[發明專利]用于在多旋翼無人機（UAV）中強健的軌跡跟蹤的通用控制器

在審

• 申請號: 201580084504.9
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN108473200A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: D·戈麥斯古鐵雷斯;M·C·法爾康納
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64D45/00;B64C27/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 黃嵩泉;張欣

公開了一種用于在多旋翼無人機(UAV)中強健的軌跡跟蹤的通用控制器。特定的實施例包括：傳感器系統，用于測量多旋翼無人機(UAV)的位置和取向；以及飛行控制系統，耦合至該傳感器系統，該飛行控制系統被配置成用于：從傳感器系統獲取位置和取向數據；使用微分器從該位置和取向數據生成多個導數；應用解耦控制律，以在三維(3D)空間中近似地將轉換動力學從彼此解耦；使用多個導數和經解耦的動力學來計算3D空間的每個維度上的期望軌跡與實際軌跡之間的誤差值；以及生成控制信號來改變多個推力元件的速度，以抵消3D空間的每個維度上的所計算的誤差值。

技術領域

本專利申請涉及根據各種示例實施例的電子系統、移動設備、無人機(UAV)以及計算機實現的軟件，更具體地涉及用于在多旋翼無人機(UAV)中強健的軌跡跟蹤的通用控制器。

背景技術

包括遙控飛機的自主系統是正在我們世界的所有方面中(例如，農場、倉庫、醫院、商業捕魚、家庭、辦公室、交付、林業管理、災難情景等)找到應用的快速增長的市場。多旋翼無人機(UAV)(包括如四旋翼機的多旋翼飛行器)也是快速發展的航空機器人學領域。事實上，四旋翼航空機器人載具已經成為世界范圍內機器人學研究的標準平臺。四旋翼機已經具有足夠的有效載荷和飛行續航能力來支持多種室內和室外應用。電池改進、自主操作和其他技術正在迅速擴大商業機會的范圍。然而，室內和室外應用的增加也在UAV的有效載荷和配置方面產生更寬的可變性。結果是，必須花費大量的時間和成本來重新配置、修改和/或重新調整用于各種有效載荷和配置的UAV控制器，以維持針對自主導航的精確軌跡跟蹤。

附圖說明

在附圖的圖中通過示例的方式而非通過限制的方式圖示了各實施例，其中：

圖1A、1B和1C相對于UAV必須在其中受控的運動維度圖示了常規的四軸直升機、四旋翼或多旋翼UAV；

圖2圖示了用于控制四旋翼機的常規的基于模型的控制過程；

圖3和圖4圖示了用于控制四旋翼機的常規的比例-積分-微分(PID)控制過程。

圖5圖示了根據示例實施例的多旋翼UAV和地面控制器的框圖。

圖6圖示了根據示例實施例的飛行控制系統和軌跡控制邏輯的示例實施例的框圖；

圖7圖示了根據示例實施例的用于控制多旋翼UAV的參數不敏感的控制過程；

圖8是圖示了如本文中所描述的方法的示例實施例的處理流程圖；以及

圖9示出了移動計算和/或通信系統的示例形式的機器的圖示性表示，在該移動計算和/或通信系統內，一組指令當被執行時和/或處理邏輯當被激活時可使得機器執行如本文中描述和/或要求保護的方法中的任何一個或多個方法。

具體實施方式

在以下描述中，出于解釋的目的闡述了許多具體的細節以提供對各實施例的透徹理解。然而，將對本領域普通技術人員將顯而易見的是，可在沒有這些具體的細節的情況下實踐各實施例。

在本文中所描述的各實施例中，公開了一種用于在多旋翼無人機(UAV)中強健的軌跡控制的通用控制器。描述了示例實施例，其中UAV控制器被配置為在UAV的自主飛行期間對UAV中的參數的變化不敏感。結果是，該控制器能夠在各種應用中與任何多旋翼UAV一起使用，對用于自主操作的控制器需要很少的修改、調整或重新配置或不需要修改、調整或重新配置。本文中所描述的各實施例改進了強健的軌跡跟蹤控制器的控制設計，因此該經改進的控制器不需要對多旋翼UAV系統的參數的了解。由此，該改進的控制器對UAV中的參數的變化不敏感。