惯性传感装置的制造方法

惯性传感装置的制造方法
【专利摘要】提供用于确定可移动物体的空间位置的改进型传感装置。一方面，用于确定可移动物体的空间位置的装置包括：由可移动物体携带的支撑基座；一个或多个加速度计通过第一阻尼元件连接至所述支撑基座，所述第一阻尼元件用于阻尼所述一个或多个加速度计的运动；以及一个或多个陀螺仪通过第二阻尼元件与连接至所述支撑基座，所述第二阻尼元件用于阻尼所述一个或多个陀螺仪的运动，其中由所述第一阻尼元件提供的运动阻尼量大于由所述第二阻尼元件提供的运动阻尼量。
【专利说明】
惯性传感装置
【背景技术】
[0001]在军事和民事应用中，无人驾驶载运工具，诸如无人飞行器，可以用于执行监视、 侦查以及勘察任务。无人驾驶载运工具在环境中可能能够自主导航或者半自主导航。在一些情况下，无人驾驶载运工具可以包括用于确定无人驾驶载运工具相对于周围环境的当前空间位置的各种传感装置，诸如惯性测量单元(IMU)。
[0002]然而，在一些情况下，这类传感装置的性能可能并不是最优的。例如，頂U和其他惯性传感装置可能易于受到由载运工具震动引起的噪声或测量漂移的影响。然而，IMU和其他惯性传感装置现有的用于震动减少和/或震动隔离的策略可能会对这些装置的灵敏度、准确度和响应时间产生负面影响。
【发明内容】

[0003]有必要提供用于确定可移动物体的空间位置的改进型传感装置。本文揭露的实施方式提供传感装置，所述传感装置包括一个或多个加速度计和一个或多个陀螺仪，它们分别用于检测可移动物体的加速度和旋转。所述加速度计和陀螺仪可以通过相应的阻尼元件连接至支撑基座，所述阻尼元件用于提供预定的运动阻尼量。在一些情况下，最优加速度计性能所需的运动阻尼量可能不同于最优陀螺仪性能所需的量。因此，施加给加速度计和陀螺仪的运动阻尼的量可以通过调整对应的阻尼元件的特性来改变。有利地，这种方法可以用于针对每个传感器类型定制阻尼参数，从而降低噪声和测量漂移的发生率，同时维持传感器的令人满意的水平的灵敏度、准确度和响应度。
[0004]因此，一方面，提供了用于确定可移动物体的空间位置的装置。所述装置包括:由可移动物体携带的支撑基座;一个或多个加速度计，通过第一阻尼元件连接至所述支撑基座，所述第一阻尼元件用于阻尼所述一个或多个加速度计的运动；以及一个或多个陀螺仪， 通过第二阻尼元件连接至所述支撑基座，所述第二阻尼元件用于阻尼所述一个或多个陀螺仪的运动，其中由所述第一阻尼元件提供的运动阻尼量大于由所述第二阻尼元件提供的运动阻尼量。
[0005]在一些实施方式中，所述可移动物体可以为无人飞行器(UAV)。所述一个或多个加速度计可以为微机电系统(MEMS)加速度计。所述一个或多个加速度计可以用于检测所述可移动物体相对于至多三个运动轴的加速度。所述三个运动轴可以为正交轴。所述一个或多个陀螺仪可以为微机电系统(MEMS)陀螺仪。所述一个或多个陀螺仪可以用于检测所述可移动物体相对于至多三个旋转轴的旋转。所述三个旋转轴可以为正交轴。
[0006]在一些实施方式中，所述第一阻尼元件或第二阻尼元件中的至少一个可以包括海绵、发泡体、或橡胶材料。所述第一阻尼元件可以具有与所述第二阻尼元件的刚度不同的刚度。例如，所述第一阻尼元件的刚度可以小于所述第二阻尼元件的刚度。可以对所述第一阻尼元件的刚度进行选择以减少与由所述一个或多个加速度计产生的信号相关联的噪声，并且可以对所述第二阻尼元件的刚度进行选择以减少与由所述一个或多个陀螺仪产生的信号相关联的噪声。所述第一阻尼元件可以用于阻尼所述一个或多个加速度计的震动，并且所述第二阻尼元件可以用于阻尼所述一个或多个陀螺仪的震动。
[0007]另一方面，无人飞行器包括:机身，所述机身携带本文提供的装置；以及处理单元， 所述处理单元用于从一个或多个加速度计接收指示所述机身的加速度的信号，并且从一个或多个陀螺仪接收指示所述机身的旋转的信号。
[0008]另一方面，用于确定可移动物体的空间位置的方法包括:提供本文描述的装置;使用所述一个或多个加速度计来检测所述可移动物体的加速度；以及使用一个或多个陀螺仪来检测所述可移动物体的旋转。
[0009]另一方面，提供了用于确定可移动物体的空间位置的装置。所述装置包括:由可移动物体携带的支撑基座；以及多个惯性测量单元，每个惯性测量单元包括至少一个加速度计和至少一个陀螺仪；以及多个阻尼元件，每个阻尼元件将所述多个惯性测量单元中的至少一个连接至所述支撑基座，以阻尼所述多个惯性测量单元中的至少一个的运动。在一些实施方式中，所述多个阻尼元件中的至少一些可以提供不同的运动阻尼量。
[0010]在一些实施方式中，所述可移动物体可以为无人飞行器(UAV)。所述多个惯性测量单元中的至少一个可以包括微机电系统(MEMS)加速度计。所述多个惯性测量单元中的至少一个可以包括微机电系统(MEMS)陀螺仪。
[0011]在一些实施方式中，所述多个阻尼元件中的至少一个可以包括海绵、发泡体、或橡胶材料。所述多个阻尼元件中的至少一个可以连接至所述多个惯性测量单元中的多于一个惯性测量单元。所述多个阻尼元件中的至少一个可以用于阻尼所连接的惯性测量单元的震动。所述多个阻尼元件中的至少一些可以具有不同的刚度。所述多个阻尼元件中的至少一个可以具有一个刚度，所述刚度被选择来减少与连接的惯性测量单元的至少一个加速度计和/或至少一个陀螺仪产生的信号相关联的噪声。
[0012]在一些实施方式中，所述装置进一步包括处理单元，所述处理单元用于从多个惯性测量单元中的每一个接收指示所述可移动物体的加速度和/或旋转的信号，并且处理所述接收的信号以确定所述可移动物体的加速度和/或旋转。所述处理单元可以使用冗余方法或通过对所述接收的信号求平均值来处理所述接收的信号。
[0013]在一些实施方式中，所述多个惯性测量单元可以包括第一惯性测量单元和第二惯性测量单元。所述接收的信号可以包括从第一惯性测量单元的至少一个加速度计接收的第一信号，以及从第二惯性测量单元的至少一个陀螺仪接收的第二信号。所述第一信号可以指示所述可移动物体相对于至多三个运动轴的加速度，并且所述第二信号可以指示所述可移动物体相对于至多三个旋转轴的旋转。所述多个阻尼元件可以包括第一阻尼元件和第二阻尼元件。所述第一惯性测量单元可以通过所述第一阻尼元件连接到所述支撑基座，并且所述第二惯性测量单元可以通过所述第二阻尼元件连接到所述支撑基座。所述第一阻尼元件可以提供大于所述第二阻尼元件的运动阻尼量。任选地，所述第一阻尼元件的刚度可以小于所述第二阻尼元件的刚度。
[0014]另一方面，无人飞行器包括:机身，所述机身携带本文提供的装置；以及处理单元， 所述处理单元用于从所述多个惯性测量单元中的每一个接收指示所述无人飞行器的加速度和/或旋转的信号，并且处理所述接收的信号以确定所述无人飞行器的加速度和/或旋转。
[0015]另一方面，用于确定可移动物体的空间位置的方法包括:提供本文描述的装置;使用所述多个惯性测量单元来检测所述可移动物体的加速度和/或旋转。
[0016]另一方面，提供了用于确定可移动物体的空间位置的装置。所述装置包括:由可移动物体携带的支撑基座;一个或多个加速度计通过第一阻尼元件连接到所述支撑基座，所述第一阻尼元件用于阻尼所述一个或多个加速度计的运动；以及一个或多个陀螺仪直接连接到所述支撑基座。
[0017]在一些实施方式中，所述可移动物体可以为无人飞行器(UAV)。所述一个或多个加速度计可以为微机电系统(MEMS)加速度计。所述一个或多个加速度计可以用于检测所述可移动物体相对于至多三个运动轴的加速度。所述三个运动轴可以为正交轴。所述一个或多个陀螺仪可以为微机电系统(MEMS)陀螺仪。所述一个或多个陀螺仪可以用于检测所述可移动物体相对于至多三个旋转轴的旋转。所述三个旋转轴可以为正交轴。
[0018]在一些实施方式中，所述阻尼元件包括海绵、发泡体、或橡胶材料。所述阻尼元件可以具有一个刚度，所述刚度被选择来减少与由所述一个或多个加速度计产生的信号相关联的噪声。所述阻尼元件可以被配置来阻尼所述一个或多个加速度计的震动。
[0019]另一方面，无人飞行器包括:机身，所述机身携带本文提供的装置；以及处理单元， 所述处理单元用于从所述一个或多个加速度计接收指示所述机身的加速度的信号，并且从所述一个或多个陀螺仪接收指示所述机身的旋转的信号。
[0020]另一方面，用于确定可移动物体的空间位置的方法包括:提供本文描述的装置;使用所述一个或多个加速度计来检测所述可移动物体的加速度；以及使用所述一个或多个陀螺仪来检测所述可移动物体的旋转。
[0021]应当理解的是，本发明的不同方面可以单独地、共同地或者彼此结合地了解。本文描述的本发明的各个方面可以应用于以下阐明的任何特定应用或者任何其他类型的可移动物体。本文的飞行器的任何描述都可以应用于并使用于任何可移动物体，诸如任何载运工具。另外，本文在航空运动(例如，飞行)背景下揭露的系统、装置以及方法也可以应用在其他类型的运动，诸如陆上或水上的移动、水下运动，或者太空运动的背景中。此外，本文的旋翼或旋翼组件的任何描述都可以应用于并使用于配置来通过旋转(例如，螺旋桨、轮子、 轴)产生推进力的任何推进系统、装置或机构中装置。
[0022]本发明的其他目的和特征将通过审阅说明书、权利要求以及附图而变得显而易见。引置前案[〇〇23]本说明书中提及的任何出版物、专利以及专利申请都以引用的方式并入本文，其程度就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被确切地且单独地指明以引用的方式并入一样。【附图说明】
[0024]随附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖性特征。通过参考以下在说明性实施方式中阐述的详细描述将获得对本发明的特征和优点的更好的理解，其中利用了本发明的原理，并且附图为:
[0025]图1示出根据实施方式的带阻尼的传感装置
[0026]图2示出根据实施方式的具有分开阻尼的传感器的传感装置；
[0027]图3示出根据实施方式的具有阻尼式和非阻尼式传感器的传感装置；
[0028]图4示出根据实施方式的具有分开阻尼的传感器的传感装置；
[0029]图5示出根据实施方式的无人飞行器；
[0030]图6示出根据实施方式的包括载体和有效载荷的可移动物体;以及
[0031]图7为根据实施方式的用于控制可移动物体的系统的呈方框图形式的示意图。【具体实施方式】
[0032]本揭露提供用于确定可移动物体诸如无人飞行器(UAV)的空间位置的改进型传感装置。在一些情况下，本文描述的传感装置可以包括一个或多个惯性传感器。术语“惯性传感器”在本文中可以用于指代运动传感器(例如，速度传感器、加速度传感器诸如加速度计)、取向传感器(例如，陀螺仪)、或者具有一个或多个整合的运动传感器和/或一个或多个整合的取向传感器的惯性测量单元(IMU)。所述惯性传感器可以通过相应的阻尼元件连接至由所述可移动物体携带的支撑基座。由所述阻尼元件提供的运动阻尼量可以基于惯性传感器类型来优化。例如，加速度计的阻尼元件可以提供与陀螺仪的阻尼元件不同的阻尼量。 在现有的传感装置中，不同类型的惯性传感器可以被整合到单一单元(例如，IMU)中，并且因此接收相同的阻尼量，与此相反，本文描述的方法实现了针对不同传感器类型定制阻尼量。这在以下情况下可能是有利的:针对不同传感器类型需要不同的阻尼量来实现最优性能。例如，高阻尼可以改进加速度计的信噪比，但也可能增加陀螺仪的响应延迟。因此，本文描述的传感装置可以与可移动物体的控制系统结合使用，以便于改进对所述可移动物体的控制的稳定性、响应时间以及准确度和精确度。[〇〇33]本文描述的传感装置的实施方式可以由可移动物体(诸如由下文提供的可移动物体)携带。传感装置可以位于所述可移动物体的任何合适的部分上，诸如所述可移动物体的上方、下方、侧部上或者是机身内部。在一些情况下，所述传感装置机械连接至所述可移动物体，以使得所述可移动物体的空间位置和/或运动对应于所述传感装置传感到的空间位置和/或运动。所述传感装置可以通过刚性连接而连接至所述可移动物体，以使得所述传感装置相对于其所附接的所述可移动物体的部分不会移动。备选地，所述传感装置与所述可移动物体之间的连接可以允许所述传感装置相对于所述可移动物体移动。所述连接可以是永久性连接或者非永久性(例如，可释放的)连接。合适的连接方法可以包括粘合剂、粘结、 焊接、和/或紧固件(例如，螺钉、钉子、销等)。备选地，所述传感装置可以与所述可移动物体的一部分一体成型。此外，所述传感装置可以与所述可移动物体的一部分(例如，处理单元、 控制系统、数据存储体)电耦合，以便于使得由所述传感装置收集的传感数据能够用于所述可移动物体的各种功能(例如，导航、控制、推进、与用户或者其他装置通信等)。
[0034]所述传感装置可以包括用于确定所述可移动物体的当前状态的一个或多个传感器。适合于与本文描述的实施方式结合的示例性传感器可以包括位置传感器(例如，全球定位系统(GPS)传感器、实现位置三角测量法的移动装置发射器)、视觉传感器(例如，能够检测可见光、红外光、或者紫外光的成像装置，诸如相机)、近程传感器(例如，超声传感器、激光雷达传感器)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、如上所述的IMU)、或者场传感器(例如，磁力计、电磁传感器)。本文针对惯性传感器描述的任何实施方式可以应用于其他类型的传感器，并且反之亦然。由传感器提供的状态信息可以包括有关所述可移动物体的空间位置的信息(例如，位置、取向)。所述状态信息还可以包括有关所述可移动物体的运动的信息(例如，平移速度、平移加速度、角速度、角加速度等)。传感器可以用于例如确定所述可移动物体相对于至多六个自由度(例如，三个位置和/或平移自由度、三个取向和/或旋转自由度)的空间位置和/或运动。所述状态信息可以针对整体参考系，或者针对另一个实体的参考系来提供。处理单元可以被利用来接收和处理由一个或多个传感器产生的状态信息，以便于确定所述可移动物体的空间位置和/或运动。所述空间位置和/或运动信息随后可以用于各种应用，诸如导航、控制、推进、通信等等。
[0035]例如，传感装置可以包括任何合适数目和组合的惯性传感器，诸如至少一个、两个、三个或者更多个加速度计，和/或至少一个、两个、三个或者更多个陀螺仪。任选地，传感装置可以包括至少一个、两个、三个或者更多个頂U，所述頂U各自可以包括任何数目或组合的整合的加速度计和陀螺仪。惯性传感器可以提供与单一运动轴有关的传感数据。所述运动轴可以对应于所述惯性传感器的轴(例如，纵轴)。在所述装置包括多个惯性传感器的实施方式中，每个惯性传感器可以沿不同运动轴提供测量结果。例如，传感装置可以包括三个加速度计，以便于沿三个不同运动轴提供加速度数据。三个运动轴可以为正交轴。加速度计中的一个或多个可以用于沿平移轴测量加速度的线性加速度计。相反地，加速度计中的一个或多个可以用于围绕转动轴测量加速度的角加速度计。作为另一个示例，传感装置可以包括三个陀螺仪，以便于围绕三个不同旋转轴提供取向数据。所述三个旋转轴可以为正交轴(例如，横滚(ro 11)轴、俯仰(pitch)轴、偏航(yaw)轴)。备选地，惯性传感器中的至少一些或者全部可以提供与相同运动轴有关的测量结果。可以实现这种冗余例如以提高测量准确度。任选地，惯性传感器可能能够提供与多个轴有关的传感数据。例如，包括多个整合的加速度计和陀螺仪的MU可以用于针对至多六个运动轴产生加速度数据和取向数据。备选地， 单一加速度计可以用于沿多个轴检测加速度，并且单一陀螺仪可以用于围绕多个轴检测旋转。
[0036]各种惯性传感器的配置和实施方式都可以被结合在本文描述的传感装置中。例如，惯性传感器的长度或宽度可以小于或等于大约20微米、50微米、100微米、200微米、500 微米、lmm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15臟、20臟、30臟、40臟、或5〇111111〇相反地，惯性传感器的长度或宽度可以大于或等于大约20微米、50微米、100微米、200微米、500 微米、lmm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、或 50mm 〇 本文描述的惯性传感器的一些或全部可以为可能小于其他类型的惯性传感器的微机电系统 (MEMS)传感器。这类MEMS传感器可以作为集成电路的一部分提供，诸如提供在芯片内。
[0037]所述传感装置可以包括适合于支撑所述传感器的部件，诸如支撑基座。所述支撑基座可以包括外壳、板、壁、平台、框架、或者任何其他适合于装设和固定所述传感器的元件。所述支撑基座可能近似为平坦的或平面的。相反地，所述支撑基座可以成型为立方体、 棱柱体、圆柱体、球体、半球体、或者任何其他合适的三维几何形状。所述支撑基座可以为中空的或实心的。另外，所述支撑基座可以形成为单一元件或者多个离散元件。在后面的实施方式中，所述支撑基座的各个离散元件可以位于所述可移动物体的不同部分上。在一些情况下，所述支撑基座可以连接在所述可移动物体的机壳或机身，或者是与所述机壳或机身一体成型。所述支撑基座可以刚性地连接至所述可移动物体，以使得所述支撑基座的运动对应于所述可移动物体的运动。备选地，可以允许所述支撑基座相对于所述可移动物体移动。所述支撑基座的材料特性可以根据需求改变。例如，所述支撑基座可以由相对刚性的材料形成。备选地，所述支撑基座可以由相对柔顺的材料形成。任选地，所述支撑基座可以包括电耦合元件(例如，电线、电路)，所述电耦合元件适合于将传感器电耦合至如本文前文所描述的另一个元件;或者，所述支撑基座可以用于收容这类电耦合元件。
[0038]本文描述的传感器可以任何合适的布置方式连接在所述支撑基座。例如，所述传感器中的一个或多个可以连接在所述支撑基座的顶表面、底表面、侧表面、外表面、和/或内表面。不同的传感器可以连接在所述支撑基座的不同部分。在一些情况下，多个传感器各自可以维持各传感器之间的预定空间关系的布置方式连接在所述支撑基座。例如，多个传感器各自可以连接在支撑基座的相应正交壁，以使得所述多个传感器彼此正交地定向。备选地，多个传感器中的至少一些可以彼此平行地布置。所述传感器可以使用任何合适的连接机构(诸如本文前文描述的连接机构)连接到所述支撑基座。所述传感器可以直接连接在所述支撑基座，或者是通过一个或多个中间元件间接连接在所述支撑基座。所述传感器在连接时可能直接或间接地接触所述支撑基座。
[0039]在一些情况下，所述传感器可以通过阻尼元件间接地连接在所述支撑基座。所述阻尼元件可以为任何适合于阻尼所连接的传感器的运动的元件，诸如有源阻尼元件、无源阻尼元件、或者是具有有源阻尼特点和无源阻尼特点的混合型阻尼元件。由本文提供的阻尼元件阻尼的运动可以包括震动、振荡、晃动、或者撞击中的一种或多种。这类运动可能源自所述可移动物体通过支撑基座而传输给传感器的运动。所述阻尼元件可以通过将所述传感器与不想要的运动源隔离来提供运动阻尼，隔离方式如下:消散或者减少传输给所述传感器的运动的量(例如，震动隔离)。所述阻尼元件可以降低否则将由传感器经历的运动的量级(例如，幅度)，诸如量级降低大于或等于大约10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、 80%、90%、或100%。在一些情况下，所述阻尼元件可以被配置来减少具有特定频率的运动。例如，一些阻尼元件可以减少高频运动，而其他阻尼元件可以减少低频运动。阻尼元件可以阻尼具有以下频率的运动:大于或等于约0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、 50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz、或 1000Hz。备选地，阻尼元件可以阻尼具有以下频率的运动:小于或等于约0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、20Hz、30Hz、 40Hz、50Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz、700Hz、800Hz、900Hz、或 1000Hz。由阻尼元件施加的运动阻尼可以诸如通过减少所述传感器的噪声和/或测量漂移的量，以及通过增加传感器的准确度、精确度、响应度、和/或稳定性来改进由所述传感器产生的传感器信号的品质，所述运动阻尼还能够通过增加所述传感器的准确度、精确度、响应度、和/或稳定性来改善所述传感器所产生的传感信号的品质。
[0040]本文描述的阻尼元件可以由任何合适的材料或材料组合形成，所述材料组合包括固体、液体、或气体材料。用于所述阻尼元件的材料可以为可压缩的和/或可变形的。例如， 所述阻尼元件可以为海绵、发泡体、橡胶材料、凝胶等等。备选地或另外，所述阻尼元件可以包括压电材料或者形状记忆材料。所述阻尼元件可以包括一个或多个机械元件，诸如弹簧、 活塞、液压装置、气动装置、缓冲器、减震器、隔离器等等。可以选择所述阻尼元件的特性，以便于提供预定的运动阻尼量。例如，所述阻尼元件可以具有可能对应于阻尼元件的杨氏模量的特征刚度。杨氏模量可以大于或等于大约0.01GPa、0.05GPa、0.1GPa、0.2GPa、0.3GPa、 0.46?&、0.56?3、0.66?3、0.76?3、0.86?3、0.96?3、16?3、或56?3。备选地，杨氏模量可以小于或等于大约 0.01GPa、0.05GPa、0.1GPa、0.2GPa、0.3GPa、0.4GPa、0.5GPa、0.6GPa、0.7GPa、 0.8GPa、0.9GPa、lGPa、或5GPa。在一些情况下，所述阻尼元件可以具有粘弹性特性。所述阻尼元件的特性可以为各向异性的或各向同性的。例如，所述阻尼元件可以沿所有运动方向同等地提供运动阻尼。相反地，所述阻尼元件可以仅沿运动方向的子集(例如，沿单一运动方向)提供运动阻尼。
[0041]所述传感器与所述阻尼元件之间以及所述阻尼元件与所述支撑基座之间的连接可以使用任何合适的连接机构，诸如本文前文描述的那些。而且，虽然本文的实施方式可以被描绘为利用连接至单一传感器的单一阻尼元件，但是，应该理解的是，可以使用阻尼元件和传感器的任何合适的组合。例如，单一传感器可以使用多个阻尼元件来连接至所述支撑基座。每个阻尼元件可以连接在所述传感器的不同部分(例如，上表面、下表面、侧表面、内表面、和/或外表面)。在一些情况下，所述传感器可以埋设在所述阻尼元件内，或者是由所述阻尼元件封闭。备选地，所述阻尼元件可以仅连接在所述传感器的特定部分(例如，仅连接在所述传感器的单一表面)。
[0042]现在转到附图，图1示出根据实施方式的带阻尼的传感装置100。所述传感装置100 可以包括通过阻尼元件106连接到支撑基座104的至少一个惯性传感器102。在一些情况下， 所述惯性传感器102可以是IMU，其具有加速度计与陀螺仪的任何合适的组合，诸如，一个或多个加速度计108和一个或多个陀螺仪110的组合。所述加速度计108和陀螺仪110可以整合至IJIMU中，以使得所述惯性传感器102被提供为单一部件(例如，单一芯片)。所述传感装置 100可以包括处理单元(未图示)，所述处理单元连接至惯性传感器102,以便于接收和处理来自所述一个或多个加速度计108和所述一个或多个陀螺仪110的传感器信号，并且从而确定所述传感装置100的加速度和旋转。
[0043] 所述阻尼元件106,本文表示为弹簧112和阻尼器114,可以向所述惯性传感器102 提供运动阻尼。所述弹簧112可以由表示所述阻尼元件106的弹性特性的弹性系数来表征， 而所述阻尼器114可以由表示所述阻尼元件106的粘性特性的阻尼系数来表征。虽然图1描绘了平行的单一弹簧112和阻尼器114,但所述阻尼元件106和本文提供的所有其他阻尼元件一样都可以由任何数目、组合和布置的弹簧、阻尼器、或者其他代表部件来表示，它们各自由对应于所述阻尼元件106的特性(例如，刚度、粘弹性)的相应系数来表征。在一些情况下，所述阻尼元件106可以由单一部件(例如，单一弹簧、单一阻尼器)而非多个部件表示。由所述阻尼元件106提供的运动阻尼量可以基于所述阻尼元件106的特性来确定。在所述加速度计108和所述陀螺仪110整合到所述惯性传感器102中以便于形成单一部件的实施方式中，由所述阻尼元件106提供的运动阻尼可以均匀地施加给所述加速度计108和所述陀螺仪 110,以使得所述加速度计108和所述陀螺仪110接收相同或相似的运动阻尼量。
[0044]图2示出根据实施方式的具有分开阻尼的传感器的传感装置200。所述传感装置 200可以包括多个传感器，诸如第一惯性传感器202和第二惯性传感器204。所述多个传感器可以通过多个阻尼元件连接至支撑基座206。例如，所述第一惯性传感器202和第二惯性传感器204可以通过相应的第一阻尼元件208和第二阻尼元件210连接至所述支撑基座206。所述传感装置200的传感器各自可以通过不同的阻尼元件连接至所述支撑基座206。备选地， 传感器中的至少一些可以通过相同的阻尼元件连接至所述支撑基座206。在一些情况下，多个传感器包括第一惯性传感器202和第二惯性传感器204,可以连接至处理单元(未图示)，所述处理单元用于接收和处理由所述传感器产生的信号，以确定所述传感装置200的空间位置和/或运动(例如，加速度和/或旋转)。
[0045]所述第一阻尼元件208和第二阻尼元件210可以具有任何合适的材料特征。例如， 所述第一阻尼元件208可以由通过第一弹性系数表征的第一弹簧212以及通过第一阻尼系数表征的第一阻尼器214来表示。所述第二阻尼元件210可以由通过第二弹簧系数表征的第二弹簧216以及通过第二阻尼系数表征的第二阻尼器218来表示。所述第一弹性系数和所述第一阻尼系数可以表示所述第一阻尼元件208的特性，并且所述第二弹性系数和所述第二阻尼系数可以表示所述第二阻尼元件210的特性。[〇〇46] 在一些情况下，所述第一惯性传感器202与所述第二惯性传感器204是不同的传感器类型。例如，所述第一惯性传感器202可以包括一个或多个加速度计，而所述第二惯性传感器204可以包括一个或多个陀螺仪，或者反之亦然。所述第一阻尼元件208的特性(例如， 刚度、粘弹性)可以不同于所述第二阻尼元件210的特性。例如，所述第一阻尼元件208可能不如所述第二阻尼元件210刚硬，或者反之亦然。因此，施加给所述第一惯性传感器202的运动阻尼的量可以不同于(例如，大于，小于)施加给所述第二惯性传感器204的量。例如，施加给所述第一惯性传感器202的运动阻尼可以大约为施加给所述第二惯性传感器204的运动阻尼的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、或者90%，或者反之亦然。相反地，施加给所述第一惯性传感器202的运动阻尼的量可以大约为施加给所述第二惯性传感器204 的运动阻尼的 110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、180%、190%、200%、 300%、400%、或者500%，或者反之亦然。
[0047]在一些情况下，可以基于优化或改进所述第一惯性传感器202和第二惯性传感器 204的性能(例如，与以下有关的性能:减少噪声和/或准确度，同时维持令人满意的准确度、 精确度、响应度、和/或稳定性)所需的阻尼量来选择分别由所述第一阻尼元件208和第二阻尼元件210施加给第一惯性传感器202和第二惯性传感器204的运动阻尼量。例如，如上文前部所论述，较大的运动阻尼量可能有益于加速度计，而较小的运动阻尼量可能有益于陀螺仪。由于惯性传感器202、204被提供为分开部件而非整合到单一部件中，可以针对每个传感器个别地改变阻尼量。因此，取决于所连接的惯性传感器的传感器类型，可以选择所述阻尼元件208、210的特性(例如，刚度)以便于提供适当的运动阻尼量。例如，所述第一惯性传感器202可以是加速度计，而所述第二惯性传感器204可以是陀螺仪。由所述第一阻尼元件208 对所述第一惯性传感器202提供的阻尼可以大于由所述第二阻尼元件210对所述第二惯性传感器204提供的阻尼。[〇〇48]图3示出根据实施方式的具有阻尼式和非阻尼式传感器的传感装置300。所述传感装置300可以包括多个传感器，诸如第一惯性传感器302和第二惯性传感器304。所述第一惯性传感器302可以在不存在任何提供运动阻尼的介入元件的情况下连接至支撑基座306。在一些情况下，所述第一惯性传感器302可以直接连接至所述支撑基座306。所述第二惯性传感器304可以通过阻尼元件308连接至所述支撑基座306,所述阻尼元件308在本文中由通过弹性系数表征的弹簧310和通过阻尼系数表征的阻尼器312来表示。所述第一惯性传感器 302可以是不要求运动阻尼便可产生具有最优的或最令人满意的品质的传感数据的传感器类型。例如，所述第一惯性传感器302可以包括一个或多个陀螺仪。相反地，所述第二惯性传感器304可以是在施加运动阻尼时才展现出改进的性能的传感器类型。例如，所述第二惯性传感器304可以包括一个或多个加速度计。与本文前文描述的其他实施方式类似，可以选择所述阻尼元件308的特性以便于对所述第二惯性传感器304提供适当的运动阻尼量。与本文提供的其他实施方式类似，所述第一惯性传感器302和第二惯性传感器304可以连接至处理单元，所述处理单元被配置来处理从所述第一惯性传感器302和第二惯性传感器304接收的传感信号。
[0049]图4示出根据实施方式的具有分开阻尼的传感器的传感装置400。所述传感装置 400可以包括连接至支撑基座402的多个惯性传感器，包括至少第一惯性传感器404和第二惯性传感器406。虽然本文仅描绘两个惯性传感器404、406，但是，应该理解的是，传感装置 400和本文描述的任何传感装置一样都可以包括任何合适数目的惯性传感器。所述第一惯性传感器404可以是MU，其包括一个或多个整合的加速度计408和一个或多个整合的陀螺仪410。类似地，所述第二惯性传感器406可以是頂U，其包括一个或多个整合的加速度计412 和一个或多个整合的陀螺仪414。
[0050]所述传感装置400的多个惯性传感器可以通过多个阻尼元件连接至所述支撑基座 402。例如，所述第一惯性传感器404和第二惯性传感器406可以分别通过第一阻尼元件416 和第二阻尼元件418连接至所述支撑基座402。所述第一阻尼元件416和第二阻尼元件418各自可以由如前文所论述的弹簧和阻尼器的合适的组合表示。在一些情况下，所述多个惯性传感器中的一个或多个可以通过多于一个阻尼元件(例如，通过两个、三个、四个、五个、或更多个阻尼元件)连接至所述支撑基座402。相反地，所述惯性传感器中的一个或多个可以在不存在任何阻尼元件的情况下直接连接至所述支撑基座402。任选地，所述传感装置400 的传感器中的一些可以通过相同的阻尼元件连接至所述支撑基座402。
[0051]与所述传感装置200的实施方式类似，各种阻尼元件的特性可以彼此不同。例如， 所述第一阻尼元件416的特性可以不同于所述第二阻尼元件418的特性。在一些情况下，所述第一阻尼元件416可能不如所述第二阻尼元件418刚硬，或者反之亦然。因此，施加给所述第一惯性传感器404的运动阻尼量可以不同于(例如，大于，小于)施加给所述第二惯性传感器406的量。例如，施加给所述第一惯性传感器404的运动阻尼可以大约为施加给所述第二惯性传感器406的运动阻尼的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%， 或者反之亦然。相反地，施加给所述第一惯性传感器404的运动阻尼量可以大约为施加给所述第二惯性传感器406的运动阻尼的110%、120%、130%、140%、150%、160%、170%、 180%、190%、200%、300%、400%、或500%，或者反之亦然。[〇〇52]在一些情况下，可以基于优化或改进所述第一惯性传感器404和第二惯性传感器 406中一种传感器类型的性能所需的阻尼量来选择分别由所述第一阻尼元件416和第二阻尼元件418施加给所述第一惯性传感器404和第二惯性传感器406的运动阻尼的量。例如，由所述第一阻尼元件416施加的阻尼量可以基于所述第一惯性传感器404的加速度计408的阻尼需求来选择，而由所述第二阻尼元件418施加的阻尼量可以基于所述第二惯性传感器406 的陀螺仪414的阻尼需求来选择。在这类实施方式中，所述第一阻尼元件416可能不如所述第二阻尼元件418刚硬，以便于提供大于所述第二阻尼元件418的运动阻尼量。[〇〇53] 如前文所提及，所述传感装置400的传感器中的一些可以通过相同的阻尼元件连接至所述支撑基座402。因此，所述传感装置400的一个或多个阻尼元件可以连接至多于一个惯性传感器。共享的阻尼元件可以向所连接的传感器提供相同或相似的运动阻尼量。这种方法可能有益于具有相似阻尼需求的传感器。
[0054] 所述传感装置400可以连接至处理单元(未图示)，所述处理单元用于从包括第一惯性传感器404和第二惯性传感器406的多个传感器中的每一个接收传感信号。任选地，由所述处理单元接收的传感信号中的一些对于其他传感信号来说可能是冗余的。例如，所述处理单元可能接收多于一个指示加速度的信号、多于一个指示旋转的信号等等。所述处理单元可以任何合适的方式处理所述接收的信号，以便于确定所述空间位置和/或运动。例如，所述处理单元可以对所述接收的传感器信号中的一些或全部求平均值。备选地，所述处理单元可以使用冗余方法来处理所述接收的信号中的一些或全部。冗余方法在用于为连续值的接收的信号时可以包括:确定一个或多个所述接收的信号值之间的中间值(例如，所述接收的信号值的平均值)，并且将所述中间值作为处理结果输出。冗余方法在用于为离散值的接收的信号时可以包括:确定最接近或等于大多数接收的信号值的值，并且将所述值作为处理结果输出。[〇〇55]在一些情况下，所述处理单元可以仅从所述第一惯性传感器404和第二惯性传感器406中运动阻尼被优化或改进的传感器类型(本文称为“优化传感器”)接收信号。例如，所述处理单元可以仅从所述第一惯性传感器404的加速度计408接收加速度信号，并且仅从所述第二惯性传感器406的陀螺仪414接收旋转信号。备选地，所述处理单元可以从所述第一惯性传感器404和第二惯性传感器406两者中的所有传感器类型接收传感器信号，但是在确定所述可移动物体的空间位置时可能仅利用来自优化传感器的信号。相反地，所述处理单元可以利用来自所有传感器类型的所有信号以确定所述空间位置，但是可能会将更大的权重分配给来自所述优化传感器的信号(例如，加权平均值)。有利地，这种方法可以实现对施加给包括整合的加速度计和整合的陀螺仪的惯性传感器(例如，IMU)的阻尼进行定制的益处。
[0056]本文描述的系统、装置以及方法可以应用于广泛范围的可移动物体。如前文所提及，本文的飞行器的任何描述都可以应用于并使用于任何可移动物体。本发明的可移动物体可以用于在任何合适的环境内移动，诸如在空气中(例如，固定翼飞行器、旋翼飞行器、或既不具备固定翼又不具备旋翼的飞行器)、在水中(例如，船或潜艇)、在地面上(例如，机动车诸如汽车、卡车、公交车、货车、摩托车;可移动结构或框架，诸如手杖、钓鱼竿;或火车)、 在地下(例如，地铁)、在太空中(例如，航天飞机、卫星、或探测仪)、或者这些环境的任何组合。所述可移动物体可以为载运工具，诸如本文其他地方所描述的载运工具。在一些实施方式中，所述可移动物体可以被装设在活体，诸如人或动物身上。合适的动物可以包括鸟类、 犬科动物、猫科动物、马科动物、牛科动物、羊科动物、猪科动物、海豚、啮齿类动物、或昆虫。
[0057]所述可移动物体可能能够在所述环境内相对于六个自由度(例如，三个平移自由度以及三个旋转自由度)自由地移动。备选地，可以针对一个或多个自由度限制所述可移动物体的移动，诸如通过预定路径、轨迹或取向来限制。所述移动可以由任何合适的致动机构诸如引擎或电机来致动。所述可移动物体的致动机构可以由任何合适的能源提供动力，诸如电能、磁能、太阳能、风能、重力势能、化学能、核能或其任何合适的组合。所述可移动物体可以通过如本文其他地方所描述的推进系统来自推进。所述推进系统可以任选地依靠能源诸如电能、磁能、太阳能、风能、重力势能、化学能、核能或其任何合适的组合来运行。备选地，所述可移动物体可以由生物体携带。
[0058]在一些情况下，所述可移动物体可以为载运工具。合适的载运工具可以包括水上载运工具、空中载运工具(aerial vehicles)、太空载运工具、或陆上载运工具。例如，所述空中载运工具可以为固定翼飞行器(例如，飞机、滑翔机)、旋翼飞行器(例如，直升机、旋翼机)、既具有固定翼又具有旋翼的飞行器、或既无固定翼也无旋翼的飞行器(例如，飞艇或热气球)。载运工具可以为自推进的，诸如在空气中、在水上或在水下、在太空中，或者陆上或地下自推进。自推进式载运工具可以利用推进系统，诸如包括一个或多个引擎、电机、轮子、 轴、磁铁、旋翼、螺旋桨、叶片、喷嘴、或者其任何合适的组合的推进系统。在一些情况下，所述推进系统可以用于使所述可移动物体能够从表面起飞、降落在表面上、维持其当前的位置和/或取向(例如，悬停)、改变取向、和/或改变位置。
[0059]所述可移动物体可以由用户远程控制或由位于所述可移动物体之内或者之上的乘员局部控制。在一些实施方式中，所述可移动物体为无人操纵的可移动物体，诸如UAV。无人操纵的可移动物体诸如UAV可能不会让乘员搭载所述可移动物体。所述可移动物体可以由人或自主控制系统(例如，计算机控制系统)，或者其任何合适的组合控制。所述可移动物体可以为自主或半自主机器人，诸如配置具有人工智能的机器人。
[0060]所述可移动物体可以具有任何合适的尺寸和/或维度。在一些实施方式中，所述可移动物体可以具有使人乘员搭乘在载运工具之内或之上的尺寸和/或维度。备选地，所述可移动物体可以具有比能够使人乘员搭乘在载运工具之内或之上更小的尺寸和/或维度。所述可移动物体可以具有适合于被人提起或者携带的尺寸和/或维度。备选地，所述可移动物体的尺寸和/或维度可以大于适合于被人提起或者携带的尺寸和/或维度。在一些情况下， 所述可移动物体可以具有小于或等于约以下各项的最大维度(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线长度):2cm、5cm、10cm、50cm、lm、2m、5m、或10m。所述最大维度可以大于或等于约: 2cm、5cm、10cm、50cm、lm、2m、5m、或10m。例如，所述可移动物体的对置旋翼的轴体之间的距离可以小于或等于约:2cm、5cm、10cm、50cm、lm、2m、5m、或10m。备选地，对置旋翼的轴体之间的距离可以大于或等于约:2cm、5cm、10cm、50cm、lm、2m、5m、或10m。
[0061]在一些实施方式中，所述可移动物体可以具有小于lOOcmX lOOcmX 100cm、小于 50cm X 50cm X 30cm、或小于5cm X 5cm X 3cm的体积。所述可移动物体的总体积可以小于或等于约:1 cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、 150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10，000cm3、100，000cm3、lm3、或 l〇m3。相反地，所述可移动物体的总体积可以大于或等于约:lcm3、2Cm3、5cm3、l〇Cm3、2〇Cm3、 30 cm3、40cm3、50 cm3、60cm3、70 cm3、80cm3、90 cm3、100 cm3、150 cm3、200 cm3、300 cm3、500 cm3、 750cm3、1000cm3、5000cm3、10，000cm3、100，000cm3、lm3、或10m3。
[0062]在一些实施方式中，所述可移动物体可以具有小于或等于约以下各项的占地面积 (其可以指代由所述可移动物体所包围的横向截面的面积):32,000Cm2、20,000cm2、10， 000cm2、1，000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2、或5cm2。相反地，所述占地面积可以大于或等于约:32，000cm2、20，000cm2、10，000cm2、1，000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2、或5cm2 〇
[0063]在一些情况下，所述可移动物体的重量可能不超过1000kg。所述可移动物体的重量可以小于或等于约:1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、 45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、 lkg、0.5kg、0.lkg、0.05kg、或0.01kg。相反地，所述重量可以大于或等于约:1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、 15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、lkg、0?5kg、0?lkg、0?05kg、或 0.01kg〇
[0064]在一些实施方式中，可移动物体相对于由所述可移动物体携带的载荷而言可能是小的。如下文即将进一步详细描述，所述载荷可以包括有效载荷和/或载体。在一些示例中， 可移动物体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。在一些情况下，可移动物体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。任选地，载体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。在需要时，可移动物体重量与载荷重量之比可以小于或等于:1:2、 1: 3、1: 4、1: 5、1:10、或甚至更小。相反地，可移动物体重量与载荷重量之比也可以大于或等于:2:1、3:1、4:1、5:1、10:1、或甚至更大。
[0065]在一些实施方式中，所述可移动物体可以具有低能耗。例如，所述可移动物体可以使用小于约:5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、lW/h、或更少。在一些情况下，所述可移动物体的载体可以具有低能耗。例如，所述载体可以使用小于约:5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1 W/h、或更少。任选地，所述可移动物体的有效载荷可以具有低能耗，诸如小于约:5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、 lW/h、或更少。[〇〇66]图5示出根据本发明的实施方式的无人飞行器(UAV)500。所述UAV可以为如本文描述的可移动物体的示例。所述UAV500可以包括具有四个旋翼502、504、506以及508的推进系统。可以提供任何数目的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个、或更多个)。所述旋翼可以为本文其他地方描述的自紧式旋翼的实施方式。所述无人飞行器的旋翼、旋翼组件、 或其他推进系统可以使得所述无人飞行器能够悬停/维持位置、改变取向、和/或改变位置。 对置旋翼的轴体之间的距离可以为任何合适的长度510。例如，所述长度510可以小于或等于2m、或小于或等于5m。在一些实施方式中，所述长度510可以处在40cm至lm、10cm至2m、或 5cm至5m的范围内。本文的UAV的任何描述都可以应用于可移动物体，诸如不同类型的可移动物体，或者反之亦然。
[0067]在一些实施方式中，所述可移动物体可以用于携带载荷。所述载荷可以包括乘客、 货物、装置、仪器等等中的一个或多个。所述载荷可以设在外壳内。所述外壳可以与所述可移动物体的外壳分离，或者是可移动物体的外壳的部分。备选地，所述可移动物体不具有外壳时，所述载荷可以设有外壳。备选地，所述载荷的多个部分或整个载荷均可以不设有外壳。所述载荷相对于所述可移动物体可以是刚性固定的。任选地，所述载荷相对于所述可移动物体可以是可移动的(例如，相对于所述可移动物体可平移或可旋转)。
[0068]在一些实施方式中，所述载荷包括有效载荷。所述有效载荷可以用于不执行任何操作或功能。备选地，所述有效载荷可以用于执行某种操作或功能的有效载荷(又称为功能性有效载荷)。例如，所述有效载荷可以包括用于监视一个或多个目标的一个或多个传感器。任何合适的传感器可以并入到有效载荷中，诸如图像捕捉装置(例如，相机)、音频捕捉装置(例如，抛物线麦克风)、红外成像装置、或紫外成像装置。所述传感器可以提供静态传感数据(例如，照片)或动态传感数据(例如，视频)。在一些实施方式中，所述传感器为所述有效载荷的目标提供传感数据。备选地或组合地，所述有效载荷可以包括用于向一个或多个目标提供信号的一个或多个发射器。可以使用任何合适的发射器，诸如照明光源或声源。 在一些实施方式中，所述有效载荷包括诸如用于与远离所述可移动物体的模块进行通信的一个或多个收发器。任选地，所述有效载荷可以被配置来与环境或目标交互。例如，所述有效载荷可以包括工具、仪器、或能够操纵物体的机构，例如机械臂。
[0069]任选地，所述载荷可以包括载体。所述载体可以被提供用于所述有效载荷，并且所述有效载荷可以通过所述载体连接至所述可移动物体，方式为直接连接(例如，直接接触所述可移动物体)或间接连接(例如，不接触所述可移动物体)。相反地，所述有效载荷可以在不要求载体的情况下装设在所述可移动物体上。所述有效载荷可以与所述载体一体成型。 备选地，所述有效载荷可以可释放地连接至所述载体。在一些实施方式中，所述有效载荷可以包括一个或多个有效载荷元件，并且如上所述，所述有效载荷元件中的一个或多个相对于所述可移动物体和/或载体可以是可移动的。
[0070]所述载体可以与所述可移动物体一体成型。备选地，所述载体可以可释放地连接至所述可移动物体。所述载体可以直接或间接地连接至所述可移动物体。所述载体可以为所述有效载荷提供支撑(例如，承载所述有效载荷的至少部分重量)。所述载体可以包括合适的能够稳定和/或引导所述有效载荷的移动的装设结构(例如，云台平台)。在一些实施方式中，所述载体可以适于控制所述有效载荷相对于所述可移动物体的状态(例如，位置和/ 或取向)。例如，所述载体可以用于相对于所述可移动物体(例如，相对于一个、两个或三个平移自由度和/或一个、两个或三个旋转自由度)移动，以使得所述有效载荷相对于合适的参考系维持其位置和/或取向，而不管可移动物体如何移动。所述参考系可以是固定参考系 (例如，周围环境)。备选地，所述参考系可以是移动参考系(例如，所述可移动物体、有效载荷目标)。
[0071]在一些实施方式中，所述载体可以用于允许所述有效载荷相对于所述载体和/或可移动物体移动。所述移动可以为相对于至多三个自由度(例如，沿一个、两个、或三个轴) 的平移或者相对于至多三个自由度(例如，围绕一个、两个、或三个轴)的旋转，或者其任何合适的组合。
[0072]在一些情况下，所述载体可以包括一个载体框架组件和载体致动组件。所述载体框架组件可以为所述有效载荷提供结构支撑。所述载体框架组件可以包括单独的载体框架部件，其中一些相对于彼此可以是可移动的。所述载体致动组件可以包括致动所述单独的载体框架部件的移动的一个或多个致动器(例如，电机)。所述致动器可以允许多个载体框架部件同时移动，或者可以用于一次只允许单个载体框架部件移动。所述载体框架部件的移动可以带来所述有效载荷的对应移动。例如，所述载体致动组件可以致使一个或多个载体框架部件围绕一个或多个旋转轴(例如，横滚轴、俯仰轴、或偏航轴)旋转。所述一个或多个载体框架部件的旋转可以使有效载荷相对于所述可移动物体围绕一个或多个旋转轴旋转。备选地或组合地，所述载体致动组件可以致使一个或多个载体框架部件沿一个或多个平移轴平移，并且从而使所述有效载荷相对于所述可移动物体沿一个或多个对应的轴平移。
[0073]在一些实施方式中，可以由终端来控制所述可移动物体、载体和有效载荷相对于固定参考系(例如，周围环境)和/或彼此的移动。所述终端可以为位于远离所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的位置的遥控装置。所述终端可以设置在或固定至支撑平台。备选地，所述终端可以为手持式或穿戴式装置。例如，所述终端可以包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风、或其合适的组合。所述终端可以包括用户接口，诸如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏、或显示器。任何合适的用户输入都可以用于与所述终端交互，诸如手动键入命令、声控、手势控制、或位置控制(例如，通过所述终端的移动、位置或倾斜来交互)。
[0074]所述终端可以用于控制所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的任何合适的状态。例如，所述终端可以用于控制所述可移动物体、载体、和/或有效载荷相对于固定参考系和/或彼此的位置和/或取向。在一些实施方式中，所述终端可以用于控制所述可移动物体、 载体、和/或有效载荷的单独元件，诸如所述载体的致动组件、所述有效载荷的传感器、或所述有效载荷的发射器。所述终端可以包括无线通信装置，其适于与所述可移动物体、载体、 或有效载荷中的一个或多个通信。
[0075]所述终端可以包括合适的显示单元，其用于查看所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的信息。例如，所述终端可以用于显示所述可移动物体、载体、和/或有效载荷与位置、平移速度、平移加速度、取向、角速度、角加速度、或其任何合适的组合有关的信息。在一些实施方式中，所述终端可以显不由所述有效载荷提供的彳目息，诸如由功能性有效载荷提供的数据(例如，由相机或其他图像捕捉装置记录的图像)。
[0076]任选地，同一终端既可以控制所述可移动物体、载体、和/或有效载荷，或者所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的状态，又可以接收和/或显示来自所述可移动物体、载体、 和/或有效载荷的信息。例如，终端可以控制所述有效载荷相对于环境的定位，同时显示由所述有效载荷捕捉的图像数据、或者与所述有效载荷的位置有关的信息。备选地，不同的终端可以用于不同的功能。例如，第一终端可以控制所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的移动或者状态，而第二终端可以接收和/或显示来自所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的信息。例如，第一终端可以用于控制所述有效载荷相对于环境的定位，而第二终端显示由所述有效载荷捕捉的图像数据。在可移动物体与既控制可移动物体又接收数据的整合终端之间，或者在所述可移动物体与既控制可移动物体又接收数据的多个终端之间可以利用各种通信模式。例如，可以在所述可移动物体与既控制可移动物体又从所述可移动物体接收数据的终端之间形成至少两种不同的通信模式。
[0077]图6示出根据实施方式的包括载体602和有效载荷604的可移动物体600。虽然所述可移动物体600被描绘为飞行器，但是这一描述并不意图是限制性的，并且如本文前文所描述，可以使用任何合适的类型的可移动物体。本领域技术人员将了解，本文在飞行器系统背景下描述的任何实施方式都可以应用于任何合适的可移动物体(例如，UAV)。在一些情况下，所述有效载荷604可以在不要求载体602的情况下提供在所述可移动物体600上。所述可移动物体600可以包括推进机构606、传感系统608以及通信系统610。
[0078]如前所述，所述推进机构606可以包括旋翼、螺旋桨、叶片、引擎、电机、轮子、轴、磁铁、或喷嘴中的一个或多个。所述可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、或者四个或更多个推进机构。这些推进机构全部可以为同一类型。备选地，一个或多个推进机构可以为不同类型的推进机构。所述推进机构606可以使用任何合适的手段来装设在所述可移动物体600上。所述推进机构606可以装设在所述可移动物体600的任何合适的部分上，诸如顶部、底部、前部、背部、侧部、或其合适的组合。
[0079]在一些实施方式中，推进机构606可以使得可移动物体600能够在不要求所述可移动物体600的任何水平移动的情况下(例如，在不沿跑道滑行的情况下)，从表面垂直起飞或垂直降落在表面上。任选地，可以操作所述推进机构606以允许所述可移动物体600在空中悬停于特定的位置和/或取向。所述推进机构600中的一个或多个可以独立于其他推进机构来控制。备选地，所述推进机构600可以用于同时控制。例如，所述可移动物体600可以具有多个水平定向的旋翼，所述多个水平定向的旋翼可以为所述可移动物体提供升力和/或推力。可以致动所述多个水平定向的旋翼以为所述可移动物体600提供垂直起飞、垂直降落以及悬停能力。在一些实施方式中，所述水平定向的旋翼中的一个或多个可以沿顺时针方向旋转，同时水平定向的旋翼中的一个或多个可以沿逆时针方向旋转。例如，顺时针旋翼的数目可以等于逆时针旋翼的数目。可以单独地改变水平定向的旋翼中的每一个的旋转速率， 以便于控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，并且从而调整所述可移动物体600的空间位置、速度、和/或加速度(例如，相对于至多三个平移自由度和至多三个旋转自由度)。
[0080]所述传感系统608可以包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以传感所述可移动物体600的空间位置、速度、和/或加速度(例如，相对于至多三个平移自由度和至多三个旋转自由度)。所述一个或多个传感器可以包括GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、近程传感器、或图像传感器。在一些情况下，所述传感系统608可以包括本文前文描述的传感装置的实施方式。由所述传感系统608提供的传感数据可以用于确定和/或控制所述可移动物体600的空间位置、速度、和/或取向(例如，使用如下所述的合适的处理单元和/或控制模块)。备选地，所述传感系统608可以用于提供有关所述可移动物体周围的环境的数据， 诸如气象条件、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等。
[0081]所述通信系统610使得能够通过无线信号616与具有通信系统614的终端612通信。 所述通信系统610、614可以包括任何数目的、适合于无线通信的发射器、接收器、和/或收发器。所述通信可以是单向通信，以使得数据只在一个方向上传输。举例而言，单向通信可以仅涉及所述可移动物体600向所述终端612传输数据，或者反之亦然。所述数据可以从所述通信系统610的一个或多个发射器传输至所述通信系统612的一个或多个接收器，或者反之亦然。备选地，所述通信可以是双向通信，以使得数据可以在所述可移动物体600与所述终端612之间双向传输。所述双向通信可以涉及从所述通信系统610的一个或多个发射器向所述通信系统614的一个或多个接收器传输数据，并且反之亦然。
[0082]在一些实施方式中，所述终端612可以向所述可移动物体600、载体602和有效载荷 604中的一个或多个提供控制数据，并且从所述可移动物体600、载体602和有效载荷604中的一个或多个接收信息(例如，所述可移动物体、载体或有效载荷的位置和/或运动信息；由所述有效载荷传感的数据，诸如由有效载荷相机捕捉的图像数据)。在一些情况下，来自所述终端的控制数据可以包括用于所述可移动物体、载体、和/或有效载荷的相对位置、移动、 致动或控制的指令。例如，所述控制数据可能带来所述可移动物体的位置和/或取向的修改 (例如，通过控制推进机构606)，或者所述有效载荷相对于所述可移动物体的移动(例如，通过控制所述载体602)。来自所述终端的所述控制数据可能会导致对所述有效载荷的控制， 诸如对相机或其他图像捕捉装置的操作的控制(例如，获取静态或动态图片、缩放、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，来自所述可移动物体、载体和/或有效载荷的通信可以包括来自(例如， 传感系统608或有效载荷604的)一个或多个传感器的信息。所述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、近程传感器、或图像传感器)的传感信息。这类信息可以涉及可移动物体、载体和/或有效载荷的位置(例如，方位、 取向)、移动或加速度。来自有效载荷的这类信息可以包括由所述有效载荷获取的数据或所述有效载荷的传感状态。由所述终端612提供或传输的控制数据可以用于控制所述可移动物体600、载体602、或有效载荷604中的一个或多个的状态。备选地或组合地，所述载体602 和所述有效载荷604各自还可以包括用于与所述终端612通信的通信模块，以使得所述终端可以单独与所述可移动物体600、载体602和有效载荷604通信，并且单独控制其中的每一个。[〇〇83]在一些实施方式中，所述可移动物体600可以用于与除了终端612之外或代替终端 612的另一个远程装置通信。与所述可移动物体600—样，所述终端612也可以用于与另一个远程装置通信。例如，所述可移动物体600和/或所述终端612可以与另一个可移动物体、或者另一个可移动物体的载体或有效载荷通信。需要时，所述远程装置可以为第二终端或其他计算装置(例如，计算机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机或其他移动装置)。所述远程装置可以用于向所述可移动物体600传输数据、从所述可移动物体600接收数据、向所述终端 612传输数据、和/或从所述终端612接收数据。任选地，所述远程装置可以连接至因特网或其他电信网络，以使得从所述可移动物体600和/或所述终端612接收的数据可以上传至网站或服务器。
[0084]图7为根据实施方式的用于控制可移动物体的系统700的呈方框图形式的示意图。 所述系统700可以与本文揭露的系统、装置和方法的任何合适的实施方式结合使用。所述系统700可以包括传感模块702、处理单元704、非暂时性计算机可读介质706、控制模块708以及通信模块710。
[0085]所述传感模块702可以利用不同类型的传感器，所述传感器以不同的方式收集与所述可移动物体相关的信息。不同类型的传感器可以传感不同类型的信号或来自不同来源的信号。例如，所述传感器可以包括惯性传感器、GPS传感器、近程传感器(例如，激光雷达传感器)、或视觉/图像传感器(例如，相机)。所述传感模块702可以包括本文前文描述的传感装置的任何合适的实施方式。所述传感模块702可以操作性地连接至具有多个处理器的处理单元704。在一些实施方式中，所述传感模块可以操作性地连接至传输模块712(例如，WiFi 图像传输模块 )，所述传输模块 712 用于直接向合适的外置装置或系统传输传感数据装置。例如，所述传输模块712可以用于向远程终端传输由所述传感模块702的相机捕捉的图像。[〇〇86] 所述处理单元704可以具有一个或多个处理器，诸如可编程处理器(例如，中央处理器(CPU))。所述处理单元704可以操作性地连接至非暂时性计算机可读介质706。所述非暂时性计算机可读介质706可以存储可由所述处理单元704执行来进行一个或多个步骤的逻辑、代码、和/或程序指令。所述非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移除介质或者外置存储器，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施方式中，来自所述传感模块702的数据可以直接传送至并存储在所述非暂时性计算机可读介质706的存储器单元中。所述非暂时性计算机可读介质706的所述存储器单元可以存储可由所述处理单元704执行以进行本文描述的方法的任何合适的实施方式的逻辑、代码、和/或程序指令。例如，所述处理单元704可以用于执行以下指令:致使所述处理单元704的一个或多个处理器分析由所述传感模块产生的传感数据。所述存储器单元可以存储来自所述传感模块的有待由所述处理单元704处理的传感数据。在一些实施方式中，所述非暂时性计算机可读介质706的所述存储器单元可以用于存储由所述处理单元704产生的处理结果。[〇〇87] 在一些实施方式中，所述处理单元704可以操作性地连接至用于来控制所述可移动物体的状态的控制模块708。例如，所述控制模块708可以用于控制所述可移动物体的推进机构，以调整所述可移动物体相对于六个自由度的空间位置、速度、和/或加速度。备选地或组合地，所述控制模块708可以控制载体、有效载荷、或传感模块中的一个或多个状态。 [〇〇88]所述处理单元704可以操作性地连接至通信模块710,所述通信模块710用于传输和/或接收来自一个或多个外置装置(例如，终端、显示装置、或其他远程控制器)的数据。可以使用任何合适的通信手段，诸如有线通信或无线通信。例如，所述通信模块710可以利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线电、WiF1、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等等中的一个或多个。任选地，可以使用中继站，诸如信号塔、卫星、或移动台。无线通信可以是近程相关的或近程不相关的。在一些实施方式中，所述通信可能需要或不需要在视线内。 所述通信模块710可以传输和/或接收来自所述传感模块702的传感数据、由所述处理单元 704产生的处理结果、预定控制数据、来自终端或远程控制器的用户命令等等中的一个或多个。[〇〇89]所述系统700的部件可以任何合适的配置来布置。例如，所述系统700的部件中的一个或多个可以位于所述可移动物体、载体、有效载荷、终端、传感系统、或另外的与上述各项中的一个或多个通信的外置装置上。另外，虽然图7描绘了单一处理单元704和单一非暂时性计算机可读介质706,但本领域技术人员将了解，这并不意图是限制性的，并且所述系统700可以包括多个处理单元和/或非暂时性计算机可读介质。在一些实施方式中，所述多个处理单元和/或非暂时性计算机可读介质中的一个或多个可以位于不同的位置，诸如位于所述可移动物体、载体、有效载荷、终端、传感模块、另外的与以上各项中的一个或多个通信的外置装置、或者其合适的组合上，以使得由所述系统700执行的处理和/或存储器功能的任何合适的方面可以发生在前述位置中的一处或多处。
[0090]虽然本文已示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员而言明显的是，这类实施方式仅通过举例提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到的众多变化、改变和取代。应当理解，本文描述的本发明的实施方式的各种替代方案都可以采用来实践本发明。以下权利要求意图限定本发明的范围并且在这些权利要求及其等效形式的范围内的方法和结构也涵盖在内。
【主权项】
1.一种用于确定可移动物体的空间位置的装置，所述装置包括:由可移动物体携带的支撑基座；一个或多个加速度计通过第一阻尼元件连接至所述支撑基座，所述第一阻尼元件用于 阻尼所述一个或多个加速度计的运动；以及一个或多个陀螺仪通过第二阻尼元件连接至所述支撑基座，所述第二阻尼元件用于阻 尼所述一个或多个陀螺仪的运动，其中由所述第一阻尼元件提供的运动阻尼量大于由所述 第二阻尼元件提供的运动阻尼量。2.如权利要求1所述的装置，其中所述可移动物体为无人飞行器(UAV)。3.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个加速度计为微机电系统(MEMS)加速 度计。4.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个加速度计用于检测所述可移动物体 相对于至多三个运动轴的加速度。5.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个陀螺仪为MEMS陀螺仪。6.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个陀螺仪用于检测所述可移动物体相 对于至多三个旋转轴的旋转。7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一阻尼元件或所述第二阻尼元件中的至少一 个包括海绵、发泡体、或橡胶材料。8.如权利要求1所述的装置，其中所述第一阻尼元件的刚度小于所述第二阻尼元件的刚度。9.如权利要求8所述的装置，其中对所述第一阻尼元件的所述刚度进行选择以减少与 由所述一个或多个加速度计产生的信号相关联的噪声，并且对所述第二阻尼元件的所述刚 度进行选择以减少与由所述一个或多个陀螺仪产生的信号相关联的噪声。10.—种用于确定可移动物体的空间位置的装置，所述装置包括:由可移动物体携带的支撑基座；多个惯性测量单元，每个惯性测量单元包括至少一个加速度计和至少一个陀螺仪；以 及多个阻尼元件，每个阻尼元件将所述多个惯性测量单元中的至少一个惯性测量单元连 接至所述支撑基座，以便于阻尼所述多个惯性测量单元中的所述至少一个惯性测量单元的 运动。11.如权利要求10所述的装置，其中所述多个阻尼元件中的至少一些提供不同的运动阻尼量。12.如权利要求10所述的装置，其中所述可移动物体为无人飞行器(UAV)。13.如权利要求10所述的装置，其中所述多个惯性测量单元中的至少一个惯性测量单 元包括微机电系统(MEMS)加速度计。14.如权利要求10所述的装置，其中所述多个惯性测量单元中的至少一个惯性测量单 元包括微机电系统(MEMS)陀螺仪。15.如权利要求10所述的装置，其中所述多个阻尼元件中的至少一个阻尼元件包括海 绵、发泡体、或橡胶材料。16.如权利要求10所述的装置，其中所述多个阻尼元件中的至少一个阻尼元件连接至所述多个惯性测量单元中的一个以上的惯性测量单元连接。17.如权利要求10所述的装置，进一步包括处理单元，所述处理单元用于从所述多个惯 性测量单元中的每一个接收指示所述可移动物体的加速度和/或旋转的信号，并且处理所 述接收的信号以确定所述可移动物体的所述加速度和/或旋转。18.如权利要求17所述的装置，其中所述处理单元使用冗余方法来处理所述接收的信 号。19.如权利要求17所述的装置，其中所述处理单元通过对所述接收的信号求平均值来 处理所述接收的信号。20.如权利要求17所述的装置，其中所述多个惯性测量单元包括第一惯性测量单元和 第二惯性测量单元，并且其中所述接收的信号包括第一信号，所述第一信号从所述第一惯 性测量单元的所述至少一个加速度计接收；以及第二信号，所述第二信号从所述第二惯性 测量单元的所述至少一个陀螺仪接收。21.如权利要求20所述的装置，其中所述第一信号指示所述可移动物体相对于至多三 个运动轴的所述加速度，并且所述第二信号指示所述可移动物体相对于至多三个旋转轴的 所述旋转。22.如权利要求20所述的装置，其中所述多个阻尼元件包括第一阻尼元件和第二阻尼 元件，并且其中所述第一惯性测量单元通过所述第一阻尼元件连接到所述支撑基座，并且 所述第二惯性测量单元通过所述第二阻尼元件连接到所述支撑基座。23.如权利要求22所述的装置，其中所述第一阻尼元件提供大于所述第二阻尼元件的 运动阻尼量。24.—种用于确定可移动物体的空间位置的装置，所述装置包括:由可移动物体携带的支撑基座；一个或多个加速度计，所述一个或多个加速度计通过阻尼元件连接至所述支撑基座， 所述阻尼元件用于阻尼所述一个或多个加速度计的运动；以及一个或多个陀螺仪，所述一个或多个陀螺仪直接连接至所述支撑基座。25.如权利要求24所述的装置，其中所述可移动物体为无人飞行器(UAV)。26.如权利要求24所述的装置，其中所述一个或多个加速度计为微机电系统(MEMS)加 速度计。27.如权利要求24所述的装置，其中所述一个或多个陀螺仪为MEMS陀螺仪。28.如权利要求24所述的装置，其中所述阻尼元件包括海绵、发泡体、或橡胶材料。29.如权利要求24所述的装置，其中所述阻尼元件具有被选择来减少由所述一个或多 个加速度计产生的信号的噪声的刚度。30.如权利要求24所述的装置，其中所述阻尼元件用于阻尼所述一个或多个加速度计的震动。
【文档编号】G01C21/18GK106030245SQ201480076395
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年4月25日
【发明人】宋健宇, 石仁利, 汪滔
【申请人】深圳市大疆创新科技有限公司