具有多自由度飞行模式的无人机的控制方法与流程

1.本发明涉及具有多自由度飞行模式的无人机的控制方法。


背景技术：

2.被称为无人机的多旋翼或多风扇飞行器通常是具有三个以上旋翼的直升机的一种。其与传统的单旋翼直升机相比，优点是可以改变旋翼的扭矩和速度，易于维护和操作。由于这些优点和电子技术的迅速发展，多旋翼飞行器的应用领域也迅速扩大。过去主要以军用的尺寸较大的无人飞行器为主，但近期生产了较多民用小型无人飞行器。其利用范围也从拍摄影像扩大到物品运输等多种领域。
3.在多种形态的小型无人飞行器中，特别是被称为四旋翼的多旋翼飞行器比其他飞行器具有较多优点。最大的优点是机械机制非常简单。四旋翼在飞行前不需要使飞机配平，机械振动也不大，因老化导致零件破损的概率也很低。并且，由于四旋翼具有简约的形状，在数学上易于建模，因此适合自动飞行，与其他需要大量训练以调节飞行器的小型飞行器不同，初学者也可以轻松操纵。另外，由于使用多个小螺旋桨，对于操纵或管理不熟练的人也相对安全。即，即使没有对飞行器的专业知识或事先不进行很多训练，也可以轻松操纵、维护和管理四旋翼。得益于这些优点，四旋翼在民用小型无人飞行器中的影响力正在逐渐扩大。
4.对四旋翼的控制和引导已有不少研究者进行了研究。首先，在控制领域，为了有效处理四旋翼的非线性模型的特性，利用backstepping(反推)技术或sliding mode(滑动模态)技术直接控制非线性系统，还试图利用feedback linearization(反馈线性化)使四旋翼模型线性化后进行控制。另外，在引导领域，不仅可以执行使四旋翼机身向一个方向旋转360度或其以上的flip(快速翻转)动作，还可以实现基于特定轨道和姿势的快速机动，相互交换球等精巧的机动。
5.在众多研究者的贡献下，目前虽然可以精密地控制和引导四旋翼等多旋翼飞行器，但功能上仍有待改善。基于三维空间中飞行器的准确位置和姿势由6个变数来表现的事实，最终多旋翼飞行器系统成为输入的维度小于输出的维度的under actuated(欠驱动)系统。这一事实限制了多旋翼飞行器的控制和引导。例如，为了将多旋翼飞行器向前加速，其主体必须向前倾斜，在多旋翼飞行器向后倾斜的状态下，绝对不会产生向前的加速度。也就是说，多旋翼飞行器的姿势和加速度不能完全独立。
6.因此，当通过将摄像头附接到多旋翼飞行器的主体来拍摄目标物时，若多旋翼飞行器转换方向，其主体也将一同倾斜，从而摄像头的拍摄方向将偏离拍摄目标物。另外，由于转换方向时也需要整个多旋翼飞行器倾斜，因此响应性相对较低，因此急速机动不太容易。因这些原因使用能够根据机身角度的变化来保持摄像头的另外的装置，这会导致部件和成本的增加，重量也会增加，缩短了电池的使用时间。另外，由于这种摄像头连接装置容易受到振动，另行安装了吸尘装置，因此具有装置变得复杂的缺点。
7.*相关现有技术
8.韩国公开专利第10-2017-0061941号(2017.06.07.公开)
9.韩国授权专利第10-1692315号(2016.12.28.授权)


技术实现要素：

10.要解决的技术问题
11.本发明的目的在于，使无人机稳定地具有多自由度而实现多种飞行模式，无需为了设置摄像头而设置另外的装置，能够保持不晃动的状态。
12.本发明的另一目的在于，通过减少机身部的方位角和无人机的前进速度之间的差异，使得无人机所受的空气阻力最小化。
13.本发明的又一目的在于，通过调整旋翼的倾斜角度，提供将机身部的方位角固定到特定目标点的机动。
14.本发明的又一目的在于，提供一种无人机的控制方法，可以与无人机的前进方向无关地自由操纵机身部的角度，任由操纵者执行多种任务。
15.解决问题的手段
16.根据本发明的具有多自由度飞行模式的无人机的控制方法，该无人机包括：机身部，安装有电池，前进方向被设定为x轴；第一旋翼及第二旋翼，各个旋转轴向z轴方向排列，从所述x轴方向观察时，在第一位置，以所述机身部为中心对向设置；第三旋翼及第四旋翼，各个旋转轴向所述z轴方向排列，从所述x轴方向观察时，在所述机身部的第二位置，向所述y轴方向对向设置；第一框架轴，在所述第一位置，以平行于所述y轴的y1轴为中心可旋转地被所述机身部支撑，在两个端部，基于平行于所述x轴的各个支撑轴而支撑所述第一旋翼及所述第二旋翼；第二框架轴，在所述第二位置，以平行于所述y轴的y2轴为中心可旋转地被所述机身部支撑，在两个端部，基于平行于所述x轴的各个支撑轴而支撑所述第三旋翼及所述第四旋翼；第三框架轴，相对于所述第一框架轴，基于多个第一杆部而向所述z轴方向隔开设置，基于平行于所述y轴的作用力而移动，使得所述第一旋翼及所述第二旋翼以平行于所述x轴的各个轴为中心而倾斜；第四框架轴，相对于所述第二框架轴，基于多个第二杆部而向所述z轴方向隔开设置，基于平行于所述y轴的作用力而移动，使得所述第三旋翼及所述第四旋翼以平行于所述x轴的各个轴为中心而倾斜；第一驱动马达部，通过第一变换机构部连接，向所述第三框架轴及所述第四框架轴提供平行于所述y轴方向的力量；第二驱动马达部，通过第二变换机构部连接，向所述第一框架轴及所述第二框架轴提供力量而使其分别以所述y1轴及所述y2轴为中心而旋转；及控制部，控制所述第一旋翼、所述第二旋翼、所述第三旋翼、所述第四旋翼、所述第一驱动马达部及所述第二驱动马达部而实现多个飞行模式，所述控制方法包括如下步骤：为了按照被输入的值使所述无人机飞行，设定所述第一旋翼至所述第四旋翼的速度及所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角；在所述轨迹中，计算所述机身部的方位角与所述无人机的前进速度的差异；及若所述机身部的方位角与所述无人机的前进速度的差异超过基准值，则变更所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角，减少所述方位角与所述无人机的前进速度的差异。
17.根据本发明的一例，所述控制方法还包括如下步骤：被输入目标指向点；在所述无人机根据所述轨迹移动的过程中，为了改变所述机身部的方位角而使所述机身部继续朝向所述目标指向点，变更所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角。
18.根据本发明的一例，所述控制方法还包括如下步骤：被输入关于所述机身部方位角的任意角度模式；被输入所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角；及根据被输入的所述倾斜角，变更所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角而改变所述机身部的方位角。
19.根据本发明的一例，所述多个飞行模式可以包括：第一飞行模式，使所述第一驱动马达部及所述第二驱动马达部全部停止，单独控制所述第一旋翼至所述第四旋翼的速度；及第二飞行模式，通过单独控制而启动所述第一驱动马达部及所述第二驱动马达部，单独控制所述第一旋翼至所述第四旋翼的速度。
20.根据本发明的一例，所述第一飞行模式可以包括：第1-1飞行模式，使所述机身部向所述x轴方向倾斜或向所述y轴方向移动；第1-2飞行模式，使所述机身部向所述y轴方向倾斜或向所述x轴方向移动；第1-3飞行模式，使所述机身部以所述z轴为中心而旋转；及第1-4飞行模式，使所述机身部向所述z轴方向移动。
21.根据本发明的一例，所述第二飞行模式可以包括：第2-1飞行模式，使所述机身部保持水平，使所述第一旋翼至所述第四旋翼以平行于所述x轴的各个轴为中心倾斜，使所述机身部向所述y轴方向移动；第2-2飞行模式，使所述机身部保持水平，使所述第一旋翼至所述第四旋翼以平行于所述y轴的各个轴为中心倾斜，使所述机身部向所述y轴方向移动；第2-3飞行模式，使所述机身部保持水平，单独控制所述第一旋翼至所述第四旋翼的速度，使所述机身部以所述z轴为中心而旋转；第2-4飞行模式，使所述机身部保持水平，单独控制所述第一旋翼至所述第四旋翼的速度，使所述机身部向所述z轴方向移动；第2-5飞行模式，使所述第一旋翼至所述第四旋翼以平行于所述x轴的各个轴为中心旋转，使所述机身部相对所述x轴旋转；及第2-6飞行模式，使所述第一旋翼至所述第四旋翼以平行于所述y轴的各个轴为中心旋转，使所述机身部相对所述y轴旋转。
22.根据本发明的一例，所述第2-5飞行模式可以包括：使所述第一旋翼至所述第四旋翼的各个旋转轴平行于所述z轴，使所述机身部相对所述x轴旋转，保持相对地面倾斜的状态的姿势。
23.根据本发明的一例，所述第2-6飞行模式可以包括：使所述第一旋翼至所述第四旋翼的各个旋转轴平行于所述z轴，使所述机身部相对所述y轴旋转，保持相对地面倾斜的状态的姿势。
24.本发明还包括一种具有多自由度飞行模式的无人机的控制方法，该无人机包括：机身部，安装有电池，前进方向被设定为x轴；多个旋翼，在所述机身部的周围设置有四个以上，各个旋转轴向z轴方向整齐排列；x轴倾斜机构部，使所述多个旋翼以平行于所述x轴的各个轴为中心而倾斜；y轴倾斜机构部，使所述多个旋翼以平行于y轴的各个轴为中心而倾斜；及第一驱动马达部，用于驱动所述y轴倾斜机构部；第二驱动马达部，用于驱动所述x轴倾斜机构部；及控制部，控制所述第一旋翼、所述第二旋翼、所述第三旋翼、所述第四旋翼、所述第一驱动马达部及所述第二驱动马达部而实现多个飞行模式，所述控制方法包括如下步骤：为了按照被输入的值使所述无人机飞行，设定所述第一旋翼至所述第四旋翼的速度及所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角；在所述轨迹中，计算所述机身部的方位角与所述无人机的前进速度的差异；及若所述机身部的方位角与所述无人机的前进速度的差异超过基准值，则变更所述第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角，减少所述方位角与所述无人机的前进速度的差异。
25.发明的效果
26.根据本发明的具有多自由度飞行模式的无人机，使多个旋翼能够以x轴及y轴为中心分别独立地倾斜，即使在旋翼的盘旋或姿势变换或速度变更时，主体也能保持原有姿势或被设定为特定姿势，从而能够实现多种飞行。
27.根据本发明的一例，通过单独控制多个旋翼的速度，可以实现具有4自由度的第一飞行模式，使多个旋翼向x轴及y轴方向倾斜而实现具有6自由度的第二飞行模式。
28.根据本发明的一例，根据输入，设定第一旋翼至第四旋翼的速度及倾斜角的状态下，在无人机的轨迹中求得机身部的方位角与无人机的前进速度的差异，该差异超过基准值以上时，变更第一旋翼至第四旋翼的倾斜角而减少机身部的方位角与无人机的前进速度的差异，使得无人机所受的空气阻力最小化。
29.根据本发明的一例，无人机按照轨迹移动的过程中，为了改变机身部的方位角而使机身部继续朝向所述目标指向点，变更第一旋翼至所述第四旋翼的倾斜角，因此在一个或群集飞行中，可以执行多种任务。
30.根据本发明的另一例，在无人机按特定轨迹移动的过程中，可以与无人机的前进方向无关地自由操纵机身部的角度，任由操纵者执行多种任务。
附图说明
31.图1是本发明的一例的无人机100的立体图。
32.图2是示出图1的无人机100中拆分机壳111的状态的立体图。
33.图3是从下方观察图2的无人机100的立体图。
34.图4是示出图2的状态中多个旋翼以y轴为中心倾斜的样子的立体图。
35.图5是示出图2的状态中多个旋翼以x轴为中心倾斜的样子的立体图。
36.图6是图2的状态中多个旋翼以x轴及y轴为中心倾斜的样子的立体图。
37.图7至图13示出本发明的无人机200基于第一飞行模式的姿势，
38.图7示出平衡状态，
39.图8及图9示出无人机前后(x轴方向)移动及以y轴为中心旋转，
40.图10及图11示出无人机左右移动(y轴方向)及以x轴为中心旋转，
41.图12示出无人机向z轴方向移动的概念，
42.图13示出无人机以z轴为中心旋转。
43.图14至图17示出本发明的无人机200基于第二飞行模式的姿势中不同于第一飞行模式的姿势，
44.图14示出无人机前后移动，
45.图15示出无人机左右移动，
46.图16示出机身部以x轴为中心旋转，
47.图17示出机身部以y轴为中心旋转。
48.图18至图22是用于描述本发明的多种飞行模式及其控制方法的图。
具体实施方式
49.下面参照附图详细描述本发明的具有多自由度飞行模式的无人机。本说明书中，
即使是不同的实施例，相同或类似的构件使用相同或类似的附图标记，对于其说明，可以参考之前的描述。
50.根据图1，本发明的具有多自由度飞行模式的无人机100具有中间的机身部110及设置在机身部110周围的多个旋翼121、122、123、124。为了支撑多个旋翼121、122、123、124，将第一框架轴131、第二框架轴132、第三框架轴133及第四框架轴134设置在机身部110。
51.出于说明上的便利，规定坐标系的话，机身部110置于前后方向即x轴方向，机身部110的左右方向为y轴方向，机身部110的上下方向为z轴方向。多个旋翼121、122、123、124的各个旋转轴向z轴方向排列。
52.可以沿着机身部110x轴方向，在多个位置成对设置多个旋翼。图1就是这种例子之一，可以看出设置了两对。即，在机身部110的后端，第一旋翼121及第二旋翼122形成一对，在机身部110的前端，第三旋翼123及第四旋翼124形成一对。第一旋翼121及第二旋翼122被第一框架轴131及第三框架轴133支撑，第三旋翼123及第四旋翼124被第二框架轴132及第四框架轴134支撑。
53.多个旋翼121、122、123、124被平行于x轴的各个支撑轴136、137、138、139支撑。支撑轴136、137、138、139一方面是为多个旋翼分别供应电源的电缆的设置空间，另一方面是通过控制使得多个旋翼121、122、123、124倾斜的首要的支撑点。
54.机身部110可以是由机壳111覆盖内部的多个部件的形态。可以在机身部110的前方设置摄像头112。如图2，将摄像头112直接设置在基板等，为了减少晃动，不使用另外的稳定器等构件。源自后述的通过本发明的无人机的构件及飞行模式减少摄像头112的晃动并准确并容易地使摄像头112朝向所需方向这一点。
55.如图2，机身部110设置有电池113，以向多个部件供应电源。为了减少电池113的电源消耗且增加飞行时间，本发明省略了前述的稳定器及额外的部件，因此可以减少相应的重量。
56.用于支撑多个旋翼121、122、123、124的多个框架轴131、132、133、134采用既可
‘
固定’也可
‘
倾斜’的结构。为此，作为一例，多个框架轴包括：第一框架轴131，在机身部110的后端，被机身部110支撑，能够以平行于y轴的y1轴为中心而旋转；第二框架轴132，在机身部110的前端，被机身部110支撑，能够以平行于y轴的y2轴为中心而旋转；第三框架轴133，相对于第一框架轴131，基于多个第一杆部141、142而向z轴方向隔开设置；第四框架轴134，相对于第二框架轴132，基于多个第二杆部143、144而向z轴方向隔开设置。即，第一框架轴131和第二框架轴132呈现被机身部110支撑且能够向y轴方向旋转的形态，虽然第三框架轴133及第四框架轴134相对于机身部110不是固定的，但基于各个杆部141、142，143、144，呈现相对于第一框架轴131及第二框架轴132，在被约束的状态下因驱动力而移动的形态。本例中，第三框架轴133及第四框架轴134向y轴方向移动，使得首要支撑多个旋翼121、122、123、124的支撑轴136、137、138、139以平行于x轴的各个轴为中心而旋转。
57.为了驱动第三框架轴133及第四框架轴134而具备第一变换机构部，第一变换机构部接收第一驱动马达部150的驱动力而将其转换成用于使第三框架轴133及第四框架轴134向平行于y轴的方向移动的力量。但是因第三框架轴133及第四框架轴134被第一杆部141、142约束，相对于第一框架轴131及第二框架轴132，向分别以平行于x轴的x1轴及x2轴为中心盘旋的方向移动。第一变换机构部为了将第一驱动马达部150的驱动力同时传递到第三
框架轴133及第四框架轴134而设置有第一传递杆151。第一传递杆151向x轴方向延长，通过由第一驱动马达部150传递的旋转力而旋转，在相反侧端部使得连杆部件旋转而使得第三框架轴133及第四框架轴134向y轴方向同时移动。
58.如图3，第一框架轴131及第二框架轴132通过第二变换机构部连接，第二变换机构部通过第二驱动马达部160连接，传递第二驱动马达部160的旋转力而使得第一框架轴131及第二框架轴132以各个旋转轴y1、y2为中心旋转。第二变换机构部具有能够将第二驱动马达部160的驱动力同时传递到第一框架轴131及第二框架轴132的第二传递杆161。第二传递杆161也是向x轴方向延长的形态，接收第二驱动马达部160的驱动力而向x轴方向移动，基于此，提供使第一框架轴131及第二框架轴132旋转的扭矩。
59.参照图4至图6描述这种结构的作用。图4示出基于第二驱动马达部160的驱动力而第二传递杆161向x轴方向移动而使第一框架轴131及第二框架轴132旋转，结果第一旋翼121及第二旋翼122以y1轴为中心，第三旋翼123及第四旋翼124以y2轴为中心分别旋转。这种多个旋翼121、122、123、124的y轴方向的倾斜将导致相对于机身部110的角度变更，多个旋翼121、122、123、124所具有的推进力相对于机身部110向y轴方向倾斜。
60.图5示出基于第一驱动马达部150的驱动力而第一传递杆151以x轴为中心旋转，使第三框架轴133及第四框架轴134向y轴方向移动，结果支撑多个旋翼121、122、123、124的支撑轴136、137、138、139分别向x1及x2轴方向盘旋而多个旋翼121、122、123、124也向该方向一同盘旋。这种多个旋翼121、122、123、124的倾斜将引导相对于机身部110以x轴为中心倾斜(左右倾斜)或向y轴方向移动(左右移动)。
61.图6示出第一驱动马达部150及第二驱动马达部160都起作用而导致多个旋翼121、122、123、124分别向x轴及y轴倾斜的结果。这种多个旋翼121、122、123、124的倾斜最终使机身部110向对角线方向移动或倾斜。
62.本发明的具有多自由度的无人机100具有通过控制多个旋翼121、122、123、124及第一驱动马达部150、第二驱动马达部160而实现多个飞行模式的控制部。控制部通过控制多个旋翼121、122、123、124的速度或第一驱动马达部150及第二驱动马达部160的动作或旋转角度，精确调整多个旋翼121、122、123、124的倾斜。机身部110设置有无线通信模块而与地上的遥控器通信，控制部根据输入信号实现飞行模式。
63.下面参照图7描述具有本发明的多自由度的无人机200的飞行模式。这些附图中，多个旋翼221、222、223、224对应前述的多个旋翼121、122、123、124，支撑这些多个旋翼221、222、223、224或使其倾斜的构件也与前述相同。但为了便于理解而简化表示。
64.本发明的具有多自由度的无人机200的多个飞行模式可以包括4自由度模式和6自由度模式。这些4自由度模式和6自由度模式可以独立实现，根据情况，可以同时实现。
65.图7至图13示出基于本发明的无人机200的第一飞行模式的姿势。
66.图7示出用于形成平衡状态的多个旋翼221、222、223、224的旋转状态。即，为了无人机的机身部210稳定地悬停，以对角线相视的多个旋翼221、222、223、224的旋转方向需一致，并排的多个旋翼是彼此相反的方向。若多个旋翼221、222、223、224的旋转速度相同，则机身部210可以保持水平，基于旋翼旋转的推进力的大小与无人机200重力大小一致时，无人机200可以稳定地实现空中停止的机动即悬停。关于悬停的本例的无人机200的多个旋翼221、222、223、224无需另外的倾斜而通过马达的速度控制。
67.图8及图9示出使无人机200向前后(x方向)移动的多个旋翼221、222、223、224的旋转速度的关系。即，为了使无人机200前后移动，需要使机身部210的角度前后倾斜而变更推力的方向。为此，减缓前方的第三旋翼223及第四旋翼224的旋转速度并提高后方的第一旋翼221及第二旋翼222的速度，则无人机200的机身部210将向前倾斜，其结果，推力将朝向机身部210的后侧，无人机200将向前移动。
68.图10及图11示出无人机向左右移动(y轴方向)及以x轴为中心旋转的图。即，无人机200为了左右移动，需要使机身部210的角度左右倾斜而变更推力的方向。为此，降低第二旋翼222及第四旋翼224的速度并提高第一旋翼221及第三旋翼223的旋转速度，则无人机200的机身部210将向右侧倾斜，结果，推力将朝向机身部210的左侧，因此无人机200将向右侧移动。
69.图12示出无人机向z轴方向移动的概念，无人机200的上下移动与悬停的原理相同。若多个旋翼221、222、223、224的旋转速度的大小一致的状态下，同等增加多个旋翼221、222、223、224的旋转速度，则推力将增大，在机身保持水平的状态下，高度将上升(图12a)，与此相反，若同等减少多个旋翼221、222、223、224的旋转速度，则推力将减少，在机身保持水平的状态下，高度将下降(图12b)。
70.图13示出无人机以z轴为中心旋转。为了使无人机200向z轴方向旋转，将向z轴方向旋转的以对角线相视的多个旋翼的旋转速度降低一定比率，将向z轴的相反方向旋转的其余多个旋翼的旋转速度增加相同比率。根据牛顿的作用、反作用的法则，多个旋翼221、222、223、224的z轴方向旋转矢量的总和大于0时，机身基于反作用而向z轴的相反方向旋转。
71.图14至图17示出本发明的无人机200基于第二飞行模式的姿势中不同于第一飞行模式的姿势。6自由度飞行模式中，悬停、z轴旋转、上升和下降可与前述的4自由度飞行模式类似地实现。本例的描述以4自由度飞行模式无法实现的形态为主。
72.图14示出无人机前后移动。即，为了使无人机200前后移动，在保持悬停的状态下，使多个旋翼221、222、223、224向前倾斜(指以y轴为中心旋转而倾斜)。此时，使机身部210保持水平的机制与悬停时类似。
73.图15示出无人机左右移动。为了使无人机200左右移动，在保持悬停的状态下，使多个旋翼221、222、223、224向左右方向倾斜(指以x轴为中心旋转而倾斜)。此时，使机身部210保持水平的机制与悬停时类似。
74.图16示出机身部以x轴为中心旋转。即，在保持悬停的状态下，为了使机身部210以x轴为中心倾斜，提高右侧的第二旋翼222及第四旋翼224的旋转速度，降低位于左侧的第一旋翼221及第三旋翼223的旋转速度，无人机200的机身部210将以x轴为中心旋转。
75.当机身部210旋转时，多个旋翼221、222、223、224也向相同方向旋转而改变推力的方向，使机身部210移动，为了对此补偿，向与机身部210旋转方向相反的方向，以同等量变更多个旋翼221、222、223、224的角度。
76.图17示出机身部以y轴为中心旋转。即，在保持悬停的状态下，为了使机身部210向y轴方向倾斜，提高前方的第三旋翼223及第四旋翼224的旋转速度，降低后方的第一旋翼221及第二旋翼222的旋转速度，无人机200的机身部210将以y轴为中心旋转。
77.与图16相同地，当机身部210旋转时，多个旋翼221、222、223、224也向相同的方向
旋转而改变推力的方向，从而使机身部210移动，为了对此补偿，向与机身部210旋转方向相反的方向，以同等量变更多个旋翼221、222、223、224的角度。
78.图18是用于描述4自由度飞行模式(4dof flight mode)下的无人机300的控制方法的图。本例中，示出前述的无需驱动马达部150，160调整马达角度，与现有的无人机一样，仅利用旋翼(螺旋桨)的旋转速度控制无人机的飞行模式。为了确保推力，无人机机身部310的角度相对要前进的方向，向前方倾斜。因倾斜而受到较大的空气阻力，会受到往下压的下压力，从而降低飞行效率。这种情况下，若机身部310安装了被固定的摄像头，摄像头的视线会因机身部310的角度而晃动而难以拍摄。
79.图19是用于描述应用本发明的无人机300的水平飞行模式(horizontal flight mode)下的控制方法的图。
80.本例的飞行模式是使无人机300的机身部310始终与地面保持水平，提高传感器的感测性能，使机身部310平稳运行的模式。无需为了确保推力而使无人机机身部310的角度向前进方向倾斜，只将多个旋翼321、322、323、324的方向倾斜到前进方向。因没有机身部310的倾斜而空气阻力小，大幅提高了飞行效率。若机身部310安装了摄像头，则摄像头的视线始终保持一定角度，因此可以稳定地拍摄。如果有乘客，因机身部310始终保持水平，大幅提高了飞行乘车感。
81.图20是用于描述应用本发明的无人机300的效率飞行模式(efficient flight mode)下的控制方法的图。本例的飞行模式是将无人机300的机身部310的方位角定立为与无人机300的前进速度相同的方向，使无人机前进时所受的空气阻力最小化的飞行模式。为此，首先，为了按照被输入的值使无人机300飞行，设定多个旋翼321、322、323、324的速度及倾斜角。在事先指定或操纵中的轨迹中，求得机身部310的方位角与无人机300的前进速度(向量)之间的差异。此时，若机身部310的方位角与无人机300的前进速度的差异超过基准值，变更多个旋翼321、322、323、324的倾斜角而减少机身部310的方位角与无人机300的前进速度的差异，从而使无人机300的空气阻力最小化。即，为了确保推力，使机身部310的角度与要前进的方向一致，使多个旋翼321、322、323、324的方向向前进方向倾斜。因机身部310的速度与机身部310的姿势一致，可以使空气阻力最小化，使飞行效率最大化。若机身部310安装了被固定的摄像头，摄像头的视线将始终保持与无人机的移动速度相同的方向，因此使因晃动或方向转换导致的拍摄制约最小化，可以获得稳定的拍摄效果。最终，可以实现最有效率、最快速的机动。
82.图21是用于描述应用本发明的无人机300的焦点飞行模式(focusing flight mode)的控制方法的图。本例的飞行模式是将机身部310的方位角固定在操纵者指定的目标物的状态移动而有效应对多种任务执行的飞行模式。即，与无人机300的移动方向无关地，将机身部310的航向固定到一定目标物，适合执行多种任务。如果是安装火器类，可以击落目标物，还可以大幅增加多种传感器摄像头、激光雷达、雷达的操作范围。作为其他应用，可以被应用为最适合影像拍摄的模式。
83.图22是用于描述应用本发明的无人机300的极限飞行模式(extreme flight mode)下的控制方法的图。本例的飞行模式是与无人机300的前进方向无关地自由操纵机身部310角度而任由操纵者控制以适合执行多种任务的飞行模式。即，本例的所述控制方法包括如下步骤：被输入关于机身部310方位角的任意角度模式；被输入多个旋翼321、322、323、
324的倾斜角；及根据被输入的所述倾斜角，变更多个旋翼321、322、323、324的倾斜角而改变机身部310的方位角。据此，可以摆脱定型化飞行，完成多种任务(钻机、绘图、雕刻等)，最大限度地扩大无人机的使用范围。另外，可以支持原地旋转360度以上的flip功能等，并且通过实现无人机操作的终极飞行模式来最大化操纵的乐趣。这是适合拍摄戏剧性影像的模式。
84.如上描述的具有多自由度飞行模式的无人机的控制方法并不受限于以上多个实施例的构成及方法。可以通过有选择地组合各个实施例的全部或部分而对所述多个实施例实施多种变形。