改进的多旋翼飞行器和接口设备的制作方法

发明涉及一种用于采集图像(静止或运动)的遥控多旋翼飞行器和用于控制所述飞行器的接口设备；特别地，涉及一种用于从根据现有技术(例如“自拍杆”或其他)的支架难以到达的位置采集图像(例如摄影肖像，也称为“自拍照”)的多旋翼飞行器。

众所周知，多旋翼飞行器(例如，双旋翼机、三旋翼机、四旋翼机、六旋翼机等)本质上是不稳定的，因此需要电动机的速度的恒定调节，以保持由飞行员所设定的方位。速度控制通常是由合适的控制器(例如比例、积分和微分控制器-也称为pid)实现的，该控制器以独特的方式作用于飞行器的旋转的三个轴线中的每一个(也称为翻滚轴线、俯仰轴线和偏航轴线)，从而使沿这些轴线的角速度保持在尽可能接近于飞行员通过操纵诸如遥控、无线电控制或其他的遥控设备所选择的值。

典型的是缺乏经验的飞行员对所述遥控设备不当的操纵会不可避免地导致飞行器的震荡和/或沿其框架传播的振动。这样的震荡和/或振动使得图像采集变得困难，这是因为在某些曝光条件下，由视频采集装置采集的照片和/或视频可能会受到微模糊和/或滚动快门效应(也称为“果冻效应”)的影响。

当前在本领域中已知几种用于减少多旋翼飞行器中的微模糊和/或滚动快门效应的技术；特别地，通过将视频采集装置安装在能够吸收振动的支架(例如，位于基于硅酮凝胶上的支架)上能够部分地减弱这种效应。该解决方案允许吸收主要由电动机产生的应力(数百khz量级)引起的框架的振动，但不能补偿飞行器的通常频率较低(即小于100hz)的震荡，该震荡是由遥控设备的不当操纵引起的。用于减少飞行器的震荡的一种解决方案包括使用伺服辅助万向节支架(也称为“云台”)，当飞行器处于例如由风和/或使用者对遥控设备的不当操纵引起的震荡时，该万向节支架能够校正视频采集装置的方位。然而，该解决方案不适用于小型飞行器，这是因为这些伺服辅助万向节支架包括至少三个伺服电动机(每个轴线一个)，因此对于小型飞行器而言过于笨重。此外，对于一般公众而言，这些类型的飞行器还必须符合法规，在某些国家，该法规限制了允许起飞的重量，例如少于200-250克。因此，如果要遵守法规中规定的重量限制，通常就不可能使用伺服辅助万向节支架。

本发明旨在通过提供一种用于图像采集的遥控多旋翼飞行器来解决这些和其他问题。

此外，本发明旨在通过提供一种用于控制所述飞行器的接口设备来解决这些和其他问题。

基于本发明的思想是基于方向和/或方位信号来来控制用于采集图像(静止或移动)的遥控多旋翼飞行器，该方向和/或方位信号定义了所述飞行器必须移动和/或定向(其中飞行器方位还指当飞行器一旦被设置为飞行，由飞行器到达一定的静态位置并且保持一定时间段的飞行器的方位)的方向(而不是要做出的姿态或姿态变化)，其中所述方向和/或飞行器方向信号由用户能够操作的接口设备生成。

以这种方式，由视频采集装置采集的图像的质量不依赖飞行器的用户的飞行技术，这与根据现有技术的多旋翼飞行器所发生的情况相反，在现有技术中，由视频采集装置采集的图像的质量依赖于飞行员的飞行控制技术，即，依赖于他/她操作遥控设备t(参见图1)的方式，这是因为通常将所述视频采集装置(例如，图1中所示的摄像机c)放置在沿框架边缘的位置，因此远离飞行器的质心(在图1中用符号cm表示)。实际上，在图1的多旋翼飞行器的情况下，摄像机c对俯仰移动特别敏感，这是因为摄像机c的位置远离质心将导致飞行器沿俯仰轴线的自由震荡，该震荡具有足够的振幅使得在特定的曝光条件下拍摄照片和/或视频时产生问题，所述特定的曝光条件例如当光线不足时，即，当需要增加曝光时间以在弱光条件下获得物体的适当的曝光时。应当指出的是，在试图找到正确的视野宽度以采集一个或更多个图像时，俯仰移动更加频繁，这是因为飞行器必须通过执行上升或下降动作来朝向或远离待拍摄的物体，因此，遥控设备t的不当操纵会影响所采集图像的质量，尤其是如果要在移动飞行器的同时采集视频，例如，以恒定的速度移动飞行器，使其更靠近或更远离待拍摄的对象。

本发明的其他有利特征将在所附权利要求中阐明。

通过以下以非限制性示例的方式提供的附图中所示的本发明的实施例的描述，本发明的这些特征以及其他优点将变得更加明显，其中：

图1示出了根据现有技术的多旋翼飞行器和遥控设备的立体图；

图2示出了根据本发明的多旋翼的可能的实施方式的立体图以及根据本发明的接口设备的第一实施例的立体图。

图3示出了说明本发明各个部件的第一优选实施例的工作的框图。

图4示出了说明本发明各个部件的第二优选实施例的工作的框图。

图5示出了根据本发明的多旋翼的可能的实施方式的立体图以及根据本发明的接口设备的第二实施例的立体图。

图6和图7示出从不同的角度观察的图2和图5的多旋翼飞行器的立体图。

本说明书中对“实施例”的任何引用都将表明包含在本发明的至少一个实施例中的特定的配置、结构或特征。因此，在本说明书的不同部分中可能存在的短语“在一个实施例中”和其他类似的短语不一定都与同一实施例相关。此外，在认为合适的情况下，可以在一个或更多个实施例中组合任何特定的配置、结构或特征。因此，以下引用仅出于简化的目的而使用，并不限制各种实施例的保护范围或保护程度。

参照图2，用于采集航空图像的系统包括根据本发明的用于采集图像的遥控飞行器0和根据本发明的用于控制所述飞行器的接口设备3。

飞行器0包括以下元件：

-接收装置，例如蓝牙收发器(ieee802.15.1)，其适于接收能够通过接口设备3来发送的方向和/或方位信号，其中所述方向和/或方位信号定义了所述飞行器必须移动和/或定向的方向和/或方位；

-飞行控制装置，例如由3drobotics生产的模型单元，其适于控制所述飞行器的姿态并且与接收装置进行信号通信。

更详细地，飞行控制装置被配置用于执行以下步骤：

a、读取方向和/或方位信号，例如，通过一个或更多个通信接口采集所述方向和/或方位信号；

b、基于飞行器的所述方向和/或方位信号，确定所述飞行器必须移动和/或定向的方向。例如，如果方位和/或方向信号包含向前移动的指示，则飞行控制装置将确定飞行器优选地沿朝向机头所定向的方向的移动，或者在可以使控制飞行器变得更容易的第二种驾驶模式下，使飞行器朝向与飞行器机头当前的方位无关的用户所在的地方的方向径向移动；在该第二驾驶模式下，向前移动的命令可以优选地翻译成“过来”。

c、生成控制信号，其适于使所述飞行器采取使其沿预定方向移动和/或定向姿态，例如，通过设置沿某个轴线的倾斜，飞行器0必须在一定时间内维持该倾斜。

接口设备3，在该变型中能够采取用于移动电话的耳机/麦克风的形状，该接口设备包括以下部分：

-传感器装置，例如音频采集装置，其适于基于与所述飞行器的用户的交互来生成指令信号；

-发送装置，例如蓝牙(ieee802.15.1)和/或wifi(ieee802.11)收发器，其适于向所述飞行器发送方向和/或方位信号，如上所述，该方向和/或定位信号定义了所述飞行器必须移动的方向；

-处理装置，例如一个或更多个cpu、一个或更多个微控制器或其他，其与传感器装置和发送装置进行信号通信。

更详细地，处理装置被配置用于执行以下步骤：

a、读取指令信号；

b、基于所述指令信号生成方位和/或方向信号；

c、通过发送装置向所述飞行器发送方向和/或方位信号。

这样，飞行器0可以在不使用根据现有技术的遥控设备的情况下进行控制，从而有利地减少飞行器的振动/振荡并且使视频采集装置所采集的图像的质量不依赖于所述飞行器的用户的驾驶技术。

在该实施例中，指令信号表示由所述飞行器的用户发出的语音命令(例如“向前”、“向后”、“向右”、“向左”、“停止”或“向左旋转”和“向右旋转”、“向左滑行”、“向右滑行”或其他)；该语音命令优选地以数字音频编码格式(例如wav、mp3或其他)进行编码，以便能够由数字处理装置处理。

能够通过将指令信号封装在构成方向和/或方位信号的数据包序列中，来执行基于指令信号的方向和/或方位信号的生成。换句话说，接口设备3的处理装置被配置用于通过至少将指令信号(包含由所述飞行器的用户发出的语音命令)封装在至少一个数据包中来生成方向和/或方位信号。

在这种情况下，飞行器0的飞行控制装置通过执行实施语音识别算法的指令序列来确定所述飞行器必须移动的方向，以便将由指令信号表示的语音命令(封装在定向和/或方向信号中)转换为文本或其他类型的命令，所述文本或其他类型的命令可以与飞行器将必须进行的特定移动相关联。

继续参照图3，现在将描述本发明的所述实施例的工作。当根据该变型的飞行器0和接口设备3处于工作状态时，传感器装置31(例如包括麦克风)采集音频信号，然后该音频信号由所述设备3中包括的处理装置32进行处理。特别地，处理装置32对由麦克风采集的音频信号进行编码，将已编码的音频信号封装在一个或更多个数据包中，并且通过发送装置33向飞行器0发送所述数据包。之后，接收装置51接收由发送装置33发送的数据包。此后，飞行控制装置52解封装所述数据包，从而重构已编码的音频信号、解码所述音频信号、识别包含在所述音频信号中的语音命令(通过语音识别算法)并且处理语音命令，从而基于所述语音命令生成控制信号。最后，这些控制信号被发送到能够改变所述飞行器0的姿态的速度控制器和/或致动器53。换句话说，飞行控制装置52可以被配置用于执行以下工作：

-执行指令序列，该指令序列实施语音识别算法，该语音识别算法将指令信号中表示的语音命令转换为比特串；

-基于所述比特串生成控制信号。

作为上述说明的替代实施例，接口设备3的处理装置可以被配置用于执行实施语音识别算法的指令序列，以便将由指令信号表示的语音命令转换为文本或其他类型的命令，从而可以在空间和时间上以有利地更有效的方式将所述文本或其他类型的命令编码在方位和/或方向信号中，例如，语音命令可以被转换成文本串，由飞行控制装置借助于关联表来解码该文本串，并且将其转换成适合于使飞行器0沿所述飞行器0的用户所期望的方向和/或方位移动的控制信号。换句话说，接口设备3的处理装置32可以被配置用于执行以下工作：

-执行指令序列，该指令序列实施语音识别算法，该语音识别算法将指令信号中表示的语音命令转换为比特串；

-通过至少将所述比特串编码为所述方向和/或方位信号来生成方向和/或方位信号。

参照图4，现在将描述该特定变型的工作。当根据该变型的飞行器0和接口设备3处于工作状态时，传感器装置31(例如包括麦克风)采集音频信号，然后该音频信号由所述设备3中包括的处理装置32进行处理。特别地，处理装置32识别包含在所述音频信号中的语音命令(通过语音识别算法)，基于所述语音命令生成方位和/或方向信号，将所述控制命令封装为一个或更多个数据包并且通过发送装置33向飞行器0发送所述数据包。之后，接收装置51接收由发送装置33发送的数据包。此后，飞行控制装置52解封装所述数据包，从而重构控制命令并处理控制命令，从而基于所述控制命令生成控制信号。最后，这些控制信号被发送到能够改变飞行器0的姿态的速度控制器和/或致动器53。

在不脱离本发明的指导的情况下，本领域技术人员可以使用具有与用于移动电话的耳机/麦克风的实施例不同的实施列的接口设备。

还应注意，使用根据本发明的接口设备还解决了根据现有技术的飞行器在某些情况下所表现出的其他问题；实际上，这种飞行器使用基于手势识别的控制技术。这些技术使用图像识别技术，并且要求安装在飞行器上的摄像头始终框住所所述飞行器的用户，因此大大限制了飞行器使用的可能性，这是因为所述飞行器不能离开其用户太远，并且不能框住不在用户所在的框内的物体或人。另外，如果用户在其他人中间，则飞行器可能难以识别其用户所做出的手势，并且可能将做出适当手势的另一个人误认为其合法所有者，这也增加了飞行器发生事故或被盗的风险。

参照图5，现在将描述接口设备4，该接口设备是用于移动电话的耳机/麦克风形式的接口设备3的替代实施例。

接口设备4优选地具有杆的形状，但是其也可以具有手镯的或能够与(人的)(或者甚至更低的)上肢一起使用任何其他的物体的形状。

在该接口设备中，传感器装置可以包括陀螺仪和/或加速度计和/或指南针和/或gnss接收器(例如gps接收器)和/或用于采集位置、距离和方位数据的其他装置，并且其中，指令信号表示所述飞行器的用户指示给所述接口设备4的移动，例如向前/向后移动以指示飞行器必须向前/向后移动，向左/向右移动以指示飞行器必须向左/向右移动，在空中旋转以指示飞行器必须围绕其垂直轴线旋转一定角度，依此类推。

类似于以上替代实施例，能够通过将指令信号封装在构成方向和/或方位信号的数据包序列中，来执行方向和/或方位信号的生成。在这种情况下，飞行器0的飞行控制装置通过执行实施移动识别算法的指令序列来确定所述飞行器必须移动的方向，以便将由指令信号表示的移动(封装在方向和/或方位信号中)转换为文本或其他类型的命令，所述文本或其他类型的命令可以与飞行器将必须进行的特定移动相关联。

替代地，处理装置可以被配置为执行实施移动识别算法的指令序列，从而将由指令信号表示的移动转换为文本或其他类型的命令，从而可以在空间和时间上以有利地更有效的方式将所述文本或其他类型的命令编码在方位和/或方向信号中。

该变型也允许在嘈杂的环境中或在不能使用上述接口设备3的环境中使用飞行器0。这样，在各种各样的情况下，可以在不使用遥控设备的情况下控制飞行器0，从而有利地减少飞行器的振动/振荡并且使视频采集装置所采集的图像的质量不依赖于所述飞行器的用户的驾驶技术。

应当注意的是，可以使用例如智能电话、平板电脑或其他的移动设备来实施接口设备3、4的两个变型。

还参考图6和7，所述遥控多旋翼飞行器0包括框架1，其中所述框架1可以包括以下部分：

-中心部分11，其包括耦接装置(附图中未示出)，该耦接装置适于允许移动设备2与所述框架1之间的耦接；

-(第一)上部外围部分12，至少一个电动机、优选地具有相似特性并且被配置为沿彼此相反的旋转方向转动的两个电动机能够耦接到所述上部外围部分；

-(第二)下部外围部分13，至少一个电动机、优选地与能够耦接到上部外围部分的那些电动机相似并且被配置为沿彼此相反的旋转方向转动的两个电动机能够耦接到所述下部外围部分。

上部外围部分12耦接到中心部分11的第一端部111，而下部外围部分13耦接到中心部分11的第二端部112(优选地与第一端部111相反)；因此，外围部分12、13中的每一个都耦接到所述中心部分11的端部111、112中的一个，其中所述端部111、112彼此不同。此外，所述外围部分12、13不是共面的，即，上部外围部分12在与下部外围部分13所展开的平面不同的平面中展开；更详细地，这样的平面优选地彼此平行，但是相对于参考平面位于不同的高度。

框架1的部分11、12、13的这种特定布置允许中心部分11容纳包括位于合适的位置(即基本上垂直或者具有向下或向上的10到30的六十进制度的角)的视频采集装置21(例如摄像机)的移动设备(例如，如已知的形状与平行六面体非常相似的智能手机、平板电脑等)，以利用所述视频采集装置21来采集飞行中的图像；实际上，所述视频采集装置21包括透镜，如已知的该透镜通过形成在所述终端的正面或背面，即终端2的两个最大的面中的一个的孔观看。

还必须指出，该特定形状允许将飞行器(包括所述框架1)的质心保持在框架的中心部分11附近，并且因此也保持在设备2的视频采集装置21附近。从而减小了所述视频采集装置21在飞行中所经受的振动/震荡的幅度。

包括在中心部分11中的耦接装置可以包括与移动设备2的形状兼容的外壳；和/或一个或更多个磁体，所述一个或更多个磁体适用于保持移动设备2耦接到所述中心部分11；和/或双粘合剂凝胶层(优选地基于硅酮的凝胶)，其在一侧附接到部分111并且另一侧附接到移动设备的表面中的一个；和/或类似物。必须指出的是，当本文所述的包括框架1的飞行器在运行时，使用凝胶层的解决方案还有助于减少到达移动设备2的振动量，并因此减少到达视频采集装置21的振动量。

框架1的部分11-13优选地由复合材料(例如碳纤维或玻璃纤维)或金属或塑性材料制成。

中心部分11可以优选地具有平行六面体形状，其最大面是足够大的，以允许所述移动设备2的耦接，而所述中心部分11的厚度可以优选地为1mm至3mm。

如已经描述，上部外围部分12优选地具有平面展开；同样，所述上部外围部分12可以优选地包括以下部件：

-上部主体部件121，其具有平行六面体的或梯形的形状或具有弯曲轮廓的形状，其被牢固地约束到中心部分11并且优选地垂直于中心部分11；

-优选地以对称的方式从上部主体部件121延伸的成对的上部臂122、123，其中，所述上部臂中的每一个包括用于至少一个电动机(未在附图中显示)的上部壳体1221、1231，所述至少一个电动机优选为11xx或13xx类型或类似物。

此外，正像中心部分11(见图2)一样，上部外围部分12也优选地具有的厚度为1mm至3mm。

下部外围部分13的形状优选地与上部外围部分12的形状类似；实际上，下部外围部分13也优选地可以包括以下部件：

-下部主体部件131，其具有平行六面体的或梯形的形状或具有弯曲轮廓的形状，其被牢固地约束到中心部分11并且优选地垂直于中心部分；

-优选地以对称的方式从下部主体部件131延伸的成对的下部臂132、133，其中，所述臂中的每一个包括用于至少一个电动机的下部壳体1321、1331，所述至少一个电动机的类型与在上部外围部分12中使用的电动机类似。

此外，下部外围部分12优选地具有的厚度为1mm至3mm。

如上所述，框架1的部分11-13可以优选由碳纤维材料或金属材料制成。

本领域技术人员将能够在不脱离本发明的指导的情况下以与本文所述不同的方式来制造框架1(例如，通过生产由诸如聚甲基丙烯酸甲酯的塑性材料制成的空心框架部分)。

综上所述，飞行器可以包括电子设备(所谓的航空电子设备)，该电子设备进而可以包括用于控制电动机速度的速度控制器、用于给所述电动机和/或所述电子设备等供电的电池；这种电子设备通过约束装置(例如，螺钉和/或螺栓、双粘合剂胶带等)耦接到(框架1的)更靠近能够放置视频采集装置21的位置的外围部分12、13中的一个。在附图中，该部分是上部外围部分12，这是因为手机所具有的视频采集装置21安置于手机上部。然而，如果移动设备2的视频采集装置21位于底部附近，则可以将所述设备耦接到下部外围部分13，例如，因为耦接到框架1的移动设备具有与附图中所示的视频采集装置的不同布置，或者因为在颠倒安装所述移动设备是方便的特定情况下(例如，当制作创意视频时)。

电子设备与距放置视频采集装置21的位置的距离不远的(框架1的)外围部分12、13的耦接使飞行器的质心移近视频采集装置21。这有利地减小了当所述飞行器飞行时所述视频采集装置21所经受的震荡/振动。

在特别有利的变型中，能够通过使用已经存在于移动设备2中的硬件来部分地或全部地实施上述电子设备。例如，电池可以是移动设备2的电池，和/或航空电子设备的计算能力可以由包含在移动设备2内的微处理器提供。在这种情况下，能够使用插入移动设备2上设置的输出连接器的合适的插入式连接器和容纳在框1中的相应引线，形成飞行器电动机和安装在移动设备2上的电子设备之间的电连接。这有利地防止了用设置在移动设备2外部的专用电池和/或航空电子设备压低飞行器。并且，控制飞行器飞行所必需的陀螺仪和加速度计可以是已经设置在移动设备2中的陀螺仪和加速度计，从而有利地减轻了飞行器的重量。换句话说，移动设备2包括适于为所述飞行器供电的电池，所述移动设备2被配置用于例如通过基于包含在所述移动设备2中的加速度计和/或陀螺仪的输出生成适当的控制信号(指挥电动机或电动机的速度控制器)来控制所述飞行器的飞行。这导致重量的减轻，从而允许减小由电动机产生的振动，从而减小了在飞行期间影响所述移动设备2的所述视频采集装置21的振动/震荡的幅度。

当然，到目前为止描述的示例可以进行许多变型。

尽管本说明书解决了本发明的一些可能的变型，但是对于本领域技术人员显而易见的是，其他实施例也可以被实施，其中，一些元件可以用其他的技术上等效的元件所代替。因此，本发明不限于在此描述的示例性示例，因为在不背离如所附权利要求书所述的基本发明思想的情况下，可以对等效部件和元件进行许多修改、改进或替换。