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申请/专利权人：张力骅;王兴;张正

摘要：本发明涉及飞行器、具有全指向矢量推进系统的无人飞行器、其控制系统及控制方法。本发明所述的飞行器包括：机身；推进装置，所述推进装置提供所述飞行器运动的推力；连接装置，所述连接装置连接所述机身与所述推进装置；所述连接装置与所述机身活动连接和或所述连接装置与所述推进装置活动连接。本发明中的飞行器，推进装置相对于机身的方向可调整地设置，使得本发明可调整机身的朝向，并可使其在六个自由度内可自由运动。

主权项：1.一种具有全指向矢量推进系统的无人飞行器，其特征在于，该无人飞行器包括：中央单元；若干个推进单元，所述推进单元包括：全指向框架结构，其包括可转动结构和可转动关节结构；若干个推进装置，所述推进装置连接在全指向框架结构上，用于提供矢量推力，所述推进装置包括独立工作的子飞行器，所述独立工作的子飞行器包括复数个独立的推进器单元；所述飞行器还包括连接结构，所述连接结构用于将所述若干个推进单元与所述中央单元连接；所述连接结构与所述中央单元可转动地连接，并可相对于所述中央单元具有多个自由度的转动；在每个所述推进单元中，所述复数个推进器单元各自独立工作，从而驱动所述可转动关节结构使所述可转动结构相对于所述中央单元具有多个自由度，并调整所述中央单元的朝向以及移动速度，使得所述中央单元能够无死角全指向地转动，所述中央单元的转动角度和飞行姿态完全解耦。

全文数据：飞行器、具有全指向矢量推进系统的无人飞行器、其控制系统及控制方法技术领域[0001]本发明涉及飞行器、具有全指向矢量推进系统的无人飞行器、其控制系统及控制方法，尤其是涉及无人飞行器的推力及控制系统。背景技术[0002]传统多轴飞行器的推进单元在很大程度上限制了飞行器的机动性。在一个多轴飞行器上比如四轴旋翼机），能控制的输出量只有推力的大小。推力方向都基本朝下，飞行器本身的机动，如滚转、俯仰、偏航、爬升以及下降都由推力的大小以及各推进单元之间的推力差来完成。正是这种推力方向控制上的缺失，导致了多轴飞行器实际只有四个可控自由度，分别是上下，滚转与左右的耦合，俯仰与前后的耦合，以及偏航。飞行器必须发生滚转来向侧方移动，也必须俯仰来控制前后的位移。所以传统飞行器的指向和机动力都受到了很大的限制。比如，由于丢失两个自由度，飞行器无法在不发生位移的情况下进行滚转或者俯仰动作，也无法保持滚转90度飞行。[0003]飞行器在推进方向上的不自由，导致了很多需要高机动力的情况下无法顺利进行任务。比如飞行器的载荷视野不足。如果该载荷是一架航拍照相机的话，照相机设置在飞行器下方的话，其所能覆盖范围只有以飞行器为基准的下半球。如果相机装在飞行器上方的话，覆盖范围只有上半球。因为无论在哪面，另一半的视野半球会被机身本身所遮挡。如果飞行器不携带至少两个相机的话，就无法达到全方位的拍摄角度。[0004]因为之前提到的耦合自由度，飞行器的速度与指向也会互相影响。在一个狭窄的环境内，如果需要飞行器进行不同角度的观察，甚至是要与环境互动的话，飞行器会不可避免的发生位移，从而导致与障碍物碰撞或者失去互动。多轴飞行器必须要力矩平衡。如果一个推进单元发生故障，且不能调整力矩的话，多轴飞行器将会进入力矩不平衡态而失去控制。在高温、多尘、多鸟或者更为复杂的空中环境里，飞行器很容易发生推进单元故障。因此，现有的飞行器的工作受到很大的限制。发明内容[0005]本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种机动性更好的飞行器。[0006]为实现以上目的，通过以下技术方案实现：[0007]飞行器，其特征在于，包括：[0008]机身；[0009]推进装置，所述推进装置提供所述飞行器运动的推力；[0010]连接装置，所述连接装置连接所述机身与所述推进装置；[0011]所述连接装置与所述机身活动连接和或所述连接装置与所述推进装置活动连接。[0012]根据本发明的一个实施例，所述连接装置与所述机身两者可相对®动地運接和或所述连接装置与所述推进装置两者可相对运动地连接。[0013]根据本发明的一个实施例，所述推进装置具有两个以上的自由度。[0014]根据本发明的一个实施例，所述飞行器还包括固定装置，所述固定装置与所述连接装置连接;所述推进装置安装在所述固定装置上，所述推进装置数目为一个或两个以上。[0015]根据本发明的一个实施例，所述固定装置具有两个以上的自由度。[0016]根据本发明的一个实施例，所述固定装置包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件和所述第二固定件可相对运动地连接;所述第一固定件和第二固定件两者之一与所述连接装置连接，另一个与所述推进装置连接。[0017]根据本发明的一个实施例，所述第一固定件为弧形环，所述第二固定件为圆环;所述弧形环套装在所述圆环外，所述弧形环与所述圆环可相对运动地连接;所述推进装置与所述圆环连接，所述弧形环与所述连接装置连接。[0018]根据本发明的一个实施例，所述推进装置数目为两个以上，两个以上的推进装置相互独立地工作，两个以上的所述推进装置独立工作可使所述第一固定件与所述第二固定件相对运动地设置。[0019]根据本发明的一个实施例，所述的推进装置数目为两个以上，两个以上的所述推进装置可独立工作地设置。[0020]根据本发明的一个实施例，所述推进装置数目为二至六个，所述二至六个推进装置与所述圆环连接，每个推进装置均可独立地工作。[0021]根据本发明的一个实施例，所述推进装置包括一个或多个旋翼推进器;所述多个旋翼推进器可相互独立工作地设置。[0022]根据本发明的一个实施例，所述多个旋翼推进器共轴或多轴设置。[0023]根据本发明的一个实施例，所述推进装置包括旋翼和第一电机;所述第一电机驱动所述旋翼转动地设置;所述旋翼和所述第一电机两者之一或者两者均安装于所述固定装置上。[0024]根据本发明的一个实施例，所述飞行器还包括第二电机或执行器，所述第二电机或执行器与所述连接装置及所述固定装置连接，所述第二电机或执行器驱动所述固定装置运动地设置。[0025]根据本发明的一个实施例，所述连接装置包括连接臂，所述连接臂与所述机身连接并可相对所述机身运动地设置。[0026]根据本发明的一个实施例，所述飞行器为无人飞行器。[0027]本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有全指向矢量推进系统的无人飞行器。[0028]为实现以上目的，通过以下技术方案实现：[0029]一种具有全指向矢量推进系统的无人飞行器，该无人飞行器包括：[0030]中央单元；[0031]若干个推进单元，所述推进单元包括：[0032]全指向框架结构，其包括可转动结构和可转动关节结构，所述可转动关节结构使所述可转动结构相对于所述中央单元具有多个自由度；[0033]若千个推进装置，所述推进装置连接在全指向框架结构上，用于提供矢量推力；[0034]所述飞行器还包括连接结构，所述连接结构用于将所述若千个推进单元与所述中央单元连接。[0035]根据本发明的一个实施例，所述可转动关节结构使所述可转动结构具有至少两个转动自由度。[0036]根据本发明的一个实施例，所述可转动关节结构包括圆柱形杆。[0037]根据本发明的一个实施例，所述推进装置包括独立工作的子飞行器。[0038]根据本发明的一个实施例，所述独立工作的子飞行器包括复数个独立的推进器单JL〇[0039]根据本发明的一个实施例，所述可转动关节结构包括多个执行器，所述执行器使所述可转动结构相对于中央单元具有多个自由度。[0040]根据本发明的一个实施例，每个所述推进装置包括单向推进器。[0041]根据本发明的一个实施例，所述中央单元包括用于安装载荷和电子装置的底座。[0042]根据本发明的一个实施例，所述推进装置使所述中央单元在独立解f禹的六个自由度内任意转动和或移动。[0043]根据本发明的一个实施例，所述连接结构包括若干个连接臂，所述连接臂连接所述推进装置与所述中央单元。[0044]根据本发明的一个实施例，所述连接臂可有选择地通过可转动连接件相对于中央单元转动。[0045]根据本发明的一个实施例，还包括可转动关节、执行器和或电机;所述可转动关节、所述执行器和或电机使所述连接臂可相对于所述中央单元具有多个自由度的转动。[0046]本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有全指向矢量推进系统的无人飞行器的控制系统。[0047]为实现以上目的，通过以下技术方案实现：[0048]具有全指向矢量推进系统的无人飞行器的控制系统，其特征在于，包括：[0049]地面站单元，所述地面站单元包括用户输入装置、终端输出装置和通讯部件；[0050]中央飞行控制单元，所述中央飞行控制单元设置于无人飞行器的中央单元内；所述中央飞行控制单元包括软件，所述软件接收指令，并且计算、分配多个推进装置的目标状态；[0051]推力控制单元，所述推力控制单元设置于无人飞行器的推进装置内，其包括推进控制系统，所述推进控制系统控制所述推进装置的推力值和推力方向。[0052]本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有全指向矢量推进系统的无人飞行器的控制系统。[0053]为实现以上目的，通过以下技术方案实现：[0054]使无人飞行器有全指向矢量推力的方法，其特征在于，所述方法包括：[0055]确定无人飞行器的中央单元的方向和速度；[0056]利用传感器和软件，确定多个推进装置相对于中央单元的相对位置和指向；[0057]利用中央控制单元协调多个推进装置的运动任务；[0058]调整多个推进装置至需要的方向和速度。[0059]根据本发明的一个实施例，所述无人飞行器设置有多个推进装置，每个推进装置设置有一个或多个旋翼推进装置；多个所述旋翼推进装置可相互独立工作地设置，通过调整推进装置的部分或全部旋翼推进装置的推力值和或推力方向，以调整所述推进装置相对于中央单元的位置及朝向，进而以调整中央单元或其携带载荷的朝向以及移动速度。[0060]本发明中的飞行器，推进装置相对于机身的方向可调整地设置，使得本发明可调整机身的朝向，并可使其在六个自由度内可自由运动。推进装置包括多个推进器，每个推进器可相互独立地工作，调整部分或全部推进器的推力值和方向，可使得推进装置整体相对于机身的位置和朝向得以调整，进而调整机身及其携带的载荷的朝向及运动速度。本发明中，连接装置相对于机身可运动地设置，固定装置相对于连接装置可运动地设置，使得推进装置整体可相对于机身可调整方向。推进装置整体可运动时，使得推进装置整体输出的推力方向可调整，也使得机身的方向能够按需要调整。每个推进装置设置多个推进器时，通过调整多个推进器的输出的推力方向和大小，可以调整推进装置整体相对于机身的位置和方向，进而调整推进装置整体输出的推力方向，最终实现调整机身方向。推进装置数目为一个时，借助于执行器的驱动可以调整推进装置相对于机身的位置和方向，进而可调整推进装置整体输出的推力方向。第一固定件与第二固定件相对运动地设置，使得固定装置既可以与机身稳固连接，又可以灵活调整推进器的方向。第一固定件设置为弧形环，第二固定件设置为圆环，结构简单，易于实施，且使得两者的相对运动更加灵活。附图说明[0061]图1是由独立工作的子飞行器作为矢量推进装置的飞行器立体图。[0062]图2是处于某种飞行姿态的下的飞行器立体图。[0063]图3A是可用来改变飞行姿态的飞行器的连接臂的连接件立体图。[0064]图3B是可用来改变飞行姿态的飞行器的连接臂的连接件立体图。[0065]图4A是独立工作的子飞行器作为矢量推进装置的立体图。[0066]图4B是共轴旋翼作为矢量推进装置的实施例的立体图。[0067]图5是用执行器和推进器组合作为矢量推进装置其中一个实施例的立体图。[0068]图6是飞行器的控制系统框图。[0069]图7是飞行器处于其中一种可选的飞行姿态的范例示意图。[0070]图8是飞行器处于其中一种可选的飞行姿态的范例示意图。。[0071]图9是飞行器处于其中一种可选的飞行姿态的范例示意图。具体实施方式[0072]以下的具体描述并非对本发明保护范围的限制，仅用作说明本发明所述的装置的原理。[0073]本发明描述的是一种通过矢量推进装置产生全指向矢量推力或升力），使中央单元携带载荷具有全指向性运动的飞行器。[0074]在传统空气动力学定义里，飞行器推进装置产生的向上（反重力方向）的力为升力，向前的力为推力。但在此由于产生的力可以矢量化，指向任何方向。所以由引擎、电动机产生的力，以下均称作推力。[0075]由于传统的无人飞行器无法控制相对于其结构的推力方向，在机动性，尤其是滚转、俯仰机动上有很大的限制。在发生滚转、俯仰运动时，飞行器会不可避免地发生位移。其主要原因是推力方向导致了飞行器只有四个可控自由度。而一般的飞行器应在三维空间内具有六个自由度。六个自由度应为沿x、y和z轴的三个位移自由度和环绕这三个轴的转动自由度滚转、俯仰和偏航）。在传统多轴飞行器上，滚转和俯仰是有最大角限制的，强行超过这个限制会造成飞行器失去足够的升力而下坠。若有可调节的矢量推力的话，无论飞行器正处于什么速度，飞行器均可做飞行姿态调整，使得载荷或者任意部位的朝向指向期望方向。比如说，在每个推进单元为一个子飞行器这个实施例里，每个子飞行器作为一个推进单元安装在一个全指向装置内，它将具有完整的三维空间内的转动自由域。推力的矢量可以通过滚转、俯仰、偏航及推力大小调节至任意期望矢量。整个飞行器系统合力的调整，是通过调节所有推进单元的推力或升力来达到的。因此各种飞行姿态也是通过推进单元群控制群控这种推进单元来实现的。[0076]本发明所述的“推进装置”（“PU”）是指飞行器的矢量推进装置。[0077]本发明所述的“飞行布局”是指连接臂、推进装置相对于飞行器的中央单元的各种可能的位置、朝向或矢量推力状态。[0078]本发明所述的“飞行姿态”是指飞行器在推进装置的不同矢量时各种朝向或构型。[0079]本发明所述的“群控”是指协调飞行器的所有独立工作的子推进器或单独推进装置从而达到调整矢量推力的控制。[0080]图1所示为一个保持正常飞行布局和水平飞行姿态的飞行器。推进装置采用的是子飞行器。在图1中，飞行器100包括机身或中央单元110。中央单元110内设置有动力系统，各类传感器如陀螺仪、磁通量传感器、测斜仪、光流传感器等、飞行电子设备如GPS定位系统、无线电、微控制器等以及中央单元飞行控制系统。连接着中央单元110的是载荷接口115。载荷可根据任务需要和飞行器能力任意添加。举例说，载荷可以是相机，额外天线，激光光学设备，勘测设备、机械臂，灭火剂等，也可以是其它任意需要高指向性来运作，但无法在传统无人机上实现的设备。载荷接口115的结构可根据载荷的类型确定，只要其能够将载荷与中央单元110连接即可。中央单元110与连接臂130通过连接件120连接在一起。连接臂130与推进装置140连接。对于每个推进装置都有对应的连接臂130和连接件120。[0081]尽管此处用词为“连接臂”，但在实施本发明时，不一定必须用“臂状”结构。飞行器领域内的专业人员可以轻易发现这种具有矢量推进的多轴飞行器可以将载荷、航电、推进装置、中央单元均收容至一个单体内。中央单元110携带了所有航电设备和载荷。连接臂130具有连接推进装置140和连接件120的作用。[0082]在图1所示的实施例里，推进装置140由一个独立的子飞行器150和一个全指向框架（155、160和170构成。推进装置140又可称为推进单元。图1所示为子飞行器150为一四轴飞行器，即四个旋翼推进器。每个旋翼推进器设置有单独的第一电机（图中未示出）提供驱动力。因此，本实施例中采用的四个旋翼推进器为四轴设置。在此实施例里，独立工作的子飞行器150连接在一根的圆柱形支架155上。圆柱形支架155通过轴承可360°自由转动地设置在内环160上。本实施例中，圆柱形支架155的转动无需通过任何主动产生转动的机械装置（比如电动机）即可实现。内环160又可以通过轴承连接在外环170上并可以360°自由转动。外环170与连接臂130连接。圆柱形支架155,内环160,外环170组成了与子飞行器150连接的全指向框架。全指向框架允许子飞行器150在内任意滚转，俯仰，使推力可以指向任意方向。图1中所示全指向框架是一种常见的全指向结构见机械陀螺仪），可以通过加上额外的环来拓展其自由度。这种轴承加转动环的组合只是实现全指向装置的一种实施例。中央单元110可以通过隐藏在连接臂13〇与内环16〇、外环170内的电线输送电流至推进装置14〇来驱动子飞行器150。但是，子飞行器150也可以使用本地的独立电源。每个子飞行器150采用旋翼推进器及驱动旋翼旋转的第一电机（图中未示出）。四个子飞行器150可相互独立工作地设置。即四个旋翼推进器的推力值是可独立地控制和调整的。当调整其中一个或多个旋翼推进器的推力值的大小和或方向时，四个旋翼推进器的推力合力的方向改变，从而使得推进装置140的朝向发生改变。由于圆柱形支架155可转动、内环160及外环170均可转动，因此推进装置140的朝向变化后使得推进装置140的推力方向及相对于中央单元110的朝向得以改变，进而在推力作用下使得中央单元110的速度及运动方向均可受控制地改变。[0083]以下说明所涉及的附图，除另有说明外，其结构与图1中的结构相同，而只是飞行布局不同。为清楚表示本发明，避免混淆，同一部件在不同的附图中使用了不同的附图标记。[0084]图2示出了图1中的飞行器的一个实施例，其相对于图1中的飞行器转变了一种飞行布局。飞行器200的结构与如图1所示的飞行器100构成相同。中央单元210和连接臂230通过连接件22〇连接。并且连接臂23〇与矢量推进装置240连接。飞行器200飞行布局的变化是通过调整连接件22〇以移动推进装置240A和240B使两者间距变小以及使推进装置240C和240D两者之间的间距变小实现。如图3A、图3B所示，连接件220有两个自由度。多个飞行姿态是通过对连接件22〇在竖直或水平方向的调整来实现，可以实现多种飞行布局。通过改变图1中的子飞行器150的多个旋翼的推力值，可调整推进装置140的位置及相对于中央单元110的位置及朝向。最终达到图2所示的状态。[0085]图3A和图3B是连接件220的扩展视图。如图3A和图3B所示，连接件320由两个转动关节321、322构成，来给飞行器200的连接臂230提供两个自由度。水平关节321可转动地连接在中央单元上，其可以在如箭头323所示的水平方向转动。水平关节321提供水平活动的自由度。竖直关节322可转动地连接在水平关节321上，并可自由进行如箭头324所示竖直方向的转动。竖直关节322与连接臂230连接，使得连接臂230和推进装置240可在相对于中央单元210的水平和竖直方向上转动。连接件320的每个可转动关节321和322都可以由执行器比如电机控制。该执行器可位于中央单元210上，通过控制连接件320来改变飞行布局，使得飞行器可以根据需要改变空气推力结构而在特殊环境内飞行，满足特殊任务需求。飞行器领域内的专业人员可以辨别这种实施例只是提高了结构、飞行姿态的多功能多样性。其不影响飞行器矢量推进的能力。没有该结构的飞行器也可以具有矢量推进，来调整中央单元和载荷的指向。图3A和图3B所示的连接件均可应用于其他图所示的实施例中。[0086]图4A为利用通过连接臂430和连接件420连接在中央单元410上的子飞行器450以形成矢量推进器440来提供两个自由度的示意图。子飞行器450的矢量化推力由全指向框架所提供的两个自由度来实现。在本实施例中，子飞行器450连接在一根圆柱状连接杆455上。该连接杆455通过轴承可旋转地连接在内环460上。连接杆455可绕其长度方向的绕轴线451在360°内自由旋转，旋转方向如箭头456所示。内环460又通过轴承可转动地连接在外环470上，且内环46〇可以围绕横向的轴线461在360°内自由旋转，旋转方向如箭头461所示。横向的轴线461与连接杆455沿长度方向的轴线451垂直。通过单独的旋翼推进器452452A、452B、452C和452D的协调工作，可实现的子飞行器450的两个自由度，即滚转和俯仰。在这个实施例中，此子飞行器450是个四轴旋翼推进器。其滚转与俯仰可通过调整四个旋翼推进器各自第一电机产生的推力来实现。举例来说，当旋翼推进器452A和452C产生的合推力大于旋翼推进器452B和452D产生的合推力时，该子飞行器450将会如箭头456所示方向绕长度方向的轴线451进行滚转。当旋翼推进器452A和452B产生的合推力大于旋翼推进器452C和452D产生的合推力时，子飞行器便会如箭头466所示方向绕轴线461俯仰。因此，推进装置440是通过调节子飞行器450的各个旋翼推进器452的推力实现矢量化推力。子飞行器440是安装在由圆柱形连接杆455、内环460和外环470组成的全指向框架内的。[0087]图4B所示的是一种共轴旋翼推进器的实施例。本图中的推进装置与图1所示的推进装置结构不同。该矢量推进装置4540通过连接臂4530和连接件4520与中央单元4510连在一起。在图4B的实施例里，推进器4550包括共轴设置的两个旋翼4552,并安装在内环4560中。内环4560可绕横向的轴线4561在360°内任意转动，转动方向如箭头4566所示。内环4560与外环4570连接。外环4570可以绕轴线4551在360°内任意转动，转动方向如箭头4556所示，且外环4570连接在连接臂4530上。两个旋翼4552独立工作地设置。每个旋翼45M设置有一个驱动其工作的电机和或执行器4553。调整两个旋翼4552的转速和气动特性，旋翼旋转4552旋转时可使内环4560相对于外环4570旋转，并进而使外环4570相对于连接臂4530旋转。该实施例可将其视为另一种子飞行器的实施方案，其依旧不需要在推进器4540之外设置执行器如之后会提到的图5中所示的执行器555和执行器565便可以同时调整推进装置4540相对于中央单元4510的朝向和位置。因此，外环4570与内环4560均是可转动地设置，且由推进器4550带动旋转。此实施例如图4A类似，由共轴旋翼作为子飞行器，调整子飞行器的朝向，以及进而调整外环4570与内环4560的朝向，最终使得推进器455〇整体相对于机身的朝向及位置达到预期目标。[0088]如上描述，一个矢量化的推进装置可由一个独立工作的子飞行器与一个容纳它的全指向框架来组成，并具有若干个自由度。在另一种实施例里，矢量化推进单元还可以采用执行器推进器搭配。比如一个单向推进器，安装在全指向装置内。全指向装置内有执行器来操纵全指向装置的角度，从而矢量化单向推进器的推力使其具有方向性）。[0089]图5所示的是一种执行器-推进装置作为矢量推进装置的设计。本图中的推进装置与图1所示的推进装置结构不同。该矢量推进装置540通过连接臂530和连接件520与中央单元510连在一起。推进器550只提供一个单一方向的推力，如图5A所示，它可以是一个旋翼旋翼。但这并不受限制，任何一个可以产生单向推力的推进器都可以替代旋翼，如涵道风扇、喷气引擎等，只要能提供足够飞行器所需的推力。在图5A的实施例里，推进器550是一个三叶旋翼552，并安装在内环560中。内环560可通过执行器565绕横向的轴线561在360°内任意转动，转动方向如箭头566所示。内环560与外环570连接。外环570可以通过执行器555绕轴线551在360°内任意转动，转动方向如箭头556所示，且连接在连接臂530上。因此该推进装置540是通过调整执行器555和565来分别转动外环570与内环560来提供给推进器550滚转与俯仰两个自由度，从而实现矢量化推力。因此该推进装置540是通过调整执行器555和565来分别转动外环570与内环560来提供给推进器550滚转与俯仰两个自由度，从而实现矢量化推力。[0090]总结来说，可矢量化的推进装置结构有子飞行器（图4A、4B与执行器-推进装置图5这两种实现方式。两者区别在于推进装置内推进器本身是否具有矢量化推力的能力。后者必须要加装执行器，而前者上是否要在环上安装执行器是选择性的，可以根据使用者的需求来另行选择。[0091]如上所述，全指向装置采用了一个半环为外环（170、570和一个闭合的环作为内环（160、560。但是这并不是一个受限制的设计。在其它实施例里，全指向装置可以是两个独立的半环，或两个闭合的环，亦或是别的设计构造，只要它能够实现两个或三个旋转自由度，该全指向装置中的推进器便能实现矢量化推力。[0092]子群（子飞行器群）推进是实现飞行器全指向矢量推力的一种方法。在子群推力中，飞行器采用多个独立工作的子飞行器作为可将推力矢量化的推进单元。传统飞行器上的推进器产生的是单向推力，只能调整单个的推力值。但子飞行器作为一个推进单元，推力的方向可以由子飞行器的本地机动而改变。子群可以被协调控制从而产生具有期望值和期望方向的合推力。飞行器的飞行姿态可由子群的编队模式来改变，整个子群协调出来的合推力其实就是主飞行器的推力。[0093]在子群推进的实施例中，每个子飞行器是个独立自动的飞行器，意味着每个子飞行器拥有独立的结构、推进器、飞行控制飞控软件，可以自主飞行。[0094]在子群推进的实施例中，飞行器的群控通过软件控制的是各个子飞行器的独立飞控。这使得推进器可以独立控制着各子飞行器的电机，以实现中央单元需要的方向。飞行器可手动控制飞行，也可自动飞行。飞行器还可以具有非人工控制下的完全自动运转。自动飞行功能包括自动保持水平、保护性安全着落、或者紧急情况下如一个推进单元失去控制）自动飞行姿态维稳调整。[0095]图6是飞行器的全指向矢量推进控制系统示意图。推进控制系统600包含地面单元软件610,后者取得使用者的输入信号611，预处理（降噪等这些信号并转化成状态控制信号。输入信号611会被地面单元软件610通过数据链路620传输给中央单元飞控630。中央单元飞控630被安装在中央单元110内。结合地面单元软件610通过数据链路620传来的信号和通过飞行传感器631取得的数据，中央单元飞控630进行计算得出推进单元群的目标矢量，进而推进单元群650会执行该命令。[0096]中央单元飞控630含有群控632。群控632通过类似于传统多轴无人机的飞行控制系统的方式控制每个推进装置的推力。群控632也通过控制每个推进装置的滚转或俯仰来调整矢量推力。群控追踪作为推进单元的每个子飞行器相对于中央单元的位置，使飞行器达到多种飞行姿态。[0097]通过数据链路640,中央单元飞控630会将各个推进单元所需的命令信号准确送达到各个推进单元飞控651上。推进单元飞控651是各个推进单元群650的本地飞控，每个推进单元群650都具有本地飞控，用以维持推进单元悬停或进行机动。推进单元飞控651从推进单元传感器652收集飞行信息，并结合中央单元飞控630传来的指令，执行机动，达到目标矢量推力以及对于中央单元的相对位置，从而使整个飞行器呈现任意姿态和指向。[0098]在子飞行器群这个实施例里，每个推进单元群65〇控制子飞行器。推进单元飞控651是推进器飞控。根据从推进单元传感器652收集的信息，它会执行控制命令653来管理各个推进器的推力值标量）。如果子飞行器上各个推进器的推力值不同，所产生的转矩就可以使推进单元子飞行器、推进装置）自身发生转动，产生推进单元矢量变化。推进单元最后的矢量可受推进单元飞控651锁定，由此产生一个相对于中央单元110的转矩，从而转动整个机体。[0099]在执行器-推进器组合这种设计的实施例里，中央单元飞控630通过控制每个推进装置的执行器555来改变各个推进单元的方向。群控632在该实施例里不仅命令控制推进器的推力，还通过位于结构上的执行器55f5来改变推进器的滚转和俯仰等自由度从而改变其方向（如图5中的执行器555和565。推进单元飞控651从推进单元上的推进单元传感器652可得知所需信息如角度、角速度等），可调整推力的矢量。[0100]数据链路620也可选择将飞行数据从中央单元飞控630回传给地面单元软件610，并通过终端显示单元612显示出来。中央单元飞控630还可以选择从推进单元群650通过无线传输收集状态数据用以更好地生成目标指令。群控632可以设置在中央单元飞控630内，这样的全指向矢量推进控制是一种集中控制方案。举例说，在一个实施例里，群控632可以根据用户对于系统性能或者能量节约的偏好选择来决定每个推进单元的行为。但群控632还可以选择被安装在每个推进单元上，这样就变成了一种分散控制方案。数据可以在中央单元飞控630和推进单元群650之间传输。无线传输方式有很多种，包括蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等。[0101]在另一个实施例内，软件内的动作规划器储存着预设飞行姿态。这些预设姿态包括如图8所示的向前本地俯仰或如图9所示的转成竖直姿态所示的动作。这些预设的动作可以根据用户需求定制。这些存储在软件里的动作和相应的变化轨迹可以根据周围环境自动由动作规划器实施。举例说，如果一个推进单元突然出现故障无法产生推力，那动作规划器会迅速重新计算出一个基于剩下可工作的推进单元的力矩平衡姿态，或是用存储好的预设，迅速调整剩下的推进单元来纠正姿势，以防机体失去控制。[0102]在另一个实施例内，用户可以通过调整中央单元的指向来调整整个飞行器。当用户想要飞行器达到某种指向时，中央单元飞控630会通过群控632协调指向变更的动作，让其尽可能地减少冗余位移，以及避免飞行器稳定性出现问题。中央单元飞控630会将目标值发送给推进单元群650,后者会自动去达到这些目标。群控632可以根据飞行器结构如连接臂长，中央单元平台）的尺寸，计算出当前的飞行姿态和各个推进单元650的组态，也就是它们相对于中央单元所处的位置。推进单元群650可以测量并计算中央单元的角度和加速度。推进单元650上有本地推进单元传感器652,传感器可以包括加速度计，陀螺仪，测斜仪等。[0103]举例来说，用户如果想让飞行器的载荷面朝上，如将一台相机之前朝下的镜头转而朝上。群控632会根据飞行传感器631和推进单元传感器652的数据，计算出每个推进单元650的相对于中央单元的位置和角度，然后操纵推进单元群执行本地机动。这样每个推进单元会相对于中央单元升高、下降、或者绕行，从而中央单元的指向也会根据这些推进单元群的动作而发生变化。一旦载荷面朝上，新的姿态形成，机动就即刻完成并停止。[0104]图7显示了一个飞行器的随机姿态。在这个姿态里，飞行器700处于中央单元710水平姿态，可保持悬空静止，但是每个推进单元740的矢量都不同，相对于中央单元的自身角度也不同。它们各自推力的向下分力，合并后变成的向下合力足以飞行器维持悬空静止。这个动作是通过使各个推进单元740740A，740B，740C，740D向飞行器外侧滚转45°。从中央单元710参考系观察，推进单元740的角度发生了变化。[0105]图8描述的是飞行器处于一个倾斜的姿态。在这个例子里，中央单兀810的指向（垂直于载荷接口115相对于水平面呈一个锐角。飞行器8〇〇可以从任意一个姿态-如图1中的水平姿态转变成这个姿态。这个姿态可以通过增加推进单元840A的推力，减少推进单元840D的推力，并保持剩余推进单元840B、840C的推力来达到。推进单元84〇A和840C在高度变化时可能伴随相对中央单元810的角度变化。推进单元840的推力如此变化，可使飞行器800绕轴（穿过推进单元840B、840C和中央单元81〇中心旋转，直到抵达期望的中央单元§10指向。在到达该期望中央单元810指向时，所有推进单元840回归同一推力值便可保持姿态。变化指向时推力值变化的大小和快慢均可通过预设或者用户自行控制。[0106]图9是飞行器处于竖直姿态的示意图。在这个例子中，中央单元91〇的指向是朝向侧面的。飞行器900可以从任一姿态-如图1所示的水平姿态或图8所示的倾斜姿态转变成这一姿态。转变是通过增加推进单元940A的推力抬高940A，降低推进单元940D的推力降低940D，并保持推进单元940B、940C的推力值不变来达到。推进单元940A和940D在高度变化时可能伴随相对中央单元的角度变化。一旦中央单元的指向达到了期望的侧向时，所有的推进单元940回到同等推力值，便可保持这个悬空姿态。[0107]图9中的姿态同时还是一个可以允许一个推进单元失效的姿态。比如推进单元940D突然失去推力，剩下的推进单元940A、940B、940C可以继续由这个组态保持垂直姿态，因为它可以是力矩平衡态。在紧急情况下，只要剩余的推进单元能够提供足够的升力，这样的姿态就能继续维持飞行。[0108]本发明中，中央单元又可称为机身。推进装置与子飞行器所指为相同的结构。全指向框架为固定装置的其中一个实施例，其可根据实际需要更换为其他可用的结构。外环为第一固定件的其中一个实施例，设置为弧形环。内环为第二固定件的其中一个实施例，其设置为圆环。第一固定件和第二固定件均可根据实际使用需要更换为其他结构，只要其能够使第一固定件和第二固定件相对运动，并适合连接推进装置即可。连接臂作为连接装置的其中一个实施例，其作用为连接机身与推进装置，可以使用其他结构代替。[0109]以上各实施例，尤其适合用作无人飞行器。[0110]本发明中的飞行器，推进装置相对于机身的方向可调整地设置，使得本发明可调整机身的朝向，并可使其在六个自由度内可自由运动。推进装置包括多个推进器，每个推进装置可相互独立地工作，调整部分推进器的推力值和方向，可使得推进装置相对于机身的位置和朝向得以调整，进而调整机身及其携带的载荷的朝向及运动速度。本发明中，连接装置相对于机身可运动地设置，固定装置相对于连接装置可运动地设置，使得推进装置整体可相对于机身可调整方向。推进装置整体可运动时，使得推进装置整体输出的推力方向可调整，也使得机身的方向能够按需要调整。每个推进装置设置多个推进器时，通过调整多个推进器的输出的推力方向和大小，可以调整推进装置整体相对于机身的位置和方向，进而调整推进装置整体输出的推力方向，最终实现调整机身方向。推进装置数目为一个时，借助于第二电机的驱动可以调整推进装置相对于机身的位置和方向，进而可调整推进装置整体输出的推力方向。第一固定件与第二固定件相对运动地设置，使得固定装置既可以与机身稳固连接，又可以灵活调整推进器的方向。第一固定件设置为弧形环，第二固定件设置为圆环，结构简单，易于实施，且使得两者的相对运动更加灵活。[0111]本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明的保护范围内。

权利要求：1.飞行器，其特征在于，包括：机身；推进装置，所述推进装置提供所述飞行器运动的推力；连接装置，所述连接装置连接所述机身与所述推进装置；所述连接装置与所述机身活动连接和或所述连接装置与所述推进装置活动连接。2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述连接装置与所述机身两者可相对运动地连接和或所述连接装置与所述推进装置两者可相对运动地连接。3.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述推进装置具有两个以上的自由度。4.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括固定装置，所述固定装置与所述连接装置连接；所述推进装置安装在所述固定装置上，所述推进装置数目为一个或两个以上。5.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述固定装置具有两个以上的自由度。6.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述固定装置包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件和所述第二固定件可相对运动地连接;所述第一固定件和第二固定件两者之一与所述连接装置连接，另一个与所述推进装置连接。7.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述第一固定件为弧形环，所述第二固定件为圆环;所述弧形环套装在所述圆环外，所述弧形环与所述圆环可相对运动地连接;所述推进装置与所述圆环连接，所述弧形环与所述连接装置连接。8.根据权利要求7所述的飞行器，其特征在于，所述推进装置数目为两个以上，两个以上的推进装置相互独立地工作，两个以上的所述推进装置独立工作可使所述第一固定件与所述第二固定件相对运动地设置。9.根据权利要求4、5、6或7所述的飞行器，其特征在于，所述的推进装置数目为两个以上，两个以上的所述推进装置可独立工作地设置。10.根据权利要求4、5、6或7所述的飞行器，其特征在于，所述推进装置数目为二至六个，所述二至六个推进装置与所述圆环连接，每个推进装置均可独立地工作。11.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述推进装置包括一个或多个旋翼推进器;所述多个旋翼推进器可相互独立工作地设置。12.根据权利要求11所述的飞行器，其特征在于，所述多个旋翼推进器共轴或多轴设置。13.根据权利要求4或11所述的飞行器，其特征在于，所述推进装置包括旋翼和第一电机;所述第一电机驱动所述旋翼转动地设置;所述旋翼和所述第一电机两者之一或者两者均安装于所述固定装置上。14.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括第二电机或执行器，所述第二电机或执行器与所述连接装置及所述固定装置连接，所述第二电机或执行器驱动所述固定装置运动地设置。15.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述连接装置包括连接臂，所述连接臂与所述机身连接并可相对所述机身运动地设置。16.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器为无人飞行器。17.—种具有全指向矢量推进系统的无人飞行器，其特征在于，该无人飞行器包括：中央单元；若干个推进单元，所述推进单元包括：全指向框架结构，其包括可转动结构和可转动关节结构，所述可转动关节结构使所述可转动结构相对于所述中央单元具有多个自由度；若干个推进装置，所述推进装置连接在全指向框架结构上，用于提供矢量推力；所述飞行器还包括连接结构，所述连接结构用于将所述若干个推进单元与所述中央单元连接。18.根据权利要求I7所述的无人飞行器，其特征在于，所述可转动关节结构使所述可转动结构具有至少两个转动自由度。19.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述可转动关节结构包括圆柱形杆。20.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述推进装置包括独立工作的子飞行器。21.根据权利要求20所述的无人飞行器，其特征在于，所述独立工作的子飞行器包括复数个独立的推进器单元。22.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述可转动关节结构包括多个执行器，所述执行器使所述可转动结构相对于中央单元具有多个自由度。23.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，每个所述推进装置包括单向推进器。24.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述中央单元包括用于安装载荷和电子装置的底座。25.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述推进装置使所述中央单元在独立解耦的六个自由度内任意转动和或移动。26.根据权利要求17所述的无人飞行器，其特征在于，所述连接结构包括若干个连接臂，所述连接臂连接所述推进装置与所述中央单元。27.根据权利要求26所述的无人飞行器，其特征在于，所述连接臂可有选择地通过可转动连接件相对于中央单元转动。28.根据权利要求27所述的无人飞行器，其特征在于，还包括可转动关节、执行器和或电机;所述可转动关节、所述执行器和或电机使所述连接臂可相对于所述中央单元具有多个自由度的转动。29.具有全指向矢量推进系统的无人飞行器的控制系统，其特征在于，包括：地面站单元，所述地面站单元包括用户输入装置、终端输出装置和通讯部件；中央飞行控制单元，所述中央飞行控制单元设置于无人飞行器的中央单元内；所述中央飞行控制单元包括软件，所述软件接收指令，并且计算、分配多个推进装置的目标状态；推力控制单元，所述推力控制单元设置于无人飞行器的推进装置内，其包括推进控制系统，所述推进控制系统控制所述推进装置的推力值和推力方向。30.使无人飞行器有全指向矢量推力的方法，其特征在于，所述方法包括：确定无人飞行器的中央单元的方向和速度；利用传感器和软件，确定多个推进装置相对于中央单元的相对位置和指向；利用中央控制单元协调多个推进装置的运动任务；调整多个推进装置至需要的方向和速度。31.根据权利要求30所述的使无人飞行器有全指向矢量推力的方法，其特征在于，所述无人飞行器设置有多个推进装置，每个推进装置设置有一个或多个旋翼推进装置;多个所述旋翼推进装置可相互独立工作地设置，通过调整推进装置的部分或全部旋翼推进装置的推力彳直和或推力方向，以调整所述推进装置相对于中央单元的位置及朝向，进而以调整中央单元或其携带载荷的朝向以及移动速度。

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