用于控制飞行的设备及其操作方法技术

本发明专利技术涉及用于控制飞行的设备及其操作方法。用于控制飞行的设备包括：飞翔主体，其包括飞行装置和致动器；和机械设备，其包括绳；传感器，用于提供表示飞翔主体的加速度、姿态和/或旋转速率的数据；感测单元，处理从传感器接收的信息，以提取关于由飞翔主体与参考点的机械连接引起的机械力的数据；评估单元，可配置为使用表示机械力的数据来推断表示飞翔主体相对于参考点的位置和/或姿态的数据；以及控制单元，用于致动致动器；其中，评估单元的评估结果被发送给控制单元以控制飞翔主体执行预定机动，预定机动与控制单元接收的数据相关联，其中，评估结果包括表示如下各项中至少一个的数据：力的量值、力的量值的改变、力的方向和力序列。

【技术实现步骤摘要】
用于控制飞行的设备及其操作方法本申请是申请日为2013年8月16日、申请号为201380044058.X、专利技术名称为“具有用于定位和交互的绳组件的飞行摄像机”的原案申请的分案申请。
本专利技术涉及空中成像，尤其涉及装备有旋转翼和绳组件的飞行摄像机，并且涉及其定位、稳定和与其交互。
技术介绍
目前，大多数数字摄像机的操作受到在操作员手臂长度所达到的范围之内的视点的限制。为了解决这个问题，已经提出了各种解决方案，包括飞行的和非飞行的两者。然而，当前飞行解决方案通常难以控制、要求飞行员培训和经验以从期望视点成功获得图像。它们还非常易于受到风的影响并且易于丢失和与高物体(诸如树、电力线或房屋)碰撞。现有的非飞行解决方案(诸如可扩展杆)特别依赖于支撑元件(像杆、柱或基台)，其导致复杂的、昂贵的、笨重的或其它不实际的解决方案。它们通常不昂贵并且易于使用，但是运输麻烦并且极其限制可能的视点。
技术实现思路
根据本专利技术，针对空中成像的先前方法的限制已被基本减小或消除。具体来说，本专利技术目标是提供改进的系统和方法用于飞翔主体(volitantbody)的位置和姿态稳定，飞翔主体包括使用绳组件的飞行摄像机。此外，本专利技术目标是提供改进的用户交互以用于包括飞行摄像机的飞翔主体。在本专利技术的情境中，这样的用户交互通常实现用户意图翻译以执行飞翔主体的动作或改变飞翔主体的操作。这通常通过用户的特定物理动作(例如拉绳)并且通过飞翔主体的特定物理动作(例如向后拉相同的绳)实现。在本专利技术的情境中，用户交互包括但不限于：由用户或由飞翔主体或由这两者施加的力、用户对开关或按钮的激活、来自用户或来自飞翔主体的视觉或听觉信号、或者上面的预编码序列和样式。根据本专利技术的第一方面，其提供一种设备，包括：飞翔主体，包括至少一个致动器；控制单元，用于控制所述致动器；和机械设备，用于可操作地把所述飞翔主体连接到距所述飞翔主体遥远的参考点。飞翔主体优选地包括用于飞行的装置。优选地，至少一个致动器被配置为驱动所述用于飞行的装置。优选地，所述飞翔主体还包括摄像机。可操作连接可以具有机械性质。优选地，所述机械设备把所述飞翔主体以机械方式连接到参考点。所述机械设备可以可操作地连接到所述控制单元。所述设备可以包括评估单元，其可操作为向所述控制单元提供表示如下各项中至少一个的数据：所述飞翔主体相对于所述参考点的(a)姿态；或(b)位置，并且其中所述控制单元被配置为基于所述数据控制所述至少一个致动器。在本申请中，姿态意指刚性主体相对于惯性坐标系的旋转的完全定义，即所述主体在所有三维中的定向。示例性惯性坐标系是通常使用的局部重力-地参考东北天坐标系。优选地，评估单元被包括在机械设备中并且优选地被定位在飞翔主体上。由评估单元提供的所述数据优选地基于施加到所述机械设备的机械力。优选地，评估单元被定位在飞翔主体上。所述设备还可以包括：感测单元，可操作为向所述评估单元提供表示施加到所述机械设备的机械力的数据。优选地，所述机械设备包括所述感测单元。优选地，所述感测单元被定位在所述飞翔主体上。所述感测单元可以以机械方式连接到所述飞翔主体。所述设备可以包括：力传感器，用于确定所述机械力，可操作地连接到感测单元。优选地，所述机械设备包括所述力传感器。优选地，所述力传感器被定位在所述飞翔主体上。所述设备可以包括用于提供表示如下各项中至少一个的数据的传感器：飞翔主体的加速度、姿态或旋转速率，所述传感器可操作地连接到感测单元。所述设备可以包括用于提供表示所述飞翔主体相对于所述参考点的所述位置的数据的传感器，所述传感器可操作地连接到感测单元。所述设备可以包括可操作地连接到所述评估单元的存储器单元，存储器单元中存储有与所述机械设备的属性有关的第一数据和与所述飞翔主体的属性有关的第二数据，其中所述评估单元被配置用于使用所述第一或第二数据中的至少一个来执行评估，以便提供表示如下各项中至少一个的所述数据：所述飞翔主体相对于所述参考点的(a)姿态或(b)位置。所述设备还可以包括主动安全装置和/或被动安全装置。所述设备还可以包括主动用户交互装置和/或被动用户交互装置。优选地，所述机械设备限定用户交互装置。根据本专利技术的另一方面，其提供了任何上面提到的机械设备基于施加到机械设备的机械力作为通信信道的用途。根据本专利技术的另一方面，其提供了任何上面提到的机械设备用于空中成像的用途。根据本专利技术的另一方面，其提供了用于操作任何上面提到的机械设备的方法，所述方法包括如下步骤：控制所述至少一个致动器以使得所述飞翔主体飞行远离所述参考点。优选地，控制所述至少一个致动器的步骤使用机械设备来完成。所述方法可以包括如下附加步骤：使用评估单元来提供表示如下各项中至少一个的数据：所述飞翔主体相对于所述参考点的(a)姿态；或(b)位置；以及向所述控制单元提供所述数据，并且其中所述控制单元基于所述数据评估的所述结果执行对所述至少一个致动器的控制。所述方法可以包括如下步骤：感测施加到所述机械设备的机械力；向所述评估单元提供表示施加到所述机械设备的机械力的数据，并且其中所述评估单元执行如下步骤：使用表示施加到所述机械设备的机械力的所述数据来提供表示如下各项中至少一个的数据：所述飞翔主体相对于所述参考点的(a)姿态；或(b)位置。所述方法还可以包括如下步骤：记录与所述机械设备的属性有关的第一数据，和记录与所述飞翔主体的属性有关的第二数据，和使用所述第一或第二数据中的至少一个来在评估单元处执行评估，以便提供表示如下各项中至少一个的所述数据：所述飞翔主体相对于所述参考点的(a)姿态；或(b)位置。所述方法还可以包括如下步骤：感测施加到所述机械设备的机械力，和评估所感测的机械力以便提供评估结果；向所述控制单元提供评估结果，并且其中控制所述至少一个致动器的所述步骤基于所述评估结果来执行。优选地，机械力在参考点被施加到机械设备。优选地，评估结果可以包括表示如下各项中至少一个的数据：力的量值、力的量值的改变、力的方向和/或力序列。评估或控制步骤中的至少一个可以包括如下步骤：用户与机械设备交互。优选地，用户与机械设备交互的步骤包括：用户向机械设备施加一个或多个力或者用户减小被施加到机械设备的力。感测机械力的步骤可以包括感测如下各项中的至少一个：机械力的方向、量值或时序。所述方法可以包括如下步骤：通过把一个或多个力施加到所述机械设备来与所述参考点通信，其中所述至少一个致动器由控制单元控制以使得所述飞翔主体把所述一个或多个力施加到机械设备。控制所述至少一个致动器的步骤可以包括如下各项中的至少一个：执行紧急机动、执行主动机动、检测连续用户输入、或检测并行用户输入。根据本专利技术的另一方面，其提供了在评估单元中实施的、计算飞翔主体相对于参考点的姿态或相对位置中至少一个的方法。所述方法可以包括：第一步骤，从安装在所述飞翔主体上的惯性传感器接收第一数据。可选地，所述方法可以包括第二步骤，从包括以前数据或计算的存储器单元取回第二数据。所述方法可以包括如下步骤：使用所述第一和/或第二数据以便：(a)预测飞行器的瞬时运动，和(b)计算飞翔主体相对于参考点的近似位置和/或飞翔主体的姿态。可选地，可以使用关于设备的动态特性的现有知识来改进这个预测和计算。附加传感器(诸如绳长度传感器、压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制飞行的设备，包括：飞翔主体，所述飞翔主体包括飞行装置和至少一个致动器，所述致动器被配置为驱动所述飞行装置，和机械设备，所述机械设备包括绳，所述绳用于机械地并且可操作地把所述飞翔主体连接到距所述飞翔主体遥远的参考点，所述飞翔主体还包括：传感器，所述传感器用于提供表示如下各项中至少一个的数据：所述飞翔主体的加速度、姿态和旋转速率，感测单元，所述感测单元可操作为处理从所述传感器接收的信息，以提取关于由所述飞翔主体与所述参考点的机械连接引起的机械力的数据，评估单元，所述评估单元可配置为使用表示由所述感测单元提供的机械力的数据来推断表示所述飞翔主体相对于所述参考点的位置和/或姿态的数据，以及控制单元，所述控制单元用于致动所述致动器；其中，所述评估单元的评估结果被发送给所述控制单元以控制所述飞翔主体执行预定机动，所述预定机动与所述控制单元接收的数据相关联，其中，所述评估结果包括表示如下各项中至少一个的数据：力的量值、力的量值的改变、力的方向和力序列。

【技术特征摘要】
2012.08.17 US 61/684,2921.一种用于控制飞行的设备，包括：飞翔主体，所述飞翔主体包括飞行装置和至少一个致动器，所述致动器被配置为驱动所述飞行装置，和机械设备，所述机械设备包括绳，所述绳用于机械地并且可操作地把所述飞翔主体连接到距所述飞翔主体遥远的参考点，所述飞翔主体还包括：传感器，所述传感器用于提供表示如下各项中至少一个的数据：所述飞翔主体的加速度、姿态和旋转速率，感测单元，所述感测单元可操作为处理从所述传感器接收的信息，以提取关于由所述飞翔主体与所述参考点的机械连接引起的机械力的数据，评估单元，所述评估单元可配置为使用表示由所述感测单元提供的机械力的数据来推断表示所述飞翔主体相对于所述参考点的位置和/或姿态的数据，以及控制单元，所述控制单元用于致动所述致动器；其中，所述评估单元的评估结果被发送给所述控制单元以控制所述飞翔主体执行预定机动，所述预定机动与所述控制单元接收的数据相关联，其中，所述评估结果包括表示如下各项中至少一个的数据：力的量值、力的量值的改变、力的方向和力序列。2.根据权利要求1所述的设备，还包括存储器单元，所述存储器单元用于存储关于过去传感器读数、和所述飞翔主体和绳的属性、以及操作状态或用户命令的数据。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述评估单元评估所述位置和/或姿态的数据，与来自所述存储器单元的数据组合，从而以计算方式检测所述力的方向和所述力的量值中的至少一个的序列或样式。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传感器能够提供将由所述评估单元使用的数据，以便提供用户与所述飞翔主体之间的角和所述飞翔主体的重力的方向与所述飞翔主体的向上的方向之间的角的估计以及改进与飞行平台的用户交互。5.根据权利要求4所述的设备，其中，如果所述飞翔主体的高度或所述绳的长度存储在存储器单元中，或者所述飞翔主体的高度或所述绳的长度未知但是保持固定，则这些角估计被用于使用所述评估单元来产生位置和/或姿态估计。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述位置和/或姿态估计允许所述控制单元主动稳定所述飞翔主体相对于所述参考点的位置和/或姿态。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述位置和/或姿态是部分或全3D位置和/或姿态。8.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述感测单元还用于处理来自所述飞翔主体...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·韦贝，S·鲁帕欣，M·赫恩，R·达安德里，
申请(专利权)人：展望机器人股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH