自主飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及自主/自治飛行器。公開了發(fā)射飛行器的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，系統(tǒng)包括電動的懸浮飛行器、操縱飛行器的控制系統(tǒng)和適于聯(lián)接到飛行器和地面電源的拴繩，以便當飛行器聯(lián)接到拴繩上時給飛行器供電，其中響應(yīng)于指令信號，飛行器可從拴繩上自動斷開。可以描述其他的實施例。
【專利說明】自主飛行器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文描述的主題涉及空中監(jiān)測，并且更具體的，涉及用于空中監(jiān)測的自主飛行器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]飛行器，尤其是例如偵查機、飛艇和四旋翼飛行器這樣的較小自主和半自主飛行器可從基于地面的發(fā)射平臺發(fā)射。仍需要在延長的時間段上能夠自主運轉(zhuǎn)的自主飛行器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個實施例中，一種系統(tǒng)包括電動的懸浮飛行器、操縱飛行器的控制系統(tǒng)和適于聯(lián)接到飛行器和地面電源的拴繩，當飛行器聯(lián)接到拴繩上時，地面電源給飛行器供電，其中響應(yīng)于指令信號，飛行器可從拴繩自主/自動斷開。
[0004]在另一個實施例中，電動懸浮飛行器包括充滿密度小于空氣的氣體的充氣囊、聯(lián)接到充氣囊的框架組件、操縱飛行器的控制系統(tǒng)，以及將飛行器聯(lián)接到拴繩的接口，當飛行器聯(lián)接到拴繩時，拴繩提供與地面電源的連接以給飛行器供電，其中響應(yīng)于指令信號，飛行器可從拴繩自動斷開。
[0005]在另一個實施例中，操作飛行器的方法包括將電動懸浮飛行器聯(lián)接到拴繩上以及響應(yīng)于指令信號，使飛行器從拴繩自動斷開，當飛行器聯(lián)接到該拴繩上時，該拴繩提供與地面電源的連接以給飛行器供電。
[0006]進一步的，本公開包括根據(jù)下列條款的實施例:
[0007]條款1.一種系統(tǒng),其包括:
[0008]電動的懸浮飛行器；
[0009]操縱飛行器的控制系統(tǒng)；以及
[0010]適于聯(lián)接到飛行器和遠程電源的拴繩，以當飛行器聯(lián)接到該拴繩上時給飛行器供電，其中響應(yīng)于指令信號，飛行器可從拴繩自動斷開。
[0011]條款2.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中:
[0012]遠程電源為拴繩提供270伏到1200伏之間電壓的交流(AC)電；以及
[0013]飛行器包括用于將交流電轉(zhuǎn)換到12伏到48伏之間電壓的直流(DC)電的電源轉(zhuǎn)換器。
[0014]條款3.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中飛行器包括:
[0015]充氣囊，其中充滿了密度小于空氣的氣體；以及
[0016]聯(lián)接到充氣囊的框架組件。
[0017]條款4.根據(jù)條款3所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接到框架組件的至少一個推力發(fā)生器，其中推力發(fā)生器由操縱飛行器的控制系統(tǒng)來控制。
[0018]條款5.根據(jù)條款4所述的系統(tǒng)，其中:
[0019]飛行器是平衡懸浮的；以及
[0020]當飛行器聯(lián)接到拴繩時，推力發(fā)生器提供上舉力以支持拴繩的重量。[0021]條款6.根據(jù)條款3所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接到框架組件的至少一個圖像采集設(shè)備。
[0022]條款7.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，還包括釋放機構(gòu)，該機構(gòu)從拴繩釋放飛行器。
[0023]條款8.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中拴繩附接到地面結(jié)構(gòu)、地面交通工具或水上交通工具中的至少一個。
[0024]條款9.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中拴繩通過環(huán)附接到浮力氣球。
[0025]條款10.根據(jù)條款I(lǐng)所述的系統(tǒng)，其中拴繩包括:
[0026]電氣總線；
[0027]通信總線；以及
[0028]流體通道管。
[0029]條款11.一種電動懸浮飛行器，其包括:
[0030]充氣囊，其中充滿了密度小于空氣的氣體；
[0031]聯(lián)接到充氣囊的框架組件；
[0032]操縱飛行器的控制系統(tǒng)；以及
[0033]將飛行器聯(lián)接到拴繩的接口，當飛行器聯(lián)接到拴繩上時，該拴繩提供與地面電源的連接以給飛行器供電，其中響應(yīng)于指令信號，飛行器可從拴繩自動斷開。
[0034]條款12.根據(jù)條款11所述的飛行器，其中:
[0035]地面電源為拴繩提供270伏到1200伏之間電壓的交流(AC)電；以及
[0036]飛行器包括將交流電轉(zhuǎn)換到12伏到48伏之間電壓的直流(DC)電的電源轉(zhuǎn)換器。
[0037]條款13.根據(jù)條款11所述的飛行器，還包括聯(lián)接到框架組件的至少一個推力發(fā)生器，其中空氣推進設(shè)備由操縱飛行器的控制系統(tǒng)控制。
[0038]條款14.根據(jù)條款13所述的飛行器，其中:
[0039]飛行器是平衡懸浮的；以及
[0040]當飛行器聯(lián)接到拴繩時，推力發(fā)生器提供上舉力以支持拴繩的重量。
[0041]條款15.根據(jù)條款13所述的飛行器，還包括聯(lián)接到框架組件的至少一個圖像采集設(shè)備。
[0042]條款16.根據(jù)條款11所述的飛行器，還包括釋放機構(gòu)，該釋放機構(gòu)從拴繩釋放飛行器。
[0043]條款17.根據(jù)條款16所述的飛行器，其中釋放機構(gòu)由飛行器上的控制系統(tǒng)激活。
[0044]條款18.—種操作飛行器的方法，其包括:
[0045]將電動懸浮飛行器聯(lián)接到拴繩上，當飛行器聯(lián)接到拴繩上時，拴繩提供與地面電源的連接以給飛行器供電；以及
[0046]響應(yīng)于指令信號，將飛行器從拴繩自動斷開。
[0047]條款19.根據(jù)條款18所述的方法，其中響應(yīng)于指令信號將飛行器從拴繩自動斷開包括激活釋放機構(gòu)以從飛行器釋放拴繩。
[0048]條款20.根據(jù)條款18所述的方法，還包括在從拴繩釋放飛行器后操作飛行器。
[0049]根據(jù)本文提供的說明書，進一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)理解說明書和具體的例子僅僅出于說明的目的，并不意圖限制本公開的范圍。【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]參考以下附圖詳細描述按照本公開的教導(dǎo)的方法和系統(tǒng)的實施例。
[0051]圖1A-1C是根據(jù)實施例的包括自主飛行器的系統(tǒng)示意圖。
[0052]圖1D是根據(jù)實施例的可用于和飛行器連接的拴繩示意圖。
[0053]圖2A-2F是根據(jù)實施例的可與自主飛行器一起使用的釋放機構(gòu)示意圖。
[0054]圖3是根據(jù)實施例的包括自主飛行器的系統(tǒng)示意圖。
[0055]圖4是根據(jù)實施例的描述用于操作自主飛行器的方法中的操作的流程圖。
[0056]圖5A-?是根據(jù)實施例的包括自主飛行器的系統(tǒng)的各種部署方案的示意圖。
【具體實施方式】
[0057]本文描述了操作自主飛行器的系統(tǒng)、飛行器和方法的各種實施例。在下面的說明和附圖中闡述了某些實施例的具體細節(jié)，以便提供對這種實施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，沒有在下面的說明中描述的若干細節(jié)的情況下，也可實踐替換實施例。
[0058]本文可從功能性的和/或邏輯塊部件和各種處理步驟方面描述各種方面。為了簡潔，涉及到數(shù)據(jù)傳輸、信號傳遞、網(wǎng)絡(luò)控制和系統(tǒng)(以及系統(tǒng)的各個操作部件)的其他功能性方面在此沒有詳細描述。此外，本文包含的各種附圖中示出的連接線意圖表示各種元件問的示例功能關(guān)系和/或物理聯(lián)接。應(yīng)注意，在實際的實施例中可存在許多可替換或附加的功能關(guān)系或物理連接。
[0059]下面的說明可涉及到“連接”、“聯(lián)接”或“結(jié)合”到一起的部件或特征。正如在此所使用的，除非明確聲明，否則“連接〃意味著一個部件/特征與另一個部件/特征直接物理接觸。同樣地，除非明確聲明，否則“聯(lián)接〃或“結(jié)合〃意味著一個部件/特征直接或間接連接到另一個部件/特征(或直接或間接地與其通信)，而非必要直接物理相連。因此，盡管附圖可描述元件的示例設(shè)置，但是在實際的實施例中存在附加的介于中間的元件、設(shè)備、特征或部件。
[0060]圖1A-1C和圖3是根據(jù)實施例，包括自主飛行器的系統(tǒng)100的示意圖。參見圖1A-1C和圖3，在有些實施例中，系統(tǒng)100包括電動懸浮飛行器110、操縱飛行器110的控制系統(tǒng)130，以及適于聯(lián)接到飛行器110和遠程電源180的拴繩140，以當飛行器110聯(lián)接到拴繩140時為飛行器110供電。
[0061]飛行器110包括其中充滿密度小于空氣的氣體的充氣囊112和聯(lián)接到充氣囊112的框架組件120。舉例來說，在有些實施例中，充氣囊112可由耐用、重量輕的聚合物材料制成，聚合物材料形成圓柱體形狀并且具有12英寸到36英寸之間的直徑和5英尺到35英尺之間的長度。舉例來說，在有些實施例中，充氣囊112可充滿如氦氣或氫氣的氣體。其他合適的氣體可包括但不限于氖氣、氨氣和/或甲烷。
[0062]飛行器110還包括聯(lián)接到充氣囊112的框架組件120?？蚣芙M件120可由合適的重量輕的材料制成，比如，重量輕的聚合物、石墨、碳復(fù)合材料之類?？蚣芙M件120可包括一個或多于一個臂，其配置為當囊內(nèi)充滿氣體以幫助保持充氣囊112到框架120時，纏繞充氣囊112的外部。
[0063]一個或多于一個推力發(fā)生器150可聯(lián)接到框架組件120。舉例來說，推力發(fā)生器150可包括推進器或為飛行器110產(chǎn)生推力的其他引擎。在有些實施例中，推力發(fā)生器150在第一位置(圖1B)和第二位置(圖1C)之間是可旋轉(zhuǎn)的，在第一位置時，推力發(fā)生器150提供向前或是相反方向的推力，在第二位置時，推力發(fā)生器150提供向上或是向下方向的推力。在這樣的實施例中，在第一位置和第二位置之間的角度可調(diào)整推力發(fā)生器150以對飛行器110提供方向控制。另外，在有些實施例中，推力發(fā)生器150可被獨立控制，使得由各自的推力發(fā)生器150產(chǎn)生的推力的差別便于對飛行器110提供方向控制。
[0064]在有些實施例中，飛行器110包括一個或多于一個如翼114的控制表面，其利于飛行器110的方向控制。在圖1A-1C中示出的翼114是被動控制表面。在可替代實施例中，飛行器可包括主動控制表面。
[0065]至少一個圖像采集設(shè)備156可聯(lián)接到框架組件120上。舉例來說，圖像采集設(shè)備156可包括一個或多于一個照相機或具有固定或可變焦距的視頻監(jiān)控器。合適的圖像采集設(shè)備的例子包括閉合電路數(shù)字照相機、數(shù)字視頻設(shè)備、單鏡頭反光照相機之類。
[0066]圖1D是根據(jù)實施例，與自主飛行器結(jié)合使用的拴繩140的示意圖。參見圖1D，在有些實施例中，拴繩140可以可選包括流體通道管142，當飛行器110聯(lián)接到拴繩140時，在圖1D中描述的實施例中，流體通道管142在拴繩140的中心軸向延伸以允許提供流體，比如比空氣輕的氣體給充氣囊112。拴繩140還包括電氣總線，該總線包括用來導(dǎo)通交流(AC)電的第一導(dǎo)體144和第二導(dǎo)體146。在圖1D中不出的實施例中，第一導(dǎo)體144和第二導(dǎo)體是同軸排列的。拴繩140可還包括也是同軸排列的可選通信總線148。保護鞘149可環(huán)繞通信總線148。
[0067]遠程電源180可為產(chǎn)生270伏到1200伏之間電壓的交流(AC)電的地面電源。通過拴繩，導(dǎo)體144和166可傳導(dǎo)交流(AC)電到飛行器110。飛行器110可包括將由遠程電源180提供的交流(AC)電從交流電(AC)轉(zhuǎn)換為12伏到48伏之間電壓的直流(DC)電的電源轉(zhuǎn)換器158和存儲電力的電池159。
[0068]如圖1B和圖1C中所最佳描述的，在有些實施例中，拴繩140可通過合適的接口可拆卸地聯(lián)接到飛行器110，該接口提供流體通道管142和充氣囊112之間的流體連接、電氣導(dǎo)體144、146和電源轉(zhuǎn)換器158之間的電氣連接。
[0069]在有些實施例中，飛行器110包括釋放機構(gòu)154以從拴繩上釋放飛行器110。圖2A-2E是根據(jù)實施例，與自主飛行器一起使用的釋放機構(gòu)的示意圖。參見圖2A-2E，在有些實施例中，釋放機構(gòu)154可包括兩個相對的拴繩鉤210a，210b，其可一起由參考數(shù)字210指代。在第一末端處，拴繩鉤210可以被旋轉(zhuǎn)地安裝在框架120上，以至于它們能在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)，其中拴繩鉤210在第一位置收縮，并且拴繩鉤210在第二位置延伸，如圖2A-2F中所描述的。
[0070]拴繩鉤210包括在與第一末端相對的第二末端處的彎曲部分212。彎曲部分212可配置為接收可聯(lián)接到拴繩140的拴繩球230。拴繩球230可聯(lián)接到軸232。鎖緊螺母234可安裝到軸232，并且在第一位置(圖2C)和第二位置(圖2D)之間可以移動，在第一位置，鎖緊螺母234從拴繩鉤210的彎曲部分212處被移位，并且在第二位置處，鎖緊螺母234毗鄰于拴繩鉤210的彎曲部分212以在合適的位置鎖住拴繩鉤210來保持拴繩球230。
[0071]在有些實施例中，栓繩鉤210可包括驅(qū)動從栓繩鉤210釋放栓繩球230,從而釋放拴繩140的致動器236。在有些實施例中，拴繩鉤210可在向外方向上被偏置，使得在休息狀態(tài)時，拴繩鉤可以從拴繩球230 (圖2F)被移位。在這樣的實施例中，致動器236可包括閂件(latch)以保持拴繩鉤210處在閉合位置(圖2E)。閂件可由電磁閥或其他致動器236釋放，以便允許拴繩鉤210返回到休息位置(圖2F)以釋放拴繩球230。
[0072]在有些實施例中，拴繩球230可包括與拴繩140中的電氣總線導(dǎo)體144、146聯(lián)接的電氣觸點，并且拴繩鉤210可包括對應(yīng)電氣觸點以允許從拴繩140到拴繩鉤210的電能傳遞。電纜214a、214b可從各自的拴繩鉤210a、210b延伸以提供與電源轉(zhuǎn)換器158的電氣連接。
[0073]參見圖3，在有些實施例中，飛行器110包括機載飛行控制系統(tǒng)130，其進而包括一個或多于一個處理器132和輸入/輸出接口 134。機載飛行控制系統(tǒng)130通過合適的通信鏈路通信地聯(lián)接到遠程飛行控制系統(tǒng)170。舉例來說，在有些實施例中，拴繩140可包括提供在機載飛行控制系統(tǒng)130和遠程飛行控制系統(tǒng)170之間的通信鏈路的通信總線。在可替代實施例中，在機載飛行控制系統(tǒng)130和遠程飛行控制系統(tǒng)170之間可提供無線通信鏈路。遠程飛行控制系統(tǒng)可包括I/O (輸入/輸出)接口 172、一個或多于一個處理器174和顯示器或其他輸入/輸出機構(gòu)176。
[0074]機載飛行控制系統(tǒng)130可聯(lián)接到(多于一個)推力發(fā)生器150和控制表面152以控制飛行器110的飛行操作。進一步地，機載飛行控制系統(tǒng)130可聯(lián)接到釋放機構(gòu)154和圖像采集設(shè)備156。
[0075]在有些實施例中，飛行器110可以經(jīng)由自主運轉(zhuǎn)的遠程飛行控制系統(tǒng)170或由和顯示器或其他輸入/輸出機構(gòu)176配合的操作員來控制。遠程飛行控制系統(tǒng)170可產(chǎn)生傳送給機載飛行控制系統(tǒng)130的指令信號，飛行控制系統(tǒng)130進而控制(多于一個)推力發(fā)生器150和/或(多于一個)控制表面152以控制飛行器110的飛行操作。進一步的，遠程飛行控制系統(tǒng)170可產(chǎn)生控制信號以便管理釋放機構(gòu)154和(多于一個)圖像采集設(shè)備156的操作。
[0076]圖4是根據(jù)實施例，描述操作自主飛行器110的方法中的操作的流程圖。參見圖4，在操作410處，飛行器110聯(lián)接到拴繩140。如上面所描述的，當飛行器110聯(lián)接到拴繩140時，飛行器110通過拴繩140被供電(操作415)。在這種配置下，飛行器110從遠程電源180獲取其電力。
[0077]在操作420，機載飛行控制系統(tǒng)130接收控制信號，例如來自遠程飛行控制系統(tǒng)170的控制信號，以從拴繩140釋放飛行器，并且在操作425，機載飛行控制系統(tǒng)130激活釋放機構(gòu)154以從拴繩鉤釋放拴繩球230，從而釋放拴繩140，從而允許飛行器110脫離拴繩自主運轉(zhuǎn)。在這種配置下，飛行器110從電池159吸取其電力。
[0078]因此，按照本文的說明，提供能夠部署在兩種操作模式下的電動飛行器110:拴系模式和未拴系或自由飛行模式。在有些實施例中，飛行器110和其部件的重量在大約5到10磅之間，并且充氣囊可充滿密度小于空氣的氣體，使得飛行器110大約平衡懸浮并且能夠懸停更長的時間段。
[0079]在拴系模式下，通過拴繩140中的電氣總線導(dǎo)體144、146，飛行器吸取來自遠程，比如地面電源的電力。在這種模式下，推力發(fā)生器150被激活以提供支持聯(lián)接到飛行器的拴繩140的重量需要的額外上舉力。在有些實施例中，拴繩可延伸500英尺或更多，為飛行器110提供寬的運轉(zhuǎn)范圍。
[0080]在未拴系或自由飛行模式下，飛行器吸取來自電池159的電力。因為飛行器大約處于平衡懸浮，所以僅僅要求(多于一個)推力發(fā)生器向前/相反運動；不需要推力來維持高度。這減少了從電池159吸取的電力。
[0081]圖5A-?是根據(jù)實施例的包括自主飛行器的系統(tǒng)的各種部署方案示意圖。在有些實施例中，飛行器110可從水面交通工具如船510 (圖5A)、地面交通工具如汽車515 (圖5B)或地面結(jié)構(gòu)如塔520 (圖5C)來部署。在進一步的實施例中，飛行器可通過環(huán)530聯(lián)接到航空結(jié)構(gòu)如浮力氣球525 (圖OT)。在有些實施例中，球525和環(huán)530幫助支持拴繩140的重量，這允許飛行器110使用較長的拴繩140，從而延伸飛行器110的拴系范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到其他的部署方案是可能的。
[0082]盡管已經(jīng)描述了各種實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到在不脫離本公開的情況下可做出的各種改變或變化。例子說明了各種實施例，并且不意圖限制本公開。因此，說明書和權(quán)利要求書應(yīng)該被自由地詮釋，僅具有鑒于相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)而必須的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)(100)，其包括: 電動的懸浮飛行器(110)； 操縱所述飛行器(110)的控制系統(tǒng)(130);以及 適于聯(lián)接到所述飛行器(I1)和遠程電源(180)的拴繩(140)，以當所述飛行器(110)聯(lián)接到所述拴繩(140)上時給所述飛行器(110)供電，其中響應(yīng)于指令信號，所述飛行器(110)可從所述拴繩(140)自動斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中: 所述遠程電源(180)給所述拴繩(140)提供270伏到1200伏之間電壓的交流電；以及所述飛行器(110)包括將所述交流電轉(zhuǎn)換為12伏到48伏之間電壓的直流電的電源轉(zhuǎn)換器(158)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述飛行器(110)包括: 充氣囊(112)，其中充滿了密度小于空氣的氣體；以及 聯(lián)接到所述充氣囊(112)的框架組件(120)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括聯(lián)接到所述框架組件(120)的至少一個推力發(fā)生器，其中所述推力發(fā)生器(150)由操縱所述飛行器(110)的所述控制系統(tǒng)(130)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)(100)，其中: 所述飛行器(110)是平衡懸浮的；以及 當所述飛行器(110)聯(lián)接到所述拴繩(140)時，所述推力發(fā)生器(150)提供上舉力以支持所述栓繩(140)的重量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，還包括聯(lián)接到所述框架組件(120)的至少一個圖像采集設(shè)備(156)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任意一項所述的系統(tǒng)(100)，還包括從所述拴繩(140)釋放所述飛行器(110)的釋放機構(gòu)(154)，其中所述釋放機構(gòu)由所述飛行器(110)上的所述控制系統(tǒng)激活。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任意一項所述的系統(tǒng)(100)，其中所述拴繩(140)通過環(huán)(530)附連到浮力氣球(525)。
9.一種操作飛行器(110)的方法，其包括: 將電動懸浮飛行器(I1)聯(lián)接到拴繩(140)上，當所述飛行器(110)聯(lián)接到所述拴繩(140)時，所述拴繩提供與地面電源(180)的連接以給所述飛行器(110)供電；以及響應(yīng)于指令信號，將所述飛行器(110)從所述拴繩(140)自動斷開。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中響應(yīng)于指令信號將所述飛行器(110)從所述拴繩(140)自動斷開包括激活釋放機構(gòu)(154)以從所述飛行器(110)釋放所述拴繩(140)。
【文檔編號】B64B1/58GK104029811SQ201410083255
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】J·J·奇爾德里斯, J·J·維尼奧蒂斯 申請人:波音公司