本實(shí)用新型屬于無(wú)人飛行器控制領(lǐng)域，特別是涉及一種無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置。

背景技術(shù)：

無(wú)人飛行器因?yàn)槠滹w行性能與成本平衡接近用戶的接受水平，所以開(kāi)始得到較為廣泛的應(yīng)用，尤其是以航拍為主要應(yīng)用領(lǐng)域，以多旋翼飛行器為主要架構(gòu)的無(wú)人飛行器，由于能夠?qū)崿F(xiàn)空中懸停，并且相對(duì)于傳統(tǒng)的固定翼飛行器來(lái)說(shuō)，起飛、降落、空中飛行控制都變得更為簡(jiǎn)單，因此成為了時(shí)下熱潮。

對(duì)于如上所述的多旋翼飛行器而言，一個(gè)非常重要的性能就是空中懸停的穩(wěn)定性。空中懸停是多旋翼飛行器在空中飛行活動(dòng)的基礎(chǔ)，一般而言，較為成熟的多旋翼飛行器，在沒(méi)有接收到任何控制指令或者說(shuō)出現(xiàn)了突發(fā)事故的時(shí)候，均會(huì)自動(dòng)控制在空中懸停狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，飛行器本身的安全得以保障，并且對(duì)于操縱者來(lái)說(shuō)，其心理壓力也大大減輕。

舉例來(lái)說(shuō)，如果有玩過(guò)小型無(wú)人飛行器的玩家應(yīng)該有這種體會(huì)，超小型的無(wú)人飛行器由于娛樂(lè)性和體積成本控制的考慮，并未設(shè)置自動(dòng)懸停功能，所以這種小飛行器只有在接收到用戶的輸入控制指令才會(huì)改變飛行狀態(tài)，飛行器上預(yù)設(shè)的陀螺儀和飛控僅能確保該飛行器在空中飛行時(shí)的平衡而已。具體來(lái)說(shuō)，就是用戶輸入的指令非常迅速的體現(xiàn)在飛行器的飛行動(dòng)作上，這時(shí)，用戶操作飛行器非常的緊張，因?yàn)闊o(wú)人飛行器就像是沒(méi)頭蒼蠅一樣在空中到處行動(dòng)，用戶想要保持飛行器在空中一定高度已經(jīng)不太容易了，因此此時(shí)用戶需要全力確保該飛行器的遙控器的升降軸指令在一個(gè)極為準(zhǔn)確的范圍內(nèi)，但是此時(shí)飛行器往往還因?yàn)轱h逸誤差會(huì)存在水平方向的穩(wěn)定移動(dòng)，未受訓(xùn)練的用戶要在保持合適飛行高度的同時(shí)，馬上判斷出飛行器的朝向和飄逸，然后輸入對(duì)應(yīng)的水平方向飛行控制指令，使得飛行器向用戶所期望的方向飛行，近乎一個(gè)不可能完成的任務(wù)。由此例可見(jiàn)，能夠穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)空中懸停，讓用戶能夠從容的判斷飛行器的朝向，從而準(zhǔn)確輸入飛行控制指令，是非常重要的基礎(chǔ)功能，事實(shí)上，可以說(shuō)是，除了自平衡之外，多旋翼飛行器最重要的基礎(chǔ)飛行控制功能。

當(dāng)前的空中懸停往往是通過(guò)對(duì)無(wú)人飛行器當(dāng)前的位置不斷進(jìn)行判斷，然后對(duì)其漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)實(shí)施的，這種空中懸停的具體實(shí)現(xiàn)，需要消耗無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)的能耗，影響到了飛行器的續(xù)航能力和飛行表現(xiàn)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

專利文獻(xiàn)CN104536453 A公開(kāi)的一種飛行器的控制方法包括以下步驟：根據(jù)檢測(cè)到的當(dāng)前垂直方向的位置和加速度，通過(guò)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及負(fù)反饋雙閉環(huán)控制得到飛行器在機(jī)體坐標(biāo)系中垂直方向上的推力；根據(jù)檢測(cè)到的當(dāng)前經(jīng)緯度值和水平方向的速度，通過(guò)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及負(fù)反饋雙閉環(huán)控制得到飛行器在機(jī)體坐標(biāo)系中水平方向的控制量；根據(jù)檢測(cè)到的當(dāng)前垂直方向和水平方向的磁感應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換及反饋控制得到航向方向的控制量；根據(jù)所述垂直方向上的推力、水平方向的控制量和航向方向的控制量，控制飛行器飛行至目標(biāo)位置。該專利只是得到在三維方向的控制量以穩(wěn)定飛行，即得到三維方向上的精確動(dòng)力控制，而并不是基于所述空間位置的偏離變化得到反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶?，無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸停控制的動(dòng)態(tài)平衡，無(wú)法節(jié)約能耗，影響到了飛行器的續(xù)航能力和飛行表現(xiàn)。

專利文獻(xiàn)CN105487555 A公開(kāi)的一種無(wú)人機(jī)的懸停定位方法包括：當(dāng)無(wú)人機(jī)處于懸停狀態(tài)后，鏡頭朝下初次拍攝特定區(qū)域的圖像，確定所述特定區(qū)域的圖像中的多個(gè)特征物體，以及通過(guò)在所述特定區(qū)域的圖像中建立坐標(biāo)系確定所述多個(gè)特征物體的初始坐標(biāo)；按照預(yù)設(shè)周期連續(xù)拍攝同一特定區(qū)域的圖像，確定所述同一特定區(qū)域的圖像中的與所述初次拍攝特定區(qū)域的圖像中相同的多個(gè)特征物體，以及通過(guò)在所述同一特定區(qū)域的圖像中建立與所述初次拍攝特定區(qū)域的圖像中相同的坐標(biāo)系確定所述多個(gè)特征物體的坐標(biāo)；當(dāng)確定所述同一特定區(qū)域的圖像中的所述多個(gè)特征物體的坐標(biāo)與初始坐標(biāo)的變化位于第一預(yù)設(shè)范圍之外時(shí)，調(diào)整所述無(wú)人機(jī)的方向，使所述無(wú)人機(jī)下一次拍攝的同一特定區(qū)域的圖像中的所述多個(gè)特征物體的坐標(biāo)與初始坐標(biāo)的變化值位于所述第一預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。該專利周期性的拍攝水平面的圖像實(shí)時(shí)監(jiān)督該無(wú)人機(jī)的懸停定位狀態(tài)，提高了定位的精準(zhǔn)度。但該專利的懸停方法依賴于拍攝設(shè)備的拍攝圖像，僅適合于在比較低或者室內(nèi)等離相對(duì)物比較近的情況下使用，并不適用于無(wú)人飛行器在高空中懸停，特別是附近沒(méi)有可拍攝的相對(duì)物的情況，因此，該專利應(yīng)用范圍小，另外，該專利使用拍攝設(shè)備拍攝圖像和識(shí)別圖像定位，誤差大，精確度低，不能自動(dòng)獲得反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶睿瑹o(wú)法實(shí)現(xiàn)懸?？刂频膭?dòng)態(tài)平衡，無(wú)法節(jié)約能耗，影響到了飛行器的續(xù)航能力和飛行表現(xiàn)。

專利文獻(xiàn)CN204197284公開(kāi)的一種微型懸停四旋翼無(wú)人機(jī)主要包括主機(jī)體(1)、控制系統(tǒng)(2)、姿態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊(3)、姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(4)、姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)(5)、動(dòng)作調(diào)整器(6)，其中：控制系統(tǒng)(2)與姿態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊(3)連接，姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(4)與姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)(5)連接，姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)(5)與動(dòng)作調(diào)整器(6)連接。該專利可垂直起降和懸停，適用于狹小空間的工作環(huán)境。但該專利部件多，成本大，姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)累積誤差大，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間獲得準(zhǔn)確的空間位置信息，該專利也無(wú)法自動(dòng)獲得反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶?，無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸停控制的動(dòng)態(tài)平衡，無(wú)法節(jié)約能耗，影響到了飛行器的續(xù)航能力和飛行表現(xiàn)。

因此，本領(lǐng)域急需要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，在任何環(huán)境下，都能保持良好的空中懸停性能，無(wú)論是在地磁干擾小、風(fēng)力影響小的較好環(huán)境下，還是在地磁干擾大、風(fēng)力影響大的惡劣環(huán)境下，都能確保良好的空中懸停性能，能夠準(zhǔn)確的空間位置信息，自動(dòng)獲得反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶?，?shí)現(xiàn)懸停控制的動(dòng)態(tài)平衡；進(jìn)一步地，以最節(jié)能的方式保持空中懸停，在不需要的時(shí)候，降低系統(tǒng)反復(fù)進(jìn)行位置矯正的頻率，能夠節(jié)省系統(tǒng)能耗，提高無(wú)人飛行器的續(xù)航能力和飛行表現(xiàn)。

在背景技術(shù)部分中公開(kāi)的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本實(shí)用新型背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國(guó)中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型關(guān)注到以上問(wèn)題，提出了一種無(wú)人飛行器的懸停控制裝置。

本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，一種無(wú)人飛行器的懸停控制裝置包括用于掃描無(wú)人飛行器空間位置的位置測(cè)量設(shè)備、連接所述位置測(cè)量設(shè)備的負(fù)反饋控制器和致動(dòng)無(wú)人飛行器運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)裝置，所述負(fù)反饋控制器設(shè)有比較所述位置測(cè)量設(shè)備發(fā)送的空間位置信息的比較器和生成反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶畹男盘?hào)生成器，所述信號(hào)生成器發(fā)送所述指令到所述致動(dòng)裝置。

優(yōu)選地，比較設(shè)定的無(wú)人飛行器的懸停位置和所述位置測(cè)量設(shè)備發(fā)送的空間位置的所述比較器連接生成所述空間位置和懸停位置之間的差值作為反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶畹男盘?hào)生成器，所述致動(dòng)裝置執(zhí)行所述指令。

優(yōu)選地，所述致動(dòng)裝置是無(wú)人飛行器自身的飛行控制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述位置測(cè)量設(shè)備是由衛(wèi)星定位模塊和高度傳感器組成的位置測(cè)量設(shè)備。

優(yōu)選地，所述衛(wèi)星定位模塊是GPS定位模塊或北斗定位模塊，所述高度傳感器是高度計(jì)或超聲波測(cè)距傳感器。

優(yōu)選地，所述位置測(cè)量設(shè)備是由陀螺儀和加速度計(jì)組成的慣性測(cè)量設(shè)備。

優(yōu)選地，所述位置測(cè)量設(shè)備是超聲波測(cè)距傳感器、和/或圖像定位設(shè)備。

優(yōu)選地，所述負(fù)反饋控制器為PID控制器、通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路ASIC，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA、模擬電路或數(shù)字電路。

優(yōu)選地，所述位置測(cè)量設(shè)備設(shè)有掃描頻率調(diào)節(jié)器。

優(yōu)選地，所述掃描頻率調(diào)節(jié)器設(shè)有存儲(chǔ)掃描頻率調(diào)節(jié)模式的存儲(chǔ)器。

上述說(shuō)明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠使得本實(shí)用新型的技術(shù)手段更加清楚明白，達(dá)到本領(lǐng)域技術(shù)人員可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施的程度，并且為了能夠讓本實(shí)用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，下面以本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行舉例說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選的具體實(shí)施方式中的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。說(shuō)明書(shū)附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。顯而易見(jiàn)地，下面描述的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個(gè)附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置的結(jié)構(gòu)示意圖。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的解釋。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本實(shí)用新型，并且能夠?qū)⒈緦?shí)用新型的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

需要說(shuō)明的是，在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可以理解，技術(shù)人員可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求并不以名詞的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”或“包括”為一開(kāi)放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。說(shuō)明書(shū)后續(xù)描述為實(shí)施本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明書(shū)的一般原則為目的，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。

為便于對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)附圖并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的限定。

圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型實(shí)施例將結(jié)合圖1進(jìn)行具體說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例提供了一種無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置，無(wú)用于掃描無(wú)人飛行器空間位置的位置測(cè)量設(shè)備1、連接所述位置測(cè)量設(shè)備1的負(fù)反饋控制器2和致動(dòng)無(wú)人飛行器運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)裝置3，所述負(fù)反饋控制器2設(shè)有比較所述位置測(cè)量設(shè)備1發(fā)送的空間位置信息的比較器和生成反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶畹男盘?hào)生成器，所述信號(hào)生成器發(fā)送所述指令到所述致動(dòng)裝置3。

實(shí)施例中，無(wú)人飛行器簡(jiǎn)稱“無(wú)人機(jī)”，英文縮寫(xiě)為“UAV”(unmanned aerial vehicle)，是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。從技術(shù)角度定義可以分為：無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇、無(wú)人傘翼機(jī)等。

本實(shí)用新型實(shí)施例中優(yōu)選的無(wú)人飛行器為多旋翼無(wú)人飛行器，多旋翼無(wú)人飛行器可以是四旋翼、六旋翼及旋翼數(shù)量大于六的無(wú)人飛行器。

本實(shí)用新型技術(shù)方案采用的無(wú)人飛行器主要是指小、微型多旋翼無(wú)人飛行器，這種無(wú)人飛行器體積小、成本低、飛行穩(wěn)定性較好，飛行成本低等。本實(shí)用新型使用的飛行器，典型的以四軸多旋翼飛行器為代表。

本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選的是，所述負(fù)反饋控制器2設(shè)定無(wú)人飛行器的懸停位置，當(dāng)位置測(cè)量設(shè)備1發(fā)送的空間位置偏離所述懸停位置，負(fù)反饋控制器2生成所述空間位置和懸停位置之間的差值作為反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶钋野l(fā)送到所述致動(dòng)裝置3，所述致動(dòng)裝置3執(zhí)行所述指令使得無(wú)人飛行器補(bǔ)償所述差值。在實(shí)施例中，負(fù)反饋控制器2可以將用戶期望的空間位置設(shè)為懸停位置，也可以將初始懸停位置作為將要懸停的懸停位置，還可以自動(dòng)將上一個(gè)懸停位置作為懸停位置。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)反饋控制器設(shè)有用于比較所述空間位置和懸停位置之間的差值的比較單元和生成反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶畹奶幚韱卧?/p>

本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選的是，當(dāng)所述致動(dòng)裝置3是無(wú)人飛行器自身的飛行控制系統(tǒng)或者是布置在無(wú)人飛行器的多個(gè)方向上的動(dòng)力噴射裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，飛行控制系統(tǒng)接收且執(zhí)行反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶钍沟脽o(wú)人飛行器的空間位置回復(fù)到懸停位置，即偏離前的空間位置。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)裝置3可以是在三個(gè)維度方向上設(shè)置的動(dòng)力噴射裝置，例如矢量噴射器等。該動(dòng)力噴射裝置接收且執(zhí)行反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶钍沟脽o(wú)人飛行器的空間位置回復(fù)到懸停位置，即偏離前的空間位置。

由于無(wú)人飛行器在空中的飛行實(shí)際涉及到的自由度遠(yuǎn)比地面上行動(dòng)的車輛要多，所以無(wú)人飛行器的空中懸停，首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)自身位置的監(jiān)測(cè)，然后通過(guò)定期對(duì)自身位置的監(jiān)測(cè)，在發(fā)現(xiàn)前后監(jiān)測(cè)到的位置發(fā)生了變化的時(shí)候，補(bǔ)償上述變化，即可實(shí)現(xiàn)空中懸停。之所以會(huì)發(fā)生漂移的原因有很多可能，比如室內(nèi)外環(huán)境中存在較大的側(cè)風(fēng)，再如一些未知磁場(chǎng)的干擾，再如甚至有人通過(guò)扯拽無(wú)人機(jī)使其脫離原始位置。從上述內(nèi)容可知，無(wú)人飛行器空中懸停的基礎(chǔ)是要能夠在水平方向和高度方向上實(shí)現(xiàn)位置監(jiān)測(cè)與矯正。

本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選的是，所述位置測(cè)量設(shè)備1是由衛(wèi)星定位模塊和高度傳感器組成的用于掃描空間位置的位置測(cè)量設(shè)備，和/或由陀螺儀和加速度計(jì)組成的慣性測(cè)量設(shè)備、和/或超聲波測(cè)距傳感器、和/或圖像定位設(shè)備。

其中，在水平方向的位置監(jiān)測(cè)或坐標(biāo)獲取上，水平位置的坐標(biāo)則由GPS模塊本文中的GPS為示意性的說(shuō)明全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其也可以采用俄羅斯或者中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并非限于使用美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)確定，在沒(méi)有GPS信號(hào)的室內(nèi)，一般是通過(guò)光流法等圖像識(shí)別算法來(lái)實(shí)現(xiàn)水平位置的坐標(biāo)確認(rèn)和矯正，在高度方向的位置監(jiān)測(cè)或坐標(biāo)獲取上，高度一般來(lái)說(shuō)是通過(guò)超聲波傳感器測(cè)量與地面的距離，或者是氣壓高度計(jì)，其基于高度會(huì)影響大氣壓的變化來(lái)測(cè)量。

當(dāng)然，GPS也可以提供高度信息，但對(duì)于主流的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，更傾向于使用氣壓計(jì)，因?yàn)榈统杀镜腉PS的數(shù)據(jù)刷新率太低，若運(yùn)動(dòng)速度太大則由于數(shù)據(jù)滯后有可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)墜落。

另外除了上述利用傳感器測(cè)量的模式來(lái)定位外，還有一種“姿態(tài)模式”，這種模式依靠的是內(nèi)部的IMU慣性測(cè)量設(shè)備，可以又一組陀螺儀+加速度計(jì)傳感器來(lái)識(shí)別自身的飛行狀態(tài)和相對(duì)位移。通過(guò)對(duì)IMU的數(shù)據(jù)的反向分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)偏移的位置補(bǔ)償。

在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，例如以GPS模式為例，當(dāng)無(wú)人飛行器受到外界影響，高度有升高或者降低的趨勢(shì)時(shí)，負(fù)反饋控制器2比較偏離了預(yù)設(shè)的懸停位置的空間位置，發(fā)送反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償指令自動(dòng)調(diào)整回來(lái)，即通過(guò)致動(dòng)裝置3降低偏離的高度或升高偏離鄂高度，致動(dòng)裝置可調(diào)節(jié)馬達(dá)的功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆捶较蜻\(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；如果無(wú)人飛行器被風(fēng)橫向吹離懸停位置，位置測(cè)量設(shè)備1測(cè)量并發(fā)送偏離所述懸停位置的空間位置，負(fù)反饋控制器2生成所述空間位置和懸停位置之間的差值作為反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶钋野l(fā)送到所述致動(dòng)裝置3，所述致動(dòng)裝置3執(zhí)行所述指令使得無(wú)人飛行器補(bǔ)償所述差值，例如，可以啟動(dòng)側(cè)飛模式與之抵消——這些反應(yīng)都是比較快的，只要外界影響不是大得離譜，專業(yè)多軸無(wú)人飛行器一般抗四級(jí)風(fēng)到六級(jí)風(fēng)都沒(méi)有問(wèn)題，專業(yè)的無(wú)人飛行器都可以應(yīng)付得來(lái)，你所看到的就是它穩(wěn)穩(wěn)地定在那里沒(méi)有動(dòng)。

在天氣不是很好，GPS搜星困難或者室內(nèi)沒(méi)有GPS信號(hào)的時(shí)候，所述位置測(cè)量設(shè)備1是由陀螺儀和加速度計(jì)組成的慣性測(cè)量設(shè)備，姿態(tài)模式就派上用場(chǎng)了。依靠無(wú)人機(jī)內(nèi)部的IMU慣性測(cè)量設(shè)備，系統(tǒng)可以識(shí)別當(dāng)前的飛行姿態(tài)，進(jìn)行自動(dòng)平衡補(bǔ)償，同樣可以實(shí)現(xiàn)高度和水平位置的鎖定。通俗的說(shuō)，只要是通過(guò)IMU慣性測(cè)量設(shè)備監(jiān)測(cè)和記錄下，在無(wú)人飛行器并未接收到來(lái)自遙控器的飛行控制指令的情況下，飛行器所發(fā)生的位置偏移，然后通過(guò)反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞?，補(bǔ)償這部分偏移，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自平衡。此種方式，由于IMU慣性測(cè)量設(shè)備的積分累計(jì)誤差，長(zhǎng)時(shí)間單獨(dú)使用IMU單元來(lái)實(shí)現(xiàn)空中懸停的效果不是很好，所以，進(jìn)一步地，所述IMU慣性測(cè)量設(shè)備中設(shè)有校準(zhǔn)模塊以避免長(zhǎng)時(shí)間累積誤差，提高了慣性測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性。

在沒(méi)有GPS信號(hào)的室內(nèi)，通過(guò)光流法等視覺(jué)圖像定位方法也可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)懸停。在室內(nèi)還可以使用超聲測(cè)距方法，該方法是通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即:s＝340t/2。于超聲波指向性強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量。尤其是在如上所述的室內(nèi)環(huán)境中，利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，舉例來(lái)說(shuō)，只要在若干方向上(比如：前、左、右三個(gè)方向)安裝了超聲波測(cè)距系統(tǒng)，就能讓飛行器在若干個(gè)方向上得到一個(gè)相對(duì)位置坐標(biāo)。根據(jù)該相對(duì)位置坐標(biāo)，就能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)懸停位置矯正。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述衛(wèi)星定位模塊是GPS定位模塊或北斗定位模塊，所述高度傳感器是高度計(jì)或超聲波測(cè)距傳感器，所述圖像定位設(shè)備是光流法圖像定位設(shè)備。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述負(fù)反饋控制器2為PID控制器、通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路ASIC，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA、模擬電路或數(shù)字電路，所述負(fù)反饋控制器2將初始懸停位置或上一個(gè)懸停位置設(shè)定為無(wú)人飛行器的懸停位置。

圖2為本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的無(wú)人飛行器的懸停控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型實(shí)施例將結(jié)合圖2進(jìn)行具體說(shuō)明。

現(xiàn)有方式對(duì)于上述空中懸停功能的局限性在于往往是通過(guò)出廠前的產(chǎn)品測(cè)試來(lái)確定一個(gè)空中懸停過(guò)程中的適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)獲取頻率，然后根據(jù)該頻率定期進(jìn)行坐標(biāo)位置的掃描獲取以及位置補(bǔ)償，這種頻率是相對(duì)固定的。這種模式的局限性在于，由于考慮到極端情況下比如，環(huán)境風(fēng)力較大的情況下無(wú)人飛行器的空中懸停表現(xiàn)，系統(tǒng)不得不將該掃描頻率設(shè)置的較高，如此在用戶看來(lái)，無(wú)人飛行器才是保持在空中相對(duì)不動(dòng)的懸停狀態(tài)，如果環(huán)境影響較大，而懸停模式的掃描頻率低，處理速度慢，那么在用戶看來(lái)，無(wú)人飛行器在空中就處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，始終是在偏移和恢復(fù)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。但是這種掃描頻率又不是設(shè)置的越高越好，當(dāng)這個(gè)頻率設(shè)置的越高，則對(duì)系統(tǒng)造成的負(fù)擔(dān)越大，這種掃描不僅是數(shù)據(jù)的讀取而已，還包括后續(xù)對(duì)于數(shù)據(jù)的一系列處理，以及可能調(diào)動(dòng)一系列的系統(tǒng)資源去完成無(wú)人飛行器的動(dòng)作。

舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)采用30ms的時(shí)間周期作為掃描頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)空中懸停以及系統(tǒng)采用300ms的時(shí)間周期作為掃描頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)空中懸停的時(shí)候，在不同的環(huán)境下表現(xiàn)可能完全不同，也可能沒(méi)什么差異。比如在環(huán)境影響惡劣的時(shí)候，掃描頻率為30ms的空中懸停表現(xiàn)會(huì)更加穩(wěn)定，但是在環(huán)境影響很小的時(shí)候，掃描頻率為300ms的空中懸停表現(xiàn)也沒(méi)什么差異，并且同時(shí)還降低了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提升了無(wú)人飛行器的續(xù)航能力。

如圖2所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例提供了一種無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置，無(wú)人飛行器的懸?？刂蒲b置包括用于掃描無(wú)人飛行器空間位置的位置測(cè)量設(shè)備1、連接所述位置測(cè)量設(shè)備1的負(fù)反饋控制器2和致動(dòng)無(wú)人飛行器運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)裝置3，所述負(fù)反饋控制器2基于所述空間位置的偏離變化生成反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶钋野l(fā)送到所述致動(dòng)裝置3，其中，所述位置測(cè)量設(shè)備1設(shè)有掃描頻率調(diào)節(jié)器4，當(dāng)在N個(gè)掃描周期內(nèi)，其中N＝1，2，3···，所述負(fù)反饋控制器2生成的指令小于第一閾值，所述掃描頻率調(diào)節(jié)器4降低所述位置測(cè)量設(shè)備1的掃描頻率，其中，N個(gè)掃描周期是連續(xù)的或不連續(xù)的。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)在M個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，其中M＝1，2，3···，所述負(fù)反饋控制器2生成的指令大于第二閾值，所述掃描頻率調(diào)節(jié)器4提高所述位置測(cè)量設(shè)備1的掃描頻率，其中，M個(gè)掃描周期是連續(xù)的或不連續(xù)的。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述位置測(cè)量模塊設(shè)有掃描頻率調(diào)節(jié)模塊，所述掃描頻率調(diào)節(jié)模塊基于所述指令調(diào)整所述位置測(cè)量模塊的掃描頻率。其中，由于指令是基于所述空間位置的偏離變化生成，因此，指令反映了空間位置的偏離大小，例如水平偏離了10厘米，指令即為水平返回10厘米，例如設(shè)定偏離100厘米閾值以上為預(yù)警條件，10厘米遠(yuǎn)小于該閾值，因此，所述掃描頻率調(diào)節(jié)模塊基于所述指令例如降低掃描頻率，調(diào)整所述位置測(cè)量模塊的掃描頻率。例如設(shè)定偏離2厘米閾值以上為預(yù)警條件，10厘米遠(yuǎn)大于該閾值，因此，所述掃描頻率調(diào)節(jié)模塊基于所述指令例如提高掃描頻率，調(diào)整所述位置測(cè)量模塊的掃描頻率。另外，還可以基于所述指令生成的頻率來(lái)調(diào)整所述位置測(cè)量模塊的掃描頻率。該反向補(bǔ)償指令產(chǎn)生的頻率越高，也就意味著當(dāng)前飛行器的偏移發(fā)生的越頻繁，此時(shí)應(yīng)提高位置測(cè)量模塊的掃描頻率。

本實(shí)用新型實(shí)施例優(yōu)選的是，事先設(shè)定若干個(gè)具有不同掃描頻率的空中懸停飛行控制模式，基于當(dāng)前無(wú)人飛行器所處的環(huán)境來(lái)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置該空中懸停飛行控制模式，在環(huán)境影響小的情況下，使用低頻的空中懸停飛行控制模式，在環(huán)境影響大的情況下，使用高頻的空中懸停飛行控制模式。這樣能夠取得空中懸停能力表現(xiàn)與空中懸停功能消耗的均衡，既不影響飛行器的基本性能，也更加環(huán)保節(jié)能。判斷環(huán)境影響大小的條件可以基于一個(gè)或者連續(xù)/不連續(xù)的若干個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，無(wú)人飛行器的歷史偏移表現(xiàn)來(lái)確定。舉例來(lái)說(shuō)：在1個(gè)掃描周期內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移超出一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，可以判斷為環(huán)境影響大小程度提升一個(gè)級(jí)別影響大，對(duì)應(yīng)的將空中懸停飛行控制模式降低一個(gè)級(jí)別頻率高；反之，在1個(gè)掃描周期內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移低于一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，可以判斷為環(huán)境影響大小程度降低一個(gè)級(jí)別影響小，對(duì)應(yīng)的將空中懸停飛行控制模式提升一個(gè)級(jí)別頻率低。再如，在連續(xù)5個(gè)掃描周期內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移超出一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，可以判斷為環(huán)境影響大小程度提升一個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的將空中懸停飛行控制模式降低一個(gè)級(jí)別；反之，在連續(xù)5個(gè)掃描周期內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移低于一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，可以判斷為環(huán)境影響大小程度降低一個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的將空中懸停飛行控制模式提升一個(gè)級(jí)別。再如，在積累到非連續(xù)的5個(gè)掃描周期內(nèi)，均檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移超出一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，可以判斷為環(huán)境影響大小程度提升一個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的將空中懸停飛行控制模式降低一個(gè)級(jí)別；反之，在積累到非連續(xù)的5個(gè)掃描周期內(nèi)，均檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移低于一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，可以判斷為環(huán)境影響大小程度降低一個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的將空中懸停飛行控制模式提升一個(gè)級(jí)別。另外，由于當(dāng)前在飛行能力表現(xiàn)與節(jié)能二者之間，用戶暫時(shí)更加關(guān)注飛行表現(xiàn)能力，所以可以采用不同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)空中懸停飛行控制模式的提升和降低策略，比如當(dāng)檢測(cè)到1個(gè)位置偏移超出預(yù)定閾值的情況，即提升空中懸停飛行控制模式的級(jí)別頻率高，對(duì)應(yīng)的當(dāng)積累到非連續(xù)的5個(gè)掃描周期內(nèi)，均檢測(cè)到無(wú)人飛行器的位置偏移低于一個(gè)預(yù)定閾值的時(shí)候，才降低空中懸停飛行控制模式的級(jí)別頻率低。

盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的啟示下和在不脫離本實(shí)用新型權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本實(shí)用新型保護(hù)之列。