用于自适应云台的方法和系统

本申请是原申请“用于自适应云台的方法和系统”的分案申请，其中，原申请的申请日为2016年5月31，申请号为201680084334.9。

背景技术

在许多应用中，负载需要稳定，使得它们不受振动和不期望的移动的影响。一种用于稳定安装在可移动平台(例如，飞行器、人、载运工具)上的负载的技术是主动稳定。通常，诸如惯性稳定平台(ISP)或云台系统的主动稳定系统使用电机来抵消由运动传感器检测到的任何振动或不期望的移动。从控制角度来看，这种云台系统被构建为伺服运动控制系统，并且该系统的动态性能可受到负载的物理特性的影响。在一些情况下，难以使用一组固定的控制参数来控制具有不同物理特性(例如，惯性力矩)的负载。例如，在没有负载的情况下，系统的低惯性力矩可能导致系统经历不可控制的振荡，这可能损坏机械系统。在另一示例中，负载的不平衡安装可能引起大的惯性力矩，大的惯性力矩可能导致电机过载，这可能损坏电机。

发明内容

因此，需要一种设备和方法，其能够允许载体的稳定平台自动适应不同类型负载，并提供保护以免平台由于负载的不正确安装而受到损坏。本发明正解决了这个需要，还提供了相关优点。

在一个方面，本发明提供了一种用于控制载体的方法，所述载体被配置为支持多种不同类型负载。在实践中，所述方法可以包括：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载类型控制载体的移动，并且其中各控制参数组各自适合于控制支撑所述多种负载中的互不相同的一种类型的负载的载体。

在一些实施例中，可以在没有任何用户输入的情况下借助于一个或多个处理器从多个不同的控制参数组中自动选择所述控制参数组。在一些实施例中，当支撑所述多种不同类型中的所述类型的负载的载体处于运动中时，借助于一个或多个处理器从多个不同的控制参数组中选择所述控制参数组。所述控制载体的方法可以包括部分地基于所选的控制参数组来影响载体的移动。所述载体的移动包括载体的角位移、角速度和/或角加速度，并且相对于载体可操作地耦接的可移动物体实现所述载体的移动。在一些实施例中，可移动物体是手持支撑构件，并且载体通过可释放的耦接件可操作地耦接到可移动物体。在一些实施例中，当载体支撑所述多种不同类型负载中的所述类型的负载时，所选的控制参数组适合于实现载体的移动，以实现预定义水平的致动控制和/或响应速度。

在一些实施例中，载体可以控制的多种不同类型负载在以下方面中的至少一个方面是不同的：(i)质量；(ii)重心；(iii)尺寸；(iv)形状；(v)负载功能；或(vi)负载的材料类型。多种不同类型负载包括不同类型的成像装置。在一些实施例中，不同类型的成像装置被配置为以不同的配置可操作地耦接到载体。

在一些实施例中，本发明中使用的至少一个运动特性可以包括载体的振动运动。在一些情况下，可以使用位于载体上的一个或多个惯性传感器来获得振动运动。通过最初使用一个参考控制参数组实现载体的移动来产生载体的振动运动。在一些情况下，载体的振动运动指示载体对于所述参考控制参数组的扭矩响应，并且所述控制参数组是基于载体的扭矩响应从多个不同的控制参数组中选择的。所述参考控制参数组用于评估正由载体支撑的负载的类型。在一些实施例中，通过调整所述参考控制参数组中的一个或多个参数来获得多个不同的控制参数组，并且所述载体的至少一个运动特性被配置为由于调整所述参考控制参数组中的一个或多个参数而改变。由于调整所述参考控制参数组中的一个或多个参数，载体的振动运动发生改变。在一些情况下，当所述载体支撑所述多种不同类型负载中的所述类型的负载时，从所述多个不同的控制参数组中选择所述控制参数组，以减小所述载体的振动运动。在其他情况下，当所述载体支撑所述多种不同类型负载中的所述类型的负载时，从所述多个不同的控制参数组中选择所述控制参数组，以实现预定义级别的致动控制和/或响应速度。

在一些实施例中，从所述多个不同的控制参数组中选择所述控制参数组包括：将所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体针对多种不同类型负载的多个不同运动特性模型进行比较。在一些情况下，当所述载体的所述至少一个运动特性与针对对应类型的负载的运动特性模型匹配时，针对所述对应类型的负载选择所述控制参数组。

在一些实施例中，当载体支撑所述多种不同类型负载中的所述类型的负载时，可以在将信号施加于载体时获得所述载体的所述至少一个运动特性。在一些情况下，信号具有预先评估的频率和/或幅度。在一些情况下，载体可以包括至少一个电机，并且信号被增强到所述至少一个电机的输出扭矩。所述载体的运动特性包括载体的角加速度，并且使用位于载体上的一个或多个惯性传感器获得所述载体的角加速度。在这种情况下，从所述多个不同的控制参数组中选择所述控制参数组包括：将所述载体的所述角加速度与所述载体针对多种不同类型负载的多个不同角加速度响应进行比较。当所述载体的所述角加速度与针对对应类型的负载的角加速度响应匹配时，针对所述对应类型的负载选择所述控制参数组。

在一些实施例中，当载体支撑所述多种不同类型负载中的给定类型负载时，用于控制所述载体的控制参数组是合适的。在一些实施例中，载体是单轴云台或多轴云台，并且包括至少一个框架。载体包括至少一个电机，该电机用于相对于所述载体所耦接的可移动物体致动所述至少一个框架。载体可以与可移动物体可旋转地耦接，并被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。

在单独但相关的方面，本发明提供了一种用于控制载体的设备，所述载体被配置为支撑多种不同类型的负载，所述设备包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被各自地或共同地配置为：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载类型控制载体的移动，并且其中所述多个控制参数中的各控制参数组适合于在所述载体支撑不同类型负载时控制所述载体。

在另一相关方面，本发明提供了一种用于控制载体的系统，所述载体被配置为支持多种不同类型的负载，所述系统包括：可移动物体；所述载体，被配置成将所述多种不同类型负载中的某种类型的负载可操作地耦接到所述可移动物体；以及一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载类型控制载体的移动，并且其中所述多个控制参数中的各控制参数组适合于在载体支撑不同类型负载时控制所述载体。

在一些实施例中，由所述系统控制的载体是单轴云台或多轴云台，并且可以包括至少一个框架。载体可以包括至少一个电机，所述电机用于相对于所述载体所耦接的可移动物体致动所述至少一个框架。载体可以与可移动物体可旋转地耦接，并被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。在一些实施例中，可移动物体可以选自由无人机(UAV)或手持支撑件组成的组。

在单独的另一相关方面，本发明提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使计算机执行用于控制载体的方法，所述载体被配置为支撑多种不同类型的负载，所述方法包括：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载类型控制载体的移动，并且其中所述多个控制参数中的各控制参数组适合于在所述载体支撑不同类型负载时控制所述载体。

在另一方面，本发明提供了一种用于检测在载体上的负载的方法，所述载体被配置为支撑所述负载，所述方法包括：获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示所述载体和所述负载之间的耦接状态；以及基于所述至少一个运动特性，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(1)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)所述负载是否被正确安装。

在一些实施例中，在没有任何用户输入的情况下，借助于一个或多个处理器自动评估所述载体和所述负载之间的耦接状态。当所述载体支撑所述负载时，借助于一个或多个处理器自动评估所述载体和所述负载之间的耦接状态。在一些情况下，评估所述负载是否与所述载体耦接包括：将所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体的预定义运动特性进行比较，其中所述载体的预定义运动特性与所述载体在没有负载的情况下的状态相关联。此外，评估耦接状态可以包括：当所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体的所述预定义运动特性匹配时，评估所述负载未与所述载体耦接。备选地，当所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体的所述预定义运动特性不匹配时，评估所述负载与所述载体耦接。

在一些实施例中，当信号被施加到所述载体时获得在所述方法中使用的运动特性。在一些情况下，信号具有预先评估的频率和/或幅度。在一些情况下，载体可以包括至少一个电机，并且信号被增强到所述至少一个电机的输出扭矩。所述载体的运动特性包括载体的角加速度，并且使用位于载体上的一个或多个惯性传感器获得所述载体的角加速度。在这种情况下，评估所述负载是否与所述载体耦接包括：将所述载体的所述角加速度与所述载体的预定义角加速度响应进行比较，其中所述载体的预定义角加速度响应与所述载体在没有负载的情况下的状态相关联。此外，当所述载体的角加速度响应与所述载体的预定义角加速度响应匹配时，可以评估所述负载未与所述载体耦接。备选地，当所述载体的角加速度响应与所述载体的预定义角加速度响应不匹配时，所述负载与所述载体耦接。

在一些实施例中，评估负载的安装位置包括将所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体的多个不同运动特性模型进行比较。所述多个不同运动特性模型指示负载在多个不同安装位置中耦接到所述载体。在一些情况下，评估负载的安装位置还可以包括：当所述载体的所述至少一个运动特性与所述多个不同安装位置中的某安装位置的运动特性模型匹配时，从所述多个不同安装位置中选择所述安装位置。所述载体的所述至少一个运动特性包括所述载体的角加速度，并且其中所述多个不同的运动特性模型包括所述载体针对所述多个不同安装位置的多个不同的预定义的角加速度响应。

在一些实施例中，所述检测负载的方法还可以包括获得所述负载的至少一个物理特性，其中所述至少一个物理特性指示所述载体和所述负载之间的耦接状态；以及基于所述至少一个物理特性评估所述载体和所述负载之间的耦接状态。所述至少一个物理特性包括所述负载相对于所述载体上的参考点的接近度、所述负载的质量或所述负载的质量分布。在一些实施例中，使用位于所述载体上的一个或多个位置检测传感器获得所述至少一个物理特性。在一些情况下，位置检测传感器被配置为在一个或多个惯性传感器获得所述至少一个运动特性之前评估负载是否与载体耦接，其中所述位置检测传感器被配置为在一个或多个惯性传感器获得所述载体的所述至少一个运动特性之后评估所述负载的安装位置。所述位置检测传感器可以是被配置为检测所述负载和所述载体之间的距离的接近度传感器、是被配置为在将负载与载体耦接的情况下和/或在负载不与载体耦接的情况下检测所述载体的质量的质量传感器、或是光电传感器和/或触摸感应开关。

在一些实施例中，所述方法还可以包括：产生指示耦接状态的多个信号。第一信号是当评估负载与载体耦接时产生的，而第二信号是当评估负载不与载体耦接时产生的。第三信号是当评估负载在预定义的安装位置与载体耦接时产生的，而第四信号是当评估负载没有在预定义的安装位置与载体耦接时产生的。在一些情况下，预定义的安装位置对应于针对载体上的负载的合适安装位置。所述载体被配置为支撑多种不同类型的负载，且其中所述多种类型具有不同的预定义安装位置。

在一些实施例中，所述方法中使用的载体是单轴云台或多轴云台，并且包括至少一个框架。载体包括至少一个电机，该电机用于相对于所述载体所耦接的可移动物体致动所述至少一个框架。载体可以与可移动物体可旋转地耦接，并被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。所述载体可以被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。

在单独但相关的方面，本发明提供了一种用于检测在载体上的负载的设备，所述载体被配置为支撑负载，所述设备包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被各自地或共同地配置为：获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示所述载体和所述负载之间的耦接状态；以及基于所述至少一个运动特性，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(1)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)如果评估所述负载与所述载体耦接，则评估所述负载的安装位置。

在另一单独但相关的方面，本发明提供了一种用于检测在载体上的负载的系统，所述载体被配置为支撑所述负载，所述系统包括：可移动物体；载体，被配置为将所述负载可操作地耦接到所述可移动物体；以及一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示所述载体和所述负载之间的耦接状态；以及基于所述至少一个运动特性，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(1)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)如果评估所述负载与所述载体耦接，则评估所述负载的安装位置。

在另一相关方面，本发明提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使计算机执行用于检测在载体上的负载的方法，所述载体被配置为支撑负载，所述方法包括：获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示所述载体和所述负载之间的耦接状态；以及基于所述至少一个运动特性，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(1)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)如果评估所述负载与所述载体耦接，则评估所述负载的安装位置。

在另一方面，本发明提供了一种用于检测在载体上的负载的方法，所述载体被配置为支撑多种不同类型的负载，所述方法包括：获得所述负载的至少一个物理特性，其中所述至少一个物理特性指示所述载体和所述负载之间的耦接状态；基于所述至少一个物理特性评估所述载体和所述负载之间的耦接状态；其中评估耦接状态包括评估(1)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)如果评估所述负载与所述载体耦接，则评估所述负载的安装位置；以及如果评估所述载体与所述负载耦接，则选择用于控制所述载体的控制参数组。

在一些实施例中，所述方法还包括：基于所述物理特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载类型控制载体的移动，并且其中各控制参数组各自适合于控制支撑所述多种负载中的互不相同的一种类型负载的载体。在一些实施例中，所述多种不同类型负载在以下方面中的至少一个方面是不同的：(i)质量；(ii)重心；(iii)尺寸；(iv)形状；(v)负载功能；或(vi)负载的材料类型。在一些情况下，多种不同类型的负载包括不同类型的成像装置。在一些实施例中，所述至少一个物理特性包括所述负载相对于所述载体上的参考点的接近度、所述负载的质量或质量分布。在一些实施例中，可以使用位于所述载体上的一个或多个位置检测传感器获得所述至少一个物理特性。在一些实施例中，位置检测传感器被配置为在一个或多个惯性传感器获得所述至少一个运动特性之前评估负载是否与载体耦接，其中所述位置检测传感器被配置为在一个或多个惯性传感器获得所述载体的所述至少一个运动特性之后评估所述负载的安装位置。所述位置检测传感器可以是被配置为检测所述负载和所述载体之间的距离的接近度传感器、被配置为在负载与载体耦接的情况下和/或在负载不与载体耦接的情况下检测载体的质量的质量传感器、或光电传感器和/或触摸感应开关。在一些实施例中，所述方法中使用的载体是单轴云台或多轴云台，并且可以包括至少一个框架。载体可以包括至少一个电机，所述电机用于相对于所述载体所耦接的可移动物体致动所述至少一个框架。载体可以与可移动物体可旋转地耦接，并被配置为相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。在一些实施例中，可移动物体可以选自由无人机(UAV)或手持支撑件组成的组。

通过引用并入

将本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用并入本文，如同将每单个出版物、专利或专利申请具体和单独地指明通过引用并入本文。

附图说明

本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考下面的详细描述及其附图，将更好地理解本发明的特征和优点，所述详细描述中阐述了利用本发明的原理的说明性实施例，所述附图中：

图1示出了根据一些实施例的可以由载体支撑的多种不同类型负载。

图2示出了可以考虑用于确定控制参数的各种物理特性的示例。

图3示出了根据一些实施例的用于控制或稳定负载围绕多个轴的旋转运动的系统的示例。

图4示出了多个运动特性、惯性力矩控制参数之间的示例性关系。

图5示出了根据本发明实施例的可以在载体中实现的自适应控制方案的示例。

图6示出了根据本发明实施例的可以在载体中实现的自适应控制方案的另一示例。

图7示出了根据一些实施例的用于确定自适应控制参数的示例过程。

图8示出了根据实施例的包括负载检测器的载体的示例性框图。

图9示出了根据一些实施例的在显示装置上显示的耦接状态的示例。

图10示出了根据一些实施例的控制方案的示例。

图11示出了根据一些实施例的用于控制/稳定各种负载的示例设备。

图12是根据一些实施例的框架组件的框图，所述框架组件包括用于将负载支撑结构/负载连接到可移动物体的载体部件。

图13示出了根据实施例的包括载体平台和负载的可移动物体。

具体实施例

本公开提供了用于控制被配置为支持多种不同类型负载的载体的改进系统、方法和装置。在一些实施例中，可以使用控制负载的位置和/或朝向(姿态)的载体将所述负载与可移动物体(例如，诸如UAV、人、载运工具)耦接。负载可以具有较大范围的物理属性，诸如重量、形状、尺寸、惯性力矩等，其可以影响控制系统的动态性能。有利地，这里的实施例可以在确定最优控制参数时考虑负载以及载体的各种特性，从而增强系统对不同类型的负载的鲁棒性，从而改善控制系统的性能。

在一个方面，本发明提供了一种用于控制载体的方法，所述载体被配置为支持多种不同类型的负载。

在一些实施例中，载体可以被配置为支持多种不同类型的负载。如本文所述，可以针对负载提供载体，并且负载可以直接(例如，直接接触可移动物体)或间接(例如，不接触可移动物体)经由载体与可移动物体耦接。

参考图12，载体可以包括框架组件、电机组件和控制器组件。

所述框架组件可以包括彼此耦接的载体部件和负载支撑结构。载体部件可以是任何框架构件、连接构件、安装臂、连接臂、扭转臂、延伸臂、支撑框架等，其可以用于将负载支撑结构连接到可移动物体。在一些实施例中，可移动物体可以是诸如无人机(UAV)等航空载运工具。载体部件可以被配置为将负载支撑结构和/或负载连接到可移动物体，例如如图12所示。在一些实施例中，控制载体可以包括部分地基于所选的控制参数组来影响载体的移动。在一些实施例中，载体的移动可以包括所述载体相对于一个或多个轴的角位置、角速度和/或角加速度。

载体可以与可移动物体一体成型。备选地，载体可以可拆卸地与可移动物体耦接。载体可以直接或间接地与可移动物体耦接。载体可以提供对负载的支撑(例如，承载负载的至少一部分重量)。载体可以是能够稳定和/或引导负载的移动的合适的安装结构(例如，云台平台)。在一些实施例中，载体可以适于控制负载相对于可移动物体的状态(例如，位置和/或朝向)。载体可以与可移动物体(例如，经由可旋转的接头或连接件)可旋转地耦接，以相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。例如，载体可以被配置为相对于可移动物体移动(例如相对于一个、两个或三个平移度和/或一个、两个或三个旋转度)，使得负载相对于合适的参考系保持其位置和/或朝向，而与可移动物体的移动无关。参考系可以是固定参考系(例如周围环境)。备选地，参考系可以是移动参考系(例如，可移动物体、负载目标)。

在一些实施例中，控制载体可以包括部分地基于所选的控制参数组来影响载体的移动。在一些实施例中，载体的移动可以包括所述载体的角位置、角速度和/或角加速度。

在一些实施例中，载体可以被配置为允许负载相对于载体和/或可移动物体移动。该移动可以是相对于多达三个自由度(例如，沿着一个、两个或三个轴)的平移或者相对于多达三个自由度(例如，围绕一个、两个或三个轴)的旋转或其任何合适的组合。在一些实施例中，移动轴中的一些或全部是正交轴，例如横滚轴、俯仰轴和偏航轴。例如，载体可以被配置为允许负载围绕横滚轴、俯仰轴和/或偏航轴移动。在一些实施例中，载体是允许负载围绕横滚轴、俯仰轴和/或偏航轴移动的单轴或多轴云台。在备选实施例中，一些或全部的移动轴可以是非正交轴。

在一些实施例中，载体包括向负载提供支撑的一个或多个框架，诸如一个框架、两个框架、三个框架或更多框架。例如，载体可以包括与可移动物体和负载耦接(例如，可旋转地耦接)的单个框架。载体可以包括与负载耦接(例如，可旋转地耦接)的第一框架以及与可移动物体耦接(例如，可旋转地耦接)的第二框架，并且第一框架和第二框架可以彼此耦接(可旋转地耦接)，使得负载通过第一框架和第二框架与可移动物体串接。载体可以包括与负载耦接(例如，可旋转地耦接)的第一框架，与可移动物体耦接(例如，可旋转地耦接)的第二框架，以及与第一框架和第二框架耦接(例如，可旋转地耦接)的第三框架，使得负载通过第一框架、第三框架和第二框架与可移动物体串接。在一些实施例中，与可移动物体耦接的框架可被称为“外”或“最外”框架，与负载耦接的框架可被称为“内”或“最内”框架，与可移动物体或负载不直接耦接的框架可以被称为“中间框架”。

一些或全部框架可以相对于彼此移动，并且载体可以包括驱使各个载体框架移动的一个或多个致动器(例如，电机)。例如，致动器可以通过围绕转轴向载体框架施加扭矩来驱使载体框架旋转。致动器可以同时允许多个框架的移动，或者可以被配置为允许一次移动单个框架。框架的移动可以引发负载的相应移动。例如，致动器可驱使一个或多个框架围绕一个或多个转轴(例如，横滚轴、俯仰轴或偏航轴)旋转。一个或多个框架的旋转可导致负载相对于可移动物体围绕一个或多个转轴旋转。备选地或组合地，载体致动组件可驱使框架沿着一个或多个平移轴平移，并由此引发负载沿着一个或多个相对于可移动物体的对应轴平移。在一些实施例中，所述载体包括以下项之一或多个：偏航框架和耦接到偏航框架以驱使偏航框架绕偏航轴旋转的偏航致动器；横滚框架和被配置成驱使横滚框架绕横滚轴旋转的横滚致动器；和/或俯仰框架和被配置成驱使俯仰框架绕俯仰轴旋转的俯仰致动器。在一些实施例中，载体经由偏航框架与可移动物体耦接，而在其他实施例中，载体可经由俯仰或横滚框架与可移动物体耦接。

如本文所述，载体可以支撑和控制/稳定多种不同类型的负载。可以使用控制负载的位置和姿态的载体来将所述负载耦接到可移动物体，诸如，机动或非机动载运工具或船舶、机器人、人、动物等。例如，可以(例如，从用户和/或来自可移动物体上的处理器)接收关于负载的期望移动的指令，并且可以确定载体的相应移动以实现负载的期望移动。在其他情况下，可以使用由主动机械控制系统控制的载体来稳定负载。

在一些实施例中，负载可以被配置为不执行任何操作或功能。备选地，负载可以是被配置为执行操作或功能的负载，也被称为功能型负载。例如，负载可以包括用于勘测一个或多个目标的一个或多个传感器。可以将任何合适的传感器合并到负载中，诸如图像捕捉装置(例如，相机)，音频捕捉装置(例如，抛物面麦克风)，红外成像装置或紫外成像装置。传感器可以提供静态感测数据(例如照片)或动态感测数据(例如视频)。在一些实施例中，传感器提供针对负载的目标的感测数据。备选地或组合地，负载可以包括用于向一个或多个目标提供信号的一个或多个发射器。可以使用任何合适的发射器，例如照明源或声源。在一些实施例中，负载包括一个或多个收发器，例如用于与远离可移动物体的模块进行通信。可选地，负载可以被配置为与环境或目标进行交互。例如，负载可以包括能够操纵物体的工具、仪器或机构，例如机器人手臂。

从控制角度来看，负载的物理特性和/或动态可能影响载体控制的性能。在一些实施例中，由载体支撑的多种不同类型负载在以下项中的至少一项中是不同的：(i)质量；(ii)重心；(iii)尺寸；(iv)形状；(v)负载功能；或(vi)负载的材料类型。如图1所示，多种不同类型的负载100可以由载体102支撑。在一些实施例中，多种类型的负载可以具有不同的物理特性，例如不同的质量、质心/重心、尺寸、形状和材料等。例如，负载104-1、104-2和104-3可以在质心位置方面具有不同的范围，而负载106-1、106-2和106-3可以在尺寸或大小方面具有不同的范围。在另一示例中，某类型的负载108-1可以指质量在0kg至0.5kg范围内的负载，而另一类型的负载108-2可以指质量在0.5kg至2kg范围内的负载。

在其他实施例中，不同类型的负载可以指各种惯性力矩范围的负载。在一些情况下，物理特性方面的范围差异可导致负载的动态性能的差异较大，因此不能使用恒定的控制参数来实现良好的控制性能。

在一些实施例中，多种不同类型负载可以包括不同类型的成像装置。在一些情况下，不同类型的成像装置可以具有不同的质量、尺寸和/或形状。在一些情况下，载体的支撑结构可以被配置为适应不同尺寸的成像装置。在其他情况下，不同类型的成像装置可以被配置为以不同的配置可操作地耦接到载体，使得配置的改变可以导致成像装置的物理特性的改变。例如，当成像装置倾斜或变焦时，可以改变质心，从而导致成像装置的惯性力矩的增大或减小。

如前所述，载体可以配置成稳定或控制负载相对于多个自由度(例如，围绕一个轴、两个轴或三个轴)的旋转运动。可以将扭矩施加到载体以引起旋转运动。载体的一个或多个运动特性(例如载体的角加速度α)和载体的物理特性(在具有负载的情况下)(例如惯性力矩J)可以根据下面的等式建立关系：

T＝Jα

图2示出了可以考虑用于确定惯性力矩J的各种物理特性的示例。例如，如部分A所示，当重心与动态中心重合时，物体的惯性力矩由物体的质量分布来确定。在这种情况下，物体的形状、尺寸、材料和密度可影响负载的质量分布，从而影响负载的惯性力矩。在实践中，这种情况可以对应于负载具有不对称形状或质量分布的情况，或负载改变其姿态的情况。在一些情况下，由于动态中心/旋转轴的不同位置，相同的负载可以具有不同的惯性力矩。对于部分B中的示例，动态中心221和质心223之间的离心距离225引起惯性力矩相较于210的增加。在实践中，这种情况可以对应于如下情况：负载未正确安装，使得负载的质心大大偏离旋转轴。在一些情况下，绕不同轴的惯性力矩是不同的。如部分C所示，可以根据本领域技术人员已知的方法计算物体相对于不同的轴x、y和z的惯性力矩。

图3示出了根据一些实施例的用于控制或稳定负载相对于一个或多个轴的旋转运动的系统300的示例。系统300可以包括控制器301、一个或多个致动器303、载体305、一个或多个传感器309和311以及负载307。在一些实施例中，载体305可以是三轴云台平台。备选地，载体可以是单轴或双轴云台平台。

在一些实施例中，控制载体可以包括部分地基于所选的控制参数组来影响载体的移动。在一些实施例中，载体的移动可以包括所述载体的角位置、角速度和/或角加速度。

在一些实施例中，相对于可移动物体实现载体的移动，其中所述载体可操作地耦接到该可移动物体，如本文其他地方所述。

如以上和这里所讨论的，载体305可以用于控制耦接的负载的空间布置。例如，载体可以用于将负载旋转到期望的空间布置。期望的空间布置可以由用户手动输入(例如，经由与可移动物体、载体和/或负载通信的远程终端或其它外部装置)，自主确定(例如，通过可移动物体、载体和/或负载的一个或多个处理器)而不需要用户输入，或者借助可移动物体、载体和/或负载的一个或多个处理器半自主地确定。期望的空间布置可以用于计算载体或其一个或多个组件(例如，一个或多个框架)的移动，这将实现负载的期望的空间布置。

例如，在一些实施例中，与负载的期望姿态相关联的输入角度(例如，偏航角度)由一个或多个处理器(例如，可移动物体、载体和/或负载的处理器)接收。基于输入角度，一个或多个处理器可以确定要施加于载体或其一个或多个组件(例如，偏航框架)的输出扭矩，以实现期望的姿态。输出扭矩可以通过多种方式确定，例如，使用控制器301。在一些实施例中，反馈控制回路可以用于控制载体的移动。反馈控制回路可以将输入角度作为输入，以及输出所述输出扭矩作为输出。可以使用比例(P)控制器，比例微分(PD)控制器，比例积分(PI)控制器，比例积分微分(PID)控制器或其组合中的一个或多个来实现反馈控制回路。

在一些实施例中，致动器303可以是一个或多个电机。电机可以是或可以不是DC伺服电机。在一些实施例中，可以通过改变电机的供电电压来执行电机的速度控制。在一些实施例中，当忽略扭矩扰动时，系统的动态可以由以下等式表示：

T

其中T

在一些实施例中，电机机械常数K

从等式(3)可知，可以根据一个或多个运动特性导出平台的惯性力矩。如等式所示，运动特性可以包括载体的角加速度和电机的角加速度。在一些实施例中，当电机是直接驱动电机时，电机和载体的角加速度可以是相等的。在其他实施例中，电机可以配备有齿轮或其他传递元件可以包括在电机和载体之间，使得电机和载体的加速度可以在相同的时间点处不同。

在一些实施例中，可以使用位于所述载体上的一个或多个传感器309来获得平台的运动特性。在一些实施例中，一个或多个传感器可以共同构成惯性测量单元(IMU)。在其他实施例中，一个或多个传感器可以包括用于测量载体的角速度的至少一个陀螺仪。然而，可以取决于系统中要控制的变量，来使用任何类型的传感器。

传感器309可以是适于获得指示负载(例如惯性传感器)的空间布置(例如，位置、朝向、角度)和/或运动特性(例如，平移(线)速度、角速度、平移(线)加速度、角加速度)的数据的任何传感器。这里可以使用惯性传感器来指代运动传感器(例如，速度传感器、加速度传感器，例如加速度计)、朝向传感器(例如，陀螺仪、倾角计)或具有一个或多个集成运动传感器和/或一个或多个集成朝向传感器的IMU。惯性传感器可以提供相对于单个运动轴的感测数据。运动轴可以对应于惯性传感器的轴(例如，纵向轴)。可以使用多个惯性传感器，每个惯性传感器沿着不同的运动轴提供测量。例如，可以使用三个角加速度计来提供沿三个不同运动轴的角加速度数据。运动的三个方向可以是正交轴。一个或多个角加速度计可以被配置为测量绕旋转轴的加速度。作为另一示例，可以使用三个陀螺仪来提供关于三个不同旋转轴的朝向数据。三个转轴可以是正交轴(例如，横滚轴、俯仰轴、偏航轴)。备选地，至少一些或全部惯性传感器可以提供相对于相同运动轴的测量。例如，可以通过实现这种冗余，以提高测量精度。可选地，单个惯性传感器能够提供相对于多个轴的感测数据。例如，可以使用包括多个加速度计和陀螺仪的IMU来产生关于多达六个运动轴的加速度数据和朝向数据。

传感器309可以由载体承载。载体传感器可以位于载体的任何合适的部分上，诸如在载体的主体的上方、下方、侧面或内部。传感器可以位于载体的框架或支撑部分上。一些传感器可以与载体机械地耦接，使得载体的空间布置和/或运动对应于传感器的空间布置和/或运动。传感器可以经由刚性耦接件与载体耦接，使得传感器不会相对于其所附接的载体的部分移动。耦接件可以是永久性耦接件或非永久性(例如可拆卸的)耦接件。合适的耦接方法可以包括胶粘剂、粘合、焊接和/或紧固件(例如螺钉、钉子、销钉等)。可选地，传感器可以与负载的一部分一体地形成。此外，传感器可以与负载的一部分(例如，处理单元、控制系统、数据储存器)进行电耦接。

在一些实施例中，来自传感器309的直接数据不必是角加速度。可以对数据施加进一步的处理操作以获得角加速度。例如，当原始数据是角速度时，可以执行一阶微分以获得加速度。在另一示例中，可以在将所述数据用于计算载体的惯性力矩之前对其进行过滤。

在一些实施例中，可以使用位于所述电机上的一个或多个传感器311来获得电机的运动特性。例如，传感器311可以位于电机的输出轴上并且被配置为测量电机(诸如，编码器或角度电位计)的角加速度。

在一些实施例中，控制载体可以包括部分地基于所选的控制参数组来影响载体的移动。在一些实施例中，载体的移动可以包括载体的角位置、角速度和/或角加速度。

关于控制系统，级联的比例-积分-微分(PID)可以用于控制载体的姿态和速度。在一些情况下，也可以控制角加速度。在其他情况下，输出扭矩可以是要控制的变量。一个或多个反馈回路可以用于控制载体系统的姿态和/或角速度。众所周知，系统的动态受系统的机械模型、控制器和输入/干扰信号的影响。在一些实施例中，云台或载体系统可以被视为MISO(multi-input-single-output，多输入单输出)装备，其具有两个输入(在电机的电枢处施加的电压和外部干扰扭矩)以及一个输出(载体的角速度)。为简单起见，可以在忽略外部干扰扭矩的情况下将云台或载体系统建模为SISO(single-input-single-output，单输入单输出)系统。在这种情况下，表示包括DC电机的传递函数的示例等式为：

其中L

应当注意，可以使用各种控制算法来控制云台或载体系统，包括但不限于：开-关、PID模式、前馈、自适应、智能(模糊逻辑、神经网络、专家系统和遗传)控制算法。对于诸如PID控制的特定控制模型，基于要控制的各种控制目标/输出变量(例如，角速度、角位置、角加速度、扭矩等)和输入变量(例如，输入电压)，控制系统可以是不同的。因此，控制参数可以以各种方式表示。然而，所提出的方法和系统提供了一种控制器，其自动地适应各种负载，而与如何机械地和/或数学地表示系统的方式无关。

在一个方面，本发明提供了一种用于控制载体的方法，所述载体被配置为支持多种不同类型负载。在实践中，所述方法可以包括：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载类型控制载体的移动，并且其中各控制参数组各自适合于控制支撑所述多种负载中的互不相同的一种类型的负载的载体。

在一些实施例中，可以在没有用户输入的情况下借助于一个或多个处理器自动选择一组控制参数。在一些实施例中，当支持多种不同类型负载中的所述类型的负载的载体处于运动中时，可以选择所述控制参数组。

为了实现对云台或载体系统的姿态和角速度的快速且准确的控制，需要调整控制器的参数以适应不同类型的负载。存在用于调整(例如离线调整和在线调整)控制系统的参数的许多方法。然而，大多数调整方法都是积极的试错法，可能导致系统损坏或是耗时的。在一些实施例中，所提出的方法和系统提供了一种用于控制云台或载体平台的方法，该云台或载体平台被配置为通过根据载体的一个或多个运动特性自动调节控制器的参数来支持多种不同类型负载。

在一些实施例中，本发明允许当支撑所述多种不同类型负载中的所述类型的负载的载体处于运动中时，借助于一个或多个处理器从多个不同的控制参数组中选择所述控制参数组。

图4示出了多个运动特性、惯性力矩和控制参数组之间的示例性关系。如前所述，不同类型的负载可以对应于不同的物理特性(质量分布、质心、形状、大小等)。不同的物理特性可导致载体的不同惯性力矩。在一些实施例中，不同类型的负载可以指具有不同范围的惯性力矩的负载。在一些实施例中，用于控制载体的云台或载体控制器可以考虑不同的惯性力矩。在一些情况下，惯性力矩403和控制参数405的数据可以存储为查找表400，其中可以基于相应的惯性力矩来访问针对不同类型的负载的最优控制参数。例如，当使用前述方法计算载体绕转轴的惯性力矩时，可以从查找表提供用于控制绕相关转轴移动的控制器的控制参数。如图4所示，一个或多个惯性力矩可以与一个控制参数组相关联。例如，403-1可以是载体绕横滚轴的惯性力矩，并且它对应于可以用于控制载体绕横滚轴的旋转运动(例如，角速度和姿态)的控制参数组。备选地，惯性力矩的一个条目可以指一定的惯性力矩范围。例如，403-3可以表示在0.01kg.m

可选地，查找表还可以包含时间不变常数(例如，电机参数反电动势、电枢电感、电机轴的惯性力矩、粘性摩擦系数等)，其可以从致动器的参数中获得。在一些实施例中，致动器可以是电机，并且常数可以包括电机的惯性力矩和电机的机械常数。备选地，这些电机特定常数可能不存储在查找表中。

可以基于经验测试数据(例如，特定云台系统的离线测试)来创建查找表400。例如，负载可以安装到云台或载体平台，然后可以将测试激励信号提供给致动器以使载体相对于一个或多个轴旋转。在测试过程期间，可以调整控制器的控制参数以使用本领域技术人员已知的方法(例如，基于对来自动态实验数据或频率响应的特征的分析的Ziegler-Nichols)来实现最优动态性能(例如，及时准确响应)。备选地，可以基于模拟或投影数据来创建查找表。在一些情况下，存储在查找表中的数据可以是由个人输入的。

在一些实施例中，查找表400还可以包含云台或载体平台的一个或多个运动特性401。在一些情况下，运动特性的一个条目可以包括一个或多个电机和载体的角速度和角加速度。在其他情况下，运动特性的一个条目可以包括电机和载体的角加速度。备选地，运动特性的一个条目可以包括电机和载体的角速度。在一些实施例中，在一组特定的电机常数和输入信号下，运动特性的条目和惯性力矩的条目是一一对应的。在一些实施例中，运动特性401的不同条目可以指代变量的不同范围。例如，电机特性的输入可以包括10-30rad/sec

在一些实施例中，存储在查找表中的控制参数405可以是多个PID增益。但是，控制参数的条目可以包含基于特定控制模型的各种元素。例如，当两个闭环分别用于控制角位置和角速度时，可以在每个条目中存储两组PID增益。在一些实施例中，当预先确定控制模型时，不同的条目(例如，405-1和405-3)可以包含相同数量的具有不同值的控制参数。

在一些实施例中，当载体支撑所述多种不同类型负载中的所述类型的负载时，所选的控制参数组405可以适合于实现载体的移动，以实现预定义水平的致动控制。可以使用多种方法来确定该适合的控制参数。例如，可以通过运行系统的实验测试并分析性能参数(例如，频率分析、时间响应等)来确定控制参数。备选地，可以使用任何合适的模拟、建模、解析分析来确定最优控制参数。在一些情况下，使用最优控制参数来设置控制器可以确保满足并维持以下性能参数：稳定时间、稳态误差小于某值。然而，应该注意，性能参数可以基于特定的控制目标(例如角位置或速度)而变化。

在一些实施例中，可以使用查找表来选择用于控制载体的移动的合适控制参数。在一些实施例中，可以使用本文先前描述的方法(例如，等式(3))来确定载体围绕每个转轴的当前惯性力矩。通过将当前惯性力矩与存储在查找表中的数据进行比较，可以从查找表中选择最优控制参数。在一些实施例中，当载体支撑某种类型的负载时，通过获得该载体的至少一个运动特性来计算载体的当前惯性力矩。在一些情况下，运动特性可以包括电机和载体两者的角加速度，然后可以使用本文所述的方法计算载体的惯性力矩。备选地，当查找表用输入信号和电机参数扩增时，可以将所获得的电机和载体的角加速度直接与存储的数据进行比较，以选择控制参数。

在一些实施例中，使用位于载体上的一个或多个惯性传感器获得载体的运动特性，如本文其他地方所述。在一些实施例中，可以在不同时间点对运动特性进行采样，并且使用惯性力矩的平均值来提高精度。在这种情况下，可以在不同的时间点获得两个、三个、四个、五个采样数据。在一些实施例中，可以在相对短的时间内获得多个运动特性，使得可以在较短时间段内计算载体的惯性力矩，并且因此可以在几秒内确定控制参数。

在一些实施例中，一个或多个处理器可以被配置为计算载体的惯性力矩并从查找表中选择最优控制参数。在一些实施例中，一个或多个处理器可以是可编程的，例如PC、微计算机、微控制器、DSP、ASIC和PLC等。所述一个或多个处理器可以位于载体平台上或可操作地与载体平台耦接。

图5示出了根据本发明实施例的可以在载体或云台平台中实现的自适应控制方案的示例。自适应控制方案可以用于控制或稳定载体的姿态和/或速度。例如，控制方案可以用于控制载体绕俯仰轴、横滚轴和偏航轴的旋转运动。在一些实施例中，载体可以被配置为支撑可变类型的一种或多种负载。

如图5所示，过程1可以表示确定自适应控制参数的过程。在一些实施例中，可以基于负载的一个或多个运动特性，针对某种类型的负载选择一个合适的控制参数组。在一些实施例中，一个或多个运动特性可以是载体的角加速度、角速度和/或角位移。在一些实施例中，响应于输入信号获得运动特性。输入信号501可以被提供给载体或云台系统505的一个或多个致动器。在一些实施例中，输入信号可以是低功率信号，使得装备505(例如，载体和致动器)可以不具有剧烈振荡的风险。输入信号可以由诸如可编程逻辑控制器的任何合适装置生成。在一些实施例中，一个或多个处理器可以被配置为生成输入信号。可以以本领域中众所周知的以下技术中的任一种或其组合来实现一个或多个处理器：分立电子部件，具有用于在数据信号上实现逻辑功能的逻辑门的分立逻辑电路，具有适合逻辑门的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列(FPGA)等。输入信号可以是数字的或模拟的。在一些实施例中，输入信号可以是正弦电压或电流信号并且被提供给致动器的驱动器。诸如电压放大器或电流放大器、AC-DC转换器等的装置可用于基于特定类型的电机将信号调整到要求形式。

提供给装备505的一个或多个电机的输入信号501可以驱使载体以一定的速度和加速度移动。如前所述，可以通过任何合适的装置测量提供给电机的电流信号(例如，i

在一些实施例中，可以使用一个或多个传感器507来测量载体和一个或多个电机的运动特性。在一些实施例中，一个或多个传感器可以是用于在闭合控制回路中提供反馈信号的相同传感器511。例如，在云台或载体平台中，传感器可以是与载体附接的IMU或陀螺仪以及与电机附接的编码器或转速计。在一些实施例中，运动特性可以包括载体绕横滚轴、俯仰轴和偏航轴的角速度和/或角加速度。一旦获得了运动特性，就可以使用等式(3)计算载体的惯性力矩。在一些实施例中，可以在不同时间点对运动特性进行采样，并且可以计算惯性力矩的平均值以提高精度。在这种情况下，可以在不同的时间点获得两个、三个、四个、五个采样数据。在一些实施例中，可以在相对短的时间内获得多个运动特性，使得可以及时地计算载体的惯性力矩，并且因此可以在几秒内确定控制参数。

可以将计算出的惯性力矩与存储在查找表509(对应于图4中的查找表400)中的惯性力矩进行比较，以确定系统的最优控制参数。可以使用如前所述的方法来生成查找表。所选的控制参数可以用于以最优动态性能来控制载体或云台。当载体或云台耦接到未知类型的负载时，可以发生过程1。例如，当新的负载被安装到云台或载体平台时，可以操作过程1。在另一示例中，可以在负载的一个或多个机械特性改变时，例如，当由于姿势、镜头变焦或任何配置的变化引起相机装置的质心改变时，操作过程1。在一些实施例中，可以在云台或载体处于初始位置时操作过程1。在其他实施例中，可以在云台系统的初始化期间当云台或载体处于随机位置时操作过程1。

从过程1确定的自适应控制参数可以用于控制过程2中的载体或云台。可以基于来自查找表的自适应控制参数来确定控制器503的设置。在一些实施例中，可以将安全系数应用于控制参数作为最终控制参数。

在一些实施例中，一个或多个处理器可以被配置为计算惯性力矩并确定自适应控制参数。在一些实施例中，一个或多个处理器可以是可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU)或微控制器)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个ARM处理器。在一些实施例中，一个或多个处理器可以可操作地与非暂时性计算机可读介质耦接。非暂时性计算机可读介质可以存储可由一个或多个处理器单元执行的用以执行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移动介质，或外部储存器，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施例中，查找表509可以存储在非暂时性计算机可读介质的存储器单元中。在一些实施例中，来自运动或位置传感器的数据可以被直接传送到非暂时性计算机可读介质的存储器单元并存储于其中。非暂时性计算机可读介质的存储器单元可以存储可由一个或多个处理器执行的逻辑、代码和/或程序指令，以执行本文描述的方法的任何合适的实施例。例如，一个或多个处理器可以被配置为执行指令以计算载体的惯性力矩，如本文所讨论的。在其他示例中，一个或多个处理器可以被配置为生成要提供给一个或多个致动器的输入信号。在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质的存储器单元可以用于存储由一个或多个处理器确定的自适应控制参数。

在单独但相关的方面，本发明提供了一种用于控制载体的设备，其中所述载体被配置为支持多种不同类型的负载。实践中，所述设备可以包括一个或多个处理器，它们单独或共同地被配置为：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载的类型控制载体的移动，并且其中所述多个控制参数中的各控制参数组适合于在载体支撑不同类型负载时控制所述载体。

在另一方面，本发明提供了一种用于控制载体的系统，其中所述载体被配置为支持多种不同类型的负载。所述系统包括：可移动物体；所述载体，被配置成将所述多种不同类型负载中的某种类型的负载可操作地耦接到可移动物体；以及一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载的类型控制载体的移动，并且其中所述多个控制参数中的各控制参数组适合于在载体支撑不同类型负载时控制所述载体。

图6示出了根据本发明实施例的可以在载体平台中实现的自适应控制方案的另一示例。在一些实施例中，可以基于载体的振动运动来确定自适应控制参数。在一些实施例中，可以通过分析载体或云台系统的闭合控制回路中的一个或多个过程变量的频率响应，评估负载的类型。在一些实施例中，过程变量可以包括载体的角速度和/或载体的角加速度。在一些实施例中，可以通过检查一个或多个变量的频率响应来执行变量的分析。在其他实施例中，可以分析过程变量的时间响应来确定自适应控制参数。

如图6所示，可以提供自适应控制单元600以控制由一个或多个致动器致动的载体。在图6中，装备611可以包括载体和致动器。在一些实施例中，自适应控制单元600可以包括输入信号发生器601、自适应控制参数发生器603和控制器605。

在一些实施例中，可以响应于具有变化频率的输入信号引起载体的振动运动。

在一些实施例中，输入信号发生器601可以被配置为生成具有变化频率的各种设定点信号以引导载体的角速度。在一些实施例中，变化频率信号可以是频率从f0至fn变化的正弦信号。启动频率和结束频率可以设置在很宽的范围内。例如，启动频率可以低于1Hz而结束频率可以高于20，000Hz。增量步长可以以任意百分比设置，例如3％、4％、5％等。在其他实施例中，可以使用具有变化频率的随机信号来代替正弦信号。

可以以本领域中众所周知的以下技术中的任一种或其组合来实现输入信号发生器601：分立电子部件，具有用于在数据信号上实现逻辑功能的逻辑门的分立逻辑电路，具有适合逻辑门的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列(FPGA)等。同步单元不限于任何特定的固件或软件配置。

在正弦频率扫描的情况下，载体的角速度的频率响应可以由自适应控制参数发生器603来分析。在一些实施例中，可以检查系统的稳定性。存在可用于识别系统的稳定性的多种方法。例如，可以检查幅度响应的过冲、相位裕度、峰值谐振和振荡等，以检测系统的不稳定性。在一些实施例中，可以检查峰值谐振处的幅度响应以查看其在正弦扫描过程期间是否超过安全值。例如，如果在共振频率处检测到过大的峰值幅度，则可能表示系统的不稳定性。

在另一实施例中，载体的角加速度的频率响应可以由自适应控制参数发生器603进行分析。如前所述，在云台或载体平台中，载体的角加速度可以与载体的惯性力矩相关联。在一些实施例中，当载体的惯性力矩改变时，角加速度响应可以具有反比例变化。根据经验实验数据，存在证据表明PID控制器的比例增益的最优设置也可以与惯性力矩具有线性或非线性关系。因此，可以基于新的角加速度响应与先前的角加速度响应的比率来确定新的控制参数组与先前的控制参数组的比率。例如，如果角加速度的当前幅度与先前角加速度的比率是k

应当注意，可以检查系统的各种测量类型的频率响应以识别自适应控制参数。例如，可以检查开环电路、装备或控制器的频率响应来代替研究闭环控制系统，以识别最优控制参数。

在另一方面，本发明提供了一种用于控制载体的方法，其中所述载体被配置为支持多种不同类型负载。在实践中，所述方法可以包括：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型的负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载的类型控制载体的移动，并且其中各控制参数组各自适合于控制支撑所述多种负载中的互不相同的一种类型负载的载体。

在单独但相关的方面，本发明提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使计算机执行用于控制载体的方法，所述载体被配置为支撑多种不同类型的负载。在实践中，所述方法包括：当载体支撑所述多种不同类型负载中的某种类型负载时，获得所述载体的至少一个运动特性，其中所述运动特性指示由所述载体支撑的所述负载的类型；以及基于所述运动特性从多个不同的控制参数组中选择一个控制参数组，其中所选的控制参数组适合于针对由所述载体支撑的负载的类型控制载体的移动，并且其中所述多个控制参数中的各控制参数组适合于在载体支撑不同类型负载时控制所述载体。

图7示出了用于确定PID控制回路的自适应参数的示例。在该示例中，使用如本文所述的方法确定控制回路的比例增益。但是，也可以使用相同的方法确定其他参数。众所周知，比例增益会影响所有频率(与积分和微分行为不同)，因为积分行为占主导地位的低频范围和微分行为占主导地位的高频之间的频率只能受比例增益的影响。该中频范围对于抑制干扰至关重要。在一些实施例中，可以同时调整一个或多个控制参数。

如图7的部分A所示，可以确定在PID(也可以使用PD、PI)回路中用于控制未知类型的装备的角速度的自适应控制参数。在一些实施例中，可以测量角速度并将其反馈给控制器以控制载体或云台绕一个或多个轴(例如，横滚轴、俯仰轴和/或偏航轴)的旋转运动。诸如IMU或陀螺仪的一个或多个传感器可以用于测量过程变量(即，角速度)。

在一些实施例中，可以将初始的控制参数组K

在一些实施例中，通过调整所述参考(初始)控制参数组中的一个或多个参数来获得多个不同的控制参数组。在一些实施例中，控制参数可以在每次迭代时增加到新值。在一些实施例中，可以预先确定控制参数的增量步长，例如固定步长。在其他实施例中，该步长可以是可变步长，使得控制参数可以线性地或非线性地增加。

在一些实施例中，当调整所述参考控制参数组中的一个或多个参数时，载体的振动运动改变。在一些情况下，系统的不稳定性可以表示振动运动。如果检测到系统的不稳定性，则可以将当前控制参数设置为自适应控制参数。

在一些实施例中，自适应控制参数可以由附加的安全因子确定，使得最终自适应控制参数可以表示为K

备选地，可以在过程中确定自适应控制参数，如图7的部分B中所示。在一些情况下，可以例如使用部分A中的过程来预先获得一组自适应控制参数作为载体或云台系统的参考控制参数，并且由于负载改变可能需要确定新的控制参数组。在这种情况下，可以将先前使用的自适应控制参数设置为部分B中的初始控制参数K

在一些实施例中，可以获得角加速度的幅度，并且可以计算当前角加速度的幅度与先前角加速度的幅度的比率。例如，该比率可以表示为k

在本发明的另一方面，提供了一种用于检测在载体上的负载的方法，所述载体被配置为支撑所述负载。在一些实施例中，该方法包括使用一个或多个传感器获得载体和负载之间的耦接状态；以及基于来自所述一个或多个传感器的数据，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(a)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)所述负载是否被正确安装。

在本发明的单独且相关方面，可以提供一种用于检测在载体上的负载的设备，其中所述载体配置为支撑所述负载。所述设备包括一个或多个处理器，处理器单独或共同地被配置为：使用一个或多个传感器获得载体和负载之间的耦接状态；以及基于来自所述一个或多个传感器的数据，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(a)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)所述负载是否被正确安装。

在另一方面，可以提供一种用于检测在载体上的负载的系统，其中所述载体被配置为支撑所述负载。在实践中，所述系统包括：可移动物体；载体，被配置为将所述负载可操作地耦接到所述可移动物体；以及

一个或多个处理器，单独或共同地被配置为：使用一个或多个传感器获得载体和负载之间的耦接状态；以及基于来自所述一个或多个传感器的数据，评估所述载体和所述负载之间的耦接状态，其中评估耦接状态包括评估(a)所述负载是否与所述载体耦接，和/或(2)所述负载是否被正确安装。

在一些实施例中，在没有任何用户输入的情况下，借助于一个或多个处理器自动评估所述载体和所述负载之间的耦接状态。

图8示出了根据实施例的包括负载检测器的载体的示例性框图。在一些实施方案中，载体或云台平台可以对应于图3中的系统和图6中的装备611。如图8所示，负载检测器810可以被配置为检测负载的存在和/或负载的安装配置。在一些情况下，所提出的方法和设备能够避免由于负载的不正确安装而对致动器的损坏。

在一些实施例中，可由负载检测器810检测负载与载体的耦接状态和/或安装配置。在一些实施例中，耦接状态可以指负载是否安装到载体或云台系统。在一些情况下，在控制器开启以控制或稳定载体之前知道是否安装了负载可能是至关重要的。对于设计用于控制具有特定惯性力矩的负载的移动的控制器进行在没有负载(系统的不可控制的振荡)的情况下的操作可能是危险的。类似地，如前面在图2中所描述的，由于不正确的安装配置导致的负载的过大惯性力矩也可以导致对致动器的损坏。在一些实施例中，安装配置可以指负载/载体的一个或多个动态或静态特性。例如，所述特性可以包括载体绕轴(例如，横滚轴、俯仰轴、偏航轴)的惯性力矩，质心在一个或多个方向上的位置，负载相对于载体的位置等。

在一些实施例中，评估负载是否与载体耦接可以包括将所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体的预定义的运动特性进行比较。在一些实施例中，可以测量载体的惯性力矩以评估耦接状态。在一些实施例中，负载检测器810可以被配置为生成提供给一个或多个致动器的输入信号815，以引起载体或云台系统的移动，然后可以检查载体响应于所述输入信号的一个或多个运动特性。在一些情况下，输入信号815可以是小功率信号，其可以不对系统造成诸如振荡的危险。因此，可以基于对输入信号的响应来计算载体的惯性力矩。在一些实施例中，可以检查致动器和载体的角加速度响应，使得可以如本文先前所述获得惯性力矩。

在一些实施例中，负载检测器810可以包括一个或多个处理器811，其被配置为基于所述载体的一个或多个运动特性来评估负载的安装位置和耦接状态。在一些实施例中，评估负载的安装位置可以包括将所述载体的所述至少一个运动特性与所述载体的多个不同运动特性模型进行比较。

在一些实施例中，一个或多个处理器811能够计算围绕特定轴的当前惯性力矩并将其与预定范围进行比较。计算值超出所述范围可以表示在特定方向上的安装位置不正确。可选地，可以将惯性力矩与预定义阈值进行比较，如果该值被识别为低于阈值，则可以表示没有负载与载体耦接。在一些实施例中，可以在载体未与负载耦接时预定义为所述阈值。

在一些实施例中，惯性力矩位于范围之外可能导致较差的控制性能，而不管控制参数的选择或控制器的昂贵成本。该范围可以是凭经验、分析或模拟来确定的。如果当前惯性力矩超过该范围，则一个或多个处理器可以被配置为输出指示负载在相应方向上的不正确安装的结果。例如，如果识别出绕横滚轴的惯性力矩高于预定上限，则一个或多个处理器811可以配置为产生对在横滚轴方向上检测到过量负载加以指示的结果。在另一示例中，如果惯性力矩被检测为零，则输出结果可以指示没有负载被安装到载体。在一些实施例中，如果检测到不正确的安装配置，则可以不执行控制操作。

在其他实施例中，可以使用其他运动特性来评估安装位置和耦接状态。例如，可以将信号施加到载体，然后可以获得并分析所述载体响应于所述信号的角速度或角加速度。在一些实施例中，可以检查开环系统的动态性能。在一些实施例中，可以检查角速度或角加速度的频率响应并将其与所述载体的预定义的角加速度或角速度进行比较。例如，当所述载体的角加速度响应与所述载体的预定义角加速度响应匹配时，可以检测到所述负载未与所述载体耦接。在另一示例中，当所述载体的角加速度响应与所述载体的预定义角加速度响应不匹配时，可以检测到所述负载与所述载体耦接。在一些实施例中，当载体在没有与任何负载耦接的情况下被相同的信号激励时可以获得预定义值。在一些实施例中，施加到载体的输入信号可以具有预先评估的频率和/或幅度，使得频率响应的各种特性可以用于比较，例如，输出信号的幅度。

在一些实施例中，一个或多个处理器可以是可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU)或微控制器)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个ARM处理器。在一些实施例中，一个或多个处理器可以可操作地与非暂时性计算机可读介质耦接。非暂时性计算机可读介质可以存储可由一个或多个处理器单元执行的用以执行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移动介质，或外部储存器，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施例中，可以将计算惯性力矩所需的电机和系统的规范存储在非暂时性计算机可读介质的存储器单元内。在一些实施例中，来自运动或位置传感器的数据可以被直接传送到非暂时性计算机可读介质的存储器单元并存储于其中。非暂时性计算机可读介质的存储器单元可以存储可由一个或多个处理器执行的逻辑、代码和/或程序指令，以执行本文描述的方法的任何合适的实施例。例如，一个或多个处理器可以被配置为执行指令以计算载体的惯性力矩，如本文所讨论的。在其他示例中，一个或多个处理器可以被配置为生成要提供给一个或多个致动器的输入信号。在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质的存储器单元可以用于存储由一个或多个处理器确定的自适应控制参数。

在一些实施例中，角加速度可以由位于载体上的一个或多个传感器测量。在一些实施例中，传感器可以是在载体的控制系统中使用的相同传感器，例如惯性传感器(例如IMU或陀螺仪)。一个或多个传感器可以可操作地耦接到一个或多个处理器811。

在其他实施例中，除了使用载体的运动特性之外，可以使用传感器813来评估耦接状态和安装位置，以检测负载相对于载体的一个或多个静态物理特性。

当载体静止时，可以评估一个或多个物理特性。一个或多个物理特性可以包括负载相对于载体的位置、负载与载体的参考点的接近度、负载的质量、负载的质量分布、负载是否耦接或附着在载体上等。可以在获取运动特性之前、与获取运动特性同时或在获取运动特性之后获取一个或多个物理特性。在一些实施例中，术语物理特性可以指位置特征，并且在整个说明书中可以互换使用。

在一些实施例中，负载检测器810可以包括另外的传感器813以评估耦接状态。在一些实施例中，传感器813可以是位于载体上的位置检测传感器。在一些示例中，传感器可以是一个或多个接近度传感器，接近度传感器被配置为检测负载和载体之间的距离，使得可以识别负载相对于载体的安装位置。在这种情况下，一个或多个处理器811能够处理负载的位置并输出安装配置结果，以指示负载是否正确安装。在其他示例中，传感器可以是被配置为检测载体的质量的质量传感器。可以通过比较当前质量和预定义质量，识别负载的耦接状态。在另一示例中，位置检测传感器可以包括光电传感器和/或触摸感测开关，以检测负载的存在。例如，当负载与载体耦接时可以触发触摸感测开关，使得可以执行进一步的载体控制。

在一些实施例中，传感器813可以用于在载体静止时检测负载是否与载体耦接。在一些情况下，可以在惯性传感器获取载体的运动特性之前执行所述检测。例如，在测量载体的一个或多个运动特性之前，可以使用传感器813来检测负载的存在。如果没有检测到负载与载体耦接，则可以继续或不继续基于运动特性的负载检测的其他过程。

在一些实施例中，当检测到载体未耦接到任何负载时，可以将载体设置为低功耗模式。低功耗模式可以包括降低致动载体的一个或多个电机的功耗。例如，当没有检测到负载与载体耦接时，一个或多个电机可以是禁用的或被设置为输出较小扭矩。低功耗模式可以包括降低载体的一个或多个传感器的功耗。例如，当没有检测到负载与载体耦接时，诸如IMU、GPS的一个或多个传感器可以是禁用的或设置为以较低频率操作。

可选地，在评估载体的一个或多个运动特性之后，可以使用传感器813来提供额外的安装配置信息。例如，可以基于载体的运动特性，检测到围绕一个万向轴的安装配置是不正确的(例如，超过预定范围)。在这种情况下，传感器813可以用于使用接近度传感器或使用质量传感器进一步识别所述不正确的安装配置是由于不平衡的安装位置还是过大/过重的负载造成的。在一些情况下，传感器813可以用于引导用户沿特定方向调整负载的安装位置。

备选地，传感器813可以用作独立的负载检测器以检测耦接状态。耦接状态可以至少包括负载是否与载体耦接。可以在不产生输入信号的情况下评估耦接状态。当载体静止时，可以评估耦接状态。如果检测到负载与载体耦接，则可以执行基于运动特性分析的其他控制操作。

在一些实施例中，一个或多个处理器811可以被配置为进一步生成指示耦接状态的安装配置结果并将结果发送到显示器820。显示器820可以被配置为用负载检测器接收/发送数据。可以使用任何合适的通信方式，例如有线通信或无线通信。传输的数据可以包括负载与载体的耦接状态和/或负载的安装配置。在一些实施例中，数据可以包括关于负载是否与载体耦接的信息、负载是否在正确的安装位置与载体耦接和/或负载的当前安装位置。在一些实施例中，一个或多个处理器可以被配置为输出指令以提示用户正确地安装负载。在一些实施例中，如果检测到不正确的安装配置或者耦接状态指示没有负载与载体耦接，则可以不操作控制功能。

图9示出了根据一些实施例的在显示装置上显示的耦接状态的示例。在一些实施例中，可以显示负载的当前中心的位置，并且可以提供910提示用户将位置调整到预定义安装位置的指令。例如，如910所示，可以提示用户在一个或多个方向上调整负载。备选地，可以向用户显示920耦接状态和/或安装配置的指示。例如，如果负载的耦接状态被识别为无负载，则可以在显示器上向用户显示消息以提示用户检查安装。在另一示例中，如果检测到载体绕轴的惯性力矩超过预定义范围，则可以向用户显示指示以提示用户检查与该方向有关的安装配置。在一些实施例中，可以禁用用于控制或稳定载体的控制功能，直到检测到负载或者检测到安装配置在预定范围内为止。应注意，可以使用任何合适的手段来提示用户，例如消息、GUI或听觉提示。

在一些实施例中，显示器可以被配置为在可操作地耦接到负载检测器的装置上示出通过应用(例如，经由在用户装置上执行的应用编程接口(API))呈现的用户界面(UI)或图形用户界面(GUI)。显示器可以向应用中的用户投射消息以提示调整负载的安装位置、检查负载的安装、或检查负载绕特定轴/方向的安装。在一些实施例中，显示器能够允许用户可视化负载的当前安装位置。在一些实施例中，显示器可以位于载体或云台平台上。可选地，显示器可以位于可由载体或云台平台远程访问的外部装置上。

在本发明的另一方面，可以提供一种确定载体平台的自适应控制参数的方法。在一些实施例中，该方法可以包括通过识别负载的一个或多个物理特性来验证负载的正确安装配置；以及基于所述物理特性确定自适应控制参数。

图10示出了根据一些实施例的控制方案的示例。如图所示，装备1001可以指一个或多个致动器以及载体或云台平台。在过程1中，可以使用先前描述的方法来检测负载的安装配置。在一些实施例中，负载的安装配置可以包括载体的一个或多个物理特性，例如载体的惯性力矩。在一些实施例中，可以通过检查载体响应于小功率信号的角加速度来获得惯性力矩，如图5所述。载体的惯性力矩可以用于验证负载是否正确安装。在一些实施例中，载体的惯性力矩可以用于使用先前描述的方法来确定一组自适应控制参数。在一些实施例中，在过程1中确定的该自适应控制参数组可以用作过程2中的最终控制参数。在其他实施例中，在过程1中确定的该自适应控制参数组可以用作过程2的初始参数组(对应于图7中的K

一个或多个处理器可以被配置为识别负载的耦接状态和/或安装配置，并且可以在过程1中计算一组自适应控制参数。在一些实施例中，一个或多个处理器可以被配置为使用在别处讨论的方法来确定自适应控制参数。在一些实施例中，一个或多个处理器可以是可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU)或微控制器)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或一个或多个ARM处理器。在一些实施例中，一个或多个处理器可以可操作地与非暂时性计算机可读介质耦接。非暂时性计算机可读介质可以存储可由一个或多个处理器单元执行用以执行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移动介质，或外部储存器，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施例中，可以将计算惯性力矩所需的电机和系统的参数存储在非暂时性计算机可读介质的存储器单元内。在一些实施例中，包含控制参数与载体的一个或多个物理特性之间的关系的查找表可以存储在存储器单元内。在一些实施例中，来自运动或位置传感器的数据可以被直接传送到非暂时性计算机可读介质的存储器单元并存储于其中。非暂时性计算机可读介质的存储器单元可以存储可由一个或多个处理器执行的逻辑、代码和/或程序指令，以执行本文描述的方法的任何合适的实施例。例如，一个或多个处理器可以被配置为执行指令以计算载体的惯性力矩，如本文所讨论的。在其他示例中，一个或多个处理器可以被配置为生成要提供给一个或多个致动器的输入信号。在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质的存储器单元可以用于存储由一个或多个处理器确定的或来自任何其他装置的自适应控制参数组。

图11示出了根据一些实施例的用于控制/稳定负载9和1102的设备的示例。设备1120或1110的元件可以与本文描述的系统、装置和方法中的任一个组合使用。设备1110可以由诸如UAV的可移动物体(未示出)承载。设备1120可以是由人携带的手持装置。设备1120或1110包括与负载9或1102耦接的载体。

在所描绘的实施例1110中，载体1104包括固定到负载1102的第一框架1106和与第一框架1106耦接的第二框架1108。在所示实施例1110中，第二框架1108是偏航框架，其由偏航致动器1116致动以使载体1104和耦接的负载1102绕偏航轴旋转，并且第一框架1106是横滚框架，其由横滚致动器1118致动，以便使载体1104和耦接的负载1102绕横滚轴旋转。载体1104还可以包括俯仰致动器1120，其被配置为使负载1102绕俯仰轴旋转。致动器1116、1118和1120中的每一个都可以施加扭矩以使相应的框架或负载绕相应的转轴旋转。每个致动器可以是包括转子和定子的电机。例如，偏航致动器1116可以包括与偏航框架(第二框架1108)耦接的转子和与可移动物体(未示出)耦接的定子，反之亦然。然而，应当理解，也可以使用载体的备选配置(例如，少于或多于两个框架，第二框架1108可以是俯仰框架或横滚框架而不是偏航框架，第一框架可以是偏航框架或俯仰框架而不是横滚框架，可以提供单独的俯仰框架以使负载绕俯仰轴耦接旋转等)。

在所描绘的实施例1120中，1可以是使载体绕Y轴1124旋转的致动器且7可以是Y轴轴臂。3可以是使载体绕Z轴1126旋转的致动器，而5是Z轴轴臂。6可以是使载体绕X轴1122旋转的致动器，而2是Z轴轴臂。诸如惯性测量单元的一个或多个传感器可以位于载体的轴臂上。8可以是配置为将负载9与载体相连的支撑件。

在一些实施例中，一个或多个位置检测传感器可以位于载体上以评估如本文先前所述的耦接状态。一个或多个位置检测传感器可以与图8中描述的相同。传感器可以安装在载体上的任何合适位置，例如Y轴轴臂7。例如，接近度传感器可以位于Y轴轴臂7上，以检测负载9是否与载体1120耦接。

如以上和这里所讨论的，载体可以用于控制耦接的负载的空间布置(例如，位置和/或朝向)。例如，载体可以用于将负载移动(例如，平移和/或旋转)到期望的空间布置。期望的空间布置可以由用户手动输入(例如，经由与可移动物体、载体和/或负载通信的远程终端或其它外部装置)，自主确定(例如，通过可移动物体、载体和/或负载的一个或多个处理器)而不需要用户输入，或者借助可移动物体、载体和/或负载的一个或多个处理器半自主地确定。期望的空间布置可以用于计算载体或其一个或多个组件(例如，一个或多个框架)的移动，这将实现负载的期望的空间布置。

例如，在一些实施例中，与负载的期望姿态相关联的输入角度(例如，偏航角度)由一个或多个处理器(例如，可移动物体、载体和/或负载的处理器)接收。基于输入角度，一个或多个处理器可以确定要施加于载体或其一个或多个组件(例如，航向框架)的输出扭矩，以实现期望的姿态。输出扭矩可以通过多种方式确定，例如使用反馈控制回路。反馈控制回路可以将输入角度作为输入，并输出所述输出扭矩作为输出。可以使用比例(P)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器或其组合中的一个或多个来实现反馈控制回路。

可以使用这里描述的方法确定控制参数以适应各种负载。在一些实施例中，在启动控制功能之前，可以检测负载相对于载体的安装位置和耦接状态。在一些实施例中，可以在载体初始化过程期间操作负载检测。在一些实施例中，可以在载体处于初始位置时操作负载检测。在其他实施例中，可以在载体从随机姿态/位置移动到初始姿态/位置的过程期间操作负载检测。

可以提供一个或多个处理器以确定载体的自适应控制参数和/或确定负载的安装配置和耦接状态。

载体或云台可以是单轴云台系统或多轴云台系统。可以包括一个或多个传感器以测量载体的运动。传感器可以是适于获得指示负载(例如惯性传感器)的空间布置(例如，位置、朝向、角度)和/或运动特性(例如，平移(线)速度、角速度、平移(线)加速度、角加速度)的数据的任何传感器。这里可以使用惯性传感器来指代运动传感器(例如，速度传感器、加速度传感器，例如加速度计)、朝向传感器(例如，陀螺仪、倾角计)或具有一个或多个集成运动传感器和/或一个或多个集成朝向传感器的IMU。惯性传感器可以提供相对于单个运动轴的感测数据。运动轴可以对应于惯性传感器的轴(例如，纵向轴)。可以使用多个惯性传感器，每个惯性传感器沿着不同的运动轴提供测量。例如，可以使用三个加速度计来提供沿三个不同运动轴的加速度数据。运动的三个方向可以是正交轴。一个或多个加速度计可以是被配置为测量沿着平移轴的加速度的线加速度计。相反，一个或多个加速度计可以是被配置为测量绕转轴的角加速度的角加速度计。作为另一示例，可以使用三个陀螺仪来提供关于三个不同旋转轴的朝向数据。三个转轴可以是正交轴(例如，横滚轴、俯仰轴、偏航轴)。备选地，至少一些或全部惯性传感器可以提供相对于相同运动轴的测量。例如，可以通过实现这种冗余，以提高测量精度。可选地，单个惯性传感器可提供相对于多个轴的感测数据。例如，可以使用包括多个加速度计和陀螺仪的IMU来产生关于多达六个运动轴的加速度数据和朝向数据。备选地，可以使用单个加速度计来检测沿着多个轴的加速度，并且可以使用单个陀螺仪来检测围绕多个轴的旋转。

一些传感器可以与载体机械地耦接，使得载体的空间布置和/或运动对应于传感器的空间布置和/或运动。传感器可以经由刚性耦接件与载体耦接，使得传感器不会相对于其所附接的载体的部分移动。备选地，传感器和载体之间的耦接件可以允许传感器相对于载体移动。耦接件可以是永久性耦接件或非永久性(例如可拆卸的)耦接件。合适的耦接方法可以包括胶粘剂、粘合、焊接和/或紧固件(例如螺钉、钉子、销钉等)。在一些实施例中，传感器和载体之间的耦接件包括避震器或减震器，避震器或减震器减少从载体传递到传感器的振动或其他不希望的机械运动。可选地，传感器可以与载体的一部分一体地形成。此外，传感器可以与载体的一部分(例如，处理单元、控制系统、数据储存器)进行电耦接。

在一些实施例中，载体与可移动物体耦接。本发明的可移动物体可以被配置为在任何合适的环境中移动，例如在空中(例如，固定翼飞机、旋转翼飞机、或没有固定翼或旋转翼的飞机)；在水中(例如船舶或潜艇)；在地面上(例如机动车，诸如轿车、卡车、巴士、面包车、摩托车；可移动的结构或框架，诸如棒、钓竿；或火车)；在地面下(例如，地铁)；在太空(例如，太空飞船、卫星或探针)，或这些环境的任何组合。可移动物体可以是载运工具，诸如本文别处描述的载运工具。在一些实施例中，可移动物体可以安装在诸如人或动物的活体上。合适的动物可以包括禽类、犬类、猫类、马类、牛类、羊类、猪类、海豚类、啮齿类或昆虫类。

可移动物体可以相对于六个自由度(例如三个平移自由度和三个旋转自由度)在环境内自由移动。备选地，可移动物体的运动可以相对于一个或多个自由度(例如通过预定的路径、轨道或朝向)进行限制。该运动可由任何合适的致动机构(例如发动机或电机)来致动。可移动物体的致动机构可以由任何合适的能源(例如电能、磁能、太阳能、风能、重力、化学能、核能或其任何合适的组合)提供动力。可移动物体可以经由推进系统自推进，如本文其他地方所述。推进系统可以可选地靠能源(例如电能、磁能、太阳能、风能、重力、化学能、核能或其任何合适的组合)操作。备选地，可移动物体可以由生物体承载。可移动物体不限于任何类型的运动或振动，诸如由任何致动系统导致的高频振动、中频振动和低频振动。可移动物体的运动可以引起载体的相关运动。在一些实施例中，本发明提供了对载体的移动的自适应控制，使得可以稳定或控制由载体支撑的负载的运动。

图13示出了根据实施例的包括载体平台1302和负载1304的可移动物体1300。载体平台1302可以包括先前参考图12描述的任何示例性载体(例如，云台)平台。虽然可移动物体1300被描绘为飞机，但是该描述并不旨在限制，并且可以使用任何合适类型的可移动物体，如本文前面所述。本领域技术人员将理解，本文在飞机系统的上下文中描述的任何实施例可以应用于任何合适的可移动物体(例如，UAV)。在一些具体实例中，负载1304可以设置在可移动物体1300上，而不需要载体平台1302。可移动物体1300可以包括推进机构1306、感测系统1308和通信系统1310。

如前所述，推进机构1306可以包括旋翼、螺旋桨、叶片、发动机、电机、轮子、轴、磁体或喷嘴中的一个或多个。可移动物体可以具有一个或更多个、两个或更多个、三个或更多个，或四个或更多个推进机构。全部推进机构可以是相同类型的。备选地，一个或多个推进机构可以是不同类型的推进机构。推进机构1306可以使用诸如本文别处所述的支撑元件(例如，驱动轴)的任何合适的方法安装在可移动物体1300上。推进机构1306可以安装在可移动物体1300的任何合适的部分上，诸如顶部、底部、前部、后部、侧面或其合适的组合。

在一些实施例中，推进机构1306可以使可移动物体1300能够垂直地从表面起飞或垂直地降落在表面上，而不需要可移动物体1300的任何水平移动(例如，无需沿着跑道行进)。可选地，推进机构1306可以可操作地允许可移动物体1300以特定位置和/或朝向悬停在空气中。推进机构1300中的一个或多个可以独立于其它推进机构受到控制。备选地，推进机构1300可以被配置为同时受到控制。例如，可移动物体1300可以具有多个水平朝向的旋翼，其可以向可移动物体提供升力和/或推力。可以致动多个水平朝向的旋翼以向可移动物体1300提供垂直起飞、垂直着陆和悬停能力。在一些实施例中，水平朝向旋翼中的一个或多个可沿顺时针方向旋转，而水平旋翼中的一个或多个可沿逆时针方向旋转。例如，顺时针旋翼的数量可以等于逆时针旋翼的数量。为了控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，从而调整可移动物体1300的空间部署、速度和/或加速度(例如，相对于最多三个平移度和三个旋转度)，可以独立地改变每个水平朝向的旋翼的转速。

感测系统1308可以包括可感测可移动物体1300(例如，相对于高达三个平移度和高达三个旋转度)的空间布置、速度和/或加速度的一个或多个传感器。一个或多个传感器可以包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、接近度传感器或图像传感器。感测系统1308提供的感测数据可用于(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下所述)控制可移动物体1300的空间布置、速度和/或朝向。备选地，感测系统1308可用于提供关于可移动物体周围的环境的数据，例如天气条件、接近潜在障碍物、地理特征的位置、人造结构的位置等。感测系统1308还可以用于感测负载1304的空间布置、速度和/或加速度(例如，相对于高达三个平移度和高达三个旋转度)。

通信系统1310能够经由无线信号1316与具有通信系统1314的终端1312进行通信。通信系统1310、1314可以包括适合于无线通信的任何数量的发射机、接收机和/或收发机。所述通信可以是单向通信，使得数据只能在一个方向上传输。例如，单向通信可以仅涉及可移动物体1300向终端1312发送数据，反之亦然。可以从通信系统1310的一个或多个发射机向通信系统1312的一个或多个接收机发送数据，或者反之亦然。备选地，所述通信可以是双向通信，使得可以在可移动物体1300和终端1312之间的两个方向上传输数据。双向通信可以涉及从通信系统1310的一个或多个发射机向通信系统1314的一个或多个接收机发送数据，并且反之亦然。

在一些实施例中，终端1312可以向可移动物体1300、载体1302和负载1304中的一个或更多个提供控制数据，并且从可移动物体1300、载体1302和负载1304中的一个或更多个接收信息(例如，可移动物体、载体或负载的位置和/或运动信息；由负载感测的数据，例如由负载相机捕获的图像数据)。在一些实例中，来自终端的控制数据可以包括用于可移动物体、载体和/或负载的相对位置、移动、致动或控制的指令。例如，控制数据(例如，通过推进机构1306的控制)可以导致可移动物体的位置和/或朝向的修改，或(例如，通过载体1302的控制)导致负载相对于可移动物体的移动。来自终端的控制数据可以导致对负载的控制，诸如对相机或其他图像捕获设备的操作的控制(例如，拍摄静止或运动的图片、放大或缩小、打开或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、改变焦点、改变景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在一些实例中，来自可移动物体、载体和/或负载的通信可以包括来自(例如，感测系统1308或负载1304的)一个或多个传感器的信息。通信可以包括来自一个或多种不同类型的传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、接近度传感器或图像传感器)的感测信息。这样的信息可以涉及可移动物体、载体和/或负载的定位(例如位置，朝向)、移动或加速度。来自负载的这种信息可以包括由负载捕获的数据或感测的负载状态。由终端1312发送提供的控制数据可以被配置为控制可移动物体1300、载体1302或负载1304中的一个或多个的状态。备选地或组合地，载体1302和负载1304也可以各自包括被配置为与终端1312进行通信的通信模块，使得该终端可以独立地与可移动物体1300、载体1302和负载1304中的每一个进行通信并对其进行控制。

在一些实施例中，可移动物体1300可被配置为与除了终端1312之外的或者代替终端1312的另一远程装置通信。终端1312还可以被配置为与另一远程装置以及可移动物体1300进行通信。例如，可移动物体1300和/或终端1312可以与另一可移动物体或另一可移动物体的载体或负载通信。当需要时，远程装置可以是第二终端或其他计算装置(例如，计算机、膝上型电脑、平板电脑、智能电话或其他移动装置)。远程装置可以被配置为向可移动物体1300发送数据、从可移动物体1300接收数据、向终端1312发送数据，和/或从终端1312接收数据。可选地，远程装置可以与因特网或其他电信网络连接，使得从可移动物体1300和/或终端1312接收的数据可以上传到网站或服务器。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将会想到许多变化、改变和备选方式。应当理解，在实施本发明时可以采用本文所述的本发明的实施例的各种替代方案。本文描述的实施例的许多不同组合是可能的，并且这样的组合被认为是本公开的一部分。此外，结合本文任何一个实施例讨论的所有特征可以容易地适用于本文的其它实施例。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构由此被涵盖。