中控制飞行器起飞的方法。
[0037] 图3所示为本发明的一个实施例中飞行器的示意图。
[0038] 图4所示为本发明一个实施例中的无人飞行器。
[0039] 图5所示为本发明的一个实施例中的包含运载体及有效负载的可移动物体。
[0040]图6所示为本发明的一个实施例中用于控制可移动物体的系统的功能模块图。
【具体实施方式】
[0041] 本发明的系统、装置及方法用于辅助飞行器从表面起飞，其中，对用户来说起飞辅 助能够改善控制飞行器起飞的操控体验。飞行器可以是一个无人飞行器，或其他任意类型 的可移动物体。通常，反馈控制在飞行器飞行期间使用。在正常的飞行操作期间，比例-积 分-微分控制系统经常使用。然而，起飞期间，结合地面力及积分的记忆效应会导致积分公 式的理解出现错误。这样会导致飞行器起飞期间不平稳，也会要求用户对遥控器进行更复 杂的动作，而许多新手可能不熟悉或不适应用遥控器来完成这些更复杂的动作。这会导致 无人飞行器在起飞期间坠毁。
[0042] 还提供了一种起飞辅助系统、方法及设备，以减少飞行器起飞期间的不平稳，使得 新手使用者在起飞期间很容易控制飞行器。在飞行器起飞时，惯性计算从反馈系统中被移 除。这将允许直接输出模拟起飞控制值。确定飞行器起飞成功之后（例如，飞行器在空中）， 反馈控制方式切换到正常飞行方式，所述正常飞行方式包括积分控制（例如，PID控制）。 [0043] 当判断已经达到起飞阈值时，可以执行从反馈控制方式切换到另一种方式的操 作。该判断是根据机载端提供的信息作出的。例如，可以根据对飞行器电机输出的相关信 息、和/或飞行器加速度的相关信息来确认是否达到起飞阈值。例如，当如下条件满足时， 可能达到起飞阈值：（1)对电机的输出超过第一临界输出值及飞行器的加速度超过临界输 出值，或（2)当对电机的输出超过第二临界输出值。因此，当达到起飞阈值时，执行从起飞 控制方式切换到正常飞行控制方式的操作，也就是说，当飞行器完全从表面起飞时，可以安 全地切换到正常飞行控制方式。在某些例子中，执行切换操作可以不需要来源于飞行器外 部的任何信号。飞行器可以独自判断何时进行飞行方式的切换操作。
[0044] 图1所示为本发明的一个实施例中的飞行器起飞的示意图。起飞之前，飞行器 IOOa停在表面130。飞行器包括一个或多个推进单元110a。推进单元可以提供飞行器的上 升推力。当飞行器接收到起飞指令时，根据第一控制方式飞行器可能从表面起飞。当飞行 器IOOb满足阈值120时，该阈值120表明飞行器是否充分地起飞，飞行器可能切换到第二 控制方式。之后，飞行器的推进单元IlOb由第二控制方式所控制，所述第二控制方式可能 不同于第一控制方式。
[0045] 在某些实施例中，飞行器IOOaUOOb可以是一个无人飞行器或其他任意类型的可 移动物体。飞行器可以是一个旋翼飞行器。飞行器包括推进单元110a、110b，所述推进单 元IlOaUlOb可以使得飞行器移动。推进单元可能提供飞行器的上升动力，并允许飞行器 改变高度。推进单元还可能使得飞行器横向地移动及/或改变方向。所述推进单元可以控 制、改变或维持所述飞行器的位置。所述推进单元通过相关的一个或多个自由度（例如，空 间位置的1度到3度，方向的1度到3度）控制飞行器。
[0046] 推进单元IlOaUlOb可以是用于旋转以提供上升动力给飞行器的旋翼。所述旋翼 可以包括一个或多个螺旋桨，所述螺旋桨以一个轴旋转。可选地，多个推进单元还可能提供 给飞行器。例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多推进单元 提供给飞行器。推进单元可以由一个或多个致动器驱动。所述致动器可以是电机，例如，交 流电电机或直流电电机。所述致动器响应来自飞行控制器的指令信号。所述指令信号包括 对致动器的输出。可选地，单个致动器可以驱动多个推进单元，或多个致动器驱动单个推进 单元。
[0047] 最初，在起飞之前，飞行器IOOa放置在表面130上。所述表面130可以是地面、建 筑物、街道、草坪、水面、可移动物体、生物或其它类型的支撑物。在某些例子中，表面可以是 静态的。例如，相对于参照物，如，周围环境，表面可以不移动。在某些例子中，相对于参照 物，如，周围环境，表面可以是移动状态或是可移动的表面。表面可能会或不会改变高度或 方向。
[0048] 在某些实施例中，表面130可以是一个平面。当飞行器停在表面时，起飞轴可以平 行于重力g的方向。在其它实施例中，表面还可以是斜面，起飞轴相对于重力方向之间有一 个角度。例如，所述角度可以是大于或等于5度、10度、15度、30度、45度或60度。在某些 例子中，所述角度可以是小于或等于5度、10度、15度、30度、45度或60度。
[0049] 飞行器IOOa可以接收用于起飞的指令，在达到起飞阈值之前时，飞行控制器可以 在第一控制方式下控制飞行器的飞行。所述起飞阈值表明飞行器已经充分起飞，使得飞行 器能够使用PID飞行，而不会产生本文其它地方描述的不利效应。达到起飞阈值之前，飞行 器是处于起飞阶段。达到起飞阈值之后，飞行器是处于飞行阶段。因此，飞行器起飞采用两 个阶段的处理过程。起飞阶段可以使用第一控制方式。飞行阶段可以使用第二飞行控制方 式。
[0050] 在某些例子中，第一控制方式可以是积分值设置为默认值的控制方式。例如，积分 值可以是零或另外一个默认值。在某些可选的实施例中，第一控制方式不使用积分控制。第 二控制方式可以是使用积分控制的控制方式。在一个例子中，第一控制方式使用比例微分 (PD)控制或比例-积分-微分（PID)控制，其中，PID控制中的积分值可以设置为一个默认 值，例如，零。第二控制方式可能使用比例-积分-微分（PID)控制。在某些实施例中，第 一控制方式有PID设置，其中，在PID设置中，将积分输出一直设置为零。第二控制方式允 许开启积分输出。这可应用于高度控制及姿态控制。例如，在起飞阶段，高度控制及姿态控 制都设置为默认值，例如，零。在飞行阶段，高度控制及姿态控制使用正常的积分控制。
[0051] 第一控制方式中包括有积分控制方式，在飞行器的竖直方向上，该积分控制方式 中的积分值设置为零，或其它默认值。在飞行器的横向，第一控制方式可以选择积分值，该 积分值设置为零或其它默认值。第二控制方式可以在飞行器的竖直方向上使用积分控制。 第二控制方式可以在飞行器的侧方向上使用积分控制。可选地，第一控制方式可能会导致 飞行器在竖直方向及横向都使用ro控制。第一控制方式可能会使用ro控制或PID控制以 用于飞行器的高度控制。可选地，第二控制方式可能会导致飞行器在竖直方向及侧方向都 使用PID控制。第二控制方式可以使用PID控制以进行飞行器的高度控制。在某些例子中， 飞行控制方式米用积分控制，该积分控制的表达式为^- 在某一个例子中，第一 积分控制方式保持Iout为默认值（例如，一个固定的数值）。在某些例子中，Iout可以保 持为零。在某些例子中，Iout可以保持为相同的值。在某些例子中，Iout可以有细小的变 化。在某些例子中，Iout可以是以预设的形式变化。可选地，Ki可以设置为零。在某些例 子中，第一积分控制方式在飞行器处于起飞阶段时执行。第二控制积分方式不同于第一控 制积分方式，且在飞行器处于飞行阶段时执行。正常积分控制可以被使用。
[0052] 在某些实施例中，控制方式可以由飞行器100a，IOOb的飞行控制器确定。根据正 在使用的控制方式，飞行器可以相应地输出一个或多个指令信号。所述指令信号可以提供 给一个或多个致动器以驱动飞行器的推进单元。
[0053] 飞行控制器决定使用哪种控制方式，取决于是否已经达到起飞阈值120。飞行器根 据从一个或多个传感器获得的一个或多个感应条件或数据来判断是否已经达到起飞阈值。 在某些例子中，一个独立的处理器（机载或非机载于飞行器）可以用于判断是否达到起飞 阈值。所述独立的处理器可以提供一个信号给飞行控制器，该信号表明是否达到起飞阈值。 在某些例子中，一旦飞行控制器决定使用哪种控制方式，飞行控制器可以在所选中的控制 方式下计算对电机的输出。
[0054] 根据起飞过程中飞行器所处的阶段，来使用两种不同的飞行控制方式。在其它可 选的实施例中，提供任意数量的飞行控制方式以用于起飞过程，该起飞过程可能包括任意 数量的阶段。例如，三个飞行控制方式、四个飞行控制方式、五个飞行控制方式、六个飞行控 制方式或更多飞行控制方式用于多阶段的起飞过程，分别具有三个、四个、五个、六个或更 多阶段。这里描述的两种控制方式的系统可以应用于任意类型的多种控制方式的系统。多 种控制方式的系统可以有不同的阈值点，所述不同的阈值点表明飞行器起飞过程中所处的 不同节点。这里描述的判断何时达到起飞阈值的方法也可应用于任意数量的阈值点。
[0055] 图1显示了达到起飞阈值120后，飞行器IOOb飞离表面130并准备切换到标准飞 行方式（例如，PID控制）。在某些例子中，起飞阈值可以与飞行器的高度、飞行器的速度、 飞行器的加速度、对飞行器致动器的输出、由飞行器致动器所测量的输出或其他飞行器的 特征相关。
[0056] 图2所示为本发明的一个实施例中控制飞行器起飞的方法。
[0057] 最初，在步骤210中，飞行器可以静止在表面上，例如，地面。这可以是在启动飞行 器的任意电机之前。本文中所述的飞行器的单个电机可以应用于飞行器的任意数量的电机 中，或应用于飞行器的任意类型的致动器中，所述致动器用于驱动推进单元。
[0058] 步骤212,接收指令以启动飞行器的一个或多个电机。所述指令从遥控飞行器的 终端来接收。例如，用户可以在遥控器中选择一个选项以启动飞行器的电机。在某些例子 中，所述遥控器可以是智能手机、平板电脑、控制杆、可穿戴装置（例如，眼镜、手套、头盔或 腕带），或其它地方所描述的更具体的其它任意类型的终端。可选地，所述指令从终端接收， 该终端是飞行器的本地设备或内置设备。例如，用户可能启动电源开关或选择"on"按钮以 启动飞行器并启动电机。在某些例子中，所述指令由使用遥控飞行器的用户所产生。可选 地，所述指令由用户控制的飞行器所提供。
[0059] 在步骤214,飞行器可以判断是否已经接收了启动电机的指令。如果还没有接收到 指令，飞行器在表面上依然保持静止。如果接收到指令，在步骤216,飞行控制器输出怠速电 机值。在某些实施例中，飞行器电机处于怠速状态时，电机运行期间不会产生推进单元的致 动。电机处于怠速状态时，除了引擎配件外不会有任何负载。
[0060] 在步骤218,积分输出（I)可以设置为零。在步骤216中，一旦飞行控制器输出怠 速电机值，积分输出可以设置为零。在某些例子中，在步骤214中，当飞行器判定已经接收 到启动电机的指令时，积分输出可以设置为零。飞行器还在表面时（例如，起飞之前），积 分输出也可以设置为零。积分输出可以在所有方向上（例如，竖直的、左/右、前/后、航向 角）设置为零。所述I值在所有方向上被清除。在某些其它实施例中，所述I值可以设置 为默认值，例如，一个固定的数值。
[0061] 在步骤222,可以提供飞行控制指令。在某些例子中，用户控制飞行器。例如，用 户可以使用本文其它地方所描述的遥控终端来控制飞行器。同一遥控终端可以用于提供启 动电机的指令（步骤212)，并提供飞行控制的指令（步骤222)。可选地，用户通过飞行器 的一个或多个本地控制或内置控制来控制飞行器。所述飞行控制指令用于控制飞行器的位 置。所接收的飞行控制指令提供给机载于飞行器的飞行控制器，所述飞行控制器可以生成 一个或多个用于操作电机的信号。电机可能反过来驱动一个或多个推进单元，例如，飞行器 的螺旋桨。
[0062] 在步骤222,如果飞行控制指令大于预设值（