (10)

  1. 一種用於控制一機器人運載工具的方法，該機器人運載工具具有一飛行控制器及被耦合到該飛行控制器的至少兩個電子速度控制器(ESC)，該方法包括以下步驟：藉由該機器人運載工具的每個ESC，從該飛行控制器接收運載工具狀態資訊；回應於偵測到來自該飛行控制器的控制信號的一丟失，藉由每個ESC基於所接收到的該運載工具狀態資訊，決定與每個ESC相關聯的一發動機的發動機控制指令，及藉由每個ESC執行所決定的該等發動機控制指令，以控制該相關聯的發動機。
  2. 如請求項1所述之方法，亦包括以下步驟：藉由每個ESC定期從該飛行控制器接收該運載工具狀態資訊。
  3. 如請求項1所述之方法，其中所接收到的該運載工具狀態資訊包括該機器人運載工具的姿態、速度及海拔高度中的一者或多者。
  4. 如請求項1所述之方法，其中藉由每個ESC決定該等發動機控制指令之步驟包括以下步驟：從與所接收到的該運載工具狀態資訊相關的一指令資料庫 中獲取一系列的發動機控制指令。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該飛行控制器包括一慣性量測單元，該慣性量測單元被配置為提供該狀態資訊給該等ESC。
  6. 一種機器人運載工具，包括：一記憶體；一飛行控制器；及至少兩個電子速度控制器(ESC)，其被耦合到該記憶體和該飛行控制器，且被配置為分別地控制一相應的發動機，其中每個ESC被配置為執行以下操作：從該飛行控制器接收運載工具狀態資訊；及回應於偵測到來自該飛行控制器的控制信號的一丟失，基於該所接收到的該運載工具狀態資訊決定該相應的發動機的發動機控制指令，及執行所決定的該等發動機控制指令，以控制該相應的發動機。
  7. 如請求項6所述之機器人運載工具，其中每個ESC被配置為定期從該飛行控制器接收運載工具狀態資訊。
  8. 如請求項6所述之機器人運載工具，其中所接收到的該運載工具狀態資訊包括該機器人運載工具的姿態、速度及海拔高度中的一者或多者。
  9. 如請求項6所述之機器人運載工具，其中從與所接收到的該運載工具狀態資訊相關的一指令資料庫中獲取該等發動機控制指令。
  10. 如請求項6所述之機器人運載工具，其中該飛行控制器包括一慣性量測單元，該慣性量測單元被配置為提供該狀態資訊給該等ESC。
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