專利名稱：無(wú)人飛行器和操作方法說(shuō)明書(shū)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)領(lǐng)域涉及飛行器，并更特別涉及具有垂直起降能力的有動(dòng)力飛行器。
背景技術(shù)：
無(wú)人飛行器(UAV)可以用來(lái)提供感興趣位置的遠(yuǎn)程觀察，例如監(jiān)控森林火災(zāi)、穿透 并分析火山煙流、監(jiān)控管道和其他公用資產(chǎn)、尋找失蹤和遇險(xiǎn)者、或監(jiān)控對(duì)于地面上觀察者非直接可得的其他遠(yuǎn)程觀察位置。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明通過(guò)舉例并且不限于附圖中的圖示展示了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案，并且在附圖中圖IA描繪了用于從運(yùn)作基地行進(jìn)到觀察區(qū)的UAV系統(tǒng)的航跡的一個(gè)實(shí)施方案，并包括展示了 UAV系統(tǒng)的優(yōu)選部件的框圖；圖IB描繪了用于從觀察區(qū)垂直上升并帶有到平飛的轉(zhuǎn)換的UAV系統(tǒng)的航跡的一個(gè)實(shí)施方案；圖IC描繪了具有電力分配器以便控制從電池到推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、觀察傳感器和發(fā)射器的電力分配的UAV系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案；圖2A和2B描繪了

圖1A-1C的UAV系統(tǒng)，其在一個(gè)實(shí)施方案中具有可操作以便將UAV系統(tǒng)固定到著陸場(chǎng)的粘合錨栓；圖2C描繪了圖2A和2B的UAV系統(tǒng)和粘合錨栓，并展示了用于將UAV系統(tǒng)從著陸場(chǎng)脫離的一個(gè)實(shí)施方案；圖2D描繪了圖2A和2B的UAV系統(tǒng)和粘合錨栓，進(jìn)一步展示了用于將UAV系統(tǒng)從著陸場(chǎng)脫離的另一實(shí)施方案；圖3展示了粘合錨栓的組件實(shí)施方案；圖4A、4B和4C展示了粘合錨栓的另一組件實(shí)施方案；圖5A和5B展不了粘合錨栓的另一組件實(shí)施方案；圖6-8展示了粘合錨栓的另一組件實(shí)施方案；圖9A和9B描繪了展示用于向觀察區(qū)部署UAV系統(tǒng)并生成且傳輸觀察數(shù)據(jù)的方法的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖；圖10是展示了用于遠(yuǎn)離觀察區(qū)部署UAV的實(shí)施方案的流程圖；圖IlA和IlB描繪了展示用于使用電動(dòng)機(jī)來(lái)上升、重安置發(fā)動(dòng)機(jī)以便轉(zhuǎn)換到平飛和垂直下降、以及生成觀察數(shù)據(jù)以便傳輸?shù)酵獠拷邮掌鞯腢AV系統(tǒng)方法的實(shí)施方案的流程圖；圖12是可以用來(lái)選擇性控制推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的處理裝置的頂級(jí)功能框圖；圖13是選擇性控制推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的頂級(jí)功能框圖；以及圖14A和14B是具有在UAV的每側(cè)上各一個(gè)的兩個(gè)選擇性可旋轉(zhuǎn)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，以及在尾梁上的一個(gè)固定發(fā)動(dòng)機(jī)的UAV的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。最佳模型披露了一種無(wú)人飛行器(UAV)系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案，該UAV系統(tǒng)使得該UAV能夠從一個(gè)運(yùn)作基地轉(zhuǎn)換到一個(gè)遠(yuǎn)程觀察地點(diǎn)，以便空中監(jiān)控或從對(duì)于監(jiān)控人員非直接可得的地面監(jiān)控。該UAV可以然后轉(zhuǎn)換回到該運(yùn)作基地以便回收。在一種用于這種UAV系統(tǒng)的·操作的方法的一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括使用至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供與該UAV的向前飛行的方向共線的水平推力，使用一個(gè)固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼在該向前飛行(即，平飛)期間為該UAV提供主垂直升力，重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便提供垂直推力以將該UAV轉(zhuǎn)換到垂直飛行以便下降，在重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之后使用一個(gè)垂直途徑將該UAV在一塊著陸場(chǎng)上著陸，以及然后部署一個(gè)錨栓以便將該UAV固定到一個(gè)著陸場(chǎng)。一種用于無(wú)人飛行器飛行的方法的一個(gè)示例性實(shí)施方案包括使用至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供與該UAV的向前飛行的方向共線的水平推力；使用一個(gè)固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼在該向前飛行期間為該UAV提供主垂直升力；重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便在將該UAV轉(zhuǎn)換到垂直飛行以便下降期間提供垂直推力；在重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之后使用一個(gè)垂直途徑將該UAV在一塊著陸場(chǎng)上著陸；部署一個(gè)錨栓以便將該UAV固定到一塊著陸場(chǎng)；使用該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為UAV上升提供與該UAV的垂直飛行的方向共線的垂直推力；以及重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便在該UAV從上升轉(zhuǎn)換到平飛期間提供水平推力。該錨栓可以是一個(gè)粘合錨栓，并因此該方法可以包括將該粘合錨栓從該UAV分離以便從該著陸場(chǎng)部署該UAV ；在分離之后使用該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為UAV上升提供與該UAV的垂直飛行的方向共線的垂直推力；以及重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便在分離之后將該UAV從上升轉(zhuǎn)換到平飛。該方法還可以包括當(dāng)該UAV著陸時(shí)生成觀察數(shù)據(jù)；以及當(dāng)該UAV著陸時(shí)向該UAV外部的一個(gè)接收器周期性地傳輸該觀察數(shù)據(jù)。該方法還可以包括通過(guò)一個(gè)電力分配器減少到一個(gè)觀察傳感器、該發(fā)射器和該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之一的電力，以便在UAV著陸之后減少該UAV的總電力使用。該觀察傳感器可以是光學(xué)照相機(jī)、紅外照相機(jī)、話筒、振動(dòng)傳感器、熱傳感器、和/或輻射傳感器。該方法還可以包括向在該UAV上的所有系統(tǒng)恢復(fù)從該著陸場(chǎng)部署該UAV所必需的電力；將該錨栓從該UAV分離以便從該著陸場(chǎng)部署該UAV ;使用該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為UAV下降提供與該UAV的垂直飛行的方向共線的垂直推力；重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便將該UAV轉(zhuǎn)換到平飛，并通過(guò)所述電力分配器減少到一個(gè)觀察傳感器和所述發(fā)射器之一的電力，以便在UAV平飛期間減少該UAV的總電力使用?！N無(wú)人飛行器設(shè)備的示例性實(shí)施方案可以包括一個(gè)固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼，該機(jī)翼在平飛時(shí)為該UAV提供主升力；至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)連接到該機(jī)翼以便旋轉(zhuǎn)地例如經(jīng)一個(gè)螺旋槳并選擇性地在水平和垂直方向上引導(dǎo)推力，該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)例如經(jīng)一個(gè)螺旋槳在垂直飛行期間為該UAV提供主升力；用于例如經(jīng)一個(gè)可拆卸粘合部署元件將UAV固定到一塊著陸場(chǎng)的裝置；用于例如經(jīng)一個(gè)或多個(gè)被動(dòng)傳感器生成觀察數(shù)據(jù)的裝置；以及用于例如經(jīng)一個(gè)RF發(fā)射器傳輸該觀察數(shù)據(jù)的裝置。例如，用于生成觀察數(shù)據(jù)的裝置能夠周期性地生成該觀察數(shù)據(jù)，并且用于生成觀察數(shù)據(jù)的裝置可以包括照相機(jī)。用于將該UAV固定到該著陸場(chǎng)的裝置可以是將該UAV固定到一塊著陸場(chǎng)的粘合錨栓，并且該錨栓可以從該UAV分離。在一個(gè)實(shí)施方案中，該錨栓包括一個(gè)液體粘合劑儲(chǔ)器和一個(gè)液體粘合劑不溶性刷。同樣，該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以連接到該機(jī)翼，以便在與向前飛行的方向共線的水平方向上可旋轉(zhuǎn)地且選擇性地引導(dǎo)推力。同樣，該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)可以連接到該機(jī)翼，以便在與機(jī)翼的一條弦線共線的水平方向上可旋轉(zhuǎn)地且選擇性地引導(dǎo)推力。圖1A-1C展示了 UAV系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案，該UAV系統(tǒng)能夠引導(dǎo)推力將UAV從運(yùn)作基地轉(zhuǎn)換到觀察位置以便觀察區(qū)域，優(yōu)選地為延長(zhǎng)的檢查使用錨栓將UAV固定到著陸場(chǎng)，并然后引導(dǎo)推力將該UAV轉(zhuǎn)換回到該運(yùn)作基地。更特別地，圖IA是結(jié)合了展示UAV系統(tǒng)的優(yōu)選部件的框圖的UAV系統(tǒng)的航跡圖100。UAV 110具有固定的且優(yōu)選非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼125，該機(jī)翼被定向以便在UAV向前飛行時(shí)為UAV 110提供升力，但在UAV 110垂直飛行時(shí)不提供任意實(shí)質(zhì)升力。例如，非旋轉(zhuǎn)機(jī)翼125在向前飛行中在其升力面上主要地經(jīng)歷層流，但在UAV 110垂直飛行時(shí)不經(jīng)歷層流。優(yōu)選地是電力推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)位于·UAV 110的兩側(cè)上(附圖僅示出了在UAV 110的一側(cè)上的發(fā)動(dòng)機(jī))，其中推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120相對(duì)于機(jī)翼125選擇性地可安置，以便將其例如經(jīng)螺旋槳生成的推力的方向從向前飛行改變成垂直飛行，如為推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120’所示出。如在此使用，術(shù)語(yǔ)“發(fā)動(dòng)機(jī)”旨在包括用來(lái)為UAV將任意形式的能量轉(zhuǎn)變成推力的部件。在優(yōu)選實(shí)施方案中，推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，并且每個(gè)都包括發(fā)動(dòng)機(jī)軸和螺旋槳。或，電動(dòng)機(jī)可以是包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)軸和涵道風(fēng)扇；發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)軸和可傾轉(zhuǎn)螺旋槳的組件；或其他設(shè)備，其中發(fā)動(dòng)機(jī)可以或可以不相對(duì)于機(jī)翼固定，但發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一部分可以相對(duì)于機(jī)翼重安置以便為UAV 110選擇性提供水平和垂直推力。在替代實(shí)施方案中，兩個(gè)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120可以由單個(gè)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)或由多個(gè)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)代替。推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的其他實(shí)施方案可以包括涵道風(fēng)扇(即，電氣的或液體供應(yīng)燃料的)、火箭(即，固體燃料或液體)、燃?xì)廨啓C(jī)或轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。UAV 110具有用于生成觀察數(shù)據(jù)的觀察傳感器130，其中該觀察傳感器130和用于傳輸觀察數(shù)據(jù)的發(fā)射器190通信。電池170或電池陣列優(yōu)選地向推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、觀察傳感器和發(fā)射器供電。電力分配器180控制從電池170到推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120、觀察傳感器130和發(fā)射器190的電力分配。觀察傳感器130優(yōu)選地是光學(xué)照相機(jī)，但可以是各種裝置中的任意裝置，包括但不限于紅外照相機(jī)、話筒、振動(dòng)傳感器、熱傳感器、輻射傳感器等。觀察傳感器的實(shí)施方案在于2009年11月25日提交，標(biāo)題為“鉸接式傳感器支持結(jié)構(gòu)(ArticulatedSensor Support Structure)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/264，601 ;以及于2010年11月24日提交，標(biāo)題為“鉸接式傳感器支持結(jié)構(gòu)(Articulated Sensor Support Structure)”的國(guó)際申請(qǐng)No. PCT/US10/58037中示出并描述，該兩個(gè)申請(qǐng)中的每個(gè)通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。這樣的觀察傳感器可以是鉸接式的以便支持遠(yuǎn)程操作員和/或UAV的自主著陸，如在上述申請(qǐng)中所示出并描述。在操作期間，UAV 110從運(yùn)作基地起飛，并能夠在垂直飛行(B卩，上升)和向前飛行(即，平飛)之間轉(zhuǎn)換。圖IA的航跡A展示了直到所希望巡航高度的UAV 110的優(yōu)選垂直航跡。航跡B展示了 UAV 110轉(zhuǎn)換到向前飛行，優(yōu)選地響應(yīng)于推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120從由120’所示出的位置重安置到由120所示出的位置轉(zhuǎn)換到向前飛行。在由路徑C所示出的向前飛行時(shí)，UAV 110從固定的或非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼125生成其升力中的基本上全部(在升力體機(jī)身的情況下，認(rèn)為包括來(lái)自機(jī)身的升力)，并且安置推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120以便提供與向前飛行的方向至少一般共線的推力。如果這樣的航跡表示“慢速飛行”，那么推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120可以保持在與固定翼125的弦線(未示出)共線的位置，或可以旋轉(zhuǎn)以便保持被安置以便提供與向前飛行的方向至少一般共線的推力。在UAV 110靠近觀察區(qū)時(shí)，其描繪為響應(yīng)于推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)重安置到位置120’或由這樣的重安置所支持，從向前飛行轉(zhuǎn)換回到垂直飛行(即，下降)，如由航跡D所示出。在垂直飛行(B卩，下降)時(shí)，UAV 110從被安置以便生成升力的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)120’并且不是機(jī)翼125生成其升力中的基本上全部。如由航跡E所示出，通過(guò)操作員的使用或自主著陸系統(tǒng)或該兩者的一些組合，UAV 110然后在所希望的觀察位置上著陸，以便允許傳感器130檢查區(qū)域140中的潛在目標(biāo)。當(dāng)在觀察位置時(shí)，UAV 110可以在某些實(shí)施方案中部署錨栓，該錨栓可以是粘合錨
栓150以便將其自身固定到著陸場(chǎng)(其中“著陸場(chǎng)”還可以意思是鄰接結(jié)構(gòu))。粘合錨栓150運(yùn)行以便將UAV 110保持在原位，并防止其由于動(dòng)作例如風(fēng)和/或UAV 110可以附著到的結(jié)構(gòu)的移動(dòng)因而移動(dòng)或位移。錨栓110的其他實(shí)施方案在于2009年11月24日提交，標(biāo)題為“飛行器降落系統(tǒng)(Aircraft Grounding System)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/264，220 ；以及于2010年11月24日提交,標(biāo)題為“飛行器降落系統(tǒng)(Aircraft Grounding System)”的國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US10/57984中進(jìn)一步描述，該兩個(gè)申請(qǐng)中的每個(gè)通過(guò)引用在本披露內(nèi)
彡口口。\圖IB是展示了 UAV緊接著其在觀察位置的任務(wù)完成，返回運(yùn)作基地的UAV系統(tǒng)的飛行航跡圖160。如果UAV 110已使用粘合錨栓150，那么在脫離觀察位置之前，UAV 110將從粘合錨栓150分離。UAV 110將然后優(yōu)選地沿航跡F垂直起飛，其中推進(jìn)電動(dòng)機(jī)為UAV上升提供與UAVllO的垂直飛行的方向共線的垂直推力。轉(zhuǎn)換航跡由航跡G展示，而水平巡航航跡由航跡H展示?？梢皂憫?yīng)于推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)重安置到位置120或在從錨栓分離之后由這樣的重安置所支持，執(zhí)行從垂直航跡F到水平巡航航跡H的轉(zhuǎn)換。航跡I示出了可以響應(yīng)于將推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)從水平推力重安置到垂直推力或由這樣的重安置所支持，回到垂直航跡J(即，下降)直到著陸的轉(zhuǎn)換航跡。圖IC是展示了 UAV系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的功能框圖和頂級(jí)示意圖，該UAV系統(tǒng)具有在飛行期間和/或在觀察位置著陸時(shí)減少UAV的總電力需求的部件。電力分配器180被配置成減少或關(guān)閉正在向觀察傳感器130和發(fā)射器190和/或推進(jìn)電動(dòng)機(jī)120’(如果著陸)提供的電力。減少電力使用、關(guān)閉系統(tǒng)和/或限制系統(tǒng)或裝置接通(例如，為飛行被供電)的時(shí)間允許UAV 110在對(duì)于有限的電池蓄電量的較長(zhǎng)期時(shí)間停留在觀察位置。S卩，在著陸時(shí)，UAV 110可以周期性地和/或間歇地使用電力分配器接通或提高到觀察傳感器130和/或發(fā)射器190的電力，以便在一段時(shí)間生成觀察數(shù)據(jù)和/或經(jīng)發(fā)射器向運(yùn)作基地和/或任意其他外部接收器傳輸觀察數(shù)據(jù)。這允許UAV 110的操作員在一段時(shí)間觀察區(qū)域，如果飛行器還為飛行被供電和/或在平飛期間不輸出機(jī)翼升力，則可以縮短該段時(shí)間。圖2A是首先在圖IA中展示的示例性UAV錨栓的框圖，該錨栓在一個(gè)實(shí)施方案中使用向細(xì)絲陣列輸送的粘合材料，該細(xì)絲陣列從UAV部署并安置在UAV著陸場(chǎng)上以便用粘合劑將UAV固定到著陸場(chǎng)。將UAV210描繪為由附接(attachment) _1220附著到液體粘合劑儲(chǔ)器240。通道或?qū)Ч?30可以在液體粘合劑儲(chǔ)器240和刷組件250，例如細(xì)絲陣列、鬃毛陣列或成束陣列、織物的條帶、棉球或布?jí)K之間提供?？梢杂蒩ttachment_2260將液體粘合劑儲(chǔ)器240附著到細(xì)絲陣列250。在細(xì)絲陣列250接觸著陸場(chǎng)270之后，液體粘合劑可以從液體粘合劑儲(chǔ)器240經(jīng)導(dǎo)管230流動(dòng)到細(xì)絲陣列250，如在圖2B中所示出。具有液體粘合劑的細(xì)絲陣列250的細(xì)絲元素向著陸場(chǎng)270提供粘結(jié)區(qū)。一旦細(xì)絲陣列250的元素已粘結(jié)到著陸區(qū)270，則UAV可以粘合地錨定到著陸場(chǎng)270。為將其自身從由細(xì)絲陣列250的粘結(jié)元素所提供的錨栓釋放,可以經(jīng)如在圖2C中所示出的釋放UAV attachment_1220，或經(jīng)如在圖2D中所示出的釋放attachment_2260,或其組合，UAV可以是可拆卸的。圖3示出了一個(gè)組件，其包括用于容納液體粘合劑儲(chǔ)器的圓柱體310，其中該組件進(jìn)一步包括在圓柱體的近末端的附著點(diǎn)320，以及在圓柱體的遠(yuǎn)末端的細(xì)絲陣列330、鬃毛、或織物條帶。通道或?qū)Ч芸梢栽趫A柱體310內(nèi)在液體粘合劑儲(chǔ)器和細(xì)絲陣列330之間提供，以便將液體粘合劑的流動(dòng)導(dǎo)引到細(xì)絲陣列，其中細(xì)絲陣列可以與著陸場(chǎng)接觸以便錨定。圖3還示出了組件在部署之前可以貯藏在分配盒340中。圖4在剖面圖中示出了具有活塞411的圓柱體410，其中軸412刺穿擋塊413。圖 4B示出了在活塞411向開(kāi)孔414移動(dòng)時(shí)液體粘合劑420可以從圓柱體410擠出。圖4C示出了圓柱體410的遠(yuǎn)端部分415的刷子430可以用提供與不均勻面440的接觸的方式將其纖維或細(xì)絲分散。圖5A在剖面圖中示出了圓柱體510，其具有由插腳512支撐在原位的尖銳的彈簧承載軸511。圖5B示出了由于移除的插腳，尖矛511可以刺穿液體粘合劑儲(chǔ)器的密封513，允許液體膠流動(dòng)到成束的鬃毛或細(xì)絲430。圖6示出了在另一實(shí)施方案中與軸環(huán)580接觸的彈簧絲581的側(cè)視圖，其中該軸環(huán)繞刷子細(xì)絲導(dǎo)管551布置。彈簧683的另一部分布置在安裝套管或安裝盒690上，如在圖6中所見(jiàn)。彈簧絲581被壓縮并由插腳682支撐在原位。圖7在側(cè)視圖中示出了彈簧絲581在恢復(fù)的即未壓縮的位置，并且刷子細(xì)絲導(dǎo)管551偏轉(zhuǎn)，由此將刷子細(xì)絲束550重定向。圖8在剖面圖中展示了刷子細(xì)絲導(dǎo)管551的偏轉(zhuǎn)，這將壓力置于柔性直導(dǎo)管821的遠(yuǎn)末端部分，壓力起作用以便經(jīng)已刺穿密封811驅(qū)動(dòng)刺穿孔徑822進(jìn)入液體粘合劑儲(chǔ)器810。由此，以具有正在從儲(chǔ)器810接收液體的刷子細(xì)絲束550，并為應(yīng)用于示例性著陸場(chǎng)801被安置的部署狀態(tài)示出組件800。圖9A和9B示出了一個(gè)流程圖，其展示了一種用于部署無(wú)人飛行器(UAV)的方法的示例性實(shí)施方案，該UAV具有用于生成觀察數(shù)據(jù)的觀察傳感器和用于傳輸觀察數(shù)據(jù)的發(fā)射器，其中該UAV能夠向前和垂直飛行。在該實(shí)施方案中，UAV在其向前飛行到觀察區(qū)(方框602)期間從其非旋轉(zhuǎn)機(jī)翼生成其基本上全部升力(方框600)，并然后從基本向前飛行轉(zhuǎn)換到基本垂直飛行(方框604)。在垂直飛行(在此情況下，下降)期間，UAV從如在此所披露的生成基本垂直推力的裝置，優(yōu)選地從多臺(tái)電動(dòng)機(jī)維持其基本上全部升力(方框607)。UAV以基本垂直的方式在觀察位置著陸(方框606)，并當(dāng)UAV在觀察位置著陸時(shí)用觀察傳感器生成觀察數(shù)據(jù)(方框608)。在替代實(shí)施方案中，觀察傳感器能夠周期性地生成觀察數(shù)據(jù)(方框610)，而不是連續(xù)生成觀察數(shù)據(jù)，以便節(jié)省系統(tǒng)電力。當(dāng)UAV著陸例如附著到觀察位置時(shí)，UAV可以經(jīng)發(fā)射器傳輸觀察數(shù)據(jù)(方框612)。示例性實(shí)施方案可以具有能夠向UAV外部的接收器周期性地傳輸觀察數(shù)據(jù)而不是連續(xù)傳輸?shù)陌l(fā)射器(方框614)，并且不連續(xù)傳輸可以節(jié)省系統(tǒng)電力。在一些示例性實(shí)施方案中，UAV能夠關(guān)閉在UAV上的所有系統(tǒng)，除了生成和傳輸觀察數(shù)據(jù)所必需的系統(tǒng)之外(方框616)?；?，即使這些系統(tǒng)是傳輸觀察數(shù)據(jù)所必需的，UAV仍能夠選擇性關(guān)閉這些系統(tǒng)，同時(shí)例如經(jīng)計(jì)時(shí)器和/或光傳感器保持自主加電能力(方框 618)。圖10是展示了遠(yuǎn)離觀察區(qū)部署UAV的示例性方法實(shí)施方案的流程圖。向從觀察位置部署UAV所必需的在UAV上的所有系統(tǒng)恢復(fù)電力(方框700)，并且以基本垂直的方式從觀察位置向上部署UAV (方框702)。與在下降中相同，UAV從生成基本垂直推力的裝置，優(yōu)選地從多臺(tái)電動(dòng)機(jī)維持其基本上全部升力(方框704)。UAV從觀察區(qū)從基本垂直飛行轉(zhuǎn)換到基本平飛(方框706)。圖IlA和IlB在一個(gè)流程圖中展示了無(wú)人飛行器(UAV)在基本垂直飛行中從運(yùn)作基地起飛的示例性實(shí)施方案，該UAV具有非旋轉(zhuǎn)機(jī)翼，使用可安置以便改變其生成的推力的方向的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中該UAV能夠在向前和垂直飛行之間轉(zhuǎn)換。在向前飛行時(shí)，UAV從非旋轉(zhuǎn)機(jī)翼生成其升力中的基本上全部，并且推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)被安置以便提供與向前飛行的方向至少一般共線的推力，并且在垂直飛行時(shí)，UAV通過(guò)被安置以便生成升力的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)生成其升力中的基本上全部。
此后，UAV在基本向前飛行中巡航到觀察區(qū)，并然后從基本向前飛行轉(zhuǎn)換到基本垂直飛行，以便在基本垂直的航跡中在觀察區(qū)中的觀察位置著陸。更特別地，使用至少一臺(tái)(優(yōu)選地兩臺(tái))電動(dòng)機(jī)為UAV上升提供垂直推力(方框1100)。將電動(dòng)機(jī)重安置以提供水平推力以便將UAV從垂直飛行轉(zhuǎn)換到平飛(方框1102)。在替代實(shí)施方案中，電動(dòng)機(jī)(或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)中的至少一臺(tái))不將UAV轉(zhuǎn)換到平飛，而是僅重安置以便幫助轉(zhuǎn)換到平飛(方框1104)。然后使用電動(dòng)機(jī)提供與向前飛行的方向共線的水平推力(方框1106)?；?，如果UAV在慢速飛行狀況下(方框1108)，并因此固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼經(jīng)歷高攻角，可以提供與機(jī)翼的弦線共線的水平推力以便提供水平推力(方框1110)。在向前飛行期間，使用固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼提供主垂直升力(方框1112)?；颍绻鸘AV具有升力體機(jī)身，則可以由升力體自身，或用機(jī)翼和升力體的某種組合，而不是由電動(dòng)機(jī)提供主升力(方框1114)。在完成預(yù)定平飛航跡之后，將電動(dòng)機(jī)重安置以便在下降期間提供垂直推力(方框1116)，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)重安置之后使用垂直途徑將UAV著陸(方框1118)?？梢圆渴疱^栓以便將UAV固定到著陸場(chǎng)(方框1120)，并且電力分配器優(yōu)選地減少由UAV機(jī)載電池向觀察傳感器、發(fā)射器和電動(dòng)機(jī)中的至少一個(gè)提供的電力，以便在UAV著陸之后減少UAV的總電力使用(方框1124)。在示例性實(shí)施方案中，如果電力分配器被引導(dǎo)(或引導(dǎo))電力周期性接通觀察傳感器(方框1126)，則觀察傳感器將周期性地生成觀察數(shù)據(jù)，并將其向發(fā)射器傳遞(方框1128)，以便向UAV外部的接收器周期性地傳輸(方框1130)。否則，觀察數(shù)據(jù)可以連續(xù)生成(方框1126)并向發(fā)射器或存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置傳遞，以便向外部接收器傳輸(方框828)。在替代實(shí)施方案中，觀察數(shù)據(jù)連續(xù)生成(方框832)并向發(fā)射器提供以便向外部接收器傳輸(方框1130)。圖12是一個(gè)實(shí)施方案的頂級(jí)功能框圖，其中處理裝置或處理器1210可以包括一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(CPU)和可尋址存儲(chǔ)器，以便選擇性控制推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。處理器1210可以包括可執(zhí)行指令的功能模塊和/或固件模塊，以便影響這種旋轉(zhuǎn)。處理器1210還可以被配置成執(zhí)行指令以便執(zhí)行飛行控制，和/或傳感器處理/過(guò)濾。處理器1210可以包括在電力分配器180中，如在圖IC中所示出，或作為與電力分配器180通信的分離模塊的一部分。用于航空器的飛行控制處理模塊1212可以通過(guò)傳感器處理模塊1213接收已感測(cè)的航空器動(dòng)力學(xué)、已感測(cè)和/或已估算的航空器位置和/或速度、以及航向和/或高度命令。飛行控制處理模塊1212可以向推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1250例如推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，以及作動(dòng)器例如控制面作動(dòng)器輸出命令。傳感器處理模塊1213還可以從由飛行控制傳感器1230所指代的航空器動(dòng)力學(xué)傳感器例如加速計(jì)和/或陀螺儀接收輸出。傳感器處理模塊1213可以在向飛行控制處理模塊1212提供所過(guò)濾和/或所處理的信息之前，過(guò)濾或以其他方式調(diào)節(jié)來(lái)自飛行控制傳感器1230的輸入。處理器1210的實(shí)施方案可以包括導(dǎo)航處理，該導(dǎo)航處理可以由傳感器處理模塊1213、飛行控制處理模塊1212執(zhí)行，或分布在處理器1210的兩個(gè)處理模塊之間。根據(jù)處理器1210的功能，可以添加或移除包括功能和能力的其他模塊。此外，在此所描述的示例性處理器1210中的模塊1212、1213可以進(jìn)一步劃分或與其他功能組合，以便完成在此所描述的功能和過(guò)程。各種模塊還可以用硬件實(shí)施，或用硬件和軟件的組合即固件實(shí)施。對(duì)于航空器實(shí)施方案，外部部件可以包括升力面延伸、尾梁、發(fā)動(dòng)機(jī)、電池模塊、觀察傳感器、電力分配器、以及載荷模塊。圖13是一個(gè)用于航空器的實(shí)施方案的頂級(jí)功能框圖，其中系統(tǒng)包括CPU 1310;包 括全球定位系統(tǒng)(GPS)傳感器的飛行控制部件1320和處理1321 ;大氣壓傳感器1322 ;包括電池132的電源；以及遙測(cè)設(shè)備1323，其可以包括可以分離地或組合地控制推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的上行鏈路接收器和處理器。飛行控制部件1320還可以包括慣性測(cè)量單元和/或加速計(jì)和/或陀螺傳感器(未示出)。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括觀察傳感器例如照相機(jī)1325。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括選擇性地將推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于機(jī)翼旋轉(zhuǎn)的向前左舷/左發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1331、選擇性地將第二推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于第二機(jī)翼旋轉(zhuǎn)的向前右舷/右發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1332、控制向前左舷/左發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1331的向前左舷/左發(fā)動(dòng)機(jī)位置模塊1334、控制向前右舷/右發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1332的向前右舷/右發(fā)動(dòng)機(jī)位置模塊1335。該系統(tǒng)可以替代地包括單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以及對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)傾斜。通信信道可以是有線的和/或無(wú)線的，例如無(wú)線電頻率和/或紅外的。有線通信信道可以包括具有包括IEEE 1553、以太網(wǎng)和通用串行總線(USB)的協(xié)議的金屬線信道，以及光纖信道。圖14A和15B是展示了具有兩個(gè)選擇性可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)以便使得能夠垂直上升、水平巡航和垂直下降的UAV的一個(gè)實(shí)施方案的透視圖。左推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1402通過(guò)左發(fā)動(dòng)機(jī)艙1406連接到左機(jī)翼1404。左發(fā)動(dòng)機(jī)1402繞左發(fā)動(dòng)機(jī)樞軸點(diǎn)1408選擇性可旋轉(zhuǎn)以便使得能夠向前飛行(如示出)，并通過(guò)左推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1402繞左發(fā)動(dòng)機(jī)樞軸點(diǎn)1408旋轉(zhuǎn)到垂直位置使得能夠垂直飛行。該轉(zhuǎn)動(dòng)可以由連接到左發(fā)動(dòng)機(jī)1402的向前左舷/左發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1331完成，其中該向前左舷/左發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1331安置在左發(fā)動(dòng)機(jī)艙1406中或安置在左推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1402自身中。在一個(gè)實(shí)施方案中，尾部固定推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1410被供電并在垂直上升和垂直著陸期間提供垂直推力，并為向前飛行關(guān)閉。尾部固定推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的其他實(shí)施方案和用于控制的合適功能框圖在于2009年11月25日提交，標(biāo)題為“裝置的自動(dòng)配置控制(Automatic Configuration Control ofa Device)，，的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?61/264，587 ;以及于2010年11月24日提交,標(biāo)題為“裝置的自動(dòng)配置控制(Automatic ConfigurationControl of a Device)”的國(guó)際申請(qǐng)No. PCT/US2010/058020中示出并描述，該兩個(gè)申請(qǐng)中的每個(gè)通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。相似地，右推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1412通過(guò)右發(fā)動(dòng)機(jī)艙1416連接到右機(jī)翼1414。右發(fā)動(dòng)機(jī)1412繞右發(fā)動(dòng)機(jī)樞軸點(diǎn)1418選擇性可旋轉(zhuǎn)以便使得能夠向前飛行(如示出)，并通過(guò)右推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1412繞右發(fā)動(dòng)機(jī)樞軸點(diǎn)1418旋轉(zhuǎn)到垂直位置使得能夠垂直飛行。該轉(zhuǎn)動(dòng)可以由連接到右發(fā)動(dòng)機(jī)1412的向前右舷/右發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1332完成，其中該向前右舷/右發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器1332安置在右發(fā)動(dòng)機(jī)艙1466中或安置在右推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)1412自身中。在此所提供的展示和實(shí)例用于解釋目的，并且不旨在限制附加權(quán)利要求的范疇。認(rèn)為本披露是本發(fā)明的原理的示例，并且不旨在限制本發(fā)明和/或所展示實(shí)施方案的權(quán)利要求的精神和范疇。例如，短語(yǔ)“基本上全部”的使用用作由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，并因此可以接近所比較量的80%-100%的值。短語(yǔ)“基本向前”、“基本水平”和“基本垂直”用作由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，并因此可以分別地近似于相對(duì)水平位置的0-20%的“向前”、“水平”和“垂直”的值。相似地，短語(yǔ)“共線”用作由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，并因此可以近似地接近距所測(cè)量底角0-30度。認(rèn)識(shí)到可以對(duì)上述實(shí)施方案的具體特征、系統(tǒng)、方法和方面做出各種組合和/或子組合，并且仍落入本發(fā)明的范疇內(nèi)。因此，應(yīng)理解本披露實(shí)施方案的各種特征和方面可以·相互組合或替換以便形成本披露發(fā)明的不同模式。進(jìn)一步地，通過(guò)舉例在此披露的本發(fā)明的范疇不應(yīng)由以上描述的特別披露實(shí)施方案所限制。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)人飛行器(UAV)飛行的方法，包括 使用至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供與該UAV的向前飛行的方向共線的水平推力； 使用一個(gè)固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼在所述向前飛行期間為所述UAV提供主垂直升力；重安置所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便在所述UAV轉(zhuǎn)換到垂直飛行以便下降期間提供垂直推力； 在所述重安置之后使用一個(gè)垂直途徑將所述UAV在一塊著陸場(chǎng)上著陸；以及 部署一個(gè)錨栓以便將所述UAV固定到一塊著陸場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 使用所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為UAV上升提供與該UAV的垂直飛行的方向共線的垂直推力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括 重安置所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便在所述UAV從上升轉(zhuǎn)換到平飛期間提供水平推力。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述錨栓是一個(gè)粘合錨栓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括 將該粘合錨栓從該UAV分離以便從該著陸場(chǎng)部署該UAV ； 在所述分離之后使用所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為UAV上升提供與該UAV的垂直飛行的方向共線的垂直推力；以及 重安置所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便在所述分離之后將所述UAV從上升轉(zhuǎn)換到平飛。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 當(dāng)該UAV著陸時(shí)生成觀察數(shù)據(jù)；以及 當(dāng)該UAV著陸時(shí)向該UAV外部的一個(gè)接收器周期性地傳輸該觀察數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中當(dāng)該UAV在所述著陸場(chǎng)上著陸時(shí)完成周期性地傳輸該觀察數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 通過(guò)一個(gè)電力分配器減少到一個(gè)觀察傳感器、所述發(fā)射器和所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)之一的電力，以便在所述UAV著陸之后減少該UAV的總電力使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述觀察傳感器是從由光學(xué)照相機(jī)、紅外照相機(jī)、話筒、振動(dòng)傳感器、熱傳感器、和輻射傳感器構(gòu)成的集合所選擇的傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括 向在該UAV上的所有系統(tǒng)恢復(fù)從該著陸場(chǎng)部署該UAV所必需的電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括 將該錨栓從該UAV分離以便從該著陸場(chǎng)部署該UAV ； 使用所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為UAV下降提供與該UAV的垂直飛行的方向共線的垂直推力；以及 重安置所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)以便將所述UAV轉(zhuǎn)換到平飛。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 通過(guò)所述電力分配器減少到一個(gè)觀察傳感器和所述發(fā)射器之一的電力，以便在UAV平飛期間減少該UAV的總電力使用。
13.一種無(wú)人飛行器(UAV)，包括一個(gè)固定的且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼，該機(jī)翼在平飛時(shí)為該UAV提供主升力； 至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)連接到所述機(jī)翼以便旋轉(zhuǎn)地并選擇性地在水平和垂直方向上引導(dǎo)推力，所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)在垂直飛行期間為該UAV提供主升力； 用于將所述UAV固定到一塊著陸場(chǎng)的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 用于生成觀察數(shù)據(jù)的裝置；以及 用于傳輸該觀察數(shù)據(jù)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中用于生成觀察數(shù)據(jù)的裝置能夠周期性地生成該觀察數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中用于生成觀察數(shù)據(jù)的所述裝置包括照相機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中用于將所述UAV固定到該著陸場(chǎng)的裝置是將所述UAV固定到一塊著陸場(chǎng)的一個(gè)粘合錨栓。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述錨栓從所述UAV分離。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述錨栓包括一個(gè)液體粘合劑儲(chǔ)器和一個(gè)液體粘合劑不溶性刷。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)連接到所述機(jī)翼，并在與向前飛行的方向共線的水平方向上可旋轉(zhuǎn)地且選擇性地弓I導(dǎo)推力。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)連接到所述機(jī)翼，以便在與所述機(jī)翼的一條弦線共線的水平方向上可旋轉(zhuǎn)地且選擇性地引導(dǎo)推力。
全文摘要
無(wú)人飛行器和操作方法。一種無(wú)人飛行器(UAV)飛行的方法，包括使用至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)(120)提供與該UAV(110)的向前飛行的方向共線的水平推力，使用一個(gè)固定的并且非旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼(125)在該向前飛行期間為該UAV(110)提供主垂直升力，重安置該至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)(120')以便在將該UAV(110)轉(zhuǎn)換到垂直飛行(A)以便下降(E)期間提供垂直推力，在該電動(dòng)機(jī)重安置之后使用一個(gè)垂直途徑將該UAV(110)在一塊著陸場(chǎng)(270)上著陸，以及部署一個(gè)錨栓(150)以便將該UAV(110)固定到一塊著陸場(chǎng)(270)。
文檔編號(hào)B64C27/52GK102947179SQ201180028460
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者克里斯多佛·E·費(fèi)希爾, 約翰·P·茲萬(wàn), 馬克·L·斯奇馬澤爾, 斯蒂芬·錢伯斯, 賈斯汀·B·麥卡利斯特 申請(qǐng)人:威羅門飛行公司