[发明专利]用于在多旋翼无人机（UAV）中强健的轨迹跟踪的通用控制器

说明书

公开了一种用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹跟踪的通用控制器。特定的实施例包括：传感器系统，用于测量多旋翼无人机(UAV)的位置和取向；以及飞行控制系统，耦合至该传感器系统，该飞行控制系统被配置成用于：从传感器系统获取位置和取向数据；使用微分器从该位置和取向数据生成多个导数；应用解耦控制律，以在三维(3D)空间中近似地将转换动力学从彼此解耦；使用多个导数和经解耦的动力学来计算3D空间的每个维度上的期望轨迹与实际轨迹之间的误差值；以及生成控制信号来改变多个推力元件的速度，以抵消3D空间的每个维度上的所计算的误差值。

技术领域

本专利申请涉及根据各种示例实施例的电子系统、移动设备、无人机(UAV)以及计算机实现的软件，更具体地涉及用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹跟踪的通用控制器。

背景技术

包括遥控飞机的自主系统是正在我们世界的所有方面中(例如，农场、仓库、医院、商业捕鱼、家庭、办公室、交付、林业管理、灾难情景等)找到应用的快速增长的市场。多旋翼无人机(UAV)(包括如四旋翼机的多旋翼飞行器)也是快速发展的航空机器人学领域。事实上，四旋翼航空机器人载具已经成为世界范围内机器人学研究的标准平台。四旋翼机已经具有足够的有效载荷和飞行续航能力来支持多种室内和室外应用。电池改进、自主操作和其他技术正在迅速扩大商业机会的范围。然而，室内和室外应用的增加也在UAV的有效载荷和配置方面产生更宽的可变性。结果是，必须花费大量的时间和成本来重新配置、修改和/或重新调整用于各种有效载荷和配置的UAV控制器，以维持针对自主导航的精确轨迹跟踪。

附图说明

在附图的图中通过示例的方式而非通过限制的方式图示了各实施例，其中：

图1A、1B和1C相对于UAV必须在其中受控的运动维度图示了常规的四轴直升机、四旋翼或多旋翼UAV；

图2图示了用于控制四旋翼机的常规的基于模型的控制过程；

图3和图4图示了用于控制四旋翼机的常规的比例-积分-微分(PID)控制过程。

图5图示了根据示例实施例的多旋翼UAV和地面控制器的框图。

图6图示了根据示例实施例的飞行控制系统和轨迹控制逻辑的示例实施例的框图；

图7图示了根据示例实施例的用于控制多旋翼UAV的参数不敏感的控制过程；

图8是图示了如本文中所描述的方法的示例实施例的处理流程图；以及

图9示出了移动计算和/或通信系统的示例形式的机器的图示性表示，在该移动计算和/或通信系统内，一组指令当被执行时和/或处理逻辑当被激活时可使得机器执行如本文中描述和/或要求保护的方法中的任何一个或多个方法。

具体实施方式

在以下描述中，出于解释的目的阐述了许多具体的细节以提供对各实施例的透彻理解。然而，将对本领域普通技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体的细节的情况下实践各实施例。

在本文中所描述的各实施例中，公开了一种用于在多旋翼无人机(UAV)中强健的轨迹控制的通用控制器。描述了示例实施例，其中UAV控制器被配置为在UAV的自主飞行期间对UAV中的参数的变化不敏感。结果是，该控制器能够在各种应用中与任何多旋翼UAV一起使用，对用于自主操作的控制器需要很少的修改、调整或重新配置或不需要修改、调整或重新配置。本文中所描述的各实施例改进了强健的轨迹跟踪控制器的控制设计，因此该经改进的控制器不需要对多旋翼UAV系统的参数的了解。由此，该改进的控制器对UAV中的参数的变化不敏感。