无人机及控制无人机姿态的控制方法、控制装置制造方法及图纸

一种无人机(1)，包括中心部(10)；从中心部(10)向外伸展的多个机臂(20),以及设置在每个机臂(20)上的至少一动力装置(30)，动力装置(30)用于移动无人机(1)；机臂(20)及其上设置的动力装置(30)中的至少一者的状态能够根据无人机(1)重心的改变而改变；此外，还提供一种无人机(1)的姿态控制装置及姿态控制方法。

Control method and control device for unmanned aerial vehicle and control UAV attitude

An unmanned aerial vehicle (1), includes a center portion (10) from the center of the Ministry; (10) a machine arm extending outward (20), and set up in each arm (20) at least one power device (30), the power device (30) for mobile UAV (1); the machine arm (20) and a power device (30) at least one of the state according to the UAV (1) gravity change; in addition, also provides a (1) UAV attitude control device and control method of attitude.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无人机及控制无人机姿态的控制方法、控制装置
本专利技术涉及一种无人机，尤其涉及一种能控制其姿态的无人机及控制无人机姿态的控制方法、控制装置。
技术介绍
无人机通常包括机身及从机身向外伸展的多个机臂，机臂远离机身的末端上设置一个或多个旋翼叶片，该旋翼叶片的旋转可带动所述无人机飞行。在如无人飞行器这样的具有多个旋翼的无人机中，通过控制旋翼的旋转速度保持无人机的移动或旋转等的姿态。搭载万向节等设备的无人机一运作，其无人机全体的重心位置就变化。因此，通过控制配备在无人机上的各旋翼的旋转速度，保持无人机的姿态。但是，用以旋转旋翼的马达的性能或者从控制该马达的驱动器流出的电流是有上限的。因此，当无人机整体的重心也有大的变化时，无人机的姿态也会发生较大的变化，为了克服这样的姿态变化，就需要较高的电流输出。有可能会出现不能正确保持无人机的姿态的情况。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种能正确保持无人机姿态的无人机及其姿态控制装置、控制方法。一种无人机，包括中心部；从所述中心部向外伸展的多个机臂；及设置在每一所述机臂上的至少一动力装置，所述动力装置用于移动所述无人机，所述机臂及其上设置的动力装置中的至少一者的状态能够根据所述无人机重心的改变而改变。一种无人机姿态控制方法包括：确定所述无人机的重心发生改变；及改变机臂与机臂上设置的动力装置中的至少一者的状态以对抗所述无人机的重心改变。一种控制无人机姿态的控制装置，所述控制装置包括重心控制部，所述重心控制部用于在所述无人机的重心发生改变时根据该无人机的重心变化确定一个或多个机臂或机臂上设置的动力装置的状态变化。上所述无人机及其姿态控制方法、姿态控制装置在所述无人机的重心发生改变时改变机臂或机臂上设置的动力装置的状态来对抗所述重心的改变，避免了仅采用旋翼转速调节来保持无人机姿态时转速受限的问题。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的一种无人机的立体图。图2至图5是本专利技术实施方式的一种带有负载的无人机立体图。图6是本专利技术一实施方式的控制无人机姿态的控制方法的流程图。图7至图10是本专利技术实施方式的调整旋翼叶片轴线到无人机中心的距离的示意图。图11为本专利技术一实施方式的无人机的部分功能模块图。图12为本专利技术一实施方式的无人机的载体的示意图。主要元件符号说明无人机1中心部10主控制部11存储装置12旋翼控制部13通信模块14传感器15机臂控制部16重心控制部17重心判定部170臂选择部172臂长确定部174配置确定部176机臂20动力装置30电机32旋翼34载体40载体控制部41驱动器42驱动马达43支撑机构44相机组件50棱镜组件51棱镜510棱镜控制部512拍摄组件52拍摄元件520拍摄控制部522存储器524重心位置调整部526如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术提供一种无人机，所述无人机可用于任何适宜的环境，例如在空中(例如旋翼飞行器、固定翼飞行器或固定翼与旋翼混合的飞行器)，在水中(例，船或潜艇)，在地面上(例，摩托车，汽车，卡车，公交车，火车等)，在太空中(例，航天飞机、卫星或探测器)，或在地下(例如地铁)，或上述环境的任意组合。在本实施例中，所述无人机为旋翼飞行器，其中所述旋翼可为单旋翼、双旋翼、三旋翼、四旋翼、六旋翼及八旋翼等。为便于描述，如下实施例中的无人机以四旋翼飞行器为例进行说明。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。请参阅图1，无人机1包括中心部10、从中心部10向外延伸的多个机臂20及设置在机臂20上的动力装置30。所述动力装置30用于移动所述无人机1。每一机臂20与所述机身10相连的一端为该机臂20的近端部，与该近端部相背离的另一末端为该机臂20的远端部。在本实施例中，每一机臂20的远端部设有一动力装置30，所述动力装置30包括电机32及被所述电机驱动而旋转的旋翼34。旋翼34的转动带动所述无人机1的移动。所述移动可包括起飞、着陆、悬停，及在空中关于三个平移自由度以及三个旋转自由度运动。在一些实施例中，所述动力装置30可包括一个或多个旋翼34。所述旋翼34可包括连接至一转轴的一个或多个旋翼叶片。所述旋翼叶片或转轴可被所述电机驱动而旋转。虽然在实施例中所述无人机1的动力装置30被描述为包括4个旋翼34，但是动力装置30的其他适当的数量、类型或排配都是可实施的。例如，所述旋翼34可以是一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多。所述旋翼34可以相对于所述无人机1水平、垂直或其他任何适当角度设置。所述旋翼的角度可以是固定的或可变的。相对设置的所述旋翼转轴之间的距离可以是任何适当的距离，例如小于等于2米，或小于等于5米。可选地，所述距离可以在40厘米到1米之间、从10厘米到2米之间，或从5cm到5米之间。所述电机32可为直流电机(例：有刷电机或无刷电机)或交流电机。在一些实施例中，所述电机32可被装配用于驱动旋翼叶片。在一些实施例中，所述无人机1还可包括用于承载负载的载体40，所述载体40可为万向节等能够绕所述中心部绕一个或多个轴旋转的承载机构，例如图1中所示的能够相对所述中心部10绕俯仰轴和翻滚轴旋转的承载机构。所述承载机构用于承载功能负载或非功能负载。所述功能负载可以是用于执行特定功能的负载，譬如，传感器，发射器，工具，仪器，操纵器，或其他功能装置。在图1所示的实施例中，所述负载是一相机组件50。在一些情境中，所述相机组件50可以是位于所述中心部10下方的相机。通过所述承载机构10，所述相机可相对所述中心部10绕一个或多个轴旋转以获取多个视角的影像。所述中心部10上可设置控制系统(例如，飞行控制系统)来控制所述无人机1的飞行。在一些实施例中，所述控制系统基于如下一项或多项：所述无人机1的位置，所述无人机1的朝向，所述无人机1的当前状态，时间或所述无人机1的传感器或负载所感测获取的数据，控制所述无人机1的运行。可替换地或可结合地，所述控制系统可包括设置在所述无人机1上的一个接收器或其他的通信模块，用于接收用户指令，例如，从远程终端接收用户指令。通过所述接收器所接收的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机，包括中心部；从所述中心部向外伸展的多个机臂；及设置在每一所述机臂上的至少一动力装置，所述动力装置用于移动所述无人机，其特征在于：所述机臂及其上设置的动力装置中的至少一者的状态能够根据所述无人机重心的改变而改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无人机，包括中心部；从所述中心部向外伸展的多个机臂；及设置在每一所述机臂上的至少一动力装置，所述动力装置用于移动所述无人机，其特征在于：所述机臂及其上设置的动力装置中的至少一者的状态能够根据所述无人机重心的改变而改变。2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于：所述动力装置包括旋翼叶片，通过改变一个或多个所述机臂上设置的动力装置的旋翼叶片的轴线到所述无人机的中心点的距离来对抗所述无人机重心的改变以保持所述无人机的姿态，其中所述无人机的中心点为所述无人机保持平衡时的重心。3.如权利要求2所述的无人机，其特征在于：通过改变一个或多个所述机臂的状态来实现其上设置的旋翼叶片的轴线到所述无人机的中心的距离的改变。4.如权利要求3所述的无人机，其特征在于：所述机臂的状态的改变包括机臂沿机臂的延伸方向线性延伸或收缩。5.如权利要求4所述的无人机，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述机臂状态的改变包括向远离所述中心部的方向线性延伸所述重心偏移方向上设置的机臂或向靠近所述中心部的方向线性收缩所述重心偏移方向的相反方向上设置的机臂。6.如权利要求4所述的无人机，其特征在于：所述机臂延伸或收缩的程度根据所述无人机重心的偏移量确定。7.如权利要求3所述的无人机，其特征在于：所述机臂的状态的改变包括机臂在机臂上的至少一指定点折叠。8.如权利要求7所述的无人机，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述机臂状态的改变包括折叠所述重心偏移方向的相反方向上设置的机臂。9.如权利要求7所述的无人机，其特征在于：所述机臂折叠的程度根据所述无人机重心的偏移量确定。10.如权利要求2所述的无人机，其特征在于：通过改变一个或多个所述机臂上设置的动力装置的状态来实现其旋翼叶片的轴线到所述无人机的中心的距离的改变。11.如权利要求10所述的无人机，其特征在于：所述机臂上设置的动力装置的状态的改变包括改变其旋翼叶片在对应机臂上的位置。12.如权利要求11所述的无人机，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述动力装置状态的改变包括向远离所述中心部的方向线性移动所述重心偏移方向上设置的机臂上的旋翼叶片或向靠近所述中心部的方向线性移动所述重心偏移方向的相反方向上设置的机臂上的旋翼叶片。13.如权利要求11所述的无人机，其特征在于：所述旋翼叶片在对应机臂上的位置根据所述重心偏移量确定。14.如权利要求10所述的无人机，其特征在于：所述机臂上设置的动力装置的状态的改变包括其旋翼叶片相对该旋翼叶片所在的机臂旋转。15.如权利要求14所述的无人机，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述动力装置状态的改变包括向靠近所述中心部的方向旋转所述重心偏移方向上设置的机臂上的旋翼叶片。16.如权利要求14所述的无人机，其特征在于：所述旋翼叶片相对其所在机臂旋转的角度根据所述重心偏移量确定。17.如权利要求2所述的无人机，其特征在于：所述无人机的重心改变时，还可结合改变一个或多个机臂上设置的旋翼叶片的转速来对抗所述无人机的重心的改变。18.如权利要求17所述的无人机，其特征在于：所述旋翼叶片的转速根据如下公式(a)确定：其中x，y，z为无人机的机体坐标，Φ为所述无人机沿X轴的翻滚角度；Θ为所述无人机沿Y轴的俯仰角度；Ψ为所述无人机沿Z轴的偏航角度；其中km为旋翼输出力与旋转转速ωi之间的系数，i为正整数，表示旋翼的序号；m为所述无人机的质量。19.如权利要求18所述的无人机，其特征在于：其中根据公式(a)确定的转速大于一预定的转速极限值时，设置所述转速为所述预定的转速极限值。20.如权利要求19所述的无人机，其特征在于：所述旋翼的数量为4个，所述旋翼叶片的轴线到所述中心部的中心之间的距离根据如下公式(b)确定：其中，ωi为根据公式(a)确定的旋翼转速，且ωi不大于所述预定转速及限值；kd为旋翼输出力矩与旋转转速ωi之间的系数；l1～l4为旋翼叶片轴线到所述无人机的中心的距离；lx、ly、lz为沿X,Y,Z轴惯量。21.如权利要求2所述的无人机，其特征在于：所述无人机的重心改变是所述无人机上设置的一个或多个负载的状态改变产生的结果。22.如权利要求21所述的无人机，其特征在于：所述无人机的重心改变时，还可结合改变所述负载相对所述无人机的中心部的位置。23.如权利要求22所述的无人机，其特征在于：所述负载相对所述无人机的中心部的位置的改变包括负载与承载所述负载的载体中的至少一者相对所述无人机的中心部旋转。24.如权利要求23所述的无人机，其特征在于：所述载体包括连接所述载体至所述无人机的中心部的基座、连接于所述基座的固定件及设置在所述固定件上的活动件，所述活动件能够绕所述固定件的俯仰轴和翻滚轴旋转，所述负载设置在所述活动件上。25.如权利要求24所述的无人机，其特征在于：所述基座能够绕偏航轴相对所述无人机的中心部旋转。26.如权利要求25所述的无人机，其特征在于：所述基座及所述活动件上均设置有传感器，能够感测所述负载相较所述中心部的旋转。27.如权利要求23所述的无人机，其特征在于：所述负载或承载所述负载的载体上设置有传感器，所述传感器能够感测所述负载的状态发生预定改变，当所述负载的状态预定改变时即判定为所述无人机的重心发生改变。28.如权利要求27所述的无人机，其特征在于：所述负载的状态发生预定改变包括所述负载的一部分在偏离所述无人机的重心方向上向远离或靠近所述无人机的中心部移动。29.一种无人机姿态控制方法，其特征在于：包括：确定所述无人机的重心发生改变；及改变机臂与机臂上设置的动力装置中的至少一者的状态以对抗所述无人机的重心改变。30.如权利要求29所述的方法，其特征在于：所述方法还包括改变所述机臂上设置的动力装置的旋翼叶片的转速来对抗所述无人机的重心改变。31.如权利要求30所述的方法，其特征在于：其中“改变机臂与机臂上设置的动力装置中的至少一者的状态以对抗所述无人机的重心改变”包括：获取无人机飞行状态参数；当无人机的重心发生改变时，根据所获取的参数计算无人机的旋翼叶片的目标转速；判断所计算得到的目标转速是否大于一预定的极限转速值ωt；当所计算得到的目标转速大于所述预定的极限转速值ωt时，设置目标转速为所述极限转速值ωt；根据确定的目标转速计算所述无人机的中心到所述旋翼叶片的距离；及根据目标转速及所计算得到的所述无人机的中心到所述旋翼叶片的距离调整所述无人机的当前转速及当前所述无人机的中心到所述旋翼叶片的距离。32.如权利要求31所述的方法，其特征在于：其中“调整当前所述无人机的中心到所述旋翼叶片的距离”包括改变一个或多个所述机臂的状态。33.如权利要求32所述的方法，其特征在于：所述机臂的状态的改变包括机臂沿机臂的延伸方向线性延伸或收缩。34.如权利要求33所述的方法，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述机臂状态的改变包括向远离所述中心部的方向线性延伸所述重心偏移方向上设置的机臂或向靠近所述中心部的方向线性收缩所述重心偏移方向的相反方向上设置的机臂。35.如权利要求32所述的方法，其特征在于：所述机臂的状态的改变包括机臂在机臂上的至少一指定点折叠。36.如权利要求35所述的方法，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述机臂状态的改变包括折叠所述重心偏移方向的相反方向上设置的机臂。37.如权利要求31所述的方法，其特征在于：其中“调整当前所述无人机的中心到所述旋翼叶片的距离”包括改变一个或多个所述机臂上设置的动力装置的状态。38.如权利要求37所述的方法，其特征在于：所述机臂上设置的动力装置的状态的改变包括改变其旋翼叶片在对应机臂上的位置。39.如权利要求38所述的方法，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述动力装置状态的改变包括向远离所述中心部的方向线性移动所述重心偏移方向上设置的机臂上的旋翼叶片或向靠近所述中心部的方向线性移动所述重心偏移方向的相反方向上设置的机臂上的旋翼叶片。40.如权利要求37所述的方法，其特征在于：所述机臂上设置的动力装置的状态的改变包括其旋翼叶片相对该旋翼叶片所在的机臂旋转。41.如权利要求40所述的方法，其特征在于：当所述无人机的重心改变时，所述动力装置状态的改变包括向靠近所述中心部的方向旋转所述重心偏移方向上设置的机臂上的旋翼叶片。42.如权利要求31所述的方法，其特征在于：所述旋翼叶片的转速根据如下公式(a)确定：

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿宗耀，吴韬，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44