用于多取向飞行的系统和方法与流程

例如无人机(uav)的飞行器在包括监视、侦察、勘探、物流运输、救灾、航空摄影、大型农业自动化、实时视频广播等方面具有广泛的实际应用。在一些情况下，由于例如恶劣的天气条件、与另一物体或地形的碰撞、或无人机的故障等各种因素，无人机的取向可能受到干扰。这可能导致无人机在飞行中或坠毁后处于颠倒位置。在大多数情况下，无人机可能不能从上下颠倒位置或倾斜位置飞行和/或起飞。用户可能需要手动将无人机的取向改变到正面朝上位置以允许无人机起飞。这对用户重新启动无人机可能是不方便的，特别是当无人机远离用户时，或在用户不知道或用户不可接近的某个位置时。

技术实现要素：

需要改进用于例如无人机(uav)的飞行器的飞行的系统和方法。可以为飞行器提供多取向飞行，这可允许无人机以不同取向起飞、着陆或飞行。例如，无人机可能能够在第一取向和第二取向上飞行。在一些实施例中，第一取向和第二取向可以是彼此横向相反的。例如，在一些情况下，无人机在第一取向时可以上下颠倒，并且当无人机在第二取向时可以正面朝上。通过改变无人机的一个或多个推进单元的旋转方向和/或速度以改变生成升力的方向，无人机可适应不同的飞行取向。一个或多个电调(esc)单元可帮助改变推进单元的旋转方向和/或速度。在一些实施例中，推进单元可由一个或多个保护罩保护。保护罩可用于保护推进单元的一个或多个部件免受外部表面的冲击。推进单元的部件可包括旋翼叶片和/或致动器(例如电机)。保护罩的使用可允许无人机降落在着陆表面而不损坏推进单元。这在坠毁着陆情况下特别有用，在这种情况下，无人机着陆到表面的取向可能是未知的。本文所述的系统和方法可以允许无人机从着陆表面起飞，而不管无人机在该表面上的取向如何。着陆表面可以是平面、斜面或曲面。在一些情况下，着陆表面可以是具有起伏地形的粗糙表面。

在本发明的一个方面，提供了一种操作无人机(uav)的方法。所述方法可包括：提供信号以控制一个或多个对应的推进单元，从而控制所述一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的旋转方向，其中，当无人机处于第一取向时，所述第一组旋转部件配置为沿第一方向旋转，并且所述第二组旋转部件配置为沿第二方向旋转，以及当无人机处于与第一取向相反的第二取向时，所述第一组旋转部件配置为沿第二方向旋转，并且所述第二组旋转部件配置为沿第一方向旋转；以及用一个或多个防止推进单元直接接触外部物体的保护罩来保护一个或多个推进单元。

在一些实施例中，该方法还可包括控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的方向以生成无人机的升力。在一些实施例中，该方法还可包括在无人机处于第一取向或第二取向时，当无人机从下垫面起飞时生成升力。在一些情况下，所述一个或多个保护罩的高度大于无人机主体的高度。在一些情况下，所述一个或多个保护罩的高度大于所述一个或多个推进单元的高度。在一些情况下，当无人机处于第一取向时，一个或多个保护罩的第一部分与下垫面接触，并且当无人机处于第二取向时，一个或多个保护罩的第二部分与下垫面接触。在一些情况下，一个或多个保护罩的第一部分和第二部分相对于穿过无人机主体的水平面彼此横向相对。在一些情况下，当无人机处于第一取向时，第二部分在一个或多个推进单元生成的升力方向上位于主体上方。在一些情况下，当无人机处于第二取向时，第一部分在一个或多个推进单元生成的升力方向上位于主体上方。

在一些情况下，一个或多个保护罩中的每一个形成围绕一个或多个推进单元中的对应推进单元的通道。在一些情况下，每个保护罩包括其中设置有推进单元的套筒。在一些情况下，当无人机位于下垫面上时，一个或多个保护罩允许一个或多个推进单元的一个或多个旋转部件沿第一方向或第二方向旋转。在一些情况下，信号由一个或多个电调(esc)单元提供至一个或多个对应的推进单元，所述电调单元配置为单独地控制所述一个或多个推进单元的一个或多个对应的旋转部件的速度。在一些情况下，来自一个或多个电调单元的信号配置为使无人机在第一取向和第二取向之间改变取向。在一些情况下，一个或多个旋转部件包括旋翼叶片。

在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。在一些情况下，无人机能够以第一取向和第二取向从下垫面起飞。在一些情况下，无人机在第一取向和第二取向时能够悬停或飞行。在一些情况下，一个或多个保护罩用作无人机的起落架。

在本发明的另一方面，本文公开了一种无人机(uav)。所述无人机可包括：配置为生成无人机的升力的一个或多个推进单元，所述一个或多个推进单元包括第一组旋转部件和第二组旋转部件，其中，当无人机处于第一取向时，所述第一组旋转部件配置为沿第一方向旋转，并且所述第二组旋转部件配置为沿第二方向旋转，以及当无人机处于与第一取向相反的第二取向时，所述第一组旋转部件配置为沿第二方向旋转，并且所述第二组旋转部件配置为沿第一方向旋转；一个或多个处理器，其中一个或多个处理器配置为单独地或共同地控制所述一个或多个推进单元的所述第一组旋转部件和所述第二组旋转部件的方向；以及一个或多个保护罩，防止一个或多个推进单元直接接触外部物体。

在一些情况下，在无人机处于第一取向或第二取向时，当无人机从下垫面起飞时生成升力。在一些情况下，所述一个或多个保护罩的高度大于无人机主体的高度。在一些情况下，所述一个或多个保护罩的高度大于所述一个或多个推进单元的高度。在一些情况下，当无人机处于第一取向时，一个或多个保护罩的第一部分与下垫面接触，并且当无人机处于第二取向时，一个或多个保护罩的第二部分与下垫面接触。在一些情况下，一个或多个保护罩的第一部分和第二部分相对于穿过无人机主体的水平面彼此横向相对。在一些情况下，当无人机处于第一取向时，第二部分在一个或多个推进单元生成的升力方向上位于主体上方。在一些情况下，当无人机处于第二取向时，第一部分在一个或多个推进单元生成的升力方向上位于主体上方。

在一些情况下，一个或多个保护罩中的每一个形成围绕一个或多个推进单元中的对应推进单元的通道。在一些情况下，每个保护罩包括其中设置有推进单元的套筒。在一些情况下，当无人机位于下垫面上时，一个或多个保护罩允许一个或多个推进单元的一个或多个旋转部件沿第一方向或第二方向旋转。在一些情况下，一个或多个处理器位于一个或多个电调单元中或飞行控制器中。在一些情况下，来自一个或多个处理器的信号配置为使无人机在第一取向和第二取向之间改变取向。在一些情况下，一个或多个旋转部件包括旋翼叶片。

在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。在一些情况下，无人机能够以第一取向和第二取向从下垫面起飞。在一些情况下，无人机在第一取向和第二取向时能够悬停或飞行。在一些情况下，一个或多个保护罩用作无人机的起落架。

在本发明的另一方面，本文提供了一种操作无人机(uav)的方法。所述方法可包括：借助一个或多个处理器生成使无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向的信号；以及响应于所述信号，借助一个或多个推进单元实现无人机从第一取向到第二取向的翻转。

在一些情况下，当无人机处于下垫面的同时，无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向。在一些情况下，所述方法还包括：获取指示用户输入的数据，以启动无人机从第一取向到第二取向的翻转。在一些情况下，用户输入在无人机的远程终端处接收。在一些情况下，终端经由无线连接将用户输入发送到无人机。在一些情况下，所述方法还包括：从一个或多个传感器获取数据以启动无人机从第一取向到第二取向的翻转。在一些情况下，一个或多个传感器在无人机上。在一些情况下，一个或多个传感器检测无人机的取向。在一些情况下，无人机的第一取向是上下颠倒。在一些情况下，无人机的第二取向是正面朝上。

在一些情况下，无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。在一些情况下，在翻转到第二取向之后，无人机在下垫面上至少一段时间。在一些情况下，所述方法还包括：在无人机从第一取向到第二取向的翻转之后，借助一个或多个推进单元实现无人机从下垫面起飞。在一些情况下，所述方法还包括实现无人机在第二取向的飞行。在一些情况下，当一个或多个传感器检测到无人机已达到阈值条件时，无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向。在一些情况下，一个或多个传感器在无人机上。在一些情况下，一个或多个传感器配置为在飞行中检测无人机是否已达到阈值条件。在一些情况下，在无人机飞行期间达到阈值条件。在一些情况下，阈值条件是无人机相对于下垫面的高度。在一些情况下，阈值条件是无人机相对于下垫面的速度或加速度。在一些情况下，速度或加速度是无人机相对于下垫面的垂直速度或加速度。在一些情况下，阈值条件是提供给一个或多个推进单元的功率或由一个或多个推进单元消耗的功率。在一些情况下，阈值条件是自无人机从下垫面起飞经过的时间量。在一些情况下，一个或多个传感器在无人机上。在一些情况下，一个或多个推进单元允许无人机从下垫面起飞，而不管下垫面相对于重力方向的取向。在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。

在一些情况下，无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。在一些情况下，信号指示用户输入以启动无人机的翻转。在一些情况下，用户输入经由无人机的远程用户终端提供。在一些情况下，信号在用户终端处生成并经由一个或多个通信信道从用户终端发送到无人机。在一些情况下，用于启动翻转的用户输入仅能启动翻转而非无人机的其他动作。在一些情况下，无人机从第一取向到第二取向的翻转导致无人机取向的至少170度的变化。在一些情况下，用户输入是实现无人机从第一取向到第二取向翻转的单一动作。在一些情况下，单一动作是选择无人机的远程终端的按钮或触摸屏。在一些情况下，单一动作是无人机的远程终端上的开关翻转。在一些情况下，单一动作是由无人机的远程终端登记的口头命令。在一些情况下，单一动作是无人机的远程终端的姿态变化。在一些情况下，指示用户输入的信号在无人机位于下垫面上时获取。在一些情况下，指示用户输入的信号在无人机飞行时获取。在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。在一些情况下，无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。

在本发明的又一方面，本文公开了一种无人机(uav)。所述无人机可包括：一个或多个处理器，单独地或共同地配置为生成使无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向的信号；以及响应于所述信号，实现无人机从第一取向到第二取向的翻转的一个或多个推进单元。

在一些情况下，无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向是在无人机处于下垫面上时进行的。在一些情况下，一个或多个处理器配置为获取指示用户输入的数据，以启动无人机从第一取向到第二取向的翻转。在一些情况下，用户输入在无人机的远程终端处接收。在一些情况下，终端经由无线连接将用户输入发送到无人机。在一些情况下，一个或多个处理器配置为获取来自一个或多个传感器的数据，以启动无人机从第一取向到第二取向的翻转。在一些情况下，一个或多个传感器在无人机上。在一些情况下，一个或多个传感器检测无人机的取向。在一些情况下，无人机的第一取向是上下颠倒。在一些情况下，无人机的第二取向是正面朝上。

在一些情况下，无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。在一些情况下，在翻转到第二取向之后，无人机在下垫面上至少一段时间。在一些情况下，一个或多个推进单元配置为在无人机从第一取向到第二取向的翻转之后，借助一个或多个推进单元实现无人机从下垫面起飞。在一些情况下，一个或多个推进单元配置为实现无人机在第二取向的飞行。在一些情况下，无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向是在一个或多个传感器检测到无人机已达到阈值条件时。在一些情况下，一个或多个传感器在无人机上。在一些情况下，一个或多个传感器配置为在飞行中检测无人机是否已达到阈值条件。在一些情况下，在无人机飞行期间达到阈值条件。在一些情况下，阈值条件是无人机相对于下垫面的高度。在一些情况下，阈值条件是无人机相对于下垫面的速度或加速度。在一些情况下，速度或加速度是无人机相对于下垫面的垂直速度或加速度。在一些情况下，阈值条件是提供给一个或多个推进单元的功率或由一个或多个推进单元消耗的功率。在一些情况下，阈值条件是自无人机从下垫面起飞经过的时间量。在一些情况下，一个或多个传感器在无人机上。在一些情况下，一个或多个推进单元允许无人机从下垫面起飞，而不管下垫面相对于重力方向的取向。在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。

在一些情况下，无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。在一些情况下，信号指示用户输入以启动无人机的翻转。在一些情况下，用户输入经由无人机的远程用户终端提供。在一些情况下，信号在用户终端处生成并经由一个或多个通信信道从用户终端发送到无人机。在一些情况下，用于启动翻转的用户输入仅能启动翻转而非无人机的其他动作。在一些情况下，无人机从第一取向到第二取向的翻转导致无人机取向的至少170度的变化。在一些情况下，用户输入是实现无人机从第一取向到第二取向翻转的单一动作。在一些情况下，单一动作是选择无人机的远程终端的按钮或触摸屏。在一些情况下，单一动作是无人机的远程终端上的开关翻转。在一些情况下，单一动作是由无人机的远程终端登记的口头命令。在一些情况下，单一动作是无人机的远程终端的姿态变化。在一些情况下，指示用户输入的信号在无人机位于下垫面时获取。在一些情况下，指示用户输入的信号在无人机飞行时获取。在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。在一些情况下，无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。

应该理解，可以单独地、共同地或互相组合地理解本发明的不同方面。本文所述的本发明的各个方面可以应用于下文阐述的任何特定应用，或用于任何其他类型的无人机。本文对飞行器的任何说明均可适用并用于例如任何载运工具的任何无人机。此外，本文公开的在空中运动(例如飞行)的情景下的设备和方法也可以应用于其他类型的运动的情况下，例如在地面或水上的运动、水下运动或太空运动。

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明显。

援引加入

本说明书中提及的所有出版物、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地和单独地指出通过引用整体并入。

附图说明

本发明的新颖的特征在所附权利要求中特别阐述。通过参考以下阐述说明性实施例的详细描述，将更好地理解本发明的特征和优点，在所述说明性实施例中，本发明的原理得以利用，并且所述说明性实施例的附图如下：

图1示出了根据本发明的实施例的能够多取向飞行的无人机(uav)的示例。

图2示出了根据本发明的实施例的无人机在水平着陆表面上改变取向的示意图。

图3示出了根据本发明的实施例的具有不同翻转高度和半径的无人机的示意图。

图4示出了根据本发明的实施例的无人机在从着陆表面翻转到半空时改变其取向的示意图。

图5示出了根据本发明的实施例的无人机响应于检测的阈值条件在飞行中改变其取向的示意图。

图6示出了根据本发明的实施例的无人机在飞行期间改变其取向的示意图。

图7示出了根据本发明的实施例的无人机从向上倾斜的表面翻转到水平着陆表面时改变其取向的示意图。

图8示出了根据本发明的实施例的无人机从上倾斜表面翻转到半空时改变其取向的示意图。

图9示出了根据本发明的实施例的无人机从向下倾斜表面翻转到水平着陆表面改变其取向的示意图。

图10示出了根据本发明的实施例的无人机从向下倾斜的表面翻转到半空时改变其取向的示意图。

图11示出了根据本发明的实施例的无人机响应于用户命令而改变其取向的示意图。

图12示出了根据本发明的实施例的能实现无人机取向变化的无人机的飞行控制系统的示意图。

图13示出了根据本发明的实施例的当无人机处于不同取向时，无人机的推进单元的旋转方向的示意图。

图14示出了根据本发明的实施例的能够沿无人机中心体的对角线翻转的无人机的示意图。

图15示出了根据本发明的实施例的能够绕相对于无人机的中心体限定的多个轴线翻转的无人机的示意图。

图16提供了根据本发明的实施例的无人机各种部件的图示。

图17示出了根据本发明的实施例的用于控制可移动物体的系统的示意性框图。

具体实施方式

本文提供了用于实现飞行器的多取向飞行、起飞和着陆的系统和方法。例如无人机(uav)的飞行器可支撑配置为生成飞行器的升力的一个或多个推进单元。本文对无人机的任何描述可适用于任何类型的飞行器或无人机，反之亦然。无人机能够以第一取向和不同于第一取向的第二取向飞行。第二取向可以是与第一取向相反的取向。例如，当无人机处于第一取向时，无人机可处于正面朝上位置，并且当无人机处于第二取向时，无人机可处于上下颠倒位置。无人机可配置为以第一取向和第二取向起飞、着陆和/或飞行。在无人机可能以不受控制的方式着陆或坠落于表面的情况下，这可能特别有用。在一些情况下，无人机可能以上下颠倒取向、正面朝上取向或倾斜取向着陆于表面。无论无人机着陆在表面上的取向如何，本文公开的无人机可从表面重新起飞。

无人机可在不同情况下改变其取向。例如，当无人机在着陆表面上时，无人机可改变取向。在一些情况下，无人机可在改变取向后起飞以飞行。在另一示例中，无人机可从着陆表面起飞，然后响应于检测的阈值条件在半空中(飞行期间)改变取向。在一些情况下，无人机可响应于用户命令改变取向。这可能发生在无人机处于着陆表面上或飞行时。这可能允许无人机改变取向以适应各种情况。自动、半自动或手动飞行命令的任何组合可用于控制无人机改变取向。这可有利地允许新手用户以及高级用户控制无人机改变用于各种情况的飞行取向。

无人机取向的改变可通过控制无人机的一个或多个推进单元的操作来进行。无人机的推进单元可包括可以不同方向和以不同速度旋转的可旋转部件(例如旋翼叶片)。例如，当无人机处于第一取向时，推进单元可沿第一方向旋转以生成无人机的升力，并且在无人机处于第二取向时可沿与第一方向相反的第二方向旋转以生成无人机的升力。一个或多个电调(esc)单元可与一个或多个推进单元通信以控制推进单元的操作。例如，电调控制单元可控制推进单元的一个或多个旋翼叶片的旋转方向和/或速度。对本文其他部分的旋翼叶片的任何描述也可应用于旋翼，反之亦然。

可为无人机的推进单元提供保护罩。保护罩可保护推进单元的可旋转部件免受外部冲击。例如，当无人机着陆于下垫面时，保护罩可防止推进单元的可旋转部件接触下垫面。保护罩可配置为围绕推进单元的可旋转部件，并用作可旋转部件的外壳。通过使用防护罩，即使无人机可能上下颠倒或侧面着陆，但无人机的旋翼可自由旋转。因为无人机可能不可预知地以各种取向或在不同类型的环境着陆，所以这对于允许坠落的无人机以各种取向起飞是特别有利的。

图1示出了根据本发明的实施例的能够多取向飞行的无人机(uav)的示例性实施例。无人机可包括配置为支撑一个或多个推进单元103的主体102。推进单元可用于生成向下的推进力120，从而生成对无人机的升力118或推力。

每个推进单元103可包括一组旋转部件。每组旋转部件可包括能够沿两个方向旋转的一个或多个旋翼叶片110a、110b。所述两个方向可能彼此相反。例如，第一方向可以是顺时针方向，以及第二方向可以是逆时针方向。同一旋转部件或推进单元的一个或多个旋翼叶片110a、110b可由一个或多个致动器或电机致动。相同推进单元的一个或多个旋翼叶片110a、110b可连接到轮毂128，并配置为围绕轮轴旋转。每个推进单元还可包括支撑结构108用于一个或多个：旋翼叶片110a、110b，致动器以及可选地轮毂。例如，推进单元可包括由同一电机致动的两个旋翼叶片。

旋翼叶片可配置为沿不同的方向旋转以生成无人机的升力或改变无人机的取向。例如，无人机可配置为当第一组旋翼叶片沿第一方向旋转以及第二组旋翼叶片沿与第一方向相反的第二方向旋转时，以第一取向100a飞行。相反地，无人机可配置为当第一组旋翼叶片沿第二方向旋转以及第二组旋翼叶片沿第一方向旋转时，以第二取向100b飞行。无人机可以第一取向100a或第二取向100b起飞和飞行。在无人机从表面起飞后，无人机可在半空中(例如在飞行中)将其取向从第一取向100a改变到第二取向100b。取向的改变可由预定条件触发。在一些情况下，取向的改变可以自主地或半自主地进行而无需用户干预。

在各种实施例中，本文公开的是包括配置为生成无人机的升力的一个或多个推进单元(例如，图1中的4个推进单元)的无人机。在一些情况下，无人机可包括2、4、6、8、10、12、14或任何其他数量的推进单元。一个或多个推进单元可包括第一组旋转部件110a(沿无人机的第一对角线124)和第二组旋转部件110b(沿无人机的第二对角线126)。当无人机处于第一取向(100a)时，第一组旋转部件(例如图6中的1或3)可配置为沿第一方向旋转并且第二组旋转部件(例如图6中的2或4)配置为沿第二方向旋转，以及当无人机处于与第一取向相反的第二取向(100b)时，第一组旋转部件配置为沿第二方向旋转并且第二组旋转部件配置为沿第一方向旋转。第一对角线和第二对角线在x-y平面内，并且与俯仰轴(x轴)和横滚轴(y轴)不平行。第一对角线或第二对角线可与俯仰轴或横滚轴倾斜约10度至约80度。在一些情况下，第一方向和第二方向可包括顺时针方向和逆时针方向。例如，当处于第一取向时无人机可能是上下颠倒的，当处于第二取向时无人机可能正面朝上。

在一些情况下，每个推进单元直接附接到中心体102的外表面。可选地，每个推进单元可通过从中心体的外表面延伸的臂附接到中心体。臂的一端可通过一个或多个关节附接到中心体的外表面。臂的另一端可配置为支撑推进单元。关节可将臂固定于中心体，从而允许臂与中心体一起作为整体运动。

可提供保护罩106以保护每个推进单元免受冲击或损坏。保护罩106可防止推进单元及其中的部件接触外部物体或表面。每个保护罩可具有顶边114和底边112。无人机可处于第一取向100a或第二取向100b。无人机可配置为以任一取向(100a或100b)飞行或悬停。顶边可在第二飞行取向时面朝上，而底边可在第二取向时面朝下。第一取向和第二取向可彼此相反。保护罩可以是与推进单元分离的部件。在其他一些实施例中，保护罩可以是推进单元的一部分。保护罩可以可释放地连接到无人机的主体。可选地，保护罩可与无人机的主体整体形成。对于一些情况，保护罩可直接附接到无人机的主体。

无人机可包括防止一个或多个推进单元直接接触外部物体的一个或多个保护罩106。在一些情况下，一个或多个保护罩106的高度hpc大于无人机主体102的高度hb(图17)。在一些情况下，一个或多个保护罩的高度hpc大于一个或多个推进单元的高度(例如，旋翼110a、110b，电机和支撑结构108的高度hrb)(图17)。在一些情况下，一个或多个保护罩106的每一个形成围绕一个或多个推进单元中的对应推进单元的通道。通道结构可在其侧面包围推进单元，同时暴露其顶部和底部。该结构可允许和/或促进升力118通过通道结构的顶部和底部生成。在一些情况下，每个保护罩包括其中设置有推进单元的套筒。保护罩的通道或套筒可具有足以允许一组旋转部件封闭在其中并沿两个方向旋转的直径(例如图7中的704)。在一些情况下，当无人机处于下垫面上时，一个或多个保护罩允许一个或多个推进单元的一个或多个旋转部件沿第一方向或第二方向旋转。旋转部件可包括旋翼(或多个旋翼叶片)、一组旋翼、和/或致动旋翼的电机。

无人机可包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置为单独地或共同地控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的方向和速度。在一些情况下，一个或多个处理器位于一个或多个esc单元和/或飞行控制器中。在替代实施例中，一个或多个处理器位于中心体中或远离无人机。在一些情况下，处理器可配置为生成信号以控制一个或多个推进单元。在一些情况下，来自一个或多个处理器的信号配置为使无人机在第一取向和第二取向之间改变取向。

无人机可包括一个或多个传感器。可以使用任何用于收集环境信息的传感器，包括位置传感器(例如全球定位系统(gps)传感器、实现位置三角测量的移动设备发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外或紫外光的成像设备，如相机)、接近传感器(例如，超声波传感器、激光雷达、飞行时间相机)、惯性传感器(例如，加速计、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)。可使用任何数量和组合的传感器，例如一个、两个、三个、四个、五个、或更多个传感器。可选地，可从不同类型的传感器(例如，两个、三个、四个、五个或更多类型)接收数据。不同类型的传感器可测量不同类型的信号或信息(例如，位置、取向、速度、加速度、接近度、压力等)和/或利用不同类型的测量技术获取数据。例如，传感器可以包括有源传感器(例如，从自己的源生成和测量能量的传感器)和无源传感器(例如，检测可用能量的传感器)的任何组合。

传感器数据可以提供各种类型的环境信息。例如，传感器数据可指示环境类型，如室内环境、室外环境、低空环境、高空环境等。传感器数据还可提供关于当前环境条件的信息，包括天气(例如，晴朗、下雨、下雪)、能见度条件、风速、一天中的时间等。此外，传感器收集的环境信息可包括关于环境中的物体的信息，例如建筑物或障碍物。

在一些实施例中，一个或多个传感器可包括一个或多个：gps传感器、惯性传感器、视觉传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、气压计或高度计。一个或多个传感器可包括多个不同的传感器类型。一个或多个传感器可包括gps传感器，并且环境类型可基于与gps传感器通信的多个gps卫星确定。一个或多个传感器可包括激光雷达传感器，并且环境类型可基于由激光雷达传感器获取的飞行时间数据确定。一个或多个传感器可包括视觉传感器，并且环境类型可基于视觉传感器获取的图像数据确定，例如与视觉传感器获取的图像数据相关联的曝光时间。

在一些实施例中，至少一些传感器可配置为提供关于无人机的状态的数据。由传感器提供的状态信息可包括关于无人机的空间布局的信息(例如，例如经度、纬度和/或高度的位置信息；例如横滚、俯仰和/或偏航的取向信息)。状态信息还可包括关于无人机的运动的信息(例如，平移速度、平移加速度、角速度、角加速度等)。例如，传感器可配置为确定无人机关于多达六个自由度(例如，位置和/或平移的三个自由度、取向和/或旋转的三个自由度)的空间布局和/或运动。可相对于整体参考系或相对于另一实体的参考系提供状态信息。例如，传感器可配置为确定无人机与用户和/或无人机的起始飞行点之间的距离。

由一个或多个传感器提供的感测数据可用于控制每组叶片的空间布局、速度、旋转方向，一个或多个推进单元的旋转方向，每组旋翼叶片的旋转速度，和/或无人机的取向(例如，通过使用数字信号处理设备、处理器和/或控制模块)。可选地，传感器可用于提供关于无人机周围环境的数据，例如天气条件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造建筑物的位置、风速、风向、雨速、温度等。这种环境数据可能是关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度的数据。

无人机可包括至少一个通信设备。通信设备可经由无线信号实现与远程终端的通信。通信设备可包括用于无线通信的任何数量的数字处理器、软件模块、发射器、接收器和/或收发器。通信可以是单向通信，使得数据可仅沿一个方向发送到无人机或自无人机发送。例如，单向通信可能只涉及无人机向终端发送数据，反之亦然。数据可从通信设备的一个或多个发射器发送到通信系统的一个或多个接收器，反之亦然。可选地，通信可以是双向的，使得数据可在无人机和终端之间沿两个方向发送。双向通信可涉及将数据从通信系统的一个或多个发射器发送到终端的一个或多个接收器，反之亦然。通信设备可位于无人机的任何部分；例如在主体102、保护盖106、旋翼110a、110b和/或支撑结构108中。

在一些实施例中，无人机可包括远程终端。终端可以是远离无人机的远程控制设备。终端可设置在或固定在支撑平台上。可选地，终端可以是手持设备或可穿戴设备。在一些情况下，终端可包括智能电话、平板电脑、笔记本电脑、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其组合。终端可包括用户界面，例如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器。任何用户输入可用于与终端交互，例如手动输入的命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，经由终端的运动、定位或倾斜)。

终端可以用于控制无人机、载体和/或有效载荷的任何状态。例如，终端可用于相对于彼此的固定参考控制无人机、载体和/或有效载荷的位置和/或取向。在一些实施例中，终端可用于控制无人机、载体和/或有效载荷的单独元件，例如一个或多个致动器、一个或多个推进单元、传感器、起落架。终端可包括适于与无人机、载体或有效载荷中的一个或多个或无人机中的单独元件进行通信的无线通信设备。

终端可以包括用于查看无人机、载体和/或有效载荷的信息的显示单元。例如，终端可配置为显示无人机、载体和/或有效载荷的信息，所述信息关于：位置、平移速度、平移加速度、取向、角速度、角加速度、角动量、电池剩余量、旋翼叶片速度、旋翼叶片的旋转频率、旋翼叶片的旋转方向、无人机的取向或其任何组合。在一些实施例中，终端可显示由有效载荷提供的信息，例如由功能有效载荷提供的数据(例如，由相机或其他图像捕捉设备记录的图像)。

任选地，相同的终端可以控制无人机、载体和/或有效载荷，或无人机、载体和/或有效载荷的状态，以及接收和/或显示来自无人机、载体和/或有效载荷的信息。例如，终端可在显示一个或多个传感器捕捉的数据或关于无人机位置的信息的同时相对于环境控制无人机的取向。可选地，不同的终端可用于不同的功能。例如，第一终端可以控制无人机、载体和/或有效载荷的运动或状态，而第二终端可以接收和/或显示来自无人机、载体和/或有效载荷的信息。例如，第一终端可用于控制无人机相对于环境的取向，而第二终端显示一个或多个传感器捕捉的数据。在无人机和控制无人机并接收数据的集成终端之间，或者在无人机和控制无人机并接收数据的多个终端之间可以使用各种通信模式。例如，至少两种不同的通信模式可形成在无人机和既控制无人机又接收来自无人机的数据的终端之间。

无人机可具有至少第一飞行取向100a和第二飞行取向100b。第一飞行取向和第二飞行取向可彼此相反。在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。在一些情况下，无人机能够以第一取向和第二取向从下垫面起飞。在一些情况下，无人机在第一取向和第二取向时能够悬停或飞行。第一飞行取向和第二飞行取向可以具有大约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、260、270、280、290、300、310、320、330、340或350度的差异。例如，在正面向上飞行取向时，保护罩的第一部分114(例如顶边)可大致面朝上并可比保护罩的第二部分116(例如底边)更远离地面。相反地，在上下颠倒的飞行取向时，保护罩的第一部分(例如顶边)可大致面朝下并可比保护罩的第二部分(例如底边)更靠近地面。

如另一示例，在正面朝上的飞行取向时，旋翼叶片110a、110b的顶面130可大致面朝上并可比旋翼叶片的底面132更远离地面。相反地，在上下颠倒的飞行取向时，旋翼叶片的顶面可大致面朝下并可比旋翼叶片的底面更靠近地面。在一些实施例中，第一取向和第二取向中的一个可以是无人机常见的或更频繁使用的飞行取向，而第一取向和第二取向中的另一个可以是不太常见的或更低频率使用的无人机的飞行取向。例如，第二取向(其中无人机正面朝上)可以更常用，而第一取向(其中无人机上下颠倒)可能不太常用。在一些情况下，当无人机首次起飞时，无人机的保护罩的第一部分可以面朝上，并且保护罩的第二部分可以面朝下。在其他情况下，当无人机首次起飞时，无人机的保护罩的第一部分可以面朝下，并且保护罩的第二部分可以面朝上。

在一些实施例中，第一飞行取向100a和第二飞行取向100b可以大致上不互相平行。当第一取向和第二取向大致彼此相反，相差大约180度时，它们可能大致上不互相平行。第一飞行取向和第二飞行取向可具有从1度到大约359度范围内的任何角度差。第一飞行取向和第二飞行取向可彼此相差至少约30、45、60、90、120、135、150、180、210度等等(例如图6-10)。作为一个示例，在第一飞行取向时，无人机可平行于水平(图1中的x-y平面)面并且旋翼叶片的顶面可面朝上且底面可面朝下。在第二飞行取向时，无人机可与水平面倾斜30度，其中无人机的右侧相对于水平面高于无人机的左侧，并且无人机的前侧和后侧处于相同的高度(例如图6)。可选地，在正面朝上的取向时，如图18所示，无人机的每个推进单元可具有距外部物体(例如地面、水面)不同的高度。在这一实施例中，无人机的俯仰、横滚和/或偏航轴可相对于水平面或升力方向倾斜。

无人机可具有任何数量的可能的飞行取向。可能取向中的每两个飞行取向可能大致上彼此不相同。可能取向中的每两个飞行取向可能大致上不互相平行。当第一取向100a和第二取向100b大致上彼此相反地相差大约180度时，在无人机改变取向后，两种不同飞行取向的无人机可能看起来相似。无人机可以例如通过绕其对称面从一个取向旋转到另一取向而改变其取向。无人机可具有沿横滚轴线(图1中的y轴)从其前侧延伸到其后侧的对称轴线。换言之，无人机可沿俯仰轴(图1中的x轴)左右对称。可选地，当无人机具有沿俯仰轴(图1中的x轴)从其左侧向右侧延伸的对称轴时，两个不同的飞行取向可以看起来彼此相似。换言之，无人机可以沿横滚轴线(图1中的y轴)前后对称。当无人机具有沿偏航轴线(图1中的z轴)从其顶部到底部的对称轴线时，两个不同的飞行取向可以看起来相似。作为一个示例，正面朝上的无人机看起来与上下颠倒的无人机相似。

保护罩可以是沿偏航轴(图1中的z轴)从其顶边到底边对称的形状。当从无人机上方观察时，旋翼叶片可在无人机上下颠倒时沿相同的顺时针或逆时针方向旋转。可选地，当无人机上下颠倒时，旋翼叶片可沿相反的旋转方向旋转。中心体可关于水平面(图1中的x-y平面)对称。旋翼叶片到保护罩的顶边的第一距离可与旋翼叶片到保护罩的底边的第二距离大致相同。可选地，第一距离和第二距离可以大致上不同。在一些情况下，第一距离可大于第二距离。可选地，第一距离可小于第二距离。在一些情况下，无人机具有至少一个、两个或三个对称面。当有两个或多个对称面时，这些面可能彼此正交。这些面可能相互倾斜。作为一个示例，无人机的对称平面可以平行于水平面(图1中的x-y平面)或中心体的顶面和底面，并位于中心体高度的中点处。作为另一示例，无人机的对称平面可平行于中心体的右面或左面并位于中心体宽度的中点处。换言之，无人机的对称面可以平行于图1中的y-z平面或x-z平面。作为另一示例，无人机的对称面可以与中心体的右面或左面正交并且位于中心体的长度的中点处。在一些情况下，对称面实际上可将无人机分成具有相同数量的相同类型的元件(例如推进单元、旋翼叶片、臂、电机)的两部分。在一些情况下，对称面实际上可将无人机和其中的一个或多个元件分成两半。作为一个示例，从无人机的右前端到无人机的左后端的对称面可将两个推进单元分成四个半部。

在一些实施例中，无人机(或其一个或多个部件)可能围绕无人机的旋转轴在形状、重量或密度上不对称。在那些实施例中，当无人机从第一取向改变到第二取向时，处于两个不同飞行取向的无人机可能看起来不同。作为一个示例，相较于无人机正面朝上，无人机在上下颠倒时可能会有所不同。保护罩可具有从其顶边到底边不对称(关于水平面)的形状。当无人机上下颠倒时，旋翼叶片可能或可能不沿相同的顺时针或逆时针方向旋转。中心体可能从其顶面到底面是不对称的(关于水平面)。旋翼叶片可与保护罩的顶边和底边有不同的距离。无人机可包括仅存在于保护罩的底面或顶面的结构形状。无人机可包括仅存在于无人机底侧的起落架。无人机可在其底部和顶部使用不同的材料。无人机可具有关于旋转平面对称的中心体形状，旋转平面可以是任何三维平面。

无人机可使用一个或多个感测单元来感测其取向或取向的改变。感测单元可以是本文公开的传感器。感测单元可以是任何数量的传感器。感测单元可以位于无人机上或无人机外。感测单元可位于无人机的任何部分，例如位于主体102、保护罩106、旋翼110a、110b和/或支撑结构108中。在一些情况下，感测单元是无人机上任意数量的传感器和无人机外任何数量的传感器的组合。

可使用任何用于收集环境信息的传感器，包括位置传感器(例如全球定位系统(gps)传感器、实现位置三角测量的移动设备发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外或紫外光的成像设备，如相机)、接近传感器(例如，超声波传感器、激光雷达、飞行时间相机)、惯性传感器(例如，加速计、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)。可使用任何数量和组合的传感器，例如一个、两个、三个、四个、五个、或更多个传感器。可选地，可从不同类型的传感器(例如，两个、三个、四个、五个或更多类型)接收数据。不同类型的传感器可测量不同类型的信号或信息(例如，位置、取向、速度、加速度、接近度、压力等)和/或利用不同类型的测量技术获取数据。例如，传感器可以包括有源传感器(例如，从自己的源生成和测量能量的传感器)和无源传感器(例如，检测可用能量的传感器)的任何组合。

传感器可直接感测数据，所述数据选自：相对于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度的位置、两个时间点的位置变化、平移速度、两个时间点的平移速度变化、平移加速度、两个时间点的平移加速度变化、取向、角速度、两个时间点的角速度变化、角动量、两个时间点角动量的变化、角加速度、两个时间点的角加速度变化、旋翼叶片速度、旋翼叶片频率、旋翼叶片的旋转方向或其任何组合。传感器可以感测可用于导出或生成关于上述数据的信息的数据。传感器感测和收集的数据可任选地被处理，以便在一定置信度下进行分析。可分析来自一个或多个传感器的经处理或未经处理的原始数据以生成无人机的取向。

如本文公开的无人机和操作无人机的方法可包括经由来自飞行控制器或电调单元(esc)的一个或多个处理器生成使无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向的信号。进一步地，如本文公开的无人机和操作无人机的方法可包括借助一个或多个推进单元、响应于信号实现无人机从第一取向到第二取向的翻转。无人机可以通过控制一个或多个推进单元的旋转速度和/或方向来改变取向(例如翻转)。无人机可通过控制一个或多个旋翼叶片的旋转速度和/或方向来改变取向。作为一个示例，具有四个推进单元的无人机可包括两对相同的固定俯仰旋翼；在一个飞行取向上，两个在无人机的对角线上顺时针旋转并且两个在另一对角线上逆时针旋转。为改变到另一取向，一对旋翼的旋转速度或取向可随或不随另一对旋翼的速度或取向的改变而改变。作为另一示例，当在无人机的左侧检测到障碍物时，无人机可以增加无人机左侧的两个推进单元的旋转速度，使得左侧可沿竖直方向比右侧进一步上升以避免障碍物。作为另一示例，当无人机撞到障碍物并意外翻转时，无人机可自动恢复所有推进单元的旋转方向以在翻转的取向上恢复飞行，并随后增加一个或多个推进单元(例如，无人机右侧的两个推进单元)的旋转速度，可选地减速其他推进单元(例如，无人机左侧的两个推进单元)，使得无人机的右侧可以提升且左侧可以降低，以产生整个无人机绕无人机横滚轴的90度旋转和最终180度翻转。每个推进单元的旋转速度和方向可在翻转期间和/或在无人机翻转之后单独调整。

通过分开或一起控制每个推进单元，可控制无人机的翻转类型和翻转速度。翻转速度可具有恒定的大小和不同的方向。翻转速度的大小和方向可能都不同。翻转速度的大小可以包括在翻转开始时从零开始并在翻转结束时以零结束的任何形状的波形。

无人机可绕横滚轴(图1中的y轴)旋转和翻转。无人机可绕俯仰轴(图1中的x轴)翻转。无人机可绕偏航轴(图1中的z轴)旋转。翻转角可以是与翻转前的初始取向成大于约1度的任何角度。翻转角可以是15、30、45、60、75、90、105、120、135、1550、165、180、195、210、225、240、255、270、285、300、315、330、345、360度或大于1度且小于360度的任何其它角度。可选地，当无人机可从第一取向向第二取向翻转一次以上时，翻转角可能大于360度。作为一个示例，无人机从水平面的初始取向从左向右翻转180度，使得无人机上下颠倒并且左侧翻转到右侧。作为另一示例，无人机从水平面的初始取向从后向前翻转90度，使得无人机后面朝上，其前面翻转到底部。

在无人机取向的翻转或改变中，无人机可具有水平运动(在图1的x-y平面中)、垂直运动(沿图1的z轴)、旋转运动(绕例如图13-15的翻转轴)或其组合。取向的翻转或改变可发生于无人机悬停、移动、保持相同的位置、着陆、接触外部物体、无法沿某一方向移动、检测至少一个无人机元件中的错误、或取向故障时。

无人机取向的翻转或改变可发生在有或没有来自一个或多个传感器的协助的情况下。当控制单元或终端发出信号时，无人机可能改变取向。在进一步的情况下，控制单元或终端可控制翻转的速度、翻转的旋转角、翻转的类型(例如从左到右、从前到后)或翻转的其他方面。作为一个示例，当由传感器在无人机的左侧检测到障碍物时，无人机可以增加无人机左侧的一个或两个推进单元的旋转速度，使得左侧可比右侧进一步上升以避免障碍物。作为另一示例，无人机向树枝移动并在用户的视力范围内触摸它；用户可使用遥控器来输入具有选定翻转角、选定翻转轴(例如，图13-15)和/或定义翻转路径的圆弧的半径的翻转信号。选定翻转角可以是例如25度、30度、45度或任何角度。翻转角可以是允许无人机安全避免障碍物的任何角度。翻转轴可平行于横滚轴。可考虑圆弧的半径的任何值。在一些情况下，半径可能约为10米。无人机可绕选定翻转轴从其初始取向翻转选定翻转角到正面朝上(与垂直面倾斜)，从而远离树枝移动。

图2示出了根据本发明实施例的无人机在水平着陆表面上改变其取向的示意图。

无人机及其内的元件可包括第一取向200a和第二取向200b。当无人机以其底部202面朝下并且其顶部204面朝上的方式接触下垫面或着陆表面206时，无人机可处于第二取向200b。相反地，当无人机处于第一取向时，顶部204可以面朝下并且无人机的底部202可以面朝上。当位于着陆表面时，无人机可将其取向从200a改变为200b，反之亦然。第一取向和第二取向可以大约180度的差异彼此相反。无人机可配置为在某一时间点t1处进行从第一取向到第二取向的翻转212，反之亦然。当从第一取向翻转到第二取向时，无人机可具有中间飞行取向200c，反之亦然。无人机可在某一时间点t2翻转后起飞。

当无人机在下垫面206上时，本文公开的无人机可从第一取向200a翻转到与第一取向相反的第二取向200b。在开始翻转之前，无人机可获取指示用户输入的数据，以启动无人机从第一取向到第二取向的翻转。用户输入可通过无线连接在无人机的远程终端处接收。可选地，无人机可从无人机上的一个或多个传感器获取数据以启动无人机从第一取向200a到第二取向200b的翻转。一个或多个传感器可检测无人机的取向。无人机的第一取向可能是上下颠倒，而无人机的第二取向可能是正面朝上。在翻转到第二取向之后，无人机可在下垫面上至少一段时间。这可能有利于允许无人机有时间检查其一个或多个部件的功能。附加地，这可能利于无人机检测和/或改变一个或多个旋转部件的旋转速度或取向以确保安全飞行。时间段(时刻)可以是约0.1秒至约100秒。在无人机从第一取向翻转到第二取向之后，借助一个或多个推进单元，无人机可实现无人机从下垫面的起飞。可选地，在无人机翻转之后，无人机可进一步实现无人机在第二取向的飞行。

着陆表面206可以是可配置为承载至少一部分无人机重量的任何静态或移动表面。着陆表面可具有不同的地形。着陆表面可以是平坦的、倾斜的(例如，倾斜角可以是5度、10度、15度、20度、25度、30度等)、下倾的、均匀的、不均匀的、或与水平面成任何角度。例如，着陆表面可以是屋顶、树枝、地面、水中漂浮物、水面、树叶覆盖面、岩石表面、草地、沼泽表面、飞行器、沙面等。着陆表面可以是接近或远离用户、遥控器和/或终端。着陆表面可在用户的视线范围内或在遥控器和/或终端的控制范围内。着陆表面可在用户的视力范围之外或在遥控器和/或终端的控制范围之外。

无人机可以第一取向200a、第二取向200b或其可能具有的任何其它取向位于着陆表面206上。无人机可放置于着陆表面上以进行新的起飞。可选地，无人机可被控制降落在着陆表面上，或者可能在由外部源或一个或多个元件的内部故障引起的碰撞着陆之后意外地着陆在着陆表面上。

借助一个或多个传感器，无人机可自动检测其在着陆表面上的取向。一个或多个传感器中的每一个可感测无人机的一个或多个特性或无人机周围的环境。这些特性可包括无人机的一个或多个物理位置处的一个或多个特性，选自：飞行取向、空间布局、速度、海拔、纬度、加速度、速率、倾斜角度、高度、到外部物体的距离。这些特性可能关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度。可选地，一个或多个传感器可用于提供关于无人机周围环境的数据，例如天气条件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造建筑物的位置、风速、风向、雨速、温度等。这种环境数据可能关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度。可以使用任何用于收集环境信息的传感器，包括位置传感器(例如全球定位系统(gps)传感器、实现位置三角测量的移动设备发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外或紫外光的成像设备，如相机)、接近传感器(例如，超声波传感器、激光雷达、飞行时间相机)、惯性传感器(例如，加速计、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)。可使用任何数量和组合的传感器，例如一个、两个、三个、四个、五个、或更多个传感器。可选地，可从不同类型的传感器(例如，两个、三个、四个、五个或更多类型)接收数据。不同类型的传感器可测量不同类型的信号或信息(例如，位置、取向、速度、加速度、接近度、压力等)和/或利用不同类型的测量技术获取数据。例如，传感器可以包括有源传感器(例如，从自己的源生成和测量能量的传感器)和无源传感器(例如，检测可用能量的传感器)的任何组合。

例如，一个或多个传感器可配置为感测底部202与顶部204的相对位置，并通过使用将底部和顶部的位置关联到不同取向的预定义的数据库来确定取向。作为一个示例，像imu的惯性传感器可以检测无人机的旋转运动，并且通过在起飞时将无人机的旋转运动添加到其初始取向，可以确定底部相对于顶部的相对位置。作为另一示例，不同的接近传感器可用于无人机的底部和顶部，因此，可确定底部和顶部与外部参考(例如水面，屋顶)的高度差。

无人机可基于其当前取向和着陆表面来确定是否需要翻转或改变取向，并且可以向一个或多个旋翼提供信号。在一些情况下，本文公开的是操作无人机的方法。所述方法可包括提供信号，可选地从无人机上的飞行控制单元，电调单元等到一个或多个相应的推进单元，从而控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的旋转方向。在一些情况下，当无人机处于第一取向时，第一组旋转部件可配置为沿第一方向旋转并且第二组旋转部件配置为沿第二方向旋转。相反地，当无人机处于与第一取向相反的第二取向时，第一组旋转部件配置为沿第二方向旋转，并且第二组旋转部件配置为沿第一方向旋转。当无人机的当前取向不允许其在着陆于着陆表面之后的预定时间段内启动或恢复飞行时，无人机可自动生成信号以实现翻转。预定的时间段可以是约0.1秒至约10分钟。如果着陆表面阻碍无人机飞行或改变位置，则无人机也可能产生信号。在无人机上或远离无人机的一个或多个处理器可配置为如果着陆表面处于其路线上则生成信号以实现翻转从而改变取向。在无人机上或远离无人机的一个或多个处理器可配置为当无人机坠落在着陆表面上并意外翻转时生成信号以实现翻转从而改变取向。基于当前取向和着陆表面，无人机可自动确定翻转或改变方向是否必要。可选地，用户可以向遥控器和/或终端提供输入以生成用于实现翻转以改变无人机的取向的信号。在其他情况下，信号可以可选地从遥控器和/或终端提供至一个或多个对应的推进单元，从而控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的旋转方向。

在一些情况下，无人机可能或可能不在用户的视力范围内。作为一个示例，无人机可能坠落在屋顶上，并从初始取向翻转180度。屋顶可能不在用户的视野内。在一些情况下，如果在预定时间段内(例如在坠落后10秒内)无人机不能或没有继续从屋顶飞行，则无人机可配置为自动启动180度翻转以恢复到其初始取向，以便它可从屋顶起飞并恢复飞行。这种自动确定和完成翻转可能不需要用户控制或干预，并允许无人机迅速恢复飞行。作为另一示例，无人机可能在树附近飞行，并可能被树枝/树叶阻碍。无人机可配置为检测周围的“着陆表面”并且翻转或旋转到允许无人机沿着具有较少或没有障碍物的路线运动的取向。

无人机可在着陆表面206上翻转或改变取向。取向的翻转或改变可包括使无人机以旋转运动离开着陆表面。在翻转过程中，无人机可能经历不同的旋转角度、角速度、角动量、不同的加速度、力、阻力等。取向的翻转或改变可包括在第二取向上旋转运动之后再次移动无人机以落在着陆表面上。

可在没有由着陆表面或旋转运动对无人机造成损坏的情况下控制或实现翻转。可基于无人机的重量、尺寸、形状和/或推进单元的速度来控制或实现翻转，使得翻转不会对无人机或其部件造成损坏。

在一些情况下，无人机的翻转可围绕横滚轴线、俯仰轴线、偏航轴线或在x-y平面、x-z平面或y-z平面内的任何轴线(如图1所示的轴线和平面)。通过分开或一起控制一个或多个旋翼叶片，可以控制或实现无人机的翻转。特别地，图1中的一个或多个旋翼叶片110a、110b的控制可包括一个或多个旋翼叶片的转动速度和一个或多个旋翼叶片的转动方向。例如，具有四个推进单元的无人机可能由于碰撞而翻转并以第一取向200a着陆在表面上。当无人机处于第一取向时，无人机204的第一部分可接触着陆表面206，而无人机的第二部分202可朝向相反的方向。可控制无人机左侧的推进单元的两组旋翼叶片以第一速度转动，并控制无人机右侧的推进单元的旋翼叶片以第二速度转动。可控制第一速度和第二速度，使得无人机可绕横滚轴线(图1中的y轴)旋转为左侧朝上，并且无人机可继续旋转并翻转大约180度。无人机可配置为绕横滚轴线旋转并基本以一角速度翻转。可选地，无人机可配置为绕横滚轴线旋转并以可变的角速度翻转。在翻转过程中，无人机一条对角线(例如图1中的124)上的旋翼叶片可沿第一方向旋转，而另一对角线(例如图1中的126)上的旋翼叶片可沿与第一方向相反的方向旋转。在翻转之后，第二部分202可接触着陆表面206，而第一部分204可以面朝上。在这个取向上，无人机可正常起飞并恢复飞行。可选地，为启动翻转，沿无人机的对角线126的左侧旋翼组可增加旋转速度至一定程度，使得最靠近该组旋翼的无人机的左侧部分从顶部看向上移动，并且随后可导致整个无人机的翻转。

在一些情况下，当无人机处于第一取向200a时，无人机的第一部分204与下垫面206接触，并且当无人机处于第二取向200b时，无人机的第二部分202与下垫面接触。在一些情况下，第一部分和第二部分相对于穿过无人机主体的水平面(例如平行于图1中的x-y平面)彼此横向(例如，沿图1中的z轴)相对。在一些情况下，当无人机处于第一取向200a时，第二部分202沿一个或多个推进单元产生的升力方向位于主体上方。在一些情况下，当无人机处于第二取向200b时，第一部分204沿一个或多个推进单元产生的升力方向位于主体上方。在一些情况下，第一取向是无人机上下颠倒。在一些情况下，第二取向是无人机正面朝上。在一些情况下，无人机能够以第一取向和第二取向从下垫面起飞。在一些情况下，无人机可以第一取向和第二取向悬停或飞行。

无人机可在翻转或改变取向之后起飞。无人机可在翻转或改变取向之后从着陆表面206飞离。可选地，无人机可在翻转后悬停于着陆表面上方。无人机可沿任何方向和/或沿在三维空间内限定的任何运动路径飞行。无人机可在六个自由度上运动。

无人机可配置为包括中间飞行取向200c。中间飞行取向可存在于无人机从一个取向(例如200a)到不同取向(例如200b)的翻转或取向改变过程中。无人机可在0.001秒至约10分钟之间的任何时间中处于中间飞行取向。在中间飞行取向时，无人机可能在半空中。可选地，无人机的一些部分可接触下垫面206。中间飞行取向可具有翻转取向之前和之后(例如第一和第二飞行取向)的角度差的大约一半。作为一个示例，当无人机从第一取向到第二取向翻转约180度时，中间取向可与第一取向和第二取向成约90度。中间飞行取向可与第一或第二飞行取向具有约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180或任何其他度数的差异。在其翻转过程中，无人机可保持中间飞行取向约0.01秒至约1000秒。

图3示出了根据本发明的实施例的具有不同翻转高度和半径的无人机的示意图。

除了以下差异，图3中的实施例可以类似于图2中的实施例。在图3中，无人机可配置为当无人机在地面上时调整取向的翻转或变化，使得中间飞行取向312沿竖直方向具有不同的高度(例如h1和h2)。类似地，限定无人机312的翻转运动路径的圆弧的半径r可以随不同高度而不同。附加地，无人机可配置为调整取向的翻转或改变，使得取向改变之后的无人机可以着陆在与翻转之前的无人机不同距离(例如d1和d2)的位置。无人机可配置为通过控制一个或多个推进单元的旋转速度和方向来在取向变化中实现这种差异，从而控制翻转速度、翻转加速度、翻转高度(例如h1和h2)、翻转距离(例如d1和d2)、翻转半径、翻转轴(图13-15)和/或无人机的其他参数。圆弧r的半径(限定翻转312期间无人机的运动路径)可以在约0米至约0.3米的范围内。翻转距离可以在约0米至约0.3米的范围内。翻转高度可以在约0.2米至约1米的范围内。

取向变化的这种差异可利于无人机避免外部障碍物并确保取向改变的成功。作为一个示例，无人机可以翻转到足够高的中间取向，然后翻转到不同的飞行取向，从而可避免下垫面的突起。作为另一示例，无人机可以翻转到与翻转前的无人机距离小于0.01米的位置，以避免翻转并落在距翻转前的无人机0.03m外并围绕翻转前的无人机的水面中。

图4示出了根据本发明的实施例的无人机在从着陆表面翻转到半空时改变其取向的示意图。

除了以下差异，图4中的实施例可以与图2中的实施例类似。在图4中，下垫面上的无人机可改变取向412。在取向改变期间，无人机可以包括中间飞行取向400c，中间飞行取向400c与第一取向400a相差小于90度且与第二飞行取向400b相差大于90度。在翻转之后的第二取向，无人机可以高于下垫面hab的高度。无人机可以在第二飞行取向上继续飞行。

圆弧(限定无人机在翻转412期间的运动路径)的半径可以在约0.2米至约0.5米的范围内。高度hab可以在下垫面上方约0.2米至约0.5米的范围内。

这种在空中以飞行取向结束的翻转412可利于避免如果无人机降落在下垫面上可能存在于下垫面的外部障碍物和/或可能存在于无人机可能采取的其他翻转运动路径上的障碍物。附加地，这样的翻转也可确保翻转后快速和有效的飞行。作为一个示例，无人机可配置为通过翻转412改变取向以避免无人机周围的不适于翻转的无人机降落的下垫面。

图5示出了根据本发明的实施例的无人机可响应于检测的阈值条件在飞行中改变取向的条件的示意图。

无人机可设置于一个或多个取向。在一些实施例中，取向可包括第一取向500a和第二取向500b。在一些情况下，在坠落着陆之后，无人机可以第一取向500a接触下垫面或着陆表面506，使得相对于下垫面其第二部分504面朝下并且其第一部分502面朝上。无人机可以第一取向从着陆表面506起飞。在一些实施例中，当无人机满足阈值条件(例如高度阈值508)时，无人机可将其取向从500a改变到500b。然后，无人机可继续以第二取向500b飞行，其中第二部分504面朝上并且无人机的第一部分502面朝下。第一取向和第二取向可以彼此平行但横向相反(例如大约180度的差异)。

在一些情况下，当无人机处于第一取向500a时，一个或多个保护罩的第一部分504(例如顶部)可与下垫面506接触，并且当无人机处于第二取向500b时，一个或多个保护罩的第二部分502(例如底部)可与下垫面接触。在一些情况下，一个或多个保护罩的第一部分和第二部分可相对于穿过无人机主体的水平面(例如平行于图1中的x-y平面)彼此横向相对(例如沿图1中的z轴)。在一些情况下，当无人机处于第一取向500a时，第二部分502可沿一个或多个推进单元产生的升力方向位于主体上方。在一些情况下，当无人机处于第二取向500b时，第一部分504可沿一个或多个推进单元产生的升力方向位于主体上方。

当一个或多个传感器检测到无人机已达到阈值条件508时，无人机可从第一取向500a翻转到与第一取向相反的第二取向500b。一个或多个传感器可以在无人机上，并且可配置为当无人机在飞行中时检测无人机是否已达到阈值条件。阈值条件可以在无人机的飞行期间达到。作为一个示例，阈值条件可以是无人机相对于下垫面的高度。可选地，阈值条件可以是无人机相对于下垫面的速度或加速度，其中，速度或加速度是无人机相对于下垫面的垂直速度或加速度。可选地，阈值条件可以是是提供给一个或多个推进单元的功率、或由一个或多个推进单元消耗的功率、自无人机从下垫面起飞经过的时间量、或其他条件。这种功率阈值条件可用于防止无人机的旋翼叶片、电机或其他元件。作为一个示例，当一个或多个推进单元达到无人机允许的不影响无人机的期望运动的最大功率的90％以上时(例如，当无人机被外部障碍物限制时)，满足功率阈值。无人机可配置为实现可使无人机远离障碍物并恢复适当操作的取向改变。在一些情况下，一个或多个推进单元允许无人机从下垫面起飞，而不管下垫面相对于重力方向的取向如何，其中第一取向是无人机上下颠倒并且其中第二取向是无人机正面朝上。无人机包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护罩。下垫面可以是水平的，包括从水平面、与水平面倾斜、或其组合。

无人机在其起飞、恢复飞行、翻转或改变其取向之前可以在着陆表面506上。着陆表面可以是任何静态的或移动的表面，其可配置为承载无人机的至少部分重量。着陆表面可以是不同的地形。着陆表面可以是平坦的、倾斜的、下倾的、均匀的、不均匀的、或与水平面成任何角度。例如，着陆表面可以是屋顶、树枝、地面、水中漂浮物、水面、树叶覆盖面、岩石表面、草地、沼泽表面、飞行器、沙面等。着陆表面可以是接近或远离用户、遥控器和/或终端。着陆表面可在用户的视线范围内或在遥控器和/或终端的控制范围内。着陆表面可在用户的视力范围之外或在遥控器和/或终端的控制范围之外。

无人机可以以第一取向500a、第二取向500b或其可能具有的任何其它取向位于着陆表面506上。无人机可放置于着陆表面506上以进行新的起飞。可选地，无人机可被控制降落在着陆表面上，或者可能在由外部源或一个或多个元件的内部故障引起的碰撞着陆之后无意地着陆在着陆表面上。在一些情况下，着陆表面和周围环境可能不适于在着陆表面上翻转或改变取向。在其他情况下，无人机可能无法在着陆表面上翻转或改变其取向。因此，可能希望允许无人机以其当前取向起飞离开着陆表面，然后当其在空中时翻转或改变其取向，而不是在着陆表面上翻转或改变取向。例如，着陆表面可能确定为对于翻转或取向改变来说太小。在一些情况下，着陆表面可能不是平坦的或均匀的，从而可能难以翻转或改变取向。作为另一示例，着陆表面可能移动得非常快或很滑，因此翻转可能很困难。无人机可以检测其周围的环境(尤其是着陆表面)和/或其取向，以自动确定在着陆表面上翻转或改变取向是否是适合的。如果不合适，则无人机可以首先起飞，然后当它从用户、控制器和/或终端接收到信号时或者当它检测到阈值条件时在空中翻转。作为一个示例，可基于与gps传感器通信的多个gps卫星确定环境(例如位置)。作为另一示例，可基于由激光雷达传感器获取的飞行时间数据确定环境。作为另一示例，可基于由视觉传感器获取的图像数据确定环境类型(飞行路线中的障碍物)，例如与由视觉传感器获取的图像数据相关联的曝光时间。

在一些情况下，无人机能够以第一取向和第二取向从下垫面起飞。在一些情况下，无人机在第一取向和第二取向时能够悬停或飞行。

本文公开的无人机和方法可通过控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件(例如图6中的1、4)和第二组旋转部件(例如图6中的2、3)的方向来生成无人机的升力。本文公开的每个旋转部件可包括一个旋翼叶片或一组旋翼叶片。在一些实施例中，本文公开的无人机和方法可包括在无人机处于第一取向或第二取向(图5中的顶部面板)时当无人机从下垫面起飞时生成无人机的升力。

对于从着陆表面506起飞，它可能发生在任何类型的导致无人机在着陆表面上的无人机动作之后。非限制性示例包括成功翻转、尝试但失败的翻转、着陆、通电但在着陆表面上空转、沿着陆表面移动、坠落至着陆表面等。对于从着陆表面起飞，无人机可以采取一系列动作让无人机离开表面。在一些情况下，无人机可以悬停在着陆表面上，然后以垂直运动飞行。作为另一示例，无人机可以垂直、水平和/或曲线运动的组合直接飞离着陆表面。

起飞可以在有或没有一个或多个传感器的帮助下自动发生。无人机可基于无人机的当前取向和着陆表面确定是否需要翻转或改变取向。如果期望翻转或改变取向，但是着陆表面、周围环境和/或无人机的条件可能不适合在着陆表面上翻转或改变取向，则无人机可以自动确定从着陆表面起飞。起飞可以由用户、控制器和/或终端控制。无人机可以在接收到来自用户、控制器和/或终端的信号后起飞。

在一些情况下，可以向一个或多个对应的推进单元提供信号(来自遥控器和/或终端或者来自无人机)，由此控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的旋转方向。当使用本文公开的一个或多个传感器检测到阈值条件508时，可以生成信号。作为一个示例，可以基于与无人机上的gps接收器通信的多个gps卫星确定高度阈值。作为另一示例，可以使用超声波传感器检测在无人机的阈值距离内的障碍物。

当检测到或满足阈值条件508时，无人机可以翻转或改变取向。阈值条件可以是当出现例如故障、断电、通讯中断、失控、遇到障碍物或阻力的意外情况时，无人机或其中的元件可能出现的一个或多个条件。阈值条件可以是用户选择的或预编程到无人机中的。阈值条件可以在无人机操作之前或期间输入到无人机中。阈值条件可在无人机操作期间变化或保持恒定。在一些情况下，阈值条件可基于无人机的周围环境自适应地改变。阈值条件可由处理器、智能设备、控制器、终端、数字处理设备、云、数据库、算法、应用程序、计算机软件、用户、无人机的制造商等中的至少一个设置或改变。

作为一个示例，当在无人机的预定距离内检测到外部物体时，可以满足阈值条件508。可选地，当无人机接触外部物体时可以满足阈值条件。任选地，阈值条件可以包括无人机的海拔、高度、加速度、纬度、或速度大于或小于预定值。阈值条件可以是检测到旋翼叶片的旋转速度为小于或大于预先选择的速度。作为另一示例，阈值条件可以是检测到在某一时间段内无人机的海拔、高度、加速度、纬度、速度的预定变化大于或小于预定值。作为另一示例，阈值条件可以是在预先选择的时间段内无法实现无人机的海拔、高度、加速度、纬度、速度的预定变化大于或小于预定值。阈值条件可以是检测到至少一个旋翼叶片的预定转速变化为小于或大于预先选择的速度。阈值条件可以是无法实现至少一个旋翼叶片的预定转速变化为小于或大于预先选择的速度。作为另一示例，在外部源(例如强风)引入不希望的取向变化之后，无人机可翻转或改变取向。

无人机可使用如本文公开的一个或多个感测单元或传感器检测阈值条件508。每个传感器可位于无人机上、在无人机的一个或多个不同位置处、或远离无人机。传感器可位于一个或多个不同位置，包括：中心体102，旋翼110a、110b，保护罩106和支撑件108。每个传感器可以直接感测无人机的一个或多个特性或者无人机周围的环境。可选地，每个传感器可以感测感测数据和将感测数据转换(通过其本身或者通过无人机上或远离无人机的位置的其他数字处理设备)为无人机或无人机周围环境的一个或多个特性。这种特性的非限制性示例可以是飞行取向、空间布局、速度、海拔、纬度、加速度、速率、倾斜角度、高度以及到外部主体的距离。在一些情况下，通过传感器间接或直接感测的特性多达三个平移自由度和三个旋转自由度。一个或多个传感器可包括全球定位系统(gps)传感器、运动传感器、惯性传感器、接近传感器、超声波传感器、红外传感器、紫外传感器、图像传感器、电磁发射传感器、雷达或任何其他传感器。作为一个示例，gps传感器可依次检测无人机在着陆表面506上的位置以及然后无人机在飞行时的一个或多个位置，然后处理器、控制单元等可比较无人机在不同时间点的位置以确定无人机到着陆表面506的高度或距离。可将检测的高度与阈值高度比较，并查看阈值条件是否已满足。

可选地，传感器可用于提供与无人机周围环境相关的数据，例如天气条件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造建筑物的位置、风速、风向、雨速、温度等。这种环境数据可能关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度。例如，一个或多个传感器可以感测无人机的底部502到顶部504的相对位置，并通过使用将底部和顶部的位置关联到不同取向的预定义的数据库来确定取向。

无人机可使用一个或多个感测单元来感测其取向(例如500a或500b)或取向的改变。感测单元可以是如本文公开的传感器。感测单元可以是任何数量的传感器。感测单元可以位于无人机上或无人机外。在一些情况下，感测单元是无人机上任意数量的传感器和无人机外任何数量的传感器的组合。传感器可直接感测数据，所述数据选自：相对于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度的位置、两个时间点的位置变化、平移速度、两个时间点的平移速度变化、平移加速度、两个时间点的平移加速度变化、取向、角速度、两个时间点的角速度变化、角动量、两个时间点角动量的变化、角加速度、两个时间点的角加速度变化、旋翼叶片速度、旋翼叶片频率、旋翼叶片的旋转方向或其任何组合。传感器可以感测可用于导出或生成关于上述数据的信息的数据。传感器感测和收集的数据可任选地被处理，以便在一定置信度下进行分析。可分析来自一个或多个传感器的经处理或未经处理的原始数据以生成无人机的取向。数据的可选处理或分析可以包括任何数据处理方法，可选自但不限于：去噪、分割、模式识别、统计分析、截断、滤波、采样、代数运算、频率分析、阈值处理、压缩、解压缩、加密、解密和信号转换。

能够确定阈值条件508是否已满足而无需任何外部信号可以有利地允许无人机独立于许多环境因素进行操作。例如，无需gps输入可允许飞行器在室内或室外条件下操作，否则gps信号可能被阻塞或不可靠。在另一示例中，无需来自载运工具外部的反馈(例如，可能需要回波来确定无人机高度的传感器)可以减少发生干扰信号和使例如移动部件(例如风中吹动的树叶)的环境因素降低回声信号的可靠性的风险。本文描述的系统和方法也很简单，并且不需要会花费更多时间或处理能力的很多复杂的计算。本文提供的系统和方法可以提供可易于评估而无需进行复杂计算的条件，所述计算可能用于查看相对于外部参考的各种相对位置和运动信息的系统中。无人机可基于在飞行器上提供的信息来确定阈值条件是否满足，而无需外部信号。这可为各种环境条件下的无人机提供平稳的、辅助的起飞-然后-翻转或翻转-然后-起飞的顺序动作。

具有或不具有无人机或其环境的一个或多个特性的组合的阈值条件508可以触发不同的控制来实现翻转。这种实现翻转的控制差异可保护无人机避免动作失效和/或失效造成的可能损害，从而提高无人机及其内部元件的可靠性和安全性。在一些情况下，当无人机达到阈值高度时，在风阻低且升力足够时，无人机可自动控制以最佳速度范围翻转。作为另一示例，当无人机检测到阈值风阻或风速时，其可自动直接翻转，以减少操作过程中的风阻。作为另一示例，当达到接触外部物体的阈值条件时，传感器可以检测外部物体相对于飞行路线的位置，并且无人机可以翻转到远离外部物体的位置。这种控制可借助于传感器或通过用户的外部控制自动进行。

翻转可在运动不会对无人机造成损害性冲击的情况下控制或实现。可基于无人机的重量、尺寸、形状和/或推进单元的最大速度来控制或实现翻转，使得翻转不会对无人机或其内部的元件造成损害。

通过分开或一起控制一个或多个旋翼叶片，可以控制或实现无人机的翻转。特别地，一个或多个旋翼叶片的控制可包括一个或多个旋翼叶片的转动速度和一个或多个旋翼叶片的转动方向。旋翼叶片的进一步控制可以包括一个或多个旋翼叶片的叶片间距。作为一个示例，可以控制无人机的左上和右下的推进单元的旋翼叶片以两种不同的速度以顺时针方向旋转，并且可以控制无人机的右上和左下侧的推进单元的旋翼叶片以相同的速度以逆时针方向旋转(当从无人机的顶部或底部观察时)，并且可以控制每个推进单元的速度，使得无人机的左上侧以恒定速度向上滚动而无人机的右下侧向下滚动，并最终导致无人机围绕x-y平面内的轴线翻转(如图1所示)。

无人机的翻转可以导致无人机的旋转运动、平移运动、水平运动、垂直运动或它们的组合。在翻转后，无人机的中心体可以在三维空间中位于不同或相同的位置。在翻转过程中，无人机可能有平移运动、旋转运动、水平运动、垂直运动或它们的组合。

无人机可以自动检测阈值条件508而无需外部信号。无人机翻转的自动控制可能是有利的，使得动作的实现不受用户视力的限制，并且如果无人机超出数据通信范围或者如果用户是新手，则可以不受影响。这种自动检测可以是快速的，因为通信仅在无人机内部，它可以更高效和简单，因为它不需要任何外部输入和/或控制，和/或它可能更可靠，因为与外部控制器的通信故障或外部控制器的故障不影响无人机的自动检测。

当自动检测的一个或多个元件在不同情况下故障时，手动控制无人机翻转可能是有利的。当用户有经验时，手动控制翻转可能是有利的。当用户对周围环境有更好的感知时，手动控制翻转可能是有利的。当周围环境对于自动控制过于复杂而无法处理或自动控制能够进行翻转时，手动控制翻转可能是有利的。

图6示出了根据本发明的实施例的在飞行期间改变其取向的无人机的示意图。

除了以下差异，图6中的实施例可以与图5中的实施例类似。在图6中，当飞行时，在距下垫面606大于阈值高度h6的高度处，无人机可改变取向到第二飞行取向600b，第二飞行取向600b可能不与第一飞行取向600a相差约180度并且在下垫面之上。无人机可以第二飞行取向恢复飞行。在翻转612过程中，无人机可以包括可与第一飞行取向相差90度并且与第二飞行取向相差小于90度的中间飞行取向600c。

第二飞行取向可与第一飞行取向相差约91、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260或269度。可选地，第二飞行取向可与第一取向成大于1度的任何角度。中间飞行取向可以是小于第一飞行取向与第二飞行取向之间的差值的任何角度。翻转612的角度可以在约90度到约269度的范围内。圆弧(定义无人机在翻转期间的运动路径)的半径可以在约0.2米至约0.5米的范围内。高度h6可以在下垫面上方约0.2米至约0.6米的范围内。

与第一飞行取向具有各种角度差的第二飞行取向可能有利于避免外部障碍物并且用于继续沿各个方向和沿不同飞行路径的飞行。

图7示出了根据本发明的实施例的无人机从向上倾斜的表面翻转到水平着陆表面时改变其取向的示意图。

除了以下差异，图7中的实施例可以类似于图2中的实施例。在图7中，处于第一取向700a的无人机可配置为从第一倾斜面706a翻转到处于第二取向700b的水平面706b。第一倾斜面可从水平面向上倾斜大约30度。翻转712的角度范围可以从约89度到约179度。圆弧(定义无人机在翻转期间的运动路径)的半径可以在约0.2米至约0.6米的范围内。

在一些实施例中，无人机可在翻转之后与水平面接触。在翻转期间，无人机可以包括可与第一飞行取向相差小于90度并且与第二飞行取向相差小于90度的中间飞行取向700c。可选地，中间飞行取向可以为小于第一飞行取向与第二飞行取向之间的差值的任何角度。

图8示出了根据本发明的实施例的无人机从向上倾斜表面翻转到半空时改变其取向的示意图。

除了以下差异，图8中的实施例可以类似于图7中的实施例。在图8中，处于第一取向800a的无人机可配置为从第一倾斜面806a翻转到第二取向800b。第一倾斜面可以从水平面向上倾斜大约30度。无人机可配置为从第一倾斜面翻转为在表面806b之上的高度h8处飞行。翻转角度范围可以从约89度到约179度。圆弧(定义无人机在翻转期间的运动路径)的半径可以在约0.2米至约0.6米的范围内。在图8的实施例中，在翻转之后，无人机可以在空中并且不需要与水平面806b接触。在翻转过程中，无人机可包括可与第一飞行取向相差小于90度并且与第二飞行取向相差小于90的中间飞行取向800c。可选地，中间飞行取向可以为小于第一飞行取向和第二飞行取向之间的角度差的任何角度。

图9示出了根据本发明的实施例的无人机从向下倾斜表面翻转到水平着陆表面时改变其取向的示意图。

除了以下差异，图9中的实施例可以类似于图7中的实施例。在图9中，处于第一取向900a的无人机可配置为从第一下倾面906a翻转到处于第二取向900b的水平面906b。第一下倾面可以从水平面向下倾斜大约35度。无人机可配置为从第一下倾面翻转到水平面。翻转角度范围可以从约181度到约269度。圆弧(定义无人机在翻转期间的运动路径)的半径可以在约0.2米至约0.6米的范围内。在一些实施例中，无人机可在翻转之后与水平面接触。然后无人机可以第二飞行取向从水平面恢复飞行。在翻转过程中，无人机可包括可与第一飞行取向相差大于90度并且与第二飞行取向相差大于90的中间飞行取向900c。可选地，中间飞行取向可以为小于第一飞行取向和第二飞行取向之间的角度差的任何角度。

图10示出了根据本发明的实施例的无人机从向下倾斜的表面翻转到半空时改变其取向的示意图。

除了以下差异，图10中的实施例可以类似于图9中的实施例。在图10中，处于第一取向1000a的无人机可配置为以第二取向1000b从第一下倾面1006a翻转到水平面1006b。第一下倾面可以从水平面向下倾斜大约25度。无人机可配置为从第一下倾面翻转到水平面。翻转角度范围可以从约181度到约269度。圆弧(定义无人机在翻转期间的运动路径)的半径可以在约0.2米至约0.6米的范围内。在图10的实施例中，在翻转之后，无人机可以飞行并且不需要与水平面接触。然后无人机可以第二飞行取向在高于水平面的高度h10处恢复飞行。在翻转过程中，无人机可包括可与第一飞行取向相差大于90度并且与第二飞行取向相差大于90的中间飞行取向900c。可选地，中间飞行取向可以为小于第一飞行取向和第二飞行取向之间的角度差的任何角度。

图11示出了根据本发明的实施例的无人机响应于用户命令而改变其取向的示意图。

用户1110可以使用控制器1106与无人机通信。最初处于第一飞行取向1100a、其底部1102面朝上并且其顶部11011面朝下的无人机，可以接收来自用户1110的无线信号1108并且可以翻转进入底部1102面向下且顶部1104面朝上的第二飞行取向1100b，以及在翻转之后恢复飞行。当无人机可能在地面上、起飞、着陆或正常飞行时，用户命令可以启动无人机的翻转。

本文公开的无人机和/或方法可包括指示用户输入以启动无人机翻转的信号。用户输入经由无人机的远程用户终端1106提供。在一些情况下，信号在用户终端生成并经由一个或多个通信信道1108从用户终端发送到无人机。在一些情况下，用于启动翻转的用户输入可能仅能启动翻转而非无人机的其他动作。在进一步的情况下，无人机从第一取向1100a到第二取向1100b的翻转导致无人机取向的至少170度的变化。第一取向可以是无人机上下颠倒而第二取向可以是无人机正面朝上。在一些情况下，用户输入可以是实现无人机从第一取向到第二取向翻转的单一动作。指示用户输入的信号可以在无人机位于下垫面上或飞行时获取。

无人机可包括防止一个或多个推进单元直接接触下垫面的一个或多个保护器。

通过分开或一起控制一个或多个旋翼叶片，可以自动地或由用户1110通过遥控器1106手动地控制或实现无人机的翻转。特别地，一个或多个旋翼叶片的控制可包括一个或多个旋翼叶片的转动速度和一个或多个旋翼叶片的转动方向。例如，可以控制无人机的左上和右下的旋翼叶片(如图6中的1和3)以第一速度或以两种不同的速度顺时针方向旋转，并且可以控制无人机的右上和左下侧的旋翼叶片(如图6中的2和4)以第二速度或以两种不同的速度逆时针方向旋转(当从无人机的顶部观察时)，并且可以控制同一推进单元的每组旋翼的速度，使得无人机的左上侧(如图6中的1)沿偏航轴线(图1中的z轴)比其他推进单元移动地更高。

无人机的翻转可导致无人机的旋转运动、平移运动、水平运动、垂直运动或它们的组合。在翻转之后，无人机可以在三维中处于不同或相同的位置。在翻转过程中，无人机可具有平移运动、旋转运动、水平运动、垂直运动或它们的组合。

控制器或终端1106可包括用户界面，例如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏、麦克风、电子显示器等。任何用户输入可用于与控制器交互，例如手动输入的命令、语音控制、手势控制、眼球运动或位置控制(例如，经由终端的运动、定位或倾斜)。

用户410的不同类型的动作可以启动翻转。用户的单一动作可启动翻转过程。在一些情况下，单一动作是选择无人机的远程终端的按钮或触摸屏。可选地，单一动作是无人机的远程终端上的开关翻转，由无人机的远程终端登记的口头命令，无人机的远程终端的姿态变化，或任何动作。可选地，具有用户控制的运动参数的手动过程可以启动翻转可能发生的方式。可选地，用户可以从预先确定的选项列表中选择，以不同的运动参数启动不同类型的翻转。可选地，用户可以直接移动操纵杆等来控制无人机的相关运动并导致翻转。

无人机经由通信信道1108与控制器或终端1106进行数据通信。这种经由信道的通信可以是单向或双向的。可以使用任何通信信道，例如有线通信信道或无线通信信道。例如，通信可使用局域网(lan)、广域网(wan)、红外线、无线电、wi-fi、点对点(p2p)网络、电信网络、云通信、蓝牙等中的一个或多个。可选地，可使用例如塔、卫星或移动站的中继站。无线通信可以是依赖近距离或不依赖近距离的。在一些实施例中，视线范围可能或可能不需要通信。

用户控制的无人机翻转具有优点。在一些情况下，当相机仅从无人机的某个角度捕捉视图时，用户可以翻转无人机并选择翻转无人机以捕捉否则将无法获得的图像。在替代情况下，当无人机在用户的视力之外时，用户可以选择翻转无人机并使无人机通过翻转和相应反转的飞行路线自动返回至用户。作为另一示例，当无人机保护罩的底边遇到一些功能障碍并且可能无法以当前取向合适着陆时，用户可以选择翻转无人机并在翻转后使用保护罩的顶边进行受保护着陆。作为另一示例，当无人机可能被外部物体困住并且无法通过其自动控制恢复飞行时，用户可以启动无人机的自动返回功能，使得无人机可以反转其路线返回到它开始的位置。图12示出了根据本发明的实施例的能实现无人机取向变化的无人机的飞行控制系统的示意图。

无人机可包括将控制命令传递给一个或多个电调控制器(esc)1204a、1204b的飞行控制单元1202。电调控制器1204a可解释从飞行控制单元502接收的控制命令，从而控制推进单元1206a、保护罩1208a、多个旋翼叶片1210a和用于旋翼叶片1210a的致动器1212a。附加地，飞行控制单元可以控制与无人机的遥控器、可选的起落架、和/或一个或多个传感器的通信。

本文公开的无人机可包括一个或多个处理器(例如，位于飞行控制单元或一个或多个电调控制器处)，单独地或共同地配置为生成使无人机从第一取向翻转到与第一取向相反的第二取向的信号；以及一个或多个推进单元，响应于信号实现无人机从第一取向到第二取向的翻转。

飞行控制单元1202可包括实现对无人机及其中的一个或多个元件的控制的一个或多个部件。飞行控制单元可包括一个或多个选自：数字处理设备、处理器、数字滤波器、数据通信链路、电源、计算机存储器、数据库、算法、操作系统、计算机程序、应用程序、软件模块、非暂时性计算机介质等。飞行控制单元可以在无人机上以允许从该单元快速通信和有效控制无人机。飞行控制单元可位于一个或多个不同的位置，包括：中心体、推进单元1206a、1206b、旋翼1210a、1210b、保护罩1208a、1208b和结构支撑。可选地，飞行控制单元可以在无人机外以减轻重量、减少无人机操作期间可能的损坏、和/或消除对飞行控制单元的可能约束，这种约束可包括但不限于控制单元的尺寸、重量、电源和处理速度。

飞行控制单元可包括一个或多个处理器，配置为单独地或共同地控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的方向。在一些情况下，处理器可配置为生成信号以控制一个或多个推进单元。在一些情况下，来自一个或多个处理器的信号可配置为使无人机在第一取向与第二取向之间改变取向。

飞行控制单元1202可以双向通信方式与一个或多个传感器、控制器和/或终端通信。飞行控制单元1202可接收来自一个或多个传感器的数据、处理来自一个或多个传感器的数据、存储来自一个或多个传感器的信号、和/或生成控制信号以控制一个或多个推进单元。可选地，飞行控制单元可接收来自一个或多个控制器或终端的信号、处理来自一个或多个控制器或终端的信号、存储来自一个或多个控制器或终端的信号、和/或生成控制信号到一个或多个推进单元。飞行控制单元可基于从一个或多个传感器或一个或多个终端接收的数据自动生成到电调控制器1204a、1204b的控制信号。可选地，飞行控制单元可传递来自终端或控制器的手动信号以形成到旋翼的控制信号。在一些情况下，飞行控制单元处的数据处理可包括但不限于：去噪、分割、模式识别、统计分析、截断、滤波、采样、代数运算、频率分析、阈值处理、压缩、解压缩、加密、解密、信号转换等。飞行控制单元还可接收来自一个或多个推进单元的数据、处理来自一个或多个推进单元的数据、存储来自一个或多个推进单元的数据、或将数据发送到一个或多个传感器、控制器和/或终端。这种通信可以是无人机操作的反馈。

无人机可包括直接与飞行控制单元1202以及一个或多个推进单元1206a、1206b和其中的元件通信的电调(esc)单元1204a、1204b。esc可以是或不是飞行控制单元的一部分。esc可能或可能不是物理上位于飞行控制单元处或其附近。esc可位于一个或多个不同的位置，包括：中心体、推进单元1206a、1206b、旋翼1210a、1210b、保护罩1208a、1208b和结构支撑件。可选地，esc可以在无人机外以减轻重量、减少无人机操作期间可能的损坏、和/或消除对飞行控制单元的可能约束，这种约束可包括但不限于控制单元的尺寸、重量、电源和处理速度。esc可以直接或间接(利用中介器，例如利用飞行控制单元1202)与一个或多个传感器、控制器和/或终端通信。来自或到esc的通信可以是单向的或双向的。通信可以是单向地从飞行控制单元到esc然后到一个或多个推进单元及其中的元件。通信可以是双向的，使得在一个或多个推进单元及其中的元件处的速度可被esc检测，然后传送给飞行控制单元。

esc可包括一个或多个处理器，配置为单独地或共同地控制一个或多个推进单元的第一组旋转部件和第二组旋转部件的方向。在一些情况下，处理器可配置为生成信号以控制一个或多个推进单元。在一些情况下，来自一个或多个处理器的信号可配置为使无人机在第一取向与第二取向之间改变取向。在一些情况下，信号由一个或多个esc单元提供给一个或多个对应的推进单元，所述esc单元配置为单独地控制一个或多个推进单元的一个或多个对应的旋转部件的速度和/或方向。在一些情况下，来自一个或多个esc单元的信号配置为使无人机在第一取向与第二取向之间改变取向。在一些情况下，一个或多个旋转部件包括旋翼叶片。在一些情况下，无人机的第一取向是上下颠倒。在一些情况下，无人机的第二取向是正面朝上。

esc1204a、1204b可将来自飞行控制单元的综合信号转换为单独的速度控制信号，使得至少一个推进单元的至少一个元件可以由esc控制。esc或飞行控制单元1202可以使用现有的或当前的速度、位置、取向、电压、电流和/或功率数据作为输入，未来的速度、位置、取向、电压、电流和/或功率数据作为输出，并且计算可将无人机的输入数据改变为输出数据的推进单元的元件的参数。完成速度控制过程的持续时间可能是esc要考虑的另一输入。esc可以包括反馈系统以控制推进单元的速度。作为一个示例，如果一个推进单元1206a中的旋翼叶片1210a的当前速度是1000转/分(rpm)且致动器功率为10，则esc将未来速度与1000rpm进行比较，如果飞行控制单元发送的未来速度为3000rpm，则esc可以将功率等级提高到30。可选地，esc可以逐渐增加功率并实时检测旋翼叶片速度，然后基于实时旋翼叶片速度再次相应地调整功率，直到达到飞行控制单元设定的速度目标。可选地，esc可以搜索关于速度-功率关系的预先存在的查找数据库等，并且使用期望速度定位精确的功率。

esc1204a、1204b可以是可用于无人机的任何类型的esc。esc可以用作如辉光动力飞机的油门伺服系统的类似用途。esc可以电力地和/或电子地连接到电源(例如电池)、飞行控制单元1202、以及致动器1212a、1212b。esc可以包括电子电路以改变速度、方向并且可能还用作致动器1212a、1212b的动态制动，由此控制旋翼叶片1210a、1210b的旋转。esc可以包含微控制器，用于解释来自飞行控制单元1202的输入信号并使用内置或定制程序适当地控制致动器。esc可以具有约0.001hz至约5000hz的更新速率。esc可以以恒定或可变的更新速率将输出控制信号发送到旋翼。esc发送至电机的输出信号可以是具有特定交流频率和电压电平的交流电信号。输出信号也可能有不同的相位。在一些情况下，esc可接受来自飞行控制单元1202或脉冲宽度从1毫秒(ms)到2ms变化的伺服机的50hz的输入信号。当以50hz的频率提供宽度为1ms的脉冲时，esc可以通过关闭附接到其输出的致动器来响应。1.5ms的脉冲宽度输入信号可以大约半速驱动致动器。当提供2.0ms的输入信号时，电机可以全速运行。esc从飞行控制单元1202接收的输入信号可以是具有特定电压电平的交流信号。输出信号也可有不同的相位。可选地，输入信号可以是可在esc上转换为输出波形信号的任何电力或电子信号

每个esc1204a、1204b可以定位在无人机的不同位置处。在一些实施例中，esc可以位于中心体、位于保护罩1208a、1208b、位于从中心体延伸并支撑推进单元1206a、1206b的可选臂、位于推进单元、位于致动器1212a、1212b、位于可选起落架、或无人机的任何其他位置。每个推进单元1206a、1206b可以包括任何数量的旋翼叶片1210a、1210b。在一些情况下，每个推进单元包括偶数个旋翼叶片。在一些情况下，每个推进单元包括至少2、4或6个旋翼叶片。相同推进单元的每个旋翼叶片附接到致动器1212a、直接或间接地到在其近端处的相同致动器(例如，如图1所示)。并且旋翼叶片的总数量沿圆形区域均匀分布。作为一个示例，4个旋翼叶片可以与其相邻的旋翼叶片成90度并且均匀分布。每个旋翼叶片的远端向外延伸。当无人机的顶部朝上时，每个旋翼叶片在无人机的初始起飞取向具有大致朝上的顶面(具有或不具有倾斜角)和大致朝下的底面(具有或不具有倾斜角)。当无人机大致处于水平面时，在水平面与顶面或底面之间可能存在倾斜角。

无人机可包括防止一个或多个推进单元直接接触外部物体的一个或多个保护罩1208a、1208b。无人机可以包括用于推进单元1206a、1206b的至少一个保护罩1208a、1208b。在一些情况下，一个或多个保护罩的高度大于无人机的中心体的高度。在一些情况下，一个或多个保护罩的高度大于一个或多个推进单元的高度。在一些情况下，一个或多个保护罩1208a、1208b、......中的每一个形成围绕一个或多个推进单元的对应推进单元的通道。在一些情况下，当无人机正在飞行、着陆、起飞和/或改变取向时，保护罩保护推进单元的其余部件免受来自外部源的损坏或不期望的撞击。如图1中可以看到的106，保护罩可以具有任何三维几何形状，其包括围绕一个或多个推进单元的对应推进单元的通道。在一些情况下，每个保护罩包括其中设置有推进单元的套筒。在一些情况下，当无人机位于下垫面时，一个或多个保护罩允许一个或多个推进单元的一个或多个旋转部件沿第一方向或第二方向旋转。旋转部件可包括旋翼(或多个旋翼叶片)、一组旋翼、和/或致动旋翼的电机。通道或套筒的顶部和底部不被覆盖，但是沿其纵向从顶部到底部被覆盖和支撑。推进单元的其他元件可以封闭在保护罩的通道/套筒中。其他元件也可以沿纵向朝向腔室的中心定位，以提供推进单元的最佳保护、支撑和/或重量分布。保护罩优选为圆柱形。保护罩可具有其它三维形状。示例包括立方体、长方体、足球形、纺锤形、沙漏形、卵形等。保护罩的顶面和底面的一个或两者可能未被完全覆盖，以允许合适的通风和使空气从保护罩内流到保护罩外。

每个推进单元1206a、1206b可以包括用于驱动旋翼叶片的旋转的致动器1212a、1212b。致动器可以借助轴连接到一个或多个旋翼叶片。致动器的旋转可引起轴的旋转，进而可引起旋翼叶片的旋转。对轴的任何描述也可适用于可由同一致动器驱动的多个轴。致动器可以是电机。任何驱动机构可用于致动器，例如直流电机(如有刷或无刷)、交流电机、步进电机、伺服电机等。运动可通过例如发动机或电机的任何致动机构致动。无人机可以包括一个或多个发动机、电动机、轮子、轴、磁体、旋翼、螺旋桨、叶片、喷嘴或其任何组合。此外，不同的致动器可以彼此依赖地或独立地工作以致动各个推进单元用于不同的旋转运动。在一些实施例中，推进单元1206a可被致动以具有与推进单元1206b相反的旋转方向和不同的旋转速度。无人机的致动器允许的这种差异可以极大地促进无人机的适当功能，特别是其飞行取向的改变。

每个推进单元1206a、1206b可以包括支撑结构。支撑结构防止保护罩的至少一部分塌陷。支撑结构在一端的内表面处接触保护罩、并接触致动器、旋翼叶片、旋转轴和/或保护罩内的其他元件。支撑结构可以沿保护罩的纵向方向位于比保护罩的两个边缘更靠近中心的位置。在一些实施例中，一个推进单元包括至少一个esc。esc可以纵向地位于保护罩中心附近而不妨碍旋翼叶片的旋转。esc可以靠近或接近叶片近端附接到每个旋翼叶片。在一些情况下，一个esc附接到或靠近致动器或旋转轴。在一些情况下，包括至少两个esc，一个附接到或靠近旋翼叶片，另一个附接到或靠近致动器或旋转轴。

通过控制一个或多个推进单元1206a、1206b的旋转速度和/或方向可改变无人机的取向、速度或飞行方向。通过控制一个或多个旋翼叶片的旋转速度和/或方向可改变无人机的取向、速度或飞行方向。通过分别或一起控制每个推进单元，可以控制无人机的翻转类型和翻转速度。例如，对于每个推进单元，可以单独控制旋翼速度和旋翼方向。对于具有四个推进单元的无人机，八个独立参数可以独立地控制或者以两个和八个之间的任何整数的组合来控制，导致在一至四个推进单元中可能组合多种可能的旋转速度和方向。通过使用这些不同的组合，可以控制如上所述的无人机的取向、速度、飞行方向、加速度、升力或其他特性。作为一个示例，在检测到无人机左侧的障碍物时，无人机可以增大无人机左侧的两个推进单元的转速，使得左侧可以比右侧进一步提升以避免障碍物。作为另一示例，当无人机撞上障碍物并意外翻转时，无人机可自动反转所有推进单元的旋转方向并增加左侧推进单元的旋转速度，使得它高于右侧推进单元的速度，无人机的左侧快速提升并启动整个无人机的180度翻转。每个推进单元的旋转速度和方向可以在翻转过程中和无人机翻转之后调整。

翻转速度可具有恒定的大小和不同的方向。翻转速度的大小和方向可能都不同。翻转速度的大小可以包括在翻转开始时从零开始并在翻转结束时以零结束的任何形状的波形。

图13示出了根据本发明的实施例的当无人机处于不同取向时，无人机的推进单元的旋转方向的示意图。

无人机可具有从中心体1302延伸的四个推进单元1、2、3和4。当从无人机的顶部观察时，第一推进单元1可以从中心体的左上延伸，第二推进单元2可以从中心体的右上延伸，第三推进单元3可以从中心体的右下延伸，并且第四推进单元4可以从中心体的左下延伸。当无人机处于正面取向(即，无人机的顶侧朝上)时，两个推进单元1和3可以顺时针旋转，而另外两个推进单元2和4可以逆时针旋转。当无人机围绕翻转轴1305翻转1312以处于上下颠倒取向(图13中的右下方)时，无人机的底部可以面朝上，并且推进单元的位置可以关于翻转轴线1305成镜像。如图13的右下方所示，为了使无人机在上下颠倒取向时起飞或飞行，推进单元1和3可以逆时针旋转，而推进单元2和4可以沿相反方向顺时针旋转。相反地，当无人机围绕另一翻转轴1307翻转以处于另一上下颠倒取向(图13中的左上方)时，无人机的底部可以面朝上，并且推进单元的位置可以围绕翻转轴线1307成镜像。如图13的左上方所示，为了使无人机在上下颠倒取向时能够起飞或飞行，推进单元1和3可以逆时针旋转，而推进单元2和4可以沿相反方向顺时针旋转。

在一些实施例中，无人机可具有至少四个推进单元1、2、3和4。类似于四旋翼直升机或四旋翼机，四个推进单元可以使用两组旋翼叶片。位于沿无人机的相同对角轴线的推进单元的旋翼叶片可以在相同的组(例如，1和3，或2和4)。旋转部件可以是多组旋翼叶片。当无人机处于第一取向时，第一组旋转部件(例如1和3)可配置为沿第一方向旋转，并且第二组旋转部件(例如2和4)可配置为沿第二方向旋转。相反地，当无人机处于与第一取向相反的第二取向时(左图和右图)，第一组旋转部件可配置为沿第二方向旋转，并且第二组旋转部件可配置为沿第一方向旋转。作为一个示例，当从无人机的顶部观察处于正面朝上取向的无人机时，左上1和右下3的推进单元的叶片可以顺时针旋转，而右上2和左下4的推进单元的叶片可以逆时针方向旋转。当无人机改变飞行取向时，两组叶片可以改变旋转方向，使得最初顺时针旋转的组可以逆时针旋转，并且最初逆时针旋转的组可以顺时针旋转。在一些情况下，旋翼叶片可以具有固定的螺距。沿无人机对角轴线的两个推进单元(右上到左下或左上到右下)可以相同的速度或以不同的速度沿相同的方向旋转。不在无人机同一对角轴线上的两个推进单元(右上到左下或左上到右下)可以相同的速度或以不同的速度沿不同的方向旋转。通过改变致动各个旋翼叶片组的电机的速度，从而改变每组旋翼叶片的转速，可以生成推力以在三个空间维度上推进无人机，或者生成期望扭矩(或转动力)以改变无人机的取向(姿态)。例如，可以通过调整所有四个电机的功率量来控制无人机的高度。向左或右转或者改变高度可以通过降低或增加各个旋翼的速度来实现。

当无人机处于与正面朝上取向相反的不同取向时，推进单元的相同旋转方向可能无法为无人机生成升力。然而，通过反转旋转方向，当无人机处于不同的飞行取向时，可以为无人机生成升力。反向方向可以是逆时针方向用于一个或多个推进单元，顺时针方向用于无人机的剩余推进单元。可选地，通过使用图13右下所示的旋转方向，无人机可以上下颠倒的取向获取足够的升力。当无人机处于相反的飞行取向时，并且如果旋转方向没有变化，则无人机可能失去升力并受到向下拖曳和重力。为了向无人机提供升力，例如如图13所示，所有的旋翼叶片可以反转它们的旋转方向。

1、2、3或4的每组旋翼叶片可以包括螺距。沿无人机的相同对角轴线的同一组旋翼叶片的螺距可以大致相同。为了调节无人机的推力或扭矩，旋翼叶片的螺距可以保持不变或随时间变化。旋翼叶片的螺距可经由esc、飞行控制单元、遥控器、终端或其组合随时间独立调整。作为一个示例，无人机可自动地或通过外部控制改变飞行中的螺距，以在起飞、着陆、飞行和悬停期间在无人机最大速度范围上提供最佳推力。作为另一示例，低螺距可用于在起飞时产生良好的低速加速度和爬升率，而高螺距在飞行中优化高速性能。

旋翼叶片的旋转可以在一个或多个平面内，该一个或多个平面可以大致上平行于无人机的中心体602的顶面和/或底面。旋翼叶片的旋转可以在一个或多个平面内，该一个或多个平面可以大致垂直于保护罩的纵向轴线或图1中的z轴线，和/或大致平行于保护罩的顶边和/或底边。旋翼叶片的旋转轴线可垂直于水平面(图1中的x-y平面)。旋翼叶片的旋转轴线可以垂直于从中心体602延伸并支撑推进单元1、2、3、4的一个或多个臂1304。

一个或多个旋翼叶片的旋转参数的改变可能导致无人机的翻转。旋转参数的改变可包括选自以下参数的一个或多个参数：旋翼叶片的迎角、旋翼叶片的螺距、叶片的转速、旋翼叶片的旋转方向等。一个或多个旋转叶片的旋转参数的改变可能导致升力、推力、扭矩、翻转或其组合的改变。作为一个示例，增加无人机右侧的一个或多个旋翼叶片的转速和/或改变其螺距，可能会增加在右侧生成扭矩和/或增加升力，这可能导致水平平衡的无人机右侧向上、右上侧向上或右下侧向上，然后无人机可能会翻转约180度，使其上下颠倒。

无人机可以围绕平行于无人机的横滚轴线或俯仰轴线的翻转轴线1305、1307翻转。翻转轴线可以远离无人机。在翻转1312之前或之后，从无人机到翻转轴线的距离可以大致相同。作为一个示例，推进单元1在翻转之前或之后可以具有距翻转轴线类似的距离。

图14示出了根据本发明的实施例的能够沿无人机中心体的对角线翻转的无人机的示意图。

除了以下差异，图14的实施例可类似于图13的实施例。在图14中，翻转轴线1405、1407可以沿连接无人机的同一组推进单元的对角线。翻转轴线1407可在同一组推进单元1和3之间延伸；并且翻转轴线1405可在同一组推进单元2和4之间延伸。翻转轴线可以在平行于如图1所示的x-y平面的平面内。翻转轴线可以与无人机的横滚轴和俯仰轴成大约45度。从无人机到翻转轴1405、1407的距离可以在翻转1412之前或之后大致相同。作为一个示例，在翻转1412之前或之后，中心体的几何中心可具有距翻转轴相似的距离。翻转轴可能与无人机部分重叠。

图15示出了根据本发明的实施例的能够绕相对于无人机的中心体限定的多个轴线翻转的无人机的示意图。

除了以下差异，图15的实施例可类似于图13的实施例。在图15中，翻转轴线1501可以在平行于如图1所示的x-y平面的平面内。翻转轴可以与无人机的俯仰轴、横滚轴或偏航轴成任意角度。该角度可以是约0度至约90度范围内的任何角度。翻转轴可以与无人机的中心体相交。可选地，翻转轴可以偏离无人机的中心体。相应地，通过调整推进单元的旋翼的速度和旋转方向，无人机可配置为围绕在三维空间中限定的任何轴线翻转。

图16提供了根据本发明的实施例的无人机的各种部件的图示。无人机可以具有中心体1602，中心体1602具有比保护罩1606更低的高度。中心体的高度hb可以小于一个或多个保护罩的高度hpc。当无人机以取向(例如，正面朝上取向)1600b着陆时，保护罩可以使用其第二部分(例如，底边)接触着陆表面，并且中心体1702可以定位为使得当无人机以任何取向着陆时它不接触着陆表面。保护罩1606的宽度1604可足以在其中包括一个或多个旋翼叶片1610，并允许它们旋转而不接触保护罩的纵向壁。旋翼叶片1610的高度hrb可以小于一个或多个保护罩的高度hpc，并且旋翼叶片可以沿纵向方向充分定位到保护罩1606的中心。旋翼叶片1610可以定位为使得当无人机以任何取向着陆时它们不接触着陆表面或保护罩。推进单元1604可以连接到从中心体1602延伸的臂的远端。

中心体1602可具有任何三维任意形状，其提供足够的空间以在其中容纳有效载荷、电源、传感器等。中心体可以具有任意形状，其为一个或多个推进单元或者附接在其上的臂提供支撑。中心体的示例可以是立方体、长方体、足球形、纺锤形、沙漏形、卵形、圆柱体等。中心体可以在其表面上包括接口，其允许一个或多个臂或一个或多个推进单元在折叠/紧凑配置和延伸/飞行配置之间转换。在一些实施例中，中心体具有能够实现整个无人机的预定重量分布的形状和密度。中心体可具有被一个或多个保护罩保护的外表面。中心体可以具有不接触任何一个或多个保护罩所接触的外部主体的外表面。

在一些情况下，每个推进单元直接附接到中心体1602的外表面。这种附接可以通过保护罩1606(例如，如图1所示)的附接。可选地，每个推进单元可以通过从中心体的外表面延伸的臂1612附接到中心体。臂1612的近端可以通过可选的接口附接到中心体1602的外表面。臂的远端可以经由另一可选接口接触用于推进单元的支撑件、保护罩1606、轮毂、致动器或它们的组合。

无人机可以包括用于每个推进单元的至少一个保护罩1606。无人机可以包括至少一个保护两个或多个推进单元的保护罩。当无人机正在飞行、着陆、起飞和/或改变方向时，保护罩保护推进单元的元件免受来自外部源的损害或不期望的碰撞。如在图1中可以看到的106，保护罩可以具有任何三维几何形状，其包括其中设置有对应的推进单元的通道或套筒。通道的顶部和底部可以不被覆盖，但是沿其纵向从顶部到底部被覆盖和支撑。推进单元的元件(例如旋翼叶片1610)可以封闭在保护罩的通道中。元件也可以沿纵向朝向腔室的中心定位，以提供推进单元的最佳保护、支撑、重量平衡和/或重量分布。保护罩优选为圆柱形。保护罩可具有其它三维形状。示例包括立方体、长方体、足球形、纺锤形、沙漏形、卵形、管、套筒等。保护罩的顶面和底面的一个或两者可能未被完全覆盖，以允许合适的通风和使空气从保护罩内流到保护罩外。保护罩的壁可以是实心的。可选地，保护罩的壁可以是可为无人机提供足够支撑的具有各种框架模式的框架。相较于实体罩，框架保护罩可用于允许较少限制地接触空气。框架保护罩可以为无人机添加更少的重量。实体保护罩可以为无人机提供更全面的保护。实体或框架保护罩可基于无人机的不同用途和无人机主要飞行的不同类型的环境选择。保护罩可以具有从其顶边到底边不对称的形状，以便保护罩在上下颠倒时看起来不同。保护罩可以具有沿纵向方向关于保护罩的中央横截面处的对称面对称的形状。当无人机翻转180度并改变其取向时，如果保护罩是对称的，则保护罩可能看起来相同。保护罩可成形或配置为便于在不同取向促进相同或不同的推力。作为一个示例，保护罩的通道或腔室可以将由其内相应的推进单元产生的推力相对于没有通道时产生的推力增加至少约5％、约10％、约15％或约20％。推力促进的这种优点可用于无人机的至少一个、两个或更多个飞行取向。

在一些情况下，每个保护罩可以包括第一部分1606a和第二部分1606b。在一些情况下，当无人机处于第二取向1600b(例如，正面朝上取向)时，保护罩的第一部分在由一个或多个推进单元产生的升力方向1601上位于主体1602上方。在一些情况下，当无人机处于第一取向(例如，上下颠倒取向)时，保护罩的第二部分在由一个或多个推进单元产生的升力方向(例如朝向下垫面)上位于主体上方。在一些情况下，当无人机沿水平面以正面朝上取向定位时(例如，无人机初始起飞的取向)，无论无人机的飞行取向如何，保护罩的第一部分和第二部分可以分别指代保护罩的顶部和底部。

保护罩1606可以包括至少一种可变形材料、至少一种刚性材料和/或至少一种不可变形材料。保护罩可以包括至少一种具有不大于约1千兆帕(gpa)的弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一种具有约1至约10gpa之间的弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一种材料，所述材料的弹性模量不小于约10gpa、约20gpa、约30gpa、约40gpa、约50gpa、约60gpa、约70gpa、约80gpa、约90gpa、或约100gpa。保护罩可以包括至少一种弹性模量小于约1磅/平方英寸(psi)的材料。保护罩可以包括至少一种具有小于约5磅/平方英寸弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一种具有大于约5psi的弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一种具有大于约50psi的弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一些具有大于约200psi的弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一种具有大于约500psi的弹性模量的材料。保护罩可以包括至少一种具有大于约2000psi的弹性模量的材料。

保护罩1606可具有约2cm至约60cm的高度。中心体可具有约1cm至约45cm的高度。旋翼叶片可具有约1cm至约40cm的高度。旋翼叶片可具有约2cm至约35cm的长度。中心体可具有约1cm至约40cm的最小尺寸。

每个推进单元可以包括任何数量的旋翼叶片1610。在一些情况下，每个推进单元包括偶数个旋翼叶片。在一些情况下，每个推进单元包括至少2、4或6个旋翼叶片。相同推进单元的每个旋翼叶片附接到致动器、直接或间接地到在其近端处的相同致动器。并且每个推进单元的旋翼叶片的总数量可以均匀地分开，并且每两个相邻旋翼叶片之间的间隙可以是大致相同的扇形。作为一个示例，4个旋翼叶片可以与其相邻的旋翼叶片成90度并且均匀分布。每个旋翼叶片的远端向外延伸。每个旋翼叶片的近端可以可旋转地连接到致动器或旋转轴。当无人机的顶部朝上时，每个旋翼叶片在无人机的初始起飞取向具有大致朝上的顶面(具有或不具有倾斜角)和大致朝下的底面(具有或不具有倾斜角)。当无人机大致处于水平面时，在水平面与顶面或底面之间可能存在倾斜角。每个旋翼叶片的顶面和底面可以足够平坦。每个旋翼叶片的顶面和底面可能不够平坦，它可能具有凸起、凹槽、凹陷、凹面、突出结构、肋条等。

每个推进单元可以包括至少一个保护罩1606。当无人机正在飞行、着陆、起飞和/或改变方向时，保护罩可以保护保护罩内的推进单元的元件免受来自外部源的损坏或不期望的撞击。推进单元的这些元件可以包括所有旋翼叶片、所有支撑结构、所有致动器、所有传感器、旋转轴、所有esc、以及其内的所有飞行控制单元。此外，当无人机正在飞行、着陆、起飞和/或改变方向时，保护罩还可保护中心体1602和位于中心体上或其内的元件免受来自外部源的损坏或不期望的撞击。保护罩还保护无人机的可选臂1612。一个或多个保护罩的高度hpc可以大于中心体的高度hb，并且中心体可以定位在保护罩的高度hpc的中心附近。类似地，一个或多个保护罩的高度hpc可以大于旋翼叶片的高度hrc，并且旋翼叶片可以定位在保护罩的高度hpc的中心附近。类似地，一个或多个保护罩的高度hpc可以大于推进单元的高度，推进单元的高度可以小于或等于旋翼叶片和电机的总高度。由此，当无人机以任何取向着陆或坠落到着陆表面时，中心体可以悬置在下垫面上方，并防止接触着陆表面或外部物体。中心体也可以悬置在无人机的前后方向和/或左右方向上，使得当无人机以左、右、前或后侧向下而着陆时，中心体可不与着陆表面接触。在一些情况下，一个或多个保护罩用作无人机的起落架。在一些情况下，一个或多个保护罩在第一取向、第二取向或任何其他的飞行取向中用作无人机的起落架。作为示例，保护罩的顶边和/或底边可以用作起落支架或部分起落架，使其接触着陆表面并允许其他元件保持悬置在下垫面上方。因为保护罩保护旋翼叶片和中心体，所以保护罩可利于不同情况的无人机操作。在一些情况下，当无人机飞行时，实体保护罩可防止旋翼叶片接触树枝或灌木丛，由此防止旋翼叶片被树枝或灌木困住、阻挡或甚至破坏。在其他情况下，当无人机以不可预知的取向坠落时(首先左侧向下，然后倾斜着陆于不均匀的表面)，保护罩的各个部分可以接触着陆表面(首先外表面，然后底边)，并为整个无人机提供支撑，以及保护中心体不会撞到着陆表面或着陆表面上的任何外部物体。从而保护中心体和其上和/或其中的元件免受损坏或不期望的撞击。接触着陆表面的保护罩部分可以是保护罩的顶边、底边和/或纵向壁。在一些情况下，无人机在强风下翻转并上下颠倒地坠落到不均匀的地面。防护罩的顶边着陆在地面上并保护悬置的中心体。

图17示出了根据实施例的包括载体1702和有效载荷1704的可移动物体1700。如前所述，尽管可移动物体1700被描绘为飞行器，但是这个描述并非意图限制，并且可以使用任何类型的可移动物体。本领域技术人员将理解，本文在飞行器系统的背景下所述的任何实施例可以应用于任何可移动物体(例如，无人机)。在一些情况下，有效载荷1704可以设置在可移动物体1700上而不需要载体1702。可移动物体1700可以包括推进机构1706、感测系统1708和通信系统1710。

如前所述，推进机构1706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，如本文其他部分所述，推进机构1706可以是自紧旋翼、旋翼组件或其他旋转推进单元。可移动物体可以具有一个或更多个、两个或更多个、三个或更多个、或者四个或更多个推进机构。推进机构可以都是同一类型的。可选地，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1706可通过使用例如本文其他部分所述的支撑元件(例如，驱动轴)的任何装置安装在可移动物体1700上。推进机构1706可以安装在可移动物体1700的任何部分上，例如在其顶部、底部、前部、后部、侧面或其合适的组合上。

在一些实施例中，推进机构1706可以使得可移动物体1700能够从表面垂直地起飞或者在表面垂直地着陆，而不需要可移动物体1700的任何水平运动(例如，不沿跑道行进)。可选地，推进机构1706可以是可操作的以允许可移动物体1700在指定位置和/或取向悬停于空中。一个或多个推进机构1700可独立于其他推进机构被控制。可选地，推进机构1700可配置为同时被控制。例如，可移动物体1700可以具有多个水平取向的旋翼，其可以向可移动物体提供升力和/或推力。多个水平取向的旋翼可被致动以向可移动物体1700提供垂直起飞、垂直着陆和悬停能力。在一些实施例中，一个或多个水平取向的旋翼可以沿顺时针方向旋转，同时一个或多个水平旋翼可以沿逆时针方向旋转。例如，顺时针旋翼的数量可以等于逆时针旋翼的数量。每个水平取向旋翼的旋转速率可以独立地变化，以控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，并由此调整可移动物体1700的空间布局、速度和/或加速度(例如，相对于高达三个平移自由度和高达三个旋转自由度)。

感测系统1708可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器可以感测可移动物体1700的空间布局、速度和/或加速度(例如，相对于高达三个平移自由度和高达三个旋转自由度)。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、接近传感器或图像传感器。由感测系统1708提供的感测数据可用于控制可移动物体1700的空间布局、速度和/或取向(例如，如下所述，通过使用合适的处理单元和/或控制模块)。可选地，感测系统1708可用于提供关于可移动物体周围环境的数据，例如，天气条件、与潜在障碍物的接近度、地理特征的位置、人造建筑物的位置等。

通信系统1710经由无线信号1716实现与具有通信系统1714的终端1712的通信。通信系统1710、1714可以包括适用于无线通信的任何数量的发射器、接收器和/或收发器。通信可以是单向通信，使得数据可以仅沿一个方向发送。例如，单向通信可能仅涉及可移动物体1700将数据发送到终端1712，反之亦然。数据可以从通信系统1710的一个或多个发射器发送到通信系统1712的一个或多个接收器，反之亦然。可选地，通信可以是双向通信，使得数据可以在可移动物体1700和终端1712之间沿两个方向发送。双向通信可以涉及将数据从通信系统的一个或多个发射器发送到通信系统1714的一个或多个接收器，反之亦然。

在一些实施例中，终端1712可提供控制数据到可移动物体1700、载体1702和有效载荷1704中的一个或多个，并从可移动物体1700、载体1702和有效载荷1704中的一个或多个接收信息(例如，可移动物体、载体或有效载荷的位置和/或运动信息；由有效载荷感测的数据，例如由有效载荷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用于可移动物体、载体和/或有效载荷的相对位置、运动、致动或控制的指示。例如，控制数据可以导致可移动物体的位置和/或取向的改变(例如，通过控制推进机构1706)，或有效载荷相对于可移动物体的运动(例如，通过控制载体1702)。来自终端的控制数据可以导致对有效载荷的控制，例如控制相机或其他图像捕捉设备的操作(例如，拍摄静止或移动的图片、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、改变视角或视场)。在一些情况下，来自可移动物体、载体和/或有效载荷的通信可以包括来自一个或多个传感器(例如，感测系统1708或有效载荷1704的)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、接近传感器或图像传感器)的感测信息。这些信息可以涉及可移动物体、载体和/或有效载荷的位置(例如，定位、取向)、运动或加速。来自有效载荷的这些信息可以包括由有效载荷捕捉的数据或有效载荷的感测状态。由终端1712提供发送的控制数据可配置为控制可移动物体1700、载体1702或有效载荷1704的一个或多个的状态。可选地或组合地，载体1702和有效载荷1704还可各自包括配置为与终端1712通信的通信模块，使得终端可以独立地与可移动物体1700、载体1702和有效载荷1704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1700可配置为与除终端1712之外或者代替终端1712的另一远程设备通信。终端1712还可配置为与另一远程设备以及可移动物体1700通信。例如，可移动物体1700和/或终端1712可以与另一可移动物体或者另一可移动物体的载体或有效载荷通信。当期望时，远程设备可以是第二终端或其他计算设备(例如，计算机、便携式电脑、平板电脑、智能电话或其他移动设备)。远程设备可配置为发送数据到可移动物体1700、从可移动物体1700接收数据、发送数据到终端1712、和/或从终端1712接收数据。可选地，远程设备可以连接到互联网或其他电信网络，使得从可移动物体1700和/或终端1712接收的数据可以被上传到网站或服务器。

虽然在本文中已经示出和描述了本发明的优选实施例，但对本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例仅仅是作为示例而提供。本领域技术人员在不背离本发明的情况下由此将会想到许多变化、改变和替代。应当理解，在实施本发明时可以使用在此描述的本发明的实施例的各种替代方案。本文意图以权利要求限定本发明的范围，并且这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构由其所涵盖。