无刷直流电机使用电子换向代替机械换向来控制电机的功率分配。无刷直流电机具有如下优点：(1)性能可靠，磨损和/或故障率降低，由于是电子换向而不是机械换向比有刷电机的使用寿命更长；(2)由于无刷直流电机是静态电机，因此空载电流低；(3)高效率；(4)尺寸小。一个或者多个位置传感器可以用于测量无刷直流电机中的转子位置。所测量得到的转子位置可以被传递给电子控制器以实现无刷电机换向。
技术实现要素：
无刷直流电机中的转子位置可以由转子的旋转角度来确定。可以使用诸如光电编码器、电容编码器、霍尔磁场定向传感器和/或电位器等位置传感器来测量旋转角度。位置传感器可以安装在电机壳体内或者电机壳体外。位置传感器在无刷电机中的位置可能会影响电机的形状因数。例如，当位置传感器安装在电机壳体内时，无刷电机的形状因数可能会增加。在一些情况下，无刷电机的定子下方的间隙可能需要加宽以容纳一个或多个位置传感器。将位置传感器安装在电机壳体外可以使电机保持其形状因数。但是，这可能会增加支撑电机的平台的形状因数。(电机和/或其支撑平台的)较大的形状因数可能增加成本和结构/装配复杂性。此外，使用编码器(例如光电编码器或电容编码器)通常会增加电机的成本。电位器依靠电导线之间的物理接触进行传感。电导线可能随时间磨损和/或腐蚀，导致可靠性问题。
因此，需要利用电机壳体内预先存在的空间将位置传感器以紧凑、高效和成本有效的方式结合到无刷直流电机中。本发明提供的电机和位置传感器可以解决上述需求。具体地，可以将一个或多个位置传感器集成到无刷直流电机中，并配置其为：(1)能够精准测量电机的旋转角度；(2)不会增加电机壳体和/或其支撑平台的形状因数；(3)不需要将额外的传感器安装在电机壳体外以感测转子位置。因此，可以使用以下实施例中的一个或多个来降低电机(及其支撑平台)的成本和结构/装配复杂性。
在本发明的一些方面中，一种电机可以包括：转子壳体；至少一个磁体，可操作地联接到转子壳体，所述磁体相当于提供磁通的转子磁极，其中，磁通包括主磁通和漏磁通；定子，设置在转子壳体内，所述定子包括多个定子磁极，其中，主磁通被配置为沿第一方向朝向至少一个定子磁极延伸；以及至少一个传感器，被配置为测量漏磁通，其中，漏磁通被配置为沿第二方向朝向所述传感器延伸，其中第一方向位于径向平面上且第二方向位于径向平面之外。
根据本发明的另一方面，一种设备可以包括：框架组件，适用于保持装置；以及电机，联接到框架组件，其中，电机被配置为响应于一个或多个电机信号而直接驱动框架组件以允许所述装置围绕装置的俯仰轴线、横滚轴线和偏航轴线中的至少一个旋转。电机可以包括：转子壳体；至少一个磁体，可操作地联接到转子壳体，所述磁体相当于提供磁通的转子磁极，其中，磁通包括主磁通和漏磁通；定子，设置在转子壳体内，所述定子包括多个定子磁极，其中，主磁通被配置为沿第一方向朝向至少一个定子磁极延伸；以及至少一个传感器，被配置为测量漏磁通，其中，漏磁通被配置为沿第二方向朝向传感器延伸，其中第一方向位于径向平面上且第二方向位于径向平面之外。
根据本发明的另一方面可以提供一种系统。该系统可以包括：无人载运工具；以及设备，安装在所述无人载运工具上。该设备可以包括：框架组件，适用于保持装置；以及电机，联接到框架组件，其中，电机被配置为响应于一个或多个电机信号而直接驱动所述框架组件以允许所述装置围绕所述装置的俯仰轴线、横滚轴线和偏航轴线中的至少一个旋转。该电机可以包括：转子壳体；至少一个磁体，可操作地联接到转子壳体，所述磁体相当于提供磁通的转子磁极，其中，磁通包括主磁通和漏磁通；定子，设置在转子壳体内，所述定子包括多个定子磁极，其中，主磁通被配置为沿第一方向朝向至少一个定子磁极延伸；以及至少一个传感器，被配置为测量漏磁通，其中，漏磁通被配置为沿第二方向朝向传感器延伸，其中第一方向位于径向平面上且第二方向位于径向平面之外。
本发明的其他方面可以涉及一种用于控制电机的方法。该方法可以包括：借助于前述权利要求中任一项所述的传感器，至少测量在第二方向朝向传感器延伸的漏磁通；使用所测量的漏磁通确定转子的旋转位置，所述转子可操作地联接到转子壳体；以及基于所确定的转子的旋转位置控制所述电机的驱动动作。
根据本发明的另一方面，一种电机可以包括：转子壳体，包括至少一个磁体，磁体具有内表面、外表面和位于内表面和外表面之间的边缘表面；定子，包括至少一个远端部分和基座，其中，定子设置在所述转子壳体内，其中所述远端部分被配置为面对磁体的内表面，其中基座被配置为支撑远端部分；以及至少一个传感器，位于磁体的边缘表面和基座的凸缘部分之间的间隙中，其中，所述凸缘部分被配置为面对磁体的边缘表面，其中磁体的边缘表面和内表面位于彼此不平行的平面上。
在本发明的一些方面中，一种设备可以包括：框架组件，适用于保持装置；以及电机，联接到所述框架组件。该电机可以被配置为响应于一个或多个电机信号而直接驱动所述框架组件以允许所述装置围绕所述装置的俯仰轴线、横滚轴线和偏航轴线中的至少一个旋转。该电机可以包括：转子壳体，包括至少一个磁体，磁体具有内表面、外表面和位于内表面和外表面之间的边缘表面；定子，包括至少一个远端部分和基座，其中，定子设置在转子壳体内，其中所述远端部分被配置为面对磁体的内表面，其中所述基座被配置为支撑远端部分；以及至少一个传感器，位于磁体的边缘表面和基座的凸缘部分之间的间隙中，其中，所述凸缘部分被配置为面对磁体的边缘表面，其中磁体的边缘表面和内表面位于彼此不平行的平面上。
根据本发明的另一方面可以提供一种系统。该系统可以包括：无人载运工具；以及设备，安装在所述无人载运工具上。该设备可以包括：框架组件，适用于保持装置；以及电机，联接到所述框架组件。该电机可以被配置为响应于一个或多个电机信号而直接驱动所述框架组件以允许所述装置围绕所述装置的俯仰轴线、横滚轴线和偏航轴线中的至少一个旋转。该电机可以包括：转子壳体，包括至少一个磁体，磁体具有内表面、外表面和位于内表面和外表面之间的边缘表面；定子，包括至少一个远端部分和基座，其中，定子设置在转子壳体内，其中所述远端部分被配置为面对磁体的内表面，其中基座被配置为支撑远端部分；以及至少一个传感器，位于磁体的边缘表面和基座的凸缘部分之间的间隙中，其中，所述凸缘部分被配置为面对磁体的边缘表面，其中磁体的边缘表面和内表面位于彼此不平行的平面上。
本发明的其他方面可以涉及一种用于确定电机中转子的旋转位置的方法。该方法可以包括：当转子相对于定子旋转时，使用至少一个传感器测量漏磁通；以及基于所测量的漏磁通确定转子的旋转位置，其中，与转子相关联的磁体被配置为产生主磁通和漏磁通，其中主磁通被配置为沿第一方向朝向定子延伸，漏磁通被配置为沿第二方向朝向传感器延伸，其中第一方向位于径向平面上且第二方向位于径向平面之外。
根据本发明的另一方面，可以提供一种用于确定电机中转子的旋转位置的设备。该装置可以包括一个或多个处理器，一个或多个处理器被单独地或者共同地配置为：接收指示所测量的漏磁通的信号，其中，当转子相对于定子旋转时使用至少一个传感器测量漏磁通；以及基于所测量的漏磁通，处理所述信号以确定转子的旋转位置，其中，与转子相关联的磁体被配置为产生主磁通和漏磁通，其中主磁通被配置为沿第一方向朝向定子延伸，漏磁通被配置为沿第二方向朝向传感器延伸，其中第一方向位于径向平面上且第二方向位于径向平面之外。
在本发明的一些方面，提供一种存储指令的非易失性计算机可读介质，该指令在被执行时，使计算机执行用于确定电机中转子的旋转位置的方法。该方法可以包括：接收指示所测量的漏磁通的信号，其中，当转子相对于定子旋转时使用至少一个传感器测量漏磁通；以及基于所测量的漏磁通，处理所述信号以确定转子的旋转位置，其中，与转子相关联的磁体被配置为产生主磁通和漏磁通，其中主磁通被配置为沿第一方向朝向定子延伸，漏磁通被配置为沿第二方向朝向传感器延伸，其中第一方向位于径向平面上且第二方向位于径向平面之外。
应当理解，本发明的不同方面可以单独地，共同地或者彼此组合地被理解。本文中所描述的本发明的各个方面可应用于下文所述的任何特定应用或者用于任何其他类型的电机和/或稳定平台。本文中对可移动物体的任何描述可以适用且应用于任何载人运载工具或者无人运载工具。通过阅读说明书、权利要求和附图，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。
通过引用
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请在此均以引用的方式结合到本文中，其程度如同每个单独的出版物、专利和专利申请被具体地且单独地表示为通过引用结合到本文中。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。为了获得对本发明的特征和优势的更好的理解，通过参考结合本发明的原理，说明性实施例以及附图详细描述，其中：
图1示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的立体图；
图2示意性示出了根据本发明一些实施例的包括多个转子磁体的转子壳体和包括多个定子磁极的定子的俯视图；
图3示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的立体图并且进一步示出了磁通的分量；
图4示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的侧视图；
图5示意性示出了根据本发明一些实施例的作为霍尔效应传感器的位置传感器的立体图；
图6示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的立体图并且进一步示出了转子磁体在位置传感器上方的旋转；
图7示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的侧视图，并且进一步示出了漏磁通的流动及其与一个或多个位置传感器的相互作用；
图8示意性示出了根据本发明一些实施例的根据位置传感器的电角度测量的磁通密度的曲线图；
图9示意性示出了根据本发明一些实施例的根据两个异想位置传感器的电角度测量的磁通密度的曲线图；
图10示意性示出了根据本发明一些实施例的包括一个或多个示例性无刷电机的系统的框图；以及
图11示意性示出了根据本发明一些实施例的用于控制可移动物体的系统的框图。
具体实施方式
根据本发明的实施例，可以提供具有至少一个位置传感器的电机。可以将位置传感器集成到电机中使其配置为：(1)能够精确测量电机的旋转角度；(2)不会增加电机壳体和/或其支撑平台的形状因数；(3)不需要任何附加的旋转位置传感器安装在电机壳体外。尽管在此针对无刷电机描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，本发明也可以应用于直流有刷电机、旋转电机、伺服电机、直接驱动旋转电机、直流转矩电机、线性螺线管步进电机、超声波电机、齿轮电机、减速电机、液压执行机构、气动执行机构或者搭载电机组合。在某些情况下，直接驱动电机可以包括紧凑型电机或小型电机，并且可以无级控制，减少响应时间，并且能够响应于支撑平台的各种姿势变化而快速和及时地进行调整。
接下来，将在下面参照附图详细描述本发明的各种实施例。
图1示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的立体图。提供了一种无刷电机100。无刷电机可以是无刷直流(bldc)电机。bldc电机也被称为电子换向(ec)电机。bldc电机是一种同步电机，由直流电源通过集成的逆变器/开关电源供电，产生交变电信号以驱动电机。交变电信号包括双向电流。与有刷直流电机相比，无刷电机具有多种优势，包括高转矩重量比、更高的每瓦转矩(提高效率)、增加可靠性、降低噪音、更长的使用寿命(无电刷和换向器侵蚀)、消除换向器的电离火花、并整体降低电磁干扰(emi)。
如图1所示，无刷电机100可以包括转子壳体102和可操作地联接到转子壳体的至少一个转子磁体104。转子磁体可以是相当于提供磁通的至少一个转子磁极。在一些实施例中，转子磁体可以是永磁体，并且至少一个转子磁极可以是n极或s极。转子磁体可以由诸如铁氧体或粘结ndfeb的磁性材料制成。在一些实施例中，可以提供多个磁体104。多个磁体可以相当于多个转子磁极。多个转子磁极可以是以交替形式(例如，n-s-n-s-n-s)提供的相对磁极。多个转子磁极可以被配置为产生磁通。图1所示的无刷电机可以是永磁同步电机(pmsm)。pmsm是在转子/转子壳体中使用永磁体代替绕组的同步电机。
电机还可以包括设置在转子壳体内的定子106。在一些实施例中，定子可以同轴地设置在转子壳体内。定子可以包括多个定子磁极107。定子可以包括n个定子磁极，其中n可以是大于1的任何整数。多个定子磁极可以设置在定子的远端部分。如图1所示，例如，定子磁极可以在定子的远端部分径向分布。定子可以进一步包括配置成支撑至少一个定子磁极的基座108。在一些实施例中，基座和定子磁极可以为一体成型。或者，基座和定子磁极可以分别成型并组装成一体。
定子和转子壳体可以围绕旋转轴110共轴对准。电机还可以包括可操作地联接到转子壳体的转子112。转子可以安装到转子壳体上，并且可以固定到转子壳体的一部分。该部分可以对应于转子壳体的中央部分102-1。转子可以刚性地连接到转子壳体。可选地，转子可以从转子壳体上拆卸下来。转子可以与定子壳体和定子同轴设置。多个轴承114可以设置在转子和基座的内表面108-1之间，使得转子壳体和转子可旋转地联接到定子。相应地，转子和转子壳体可以作为一体围绕旋转轴相对于定子旋转。
无刷电机可以进一步包括至少一个位置传感器116，该至少一个位置传感器116被配置为测量从转子磁极产生的磁通的一部分。该磁通的一部分可以对应于从磁体的边缘表面朝向位置传感器延伸的漏磁通。磁通的另一部分可以对应于从磁体的内表面朝向至少一个定子磁极延伸的主磁通。位置传感器可以被配置为大致测量漏磁通的密度，而不测量主磁通的密度。主磁通可以沿第一方向朝向至少一个定子磁极延伸，漏磁通可以沿第二方向朝向位置传感器延伸。第一方向可以位于径向平面上且第二方向可以位于径向平面之外，如在说明书中稍后详细描述。
位置传感器可以设置在转子磁体和定子基座的凸缘部分108-2之间的间隙中。该间隙可以为空气间隙。位置传感器可以相对于凸缘部分的表面水平设置。在一些实施例中，间隙的宽度范围为约1mm至约2mm。或者，间隙的宽度小于约2mm。可选地，间隙的宽度可以大于约2mm。在一些实施例中，间隙的厚度范围可以为约0.3mm至约1mm。或者，间隙的厚度可以小于约0.5mm。可选地，间隙的厚度可以大于1mm。间隙的高度(或者厚度)与传感器的高度之比可以大于1。在一些实施例中，间隙的高度不超过约1mm。
在一些实施例中，传感器可以设置在柔性印刷电路板(fpc)118上，并且可以电连接到fpc。fpc可以包括一个或多个电路元件，例如电容器、电阻器和电感器。fpc可以设置在定子基座的凸缘部分。在一些实施例中，fpc可以设置在定子基座的凸缘部分和压力片120之间。可以使用粘合层将压力片压到fpc上。压力片可以用作fpc的基板。或者，压力片可以作为fpc的保护层。压力片还可以通过减少fpc的翘曲加强fpc的结构完整性。另外，压力片可以被配置为向fpc提供电磁屏蔽(em)。压力片可以由任何刚性材料(例如金属或塑料)制成。
无刷电机还可以包括围绕定子的多个绕组(未示出)。在如图1所示的例子中，定子可以是径向绕组定子。在径向绕组定子中，每个定子磁极从定子轮毂的圆周径向延伸以形成径向延伸部分，并且在径向延伸部分的端部处切向地膨胀以形成切向延伸部分。在一些替代实施例中，定子可以是轴向绕组定子。在轴向绕组定子中，每个定子磁极在与径向方向正交的方向上围绕定子轮毂的圆周横向地延伸。
当电流通过绕组时，多个绕组和定子被转换成电磁体(定子磁极)。电流例如可以是三相电流。电子控制器可以被配置为产生正弦电流，用于给定子上的绕组通电以驱动转子。电子控制器可以被配置为引导转子的旋转。电子控制器被配置为通过使用一个或多个位置传感器测量转子的旋转位置来确定转子相对于定子的方向/位置。
无刷电机可以由直流(dc)电源通过开关电源供电。开关电源可以是集成逆变器。开关电源可以被配置为产生双向直流电。在一些情况下，双向直流电具有正弦波形。或者，双向直流电具有方形波形。可选地，双向直流电可以具有锯齿波形。双向直流电的任何类型的波形都可以被考虑。
在一些实施例中，无刷电机可以具有外置转子(外转子)结构。定子的多个绕组可以以y形结构连接(未示出)。每个绕组的一端可以连接到一个中心点，以形成多个并联电路，电力被施加到每个绕组的另一端。y形结构电机可以被配置为以约0rpm至约200rpm的转速产生约0nm至约0.1nm的扭矩。电子控制器可以基于来自传感器反馈的转子位置，控制和传递直流电流通过多个不相邻的绕组以交替给不相邻的绕组通电。多个不相邻的绕组可以在高频下导通和关断以进行电压调制。
在一些实施例中，位置传感器还可以被配置为作为用于切换定子绕组的电子开关工作。位置传感器可以被配置为以二进制开/关模式工作。或者，位置传感器不以二进制开/关模式工作，并且可以被配置为一连续开/关模式工作。
图2中的a部分是根据本发明一些实施例的包括多个转子磁体的转子壳体和包括多个定子磁极的定子的俯视图。如a部分所示，转子壳体102可以包括多个转子磁体104。转子磁体可以附接到转子壳体的内表面。或者，转子磁体可以嵌入转子壳体内。可以提供任何数量的转子磁体。在a部分中，第一转子磁体104-1、第二转子磁体104-2、第三转子磁体104-3和第四转子磁体104-4可以设置在转子壳体的不同部分(例如，不同的象限)。
每个转子磁体可以是永磁体。每个转子磁体可以相当于一个转子磁极(n极或s极)。或者，每个转子磁体可以包括一个n极磁体和一个s极磁体。例如，每个转子磁体可以包括一对相对的转子磁极(n极和s极)。例如，如a部分所示，多个转子磁极可以使用多个转子磁体来提供交替形式(例如，n-s-n-s)。转子磁体的内部上的转子磁极可以具有与转子磁体的相应的外部上的转子磁极极性相反。多个转子磁极可以被配置为产生磁通。
定子106可以包括朝向定子的远端部分径向向外延伸的多个定子磁极107。本发明可以提供任何数量的定子磁极。在a部分中，可以提供八个定子磁极(107-1，107-2，107-3，107-4，107-5，107-6，107-7和107-8)。当转子壳体(和转子)相对于定子围绕z旋转轴旋转时，转子磁极可以交替地面对定子磁极。
每个转子磁极可以由转子壳体中的转子磁体提供。类似地，每个定子磁极可以由定子中的电磁体提供。转子壳体中的转子磁极的数量可以与定子中的定子磁极的数量相同。例如，在一些实施例中，转子磁极的数量和定子磁极的数量可以各自为n，由此n可以是大于1的任何整数。可选地，转子壳体中的转子磁极的数量可以与定子中的定子磁极的数量不同。例如，在一些实施例中，转子磁极的数量可以是8(4对转子磁极)，定子磁极的数量可以是9。应该注意的是，取决于无刷电机应用的定位精度、速度、转矩和/或重量考虑，可以设想任何数量的转子磁极和定子磁极。
在一些实施例中，转子磁体可以是封闭的环形圈。封闭的环形圈的边缘表面可以被配置为直接面对位置传感器。封闭的环形圈可以包括多个交替的相对磁极。如图2的b部分示出了封闭的环形圈转子磁体的一个例子。b部分中的转子磁体可以形成为具有多个交替的相对磁极(例如，n-s-n-s-n-s-n-s)的作为一体的磁体。
在一些其他实施例中，转子磁体可以是包括多个环形部分(例如，如图2的a部分所示)的开口环形圈。环形部分可以包括多个交替的相对磁极。多个环形部分可以以预定空隙分隔开。例如，预定空隙的范围可以为约0.5mm至约2mm。多个环形部分也可以以预定间隔分隔开。例如，预定间隔的范围可以为约3mm至约10mm。多个环形部分可以以预定角度分隔开。例如，预定角度的范围可以为约45度至约90度。
图3示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的立体图并且进一步示出了由转子磁极产生的磁通的分量。如图3所示，转子磁体104可以相当于提供磁通120的至少一个转子磁极。磁通可以包括多条磁通线。磁通可以包括主磁通120-1和漏磁通120-2。
无刷电机中可以提供多个转子磁体104。多个转子磁体可以与多个转子磁极相对应。例如，如之前图2所示，每个转子磁体可以包括一对相对转子磁极。多个转子磁极可以是以交替形式设置的相对转子磁极(例如，n-s-n-s-n-s-n-s)。多个转子磁极可以配置为产生包括主磁通和漏磁通的磁通。
位置传感器116可以被配置为测量漏磁通。主磁通可以沿第一方向122-1朝向至少一个定子磁极延伸，漏磁通可以沿第二方向122-2朝向传感器延伸。第一方向和第二方向可以不同。例如，第一方向可以是径向方向，第二方向可以是轴向方向。径向方向和轴向方向可以彼此大致正交。轴向方向可以大致平行于电机的旋转轴110。主磁通可以沿第一方向朝向旋转轴延伸。
第一方向和第二方向也可以位于不同的平面上。例如，第一方向可以位于径向平面上，第二方向可以位于径向平面之外的轴向平面上。径向平面和轴向平面可以彼此大致正交。延伸穿过传感器的纵向轴线124-1可以与径向方向平行。延伸穿过传感器的横向轴线124-2可以与轴向方向平行(和/或一致)。
在一些实施例中，漏磁通可以在多个方向上向外延伸。多个方向可以大致位于轴向方向上，并且可以与径向方向正交。
漏磁通的磁场强度可以远小于主磁通的磁场强度。在一些实施例中，漏磁通可以具有范围为约800a/m至约8000a/m的磁场强度，主磁通可以具有范围为约8000a/m至约80000a/m的磁场强度。漏磁通的磁通密度还可以远小于主磁通的磁通密度。在一些实施例中，漏磁通可以具有范围为约0.01t至约0.1t的磁通密度，主磁通可以具有范围为约0.1t至约1t的磁通密度。可以注意的是，漏磁通的磁通密度和磁场强度通常随着距离转子磁极的距离的增加而减小。
如图3所示，转子磁体可以具有内表面104-1，外表面104-2和位于内表面和外表面之间的边缘表面104-3。转子磁体的内表面和边缘表面可以位于不同的平面上。转子磁体的内表面和边缘表面可以位于彼此不平行的平面上。在一些实施例中，内表面和边缘表面可以彼此大致正交。
无刷电机可以包括具有多个定子磁极107的定子。每个定子磁极可以对应于定子的远端部分。当转子壳体相对于定子旋转时，定子磁极可以被配置为面对转子磁体的内表面。定子磁极可以被进一步配置为与转子磁体的内表面在第一方向122-1上对齐。定子磁极可以环形地设置在转子磁体的内表面附近。在转子壳体相对于定子旋转时的瞬时时间点，至少一个定子磁极可以直接面对至少一个转子磁体的内表面。
回头参考图1所示，转子磁体可以设置在转子壳体的内表面上。例如，转子磁体可以位于转子壳体的内表面与定子磁极之间的间隙中。转子磁体的外表面可以与转子壳体的内表面直接接触。或者，转子磁体可嵌入转子壳体的内表面内，使得转子磁体的内表面被冲刷或与转子壳体的内表面对齐。可选地，转子磁体可以完全嵌入转子壳体的内表面内，使得只有转子磁体的边缘表面暴露以面向位置传感器。转子磁体的内表面和外表面可以在横向上彼此相对。在一些实施例中，转子磁体的内表面和外表面可以彼此同心，例如如图2所示。转子磁体的边缘表面可以分别与转子磁体的内表面和外表面大致正交。
位置传感器可以位于靠近转子磁体的边缘表面的位置，使得从边缘表面延伸的由位置传感器测量的来自转子磁体的大部分磁通为漏磁通。位置传感器可以位于转子磁体的边缘表面下方。例如，位置传感器可以位于转子磁体的边缘表面和定子基座的凸缘部分之间的间隙中。凸缘部分可以被配置为面对转子磁体的边缘表面。位置传感器可以水平放置在转子磁体的边缘表面下方的间隙中。位置传感器的水平放置允许位置传感器设置在无刷电机内部的现有间隙中，而不需要增加电机的体积(形状因数)。位置传感器可以被配置为面对转子磁体的边缘表面并且与转子磁体的边缘表面在第二方向(轴向方向)上对齐。在转子壳体相对于定子旋转时的瞬时时间点，位置传感器的上表面116-1可以被配置为直接面对转子磁体的边缘表面。位置传感器可以以相对于转子磁体的方向配置，以使得位置传感器避免检测朝向定子磁极延伸的主磁通。当位置传感器直接位于转子磁体的边缘表面的下方时，延伸穿过位置传感器的横向轴线(例如，横向轴线124-2)可以垂直于转子磁体的边缘表面。
位置传感器可以被配置为检测转子磁体的位置。位置传感器可以是磁场传感器。转子磁体的位置可以表征转子壳体和转子的位置。位置传感器可以被配置为测量漏磁通的磁通密度。位置传感器可以所测量的漏磁通的磁通密度具有线性响应。位置传感器的输出电压可以随测量的漏磁通的磁通密度而线性变化。此外，当转子壳体相对于定子旋转时，位置传感器的输出电压可以响应于漏磁通的变化而变化。
位置传感器可以被配置为当转子壳体相对于定子旋转时基于所测量的漏磁通来检测转子磁极的旋转位置。位置传感器可以被配置为在不测量主磁通的磁通密度的情况下检测转子磁极的旋转位置。位置传感器可以被配置为产生表征漏磁通的磁通密度的测量信号。在一些实施例中，测量信号可以具有大致正弦波形的形状。在其它实施例中，测量信号可以具有方形波形形状。在其它实施例中，测量信号可以具有方形波形形状。测量信号的任何其他类型的波形形状可以被考虑或生成。
如前所述，转子可以可操作地联接到转子壳体。相应地，转子的旋转位置可以与转子磁极的旋转位置相关联。转子的旋转位置可以根据转子磁极的旋转位置来确定，并且可以基于所测量的漏磁通来确定。电子控制器可以被配置为基于所确定的转子的旋转位置来控制无刷电机的驱动动作。如前所述，转子的旋转位置可以通过所测量的漏磁通的磁通密度来确定，而不需要测量主磁通的磁通密度。
图4示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的侧视图。具体而言，图4示出了位置传感器相对于转子磁体的边缘表面的空间结构。
在图4中，当转子壳体相对于定子旋转时的瞬时时间点，转子磁体104的边缘表面104-3可以被配置为与位置传感器116的上表面116-1重叠。当传感器位于最接近转子磁体的边缘表面时，距离d可以限定为从位置传感器的上表面到转子磁体的边缘表面。距离d可以对应于位置传感器的上表面和转子磁体的边缘表面之间的最短距离。距离d可以通过在位置传感器的上表面和转子磁体的边缘表面之间垂直延伸的直线来测量。在一些实施例中，距离d的范围可以为约0.2mm至约0.8mm。或者，距离d可以小于或等于约1.5mm。可选地，距离d可以大于或等于大约1.5mm。位置传感器的上表面和转子磁体的边缘表面可以通过空气间隙分开。空气间隙的高度可以由距离d给出。
在一些实施例中，位置传感器可以是线性磁场传感器。例如，传感器可以是线性霍尔效应传感器。线性霍尔效应传感器可以是水平型配置。线性霍尔效应传感器可以相对于柔性印刷电路板(例如，fpc118)的表面水平设置。在一些实施例中，位置传感器的高度h的范围可以为约0.8mm至约1.6mm。或者，位置传感器的高度h可以小于约2mm。可选地，位置传感器的高度h可以大于约1.6mm。在一些实施例中，位置传感器的宽度w范围为约1mm至约1.5mm。或者，位置传感器的宽度w可以小于约3mm。可选地，位置传感器的宽度w可以大于约1.5mm。取决于位置传感器所在的间隙的大小，可以考虑位置传感器的高度和宽度的任何值。
图5示意性示出了根据本发明一些实施例的在无刷电动机中使用的位置传感器的立体图。位置传感器116可以是线性霍尔效应传感器。霍尔效应传感器是固态磁传感器装置，并且可以用于感测位置、速度和/或方向移动。霍尔效应传感器的优点包括非接触式无磨损操作、低维护、坚固的设计以及由于其坚固的包装而对振动、灰尘和湿气的低敏感性。
霍尔效应传感器是响应于磁场而改变其输出电压的传感器。磁场由霍尔板感应，并且在偏置的霍尔板上产生与感应磁通成比例的“霍尔”电压。霍尔电压是取决于磁场的大小和方向以及来自电源的电流的电位差。霍尔效应传感器作为模拟传感器工作，直接返回输出电压。利用已知的磁场，可以确定从磁场的极点到霍尔板的距离。霍尔效应传感器可以产生线性输出。线性模拟霍尔效应传感器的输出信号可以直接从运算放大器的输出端获得，输出电压与通过霍尔效应传感器的磁场成正比。
参考图5所示，霍尔效应传感器可以包括安装在基板128上的霍尔板126。霍尔板可以是厚度为t的半导体或金属的薄方形。传感器盖129可以附着到基板上以封装霍尔板。传感器盖可以用来保护霍尔板免受灰尘，湿气，外部冲击等。在一些情况下，传感器盖可以密封霍尔板。基板可以包括多个电触点130-1，130-2和130-3。基板可以组装到电路板上并且电连接到电路板(例如fpc118)。电流i可以通过电路板从电源132提供。电流i可以沿着正y轴穿过霍尔板，导致电子沿着负y轴以相反的方向流动。如图5所示，磁场b可以在负z方向上垂直于霍尔板的上表面。磁场b可以由从转子磁体的边缘表面延伸的漏磁通产生。霍尔效应是由于洛伦兹力对电荷载体(电子)的作用而发生的。在存在磁场的情况下，在半导体或承载电流的导体中产生物理效应。霍尔电压vh可以由以下等式给出：
vh＝-i·b/(q·n·t)
其中i是流经霍尔板的电流，b是磁场，q是电子电荷，n是电子密度，t是霍尔板的厚度。如上式所示，霍尔电压vh与电流i和磁场b成正比，与电子电荷q，电子密度n和厚度t成反比。因此，通过增加流过霍尔板的电流，通过使用低掺杂材料，和/或减小霍尔板的厚度，可以获得更高的输出霍尔电压。
当转子壳体和转子磁体相对于定子旋转时，由霍尔传感器所测量的漏磁通的磁通密度改变，这导致霍尔电压相应的线性变化。所测得的漏磁通密度的变化(以及霍尔电压的变化)可以用于确定转子的旋转位置，如下面参考图6、7、8、和9的描述。
图6示意性示出了根据本发明一些实施例的无刷电机的横截面的立体图，并且进一步示出了转子磁体在位置传感器上方的旋转。
在图6中，转子壳体102可以被配置为相对于定子106围绕旋转轴(z轴)旋转。转子壳体可以包括设置在转子壳体的内部部分上的多个转子磁体104，使得当转子壳体和转子磁体围绕旋转轴旋转时，转子磁体依次面对多个定子磁极107。转子壳体可以以角速度ω旋转。角速度ω可以由一个或多个位置传感器116(例如霍尔效应传感器)来测量。霍尔效应传感器也可以用于确定转子磁体的磁极的位置，并以受控的方式打开或关闭合适的定子磁极(绕组线圈)以实现无刷换向。无刷电机的速度和转矩可以由定子磁极中产生的电磁场的强度决定。通过改变流过绕组线圈的电流，可以改变无刷电机的速度和转矩。控制电流的一种方法是控制通过线圈的(平均)电流。这可以通过将线圈的电源电压导通和断开来实现，使得导通和断开时间之间的关系定义了线圈上的平均电压并且因此定义了平均电流。
当转子壳体相对于定子旋转时，转子壳体的不同位置依次经过位置传感器上方。例如，如图6所示，位置传感器可以最初位于转子壳体的位置e的正下方。当转子壳体围绕z轴以逆时针方向旋转时，转子壳体的位置d、c、b和a将依次通过位置传感器上方。一个或多个转子磁体(转子磁极)的边缘表面可位于转子壳体的一个或多个位置a、b、c、d和e。因此，当转子壳体相对于定子旋转时，不同转子磁体的边缘表面可以顺序地经过位置传感器的上表面上方。位置传感器可以通过测量漏磁通的变化(从转子壳体位置)来确定转子位置，如下面参考图7和8的描述。
图7是图6中的无刷电机的一部分602的截面图，并且示出了根据一些实施例的漏磁通与一个或多个位置传感器的相互作用。如图7所示，多个转子磁体104可以可操作地联接到转子壳体102。多个转子磁体可以沿着转子壳体以交替形式(相对磁极)设置。例如，第一转子磁体104-1可以对应于n极转子磁极，第二转子磁体104-2可以对应于s极转子磁极，第三转子磁体104-3可以对应于n极转子磁极。第一转子磁体、第二转子磁体和第三转子磁体可以分别位于转子壳体的位置e、c和a处。位置b位于位置a和c之间，位置d位于位置c和e之间。在位置b和d处不存在转子磁体(因此没有转子磁极)。漏磁通通常在转子磁体的边缘表面下方从s极转子磁极到n极转子磁极的方向上流动。漏磁通大致沿轴向方向(沿负z轴)在n极转子磁极附近(在位置e和a处)延伸。相反地，漏磁通大致沿轴向方向(沿正z轴)在s极转子磁极附近(位置c)延伸。位置传感器116可以设置在转子壳体的位置e处的转子磁体的边缘的正下方。位置传感器可以是产生与漏磁通的密度成比例的输出电压的霍尔效应传感器。当位置传感器位于位置e的正下方时，由于漏磁通垂直撞击位置传感器的上表面(负z方向)，导致所测量的漏磁通的密度最高。位置传感器可以在e位置的n极转子磁极经过传感器上方时产生霍尔电压。霍尔电压可以与漏磁通的密度成比例。当转子壳体相对于定子旋转时，位置e处的n极转子磁极开始远离位置传感器，这导致(由传感器测量的)漏磁通的密度逐渐减小。当转子壳体的位置d经过位置传感器上方时，所测量的漏磁通的密度可以忽略不计，因为位置d处的漏磁通线大致平行于位置传感器的上表面延伸。相应地，当转子壳体的位置d经过位置传感器上方时，霍尔电压可以减小到零。当转子壳体的位置d远离位置传感器移动，使得位置c开始向传感器移动时，由于传感器接近位置c处的s极转子磁极，霍尔电压反转。当位置传感器直接位于转子壳体的位置c的下方时，所测量的漏磁通的密度最高，因为漏磁通垂直地撞击在传感器的上表面上(正z方向上)。由于各个转子磁极的极性相反，位置c处的霍尔电压可以与位置e处的霍尔电压的大小相等，但极性相反。当位置c处的n极转子磁极开始从位置传感器移开时，(由传感器测量的)漏磁通的密度逐渐减小。当转子壳体的位置b经过位置传感器上方时，测量得到的漏磁通的密度可以忽略不计，因为位置b处的漏磁通线大致平行于传感器的上表面延伸。相应地，当转子壳体的位置b经过位置传感器上方时，霍尔电压可以减小到零。当转子壳体的位置b远离位置传感器移动，使得位置a开始向传感器移动时，由于传感器接近位置a处的n极转子磁极，霍尔电压再次反转。当位置传感器直接位于转子壳体的位置a的下方时，所测量的漏磁通的密度再次最高，因为漏磁通垂直地撞击在传感器的上表面上(负z方向上)。位置a处的霍尔电压可以具有与位置e处的霍尔电压相同的幅度和极性，但与位置c处的霍尔电压的极性不同。
图8示出了根据一些实施例的根据位置传感器的电角度测量的磁通密度的曲线图。电角度是位置传感器中感应的电动势(emf)的程度或周期。漏磁通的密度可以使用位置传感器来测量，例如霍尔效应传感器。图8中的位置e、d、c和b可以对应于图7中的转子壳体的位置e、d、c和b。所测得的漏磁通的密度可以随霍尔电压线性变化，并可以具有正弦波形。如图8所示，所测量的漏磁通的密度的大小在位置e和c处最高。如前所述，当传感器直接位于位置e之下时，n极转子磁极位于位置传感器正上方，当传感器直接位于位置c之下时，s极转子磁极位于传感器的正上方。由于在位置e和c处转子磁极的极性相反，在位置e和c处所测得的漏磁通的密度具有相反的极性。当转子磁体(和漏磁通)相对于定子磁极移动时，霍尔传感器的电路依次由n极和s极转子磁极的磁通链接。两个磁通反转在霍尔传感器的电路中引起一个电压周期。在位置d和b所测得的漏磁通密度为零，因为在位置d和b的漏磁通线大致平行于霍尔传感器的上表面延伸。如图8所示，位置e和c是通量反转，并且间隔180度(πrads)。由于所测量的漏磁通密度具有正弦波形，位置d和b也间隔180度(πrads)。
在仅具有一对磁极(n极和s极转子磁极)的无刷电机中，360°的电周期对应于360°的机械旋转，并且以机械度测量的角度与电角度具有相同的值。但是，在有两个磁极以上的无刷电机中，每转每对磁极会产生一个电气循环。例如，有八个磁极的无刷电机(具有四对转子磁极)在每转中每个电枢线圈产生四个周期的电压。因此，对于有八个磁极的无刷电机，每个机械度等于四个电度。电角度/电度与机械角度/机械度的关系如下：
给定角度的电度的数值＝p/2*该角度的机械度的数值，
其中p是转子或定子的磁极数量。
对于图7中所示的外流型无刷电机配置，p对应于转子磁极的数量。
在图7所示的实施例中，无刷电机可以具有四对转子磁极(即八个磁极)。在图8中的正弦波形提供关于根据电角度测量的漏磁通密度的信息。然而，当电机具有两个以上的转子磁极时，单个正弦波形(仅使用一个霍尔传感器)不足以提供关于电机的旋转角度的信息，这是因为磁通反转可能在任何转子磁极之间的任何方向上发生。
为了确定具有多于两个转子磁极(例如，8个转子磁极)的无刷电机的旋转角度，可以使用多个位置传感器(例如霍尔效应传感器)。例如，第一传感器可以位于转子壳体的位置e下方，第二传感器可以位于转子壳体的位置b下方，使得两个位置传感器彼此不同相。位置b和e之间的距离和/或角度可以是预定的(或已知的)。例如，位置b和e可以被配置为间隔m个机械度。第一位置传感器和第二位置传感器可以间隔φ电度。φ可以是任何不等于π.n的角度，其中n是一个整数(0，1，2，...)。要注意的是，如果第一位置传感器和第二位置传感器间隔π.n，则来自两个传感器的信号将是同相的，这可能不能确定旋转角度。
如在图9中所示，可以基于第一位置传感器和第二位置传感器所测量的漏磁通密度(正弦波形)之间的相位差来确定电机的旋转角度。具体地，图9示出了根据本发明一些实施例的根据两个异想位置传感器的电角度测量的磁通密度的曲线图。
在图9中，第一正弦波形与第一位置传感器相关联，第二正弦波形与第二位置传感器相关联。正弦波形是表征根据第一位置传感器和第二位置传感器的电角度所测量的磁通密度。当第一传感器位于位置e时，第二传感器位于转子壳体的位置b。在这些位置，n极转子磁极位于第一位置传感器的正上方，第二位置传感器上方没有转子磁极。因此，第一位置传感器测量最大(正)漏磁通密度，而第二传感器测量可忽略不计的漏磁通密度。当转子壳体相对于定子旋转时，转子壳体的位置d经过第一位置传感器上方，转子壳体的位置a经过第二位置传感器上方。在这些位置上，第一位置传感器上方没有转子磁极，而另一个n极转子磁极位于第二位置传感器正上方。因此，第一位置传感器测量可忽略不计的漏磁通密度，而第二传感器测量最大(正)漏磁通密度。第一正弦波形和第二正弦波形之间的相位差(相位角)可以用φ表示。在图9中，相位差φ可以对应于π/2弧度(90电角度)。在一些实施例中，相位差φ可以小于π/2或大于π/2。相位差φ可能不等于π.n，其中n是一个整数(0，1，2，...)。如前所述，位置b和e之间的距离和/或角度可以是预定的(或已知的)。因此，可以基于(1)相位差φ(2)位置b和e之间的预定(或已知)距离和/或角度来计算转子壳体的旋转角度(或旋转量)。
来自第一位置传感器和第二位置传感器的正弦/余弦信号输出可直接用于解码转子位置。可以使用两相锁相环(tp-pll)来对霍尔传感器的正弦/余弦信号进行标准化。标准化的正弦/余弦信号随后可以被转换成三相同步正弦电压波形，作为脉宽调制(pwm)的输入。三相正弦波的幅度可以用固定的电压电平进行标准化。为了限制相位峰值电流，峰值输出转矩和峰值速度，可以使pwm载波信号的幅度可调，以控制pwm平均输出。三相pwm输出逻辑信号可以被馈送到提供功率放大的三相逆变器。
在一些实施例中，可以提供多个位置传感器。多个位置传感器可以是相同类型或不同类型。在一些实施例中，多个位置传感器可以包括至少两个水平型线性霍尔效应传感器。位置传感器可以被配置为当转子壳体相对于定子旋转时测量漏磁通。例如，在一些实施例中，多个位置传感器可以包括第一位置传感器和第二位置传感器，第一位置传感器与第二位置传感器相对于转子的旋转轴以θ电角度间隔开。角度θ的范围可以为约45度到约135度。在一些实施例中，角度θ可以大于约0度且小于约180度。或者，角度θ可以大于约180度且小于约360度。在一些实施例中，第一位置传感器和第二位置传感器可以是相同的类型。例如，第一位置传感器和第二位置传感器都可以是水平型线性霍尔效应传感器。第一位置传感器和第二位置传感器的上表面可以被配置为位于相同的水平面上，使得上表面处于相同的高度水平。或者，第一位置传感器和第二位置传感器可以是不同的类型。在那些替代实施例中，第一位置传感器和第二位置传感器的上表面可以被配置为位于不同的平面上，使得上表面处于不同的高度水平。
在一些另外的实施例中，转子的旋转角度可以仅使用一个位置传感器来确定。例如，可以通过将转子磁体限制为只提供一对转子磁极来实现，使得电角度等于机械角度。可选地，可以使用已知的机械极限，由此无刷电机被通电并旋转到机械极限以记录电角度。电角度可以与机械旋转度相关联。因此，转子的旋转角度可以使用例如图8中的曲线来确定。
在一些实施例中，可以提供一种用于确定无刷电机中转子的旋转位置的方法。无刷电机可以对应于例如之前在图1至图9中描述的无刷电机。该方法可以包括当转子相对于定子旋转时，使用至少一个位置传感器来测量漏磁通，并且基于所测量的漏磁通来确定转子的旋转位置。与转子相关联的磁体(例如，转子磁体)可以被配置为产生主磁通和漏磁通。主磁通可以被配置为沿第一方向(例如，径向方向)朝向定子延伸，漏磁通可以被配置为沿第二方向(例如，轴向方向)朝向传感器延伸。第一方向可以位于径向平面上，并且第二方向可以位于径向平面之外。转子的旋转位置不需要基于主磁通的测量。该方法还可以进一步包括基于所确定的转子的旋转位置来控制电机的驱动动作。
无刷电机换向依靠转子旋转位置的反馈来确定激励定子磁极/线圈以产生期望的速度和转矩的时机。一个或多个转子磁体可以安装在转子壳体上。一个或多个位置传感器可以安装在一个或多个转子磁体的边缘表面下方。位置传感器可以被配置为输出与漏磁通密度成比例的霍尔电压。例如，位置传感器可以在n极转子磁极通过传感器上方时产生高电压，在s极转子磁极通过传感器上方时产生低电压。当霍尔传感器输出为高电压时，第一组开关可以被接通。在这个阶段，电枢电流可以流过定子绕组，以交替感应定子电磁极。转子磁场(主磁通)和定子电磁场产生的磁力使转子旋转。转子信号达到180°(π弧度)后，霍尔电压由于接近s极转子磁极而反转。第二组开关可以在反向施加电流的情况下接通，使得相对的定子磁极引起转子继续以相同的方向旋转。可以重复上述步骤以相同或不同的方向，相同或不同的速度和/或相同或不同的转矩驱动无刷电机。电机的速度和/或转矩可以通过调节通过定子绕组的电流的开关频率和幅值来改变。
本发明的无刷电机可以用于各种应用中。例如，在一些实施例中，可以提供用于稳定装置的设备。该设备可以是稳定平台。该设备可以是搭载装置。搭载装置可以包括成像装置(包括但不限于摄像机或相机)和非成像装置(包括但不限于麦克风，样本采集器)。该设备可以包括适用于保持(hold)该装置的框架组件和联接到框架组件的无刷电机。无刷电机可以包括如本文其他地方所述的一个或多个无刷电机。无刷电机可以被配置为响应于一个或多个电机信号而直接驱动框架组件以允许装置围绕装置的俯仰轴线，横滚轴线和偏航轴线中的至少一个旋转。
该设备可以用于摄像，摄影和/或监视领域。载体可以用来携带该装置。该装置可以是诸如成像装置之类的搭载装置。载体可以包括框架组件和用于驱动框架组件的一个或多个无刷电机。载体可以被安装到可移动物体上。当可移动物体运动时，载体可能经受诸如高频振动和/或低频振动的移动，导致搭载装置的类似移动并且影响搭载装置的操作。当搭载装置是成像装置时，载体的急剧或突然移动可能导致为通过成像装置获取劣质图像。该设备可以是稳定平台，例如照相机支架或万向架。该设备可以被用来支持和提供搭载装置的稳定性。例如，该设备可以检测搭载装置中的姿态变化，并通过使用具有一个或多个位置传感器的一个或多个无刷电机来反向补偿检测到的姿态变化。
框架组件可以使用一个或多个无刷电机来驱动。使用本文其他地方描述的一个或多个位置传感器可以实现无刷电机中转子位置的精确感测。基于感测到的转子位置，通过驱动无刷电机可以控制框架组件的姿势或方向(一个或多个自由度)。在一些实施例中，框架组件可以是具有两个或更多个互连接头的万向架。可以通过使用一个或多个无刷电机调节相邻连接的接头之间的角度(“接头角度”)来控制万向架的姿态。可以控制在无刷电机内产生的磁场的方向，以输出无刷电机的电度。接头角度可以通过调节无刷电机的电度(或磁场)来调节。
图10是根据一些实施例的包括一个或多个示例性无刷电机的系统的框图。
载体1000可以被配置为保持搭载装置1002。载体可以被配置为安装或以其他方式联接到可移动物体1004。可移动物体可以是机动车辆或非机动车辆或船只、机器人、人类、动物等等。在一些实施例中，载体可以安装到有人或无人载运工具。在某些情况下，载运工具可以是无人机(uav)。对uav的任何描述可适用于任何类型的可移动物体，反之亦然。
搭载装置的示例可以包括收集数据的装置(例如，成像装置(用于可见光，红外，紫外(uv)，地热或任何其他类型的发射)；检测一个或多个颗粒的装置；检测诸如磁场，电场，无线电场之类的场的设备；辐射检测器；麦克风，如本文别处更详细描述的任何类型的传感器)，提供发射的装置(例如，发光器，图像发射器，热发射器，无线电发射器，无线信号发射器粒子发射器)，与环境相互作用的装置(例如，机器人手臂，样品收集器，液体分配器，农药或肥料喷雾器)或任何其他类型的装置或其组合。搭载装置还可以包括用于勘测一个或多个目标的一个或多个传感器。可以将任何合适的传感器结合到搭载中，诸如图像捕获装置(例如，相机)，音频捕获装置(例如，抛物面麦克风)，红外成像装置或紫外(uv)成像装置。传感器可以提供静态感测数据(例如，照片)或动态感测数据(例如，视频)。在一些实施例中，传感器为搭载装置的目标提供感测数据。可选地或组合地，搭载装置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，例如照明源或声源。在一些实施例中，搭载装置可以包括一个或多个收发器，例如用于与远离可移动物体的模块进行通信。可选地，搭载设备可以被配置为与环境或目标进行交互。例如，搭载装置可以包括能够操纵物体的工具，仪器或机构，例如机器人手臂。
在一些实施例中，搭载装置可以包括成像装置，成像装置可以被配置为获取和/或传送成像装置的视野内的物体的一个或多个图像。成像装置例如可以包括照相机，摄像机，具有照相机的智能手机/手机或具有捕获光信号功能的任何装置。非成像装置可以包括任何其他装置，例如用于收集或分配声音，微粒，液体等。非成像装置例如可以包括麦克风，扬声器，微粒或辐射检测器，消防水带等。
搭载装置可以由载体支撑。可以为搭载装置提供载体，并且搭载装置可以通过载体直接(例如，直接接触可移动物体)或间接(例如，不接触可移动物体)联接到可移动物体。在一些实施例中，搭载装置可以与载体为一体成型。或者，搭载装置可以可分离地联接到载体。在一些实施例中，搭载装置可以包括一个或多个搭载元件，并且一个或多个搭载元件可以相对于可移动物体和/或载体移动。
载体可以提供对搭载装置的支支撑(例如，承载搭载装置的至少一部分重量)。载体可以包括能够稳定和/或引导搭载装置的移动的合适的安装结构(例如稳定万向节平台)。在一些实施例中，载体可以被配置为控制搭载装置相对于可移动物体的状态(例如，位置和/或方向)。例如，载体可以被配置为相对于可移动物体移动(例如相对于一个，两个或三个平移度和/或一个，两个或三个旋转度)，使得不管可移动物体如何移动，搭载装置保持相对于合适的参考框架的位置和/或方向不变。参考框架可以是固定参考框架(例如周围环境)。或者，参考框架可以是移动参考框架(例如，可移动物体或搭载目标物体)。
在一些实施例中，载体可以被配置为允许搭载装置相对于载体和/或可移动物体移动。该移动可以是关于多达三个自由度的平移(例如，沿着一个，两个或三个轴)或者关于高达三个自由度的旋转(例如，围绕一个，两个或三个轴)或其任何合适的组合。
载体可以包括被配置为保持搭载装置的框架，电机组件和控制器组件。
框架组件可以包括用于承载一个或多个搭载装置的搭载支撑结构以及用于连接搭载支撑结构和可移动物体的一个或多个载体部件。在一些情况下，框架组件可以连接到可移动物体的底座。可移动物体可以是载运工具(例如，飞机，车辆，船舶，机器人或人)。底座可以刚性地固定到可移动物体上。在一些情况下，底座可以形成可移动物体的壳体的一部分。在一些实施例中，n个载体部件可以串联连接在底座和搭载支撑结构之间，使得搭载支撑结构可以被配置为相对于底座以n个自由度运动，其中n是大于或等于1的整数。当可移动物体的姿势改变时，不管可移动物体的姿态如何变化，可以使用一个或多个电机(例如，直接驱动电机)来协调一个或多个载体部件的运动，以确保搭载支撑结构的姿态保持在相对稳定的配置(用于搭载装置的最佳操作)。这样的稳定平台可以通过检测搭载装置中的姿态变化并且反向补偿检测到的姿态变化来向搭载装置提供稳定性。
电机组件可以包括如本文其他地方所述的一个或多个无刷电机。电机组件可以被配置为直接驱动框架组件，使得支撑搭载装置的搭载支撑结构围绕一个或多个旋转轴旋转。使用无刷电机可以降低能耗，同时可以无级控制电机速度。此外，由于电机的响应时间更快，所以使用无刷电机可以减少可移动物体的姿态变化和相应的稳定平台的补偿变化之间的响应时间。因此，搭载装置的指示方向可以被快速调整(例如，指示移动的目标)。在一些情况下，可以维持搭载装置的预定位置或姿态。此外，搭载装置可以被稳定以防止诸如由可移动物体或其他外部因素引起的振动或抖动等不希望的移动。在搭载装置是成像装置的情况下，搭载装置获取的图像的质量可以得到改善。
控制器组件可以包括感测系统，感测系统被配置为检测或获取与搭载装置相关的状态信息。状态信息可以包括搭载装置经历的速度、方向、姿态、重力、加速度、位置和/或任何其他物理状态。例如，状态信息可以包括角度和/或线性位置、速度和/或加速度(其可以包括搭载装置的方向或倾斜度)。在一些实施例中，感测系统可以包括惯性测量构件，其包括一个或多个陀螺仪、速度传感器、加速度计、磁力计等。在其他实施例中，代替惯性测量构件或除惯性测量构件之外，可以使用其他类型的状态检测传感器。
控制器组件还可以包括用于基于由感测系统获得的状态信息来计算与搭载装置相关联的姿势信息的控制器。例如，可以使用检测到的搭载装置的角速度和/或线性加速度来计算搭载装置相对于搭载装置的俯仰轴线、横滚轴线和/或偏航轴线的姿态。
基于所计算的搭载装置的姿态，可以生成一个或多个电机信号来控制电机组件。电机组件可以被配置为直接驱动框架组件以围绕搭载装置的俯仰轴线、横滚轴线和偏航轴线中的至少一个旋转，以便调整搭载装置的姿态(例如，成像装置的拍摄角度)。电机组件可以包括一个或多个无刷电机，其分别联接到搭载装置的一个或多个旋转轴(例如，俯仰轴，横滚轴或偏航轴)。在一些实施例中，一个或多个旋转轴(例如，俯仰轴，横滚轴或偏航轴)可以与搭载装置相交。
在一些实施例中，选择搭载装置的旋转顺序以允许搭载装置在搭载装置在正常操作情况下，例如当指示垂直向下时，不存在“万向节锁定”问题的旋转。例如，在一个实施例中，旋转顺序可以是从最内旋转轴到最外旋转轴的俯仰，横滚和偏航。在另一个实施例中，旋转顺序可以是从最外侧到最内侧旋转轴的俯仰，横滚和偏航。可以考虑搭载装置的任何旋转顺序(例如，从最外到最内的旋转轴或者从最内到最外的旋转轴的俯仰/偏航/横滚，横滚/俯仰/偏航，横滚/偏航/俯仰，偏航/横滚/俯仰或偏航/俯仰/横滚)。
本文描述的系统、装置和方法可以应用于各种各样的可移动物体。如前所述，这里对航空运载工具的任何描述都可以应用于并使用于任何可移动的物体。本发明的可移动物体可以被配置为在任何合适的环境中移动，例如在空气中(例如，固定翼飞机，旋翼飞机或既不具有固定翼也不具有旋翼的飞机)，在水中(例如，船舶或潜水艇)，在地上(例如，可移动运载工具，诸如汽车，卡车，公共汽车，面包车，摩托车；可移动的结构或框架，诸如棒，钓竿；或者火车)，在地面下(例如，地铁)，在宇宙(例如，太空飞机，卫星或探测器)，或这些环境的任何组合。可移动物体可以是运载工具，诸如本文其他地方描述的运载工具。在一些实施例中，可移动物体可以安装在诸如人类或动物的活体上。合适的动物可以包括：牛、犬、猫、马、牛、羊、猪、蚤、啮齿动物或昆虫。
可移动物体可以能够在六个自由度(例如，平移的三个自由度和旋转的三个自由度)的环境内自由移动。或者，可移动物体的移动可以相对于一个或多个自由度例如通过预定的路径，轨道或方向来约束。该移动可以通过任何合适的驱动机构来驱动，例如发动机或电机。可移动物体的驱动机构可以由诸如电能，磁能，太阳能，风能，重力能，化学能，核能或其任何合适的组合的任何合适的能源供电。可移动物体可以通过推进系统自行推进，如本文其他地方所述。推进系统可以可选地在诸如电能，磁能，太阳能，风能，重力能，化学能，核能或其任何适当组合的能源上运行。或者，可移动物体可以由生物携带。
在一些情况下，可移动物体可以是运载工具。合适的运载工具可以包括水上运载工具，飞行运载工具，太空运载工具或地面运载工具。例如，飞行运载工具可以是固定翼飞机(例如，飞机，滑翔机)，旋转翼飞机(例如，直升机，旋翼机)，具有固定翼和旋转翼的飞行器，或者既不具有固定翼也不具有旋转翼的飞行器(例如，飞艇，热气球)。运载工具可以自行推进，例如通过空中自行推进，在水中，在太空中或在地面上或地面下。自推进运载工具可以利用推进系统，例如包括一个或多个发动机，电机，车轮，车轴，磁体，转子，螺旋桨，叶片，喷嘴或其任何适当组合的推进系统。在一些情况下，推进系统可以用于使可移动物体能够从表面起飞，着陆在表面上，保持其当前位置和/或方向(例如悬停)，改变方向，和/或改变位置。
可移动物体可以由用户远程控制或由可移动物体内或上的乘客在本地控制。在一些实施例中，可移动物体是无人可移动物体，例如uav。无人可移动物体，例如，uav，可能在可移动物体上不具有的乘客。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)或其任何适当的组合来控制。可移动物体可以是自主或半自主机器人，例如配置有人工智能的机器人。
可移动物体可以具有任何合适的尺寸和/或维度。在一些实施例中，可移动物体可以具有在运载工具内或的乘客的尺寸和/或维度。或者，可移动物体的尺寸和/或维度可以小于能够在运载工具内或上放置人类乘员的尺寸和/或维度。可移动物体可以具有适合于被人抬起或携带的尺寸和/或维度。或者，可移动物体可以大于适合于被人抬起或携带的尺寸和/或维度。在一些情况下，可移动物体可具有小于或等于大约2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m的最大维度(例如，长度，宽度，高度，直径，对角线)。最大维度可以大于或等于约2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，可移动物体的相对转子的轴之间的距离可以小于或等于约2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。或者，相对转子的轴之间的距离可以大于或等于大约2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。
在一些实施例中，可移动物体可具有小于100cm×100cm×100cm，小于50cm×50cm×30cm或小于5cm×5cm×3cm的体积。可移动物体的总体积可小于或等于约1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3，40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3、或者10m3。相反地，可移动物体的总体积可以大于或等于约1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3、或者10m3。
在一些实施例中，可移动物体可以具有小于或等于约32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2、或者5cm2的覆盖区(其可以指可移动物体所包围的横向横截面积)。相反地，覆盖区可以大于或等于约32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2、或者5cm2。
在某些情况下，可移动物体的重量可以不超过1000kg。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、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。相反地、重量可以大于或等于约1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kgkg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。
在一些实施例中、可移动物体可以相对于由可移动物体承载的负载较小。负载可以包括搭载和/或载体、如下面进一步详细描述。在一些示例中、可移动物体重量与负载重量的磁力可以大于、小于或等于约1∶1。在一些情况下、可移动物体重量与负载重量的比例可以大于、小于或等于约1∶1。可选地、载体重量与负载重量的比例可以大于、小于或等于约1∶1。当需要时、可移动物体重量与负载重量的比例可以小于或等于：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶10或甚至更小。相反地、可移动物体重量与负载重量的比例也可以大于或等于2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、10∶1或甚至更大。
在一些实施例中、可移动物体可以具有低能量消耗。例如、可移动物体可以使用小于约5w/h、4w/h、3w/h、2w/h、1w/h或更小。在一些情况下、可移动物体的载体可能具有低能量消耗。例如、载体可以使用小于约5w/h、4w/h、3w/h、2w/h、1w/h或更小。可选地、可移动物体的搭载可以具有低能量消耗、诸如小于约5w/h、4w/h、3w/h、2w/h、1w/h或更小。
在一些实施例中、uav可以包括具有多个转子的推进系统。可以提供任何数量的转子(例如、1、2、3、4、5、6或更多)。无人飞行运载工具的转子、转子组件或其他推进系统可使无人飞行运载工具悬停/保持位置、改变方向、和/或改变位置。相对转子的轴之间的距离可以是任何合适的长度。例如、长度可以小于或等于2米、或者小于等于5米。在一些实施例中、长度可以在范围40cm到1m内、10cm到2m内或5cm到5m内。此处对uav的任何描述都可以应用于可移动物体、例如不同类型的可移动物体、反之亦然。
在一些实施例中、可移动物体可以被配置为承载负载。负载可以包括乘客、货物、设备、仪器等中的一个或多个。负载可以提供壳体。壳体可以与可移动物体的壳体分离、或者可以是用于可移动物体的壳体的一部分。可选地、负载可以设置有壳体、而可移动物体不具有壳体。或者、可以在没有壳体的情况下提供负载的一部分或整个负载。负载可以相对于可移动物体严格固定。可选地、负载可相对于可移动物体移动(例如、相对于可移动物体可平移或可旋转)。
在一些实施例中、负载包括搭载物。搭载物可以被配置为不执行任何操作或功能。或者、搭载物可以是被配置为执行操作或功能的搭载物、也被称为功能搭载物。例如、搭载物可以包括用于测量一个或多个目标的一个或多个传感器。可以将任何合适的传感器结合到搭载物中、诸如图像捕捉装置(例如、相机)、音频捕捉装置(例如、抛物面麦克风)、红外成像装置或紫外成像装置。传感器可以提供静态感测数据(例如、照片)或动态感测数据(例如、视频)。在一些实施例中、传感器为搭载物的目标提供感测数据。可选地或组合地、搭载物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、例如照明源或声源。在一些实施例中、搭载物包括一个或多个收发器、诸如用于与远离可移动物体的模块进行通信。可选地、可以将搭载物配置为与环境或目标进行交互。例如、搭载物可以包括能够操纵物体的工具、仪器或机构、例如机器人手臂。
可选地、负载可以包括载体。可以为搭载物提供载体、并且搭载物可以直接(例如、直接接触可移动物体)或间接(例如、不接触可移动物体)经由载体联接到可移动物体。相反、搭载物可以安装在可移动物体上而不需要载体。搭载物可以与载体形成一体。或者、搭载物可以可分离地连接到载体。在一些实施例中、搭载物可以包括一个或多个搭载物元件、并且一个或多个搭载物元件可以相对于可移动物体和/或载体移动、如上所述。
载体可以与可移动物体为一体成型。可选地、载体可以可分离地联接到可移动物体。载体可以直接或间接地联接到可移动物体。载体可以提供对搭载物的支持(例如、承载搭载物的至少一部分的重量)。载体可以包括能够稳定和/或引导搭载物的移动的合适的安装结构(例如、万向节平台)。在一些实施例中、载体可以适于相对于可移动物体控制搭载物的状态(例如、位置和/或方向)。例如、载体可以被配置为相对于可移动物体移动(例如相对于一个、两个或三个平移度和/或一个、两个或三个旋转度)、使得不管可移动物体如何移动、搭载装置保持相对于合适的参考框架的位置和/或方向不变。参考框架可以是固定参考框架(例如周围环境)。或者、参考框架可以是移动参考框架(例如、可移动物体、搭载目标物体)。
在一些实施例中、载体可以被配置为允许搭载装置相对于载体和/或可移动物体移动。该移动可以是关于多达三个自由度的平移(例如、沿着一个、两个或三个轴)或者关于高达三个自由度的旋转(例如、围绕一个、两个或三个轴)或其任何合适的组合。
在一些情况下、载体可以包括载体框架组件和载体驱动组件。载体框架组件可以为搭载提供结构支撑。载体框架组件可以包括单独的载体框架部件、其中一些可以相对于彼此移动。载体驱动组件可以包括驱动各个载体框架部件的运动的一个或多个驱动器(例如、电机)。驱动器可以同时允许多个载体框架部件的移动、或者可以被配置为一次允许单个载体框架部件的移动。载体框架部件的移动可以产生搭载的相应移动。例如、载体驱动组件可以驱动一个或多个载体框架部件围绕一个或多个旋转轴(例如、横滚轴线、俯仰轴线或偏航轴线)旋转。一个或多个载体框架部件的旋转可使得搭载围绕相对于可移动物体的一个或多个旋转轴旋转。可选地或组合地、载体驱动组件可以驱动一个或多个载体框架部件沿着一个或多个平移轴线平移、并由此产生搭载沿着一个或多个对应的轴线相对于可移动物体的平移。
在一些实施例中、可移动物体、载体和搭载相对于固定参考框架(例如、周围环境)和/或彼此的移动可以由终端来控制。终端可以是远离可移动物体、载体和/或搭载的位置处的远程控制装置。终端可以设置在或固定在支撑平台上。或者、终端可以是手持式或可穿戴式设备。例如、终端可以包括智能手机、平板电脑、膝上型计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其合适的组合。终端可以包括用户界面、诸如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器。可以使用任何合适的用户输入来与终端进行交互、诸如手动输入的命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如、经由终端的移动、位置或倾斜)。
终端可用于控制可移动物体、载体和/或搭载的任何适当状态。例如、可以使用终端相对于彼此和/或彼此的固定参考来控制可移动物体、载体和/或搭载的位置和/或方向。在一些实施例中、终端可用于控制可移动物体、载体和/或搭载的各个元件、例如载体的驱动组件、搭载的传感器或搭载的发射器。终端可以包括适用于与可移动对象、载体或搭载中的一个或多个通信的无线通信设备。
终端可以包括用于查看可移动物体、载体和/或搭载的信息的合适的显示单元。例如、终端可以被配置为显示可移动物体、载体和/或搭载的关于位置、平移速度、平移加速度、方向、角速度、角加速度、或其任何合适的组合的信息。在一些实施例中、终端可以显示由搭载提供的信息、诸如由功能搭载提供的数据(例如、由相机或其他图像捕捉装置记录的图像)。
可选地、同一终端既可以控制可移动物体、载体和/或搭载、也可以控制可移动物体、载体和/或搭载的状态、以及接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或搭载的信息。例如、终端可以在显示搭载所捕获的图像数据或者关于搭载位置的信息的同时、控制搭载相对于环境的定位。或者、不同的终端可以用于不同的功能。例如、第一终端可以控制可移动物体、载体和/或搭载的移动或状态、而第二终端可以从可移动物体、载体和/或搭载接收和/或显示信息。例如、可以使用第一终端来控制搭载相对于环境的定位、而第二终端显示搭载捕获的图像数据。可以在可移动物体和既控制可移动物体又接收数据的集成终端之间、或者在可移动物体和既控制可移动物体又接收数据的多个终端之间利用各种通信模式。例如、可以在可移动物体和终端之间形成至少两种不同的通信模式、其既控制可移动物体又从可移动物体接收数据。
图11示出根据实施例的包括载体1102和搭载物1104的可移动物体1100。尽管可移动物体1100被描述为飞行器、但是这种描述并不意为是限制性的、并且可以使用任何合适类型的可移动物体、如前所述。本领域的技术人员应当理解、本文中在上下文中描述的任何实施例的飞行器系统可以应用于任何合适的可移动物体(例如、uav)。在一些情况下、可以在可移动物体1100上提供搭载物1104而不需要载体1102。可移动物体1100可以包括推进机构1106、感测系统1108和通信系统1110。
如前所述、推进机构1106可以包括转子、螺旋桨、叶片、发动机、电机、车轮、车轴、磁体或喷嘴中的一个或多个。例如、推进机构1106可以是自紧转子、转子组件或其他旋转推进单元、如本文其他地方所公开的。可移动物体可具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多、或四个或更多个推进机构。推进机构可以全部是相同的类型。或者、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1106可以使用任何合适的装置(例如本文其他地方所述的支撑元件(例如、驱动轴))安装在可移动物体1100上。推进机构1106可以安装在可移动物体1100的任何合适的部分上、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1106可以使得可移动物体1100能够从表面垂直地起飞或者在表面上垂直地着陆、而不需要可移动物体1100的任何水平移动(例如、没有沿着跑道向下行进)。可选地、推进机构1106可以是可操作的、以允许可移动物体1100在指定的位置和/或方向悬停在空中。一个或多个推进机构1106可以独立于其他推进机构进行控制。可选地、推进机构1106可以被配置为同时被控制。例如、可移动物体1100可以具有多个水平方向的转子、其可以向可移动物体提供升力和/或推力。多个水平方向的转子可以被驱动以向可移动物体1100提供垂直起飞、垂直着陆和悬停能力。在一些实施例中、一个或多个水平方向的转子可以顺时针方向旋转、而一个或多个水平转子可以沿逆时针方向旋转。例如、顺时针转子的数量可以等于逆时针转子的数量。为了控制每个转子产生的升程和/或推力、并由此调节可移动物体1100的空间配置、速度和/或加速度(例如、关于多达三个平移度和多达三个旋转度)。
感测系统1108可以包括可以感测可移动物体1100的空间布置、速度和/或加速度(例如、关于多达三个平移度和多达三个旋转度)的一个或多个传感器。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1108提供的感测数据可以用于控制可移动物体1100的空间布置、速度和/或方向(例如使用合适的处理单元和/或控制模块、如下所述)。或者、感测系统1108可用于提供关于可移动物体周围的环境的数据、诸如天气条件、接近潜在障碍物、地理特征的位置、人造结构的位置等。
通信系统1110使得能够经由无线信号1116与具有通信系统1114的终端1112进行通信。通信系统1110、1114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、使得数据只能在一个方向上传输。例如、单向通信可能只涉及将数据传输到终端1112的可移动物体1100、反之亦然。数据可以从通信系统1110的一个或多个发射器传输到通信系统1112的一个或多个接收器、反之亦然。或者、通信可以是双向通信、使得数据可以在可移动物体1100和终端1112之间在两个方向上传输。双向通信可以涉及将数据从通信系统1110的一个或多个发射器传输到通信系统1114的一个或多个接收器、反之亦然。
在一些实施例中、终端1112可以向可移动物体1100、载体1102和搭载物1104中的一个或多个提供控制数据、并且从可移动物体1100、载体1102和搭载物1104中的一个或多个接收信息(例如、可移动物体、载体或搭载物的位置和/或运动信息；由搭载物感测的数据、例如由搭载物相机捕获的图像数据)。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/或搭载物的相对位置、移动、驱动或控制的指令。例如、控制数据可以导致可移动物体的位置和/或方向的修改(例如、通过控制推进机构1106)、或者搭载物相对于可移动物体的移动(例如通过载体1102的控制)。来自终端的控制数据可以导致搭载物的控制、例如控制相机或其他图像捕捉装置的操作(例如、拍摄静止或移动图片、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、改变视角或视野)。在一些情况下、来自可移动物体、载体和/或搭载物的通信可以包括来自一个或多个传感器(例如、感测系统1108或搭载物1104)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。这种信息可以涉及可移动物体、载体和/或搭载物的位置(例如位置、方向)、运动或加速度。来自搭载物的这种信息可以包括由搭载物捕获的数据或搭载物的感测状态。由终端1112发送的提供的控制数据可以被配置为控制可移动对象1100、载体1102或搭载物1104中的一个或多个的状态。可选地或组合地、载体1102和搭载物1104也可以各自包括通信模块、其被配置为与终端1112进行通信、使得终端可以独立地与可移动物体1100、载体1102和搭载物1104进行通信并对其进行控制。
在一些实施例中、可移动物体1100可以被配置为除了终端1112之外还与另一个远程设备通信、或者代替终端1112。终端1112还可以被配置为与另一个远程设备以及可移动物体1100通信。例如、可移动物体1100和/或终端1112可以与另一个可移动物体或另一个可移动物体的载体或搭载通信。当需要时、远程设备可以是第二终端或其他计算设备(例如、计算机、膝上型计算机、平板电脑、智能手机或其他移动设备)。远程设备可以被配置为向可移动物体1100发送数据、从可移动物体1100接收数据、向终端1112发送数据、和/或从终端1112接收数据。可选地、远程设备可以连接到因特网或其他电信网络、使得从可移动物体1100和/或终端1112接收的数据可以被上传到网站或服务器。
在一些实施例中、根据实施例可以提供用于控制可移动物体的系统。该系统可以与本文公开的系统、装置和方法的任何合适的实施例组合使用。该系统可以包括感测模块、处理单元、非易失性计算机可读介质、控制模块和通信模块。
感测模块可以利用不同类型的以不同方式收集与可移动物体有关的信息的传感器。不同类型的传感器可以感测不同类型的信号或者来自不同来源的信号。例如、传感器可以包括惯性传感器、gps传感器、接近传感器(例如激光雷达)、或者视觉/图像传感器(例如照相机)。感测模块可以可操作地耦合到具有多个处理器的处理单元。在一些实施例中、感测模块可以可操作地耦合到被配置为将感测数据直接发送到合适的外部设备或系统的发送模块(例如、wi-fi图像发送模块)。例如、传输模块可以用于将感测模块的摄像头捕获的图像传输到远程终端。
处理单元可以具有一个或多个处理器、诸如可编程处理器(例如、中央处理单元(cpu))。处理单元可以可操作地耦合到非易失性计算机可读介质。非易失性计算机可读介质可以存储可由处理单元执行的用于执行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。非易失性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如、可移除介质或诸如sd卡或随机存取存储器(ram)的外部存储器)。在一些实施例中、来自感测模块的数据可以被直接传送并存储在非易失性计算机可读介质的存储器单元内。非易失性计算机可读介质的存储器单元可存储可由处理单元执行的逻辑、代码和/或程序指令、以执行本文描述的方法的任何合适的实施例。例如、处理单元可以被配置为执行使处理单元的一个或多个处理器分析由感测模块产生的感测数据的指令。存储器单元可存储来自感测模块的感测数据以供处理单元处理。在一些实施例中、非易失性计算机可读介质的存储器单元可以用于存储由处理单元产生的处理结果。
在一些实施例中、处理单元可以可操作地耦合到被配置为控制可移动物体的状态的控制模块。例如、控制模块可以被配置为控制可移动物体的推进机构、以相对于六个自由度来调整可移动物体的空间布置、速度和/或加速度。可选地或组合地、控制模块可以控制载波、搭载或感测模块的状态中的一个或多个。
处理单元可以可操作地耦合到被配置为从一个或多个外部设备(例如、终端、显示设备或其他遥控器)发送和/或接收数据的通信模块。可以使用任何合适的通信手段、例如有线通信或无线通信。例如、通信模块可以利用局域网(lan)、广域网(wan)、红外线、无线电、wifi、点对点(p2p)网络、电信网络、云通信中的一个或多个等等。可选地、可以使用中继站、诸如塔、卫星或移动站。无线通信可以是接近非独立或接近独立的。在一些实施例中、视线可以或不可以需要用于通信。通信模块可以发送和/或接收来自感测模块的感测数据、处理单元产生的处理结果、预定控制数据、来自终端或遥控器的用户命令等中的一个或多个。
系统的组件可以以任何合适的配置来布置。例如、系统的一个或多个组件可以位于上述一个或多个通信的可移动物体、载体、搭载、终端、传感系统或附加的外部设备上。在一些实施例中、多个处理单元和/或非易失性计算机可读介质中的一个或多个可以位于不同的位置、诸如在可移动物体、载体、搭载、终端、感测模块、通信中的附加外部设备与上述中的一个或多个或其适当的组合相结合、使得系统执行的处理和/或存储功能的任何合适的方面可以在一个或多个上述位置处发生。
在本文使用的、a和/或b包括a或b中的一个或多个、以及它们的组合、例如a和b。应当理解、尽管可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等在这里为了描述各种元件、部件、区域和/或部分、这些元件、部件、区域和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分。因此、在不脱离本发明的教导的情况下、下面讨论的第一元件、组件、区域或部分可以被称为第二元件、组件、区域或部分。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的、而不意图限制本发明。如本文所使用的、除非上下文另外明确指出、否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。应进一步理解的是、当在本说明书中使用时、术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”或“包括(includes)”和/或“包含(including)”指明所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件、但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
此外、诸如“下”或“底”和“上”或“顶”之类的相对术语可以在此用于描述一个元件与如图中所示的其他元件的关系。应该理解的是、除了附图中描绘的方向之外、相对术语旨在包含元件的不同方位。例如、如果其中一个图中的元素被翻转、则被描述为在其他元素的“下”侧上的元素将被定向在其他元素的“上”侧上。因此、示例性术语“下部”可以包括“下”和“上”的方向、取决于图的特定方向。类似地、如果其中一个图中的元素被翻转、则被描述为在其他元素“之下”或“之下”的元素将被定向为在其他元素之上。因此、示例性术语“在...下方”或“在...之下”可以包括上方和下方的方位。
虽然本文已经展示和描述了本发明的优选实施例、但是这样的实施例仅作为示例提供对于本领域技术人员来说是显而易见的。本领域技术人员在不偏离本发明的情况下可以想到许多变化、改变和替换。应该理解的是、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。这里描述的实施例的许多不同的组合是可能的、并且这样的组合被认为是本公开的一部分。另外、结合本文的任何一个实施例讨论的所有特征可以容易地适用于本文的其它实施例中。所附权利要求来限定本发明的范围、并且由此涵盖权利要求范围内的方法和结构及其等同物。