用于存放和远程发射无人驾驶飞行器的装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2018年6月7日提交且标题为“deviceforstoringandremotelylaunchingunmannedaerialvehicles,”的挪威专利申请号20180791的优先权和权益，据此通过引用将该申请全文并入。

本公开的一个或多个实施方式总体涉及无人驾驶飞行器(uav)，更具体地，例如涉及用于存放、远程发射和控制一个或多个uav的装置、系统以及方法。

背景技术：

在许多军用和民用操作中，经常期望使人员保持定位在交通工具中并由交通工具保护。然而，在没有附加辅助设备的情况下，交通工具的封闭使得调查感兴趣区域的可能性不大以及有限的情景意识和概述。在许多场景中，当封闭于交通工具时，诸如通过使用uav增加情景意识可能是关键的。然而，在不使人员处于危险中的情况下发射uav可能是困难的。鉴于前述情况，持续需要用于从诸如交通工具的移动位置发射、存放和控制uav的改进的系统和方法。

技术实现要素：

在各种实施方式中，提供了专门的交通工具发射系统和方法，以使得人员能够从交通工具或其它移动位置安全地发射和操作一个或多个uav。在各种实施方式中，一种发射系统包括发射装置和操作终端。发射装置适于安装在交通工具的外表面上，并且可通信地联接到操作终端，该操作终端可从交通工具的内部或其它受保护的位置操作。交通工具发射系统允许操作员从交通工具内部控制一个或多个uav，而不需要操作员走到交通工具外部来与uav或发射装置交互。

本发明的范围由权利要求限定，通过引用将权利要求并入本部分中。将通过考虑一个或多个实施方式的以下详细描述，来给予本领域技术人员本发明的实施方式的更全面的理解、以及本发明另外优点的实现。将参照首先将简要描述的附图。

附图说明

图1a至图1c例示了根据本公开实施方式的交通工具发射系统。

图2a至图2b例示了根据本公开实施方式的交通工具发射箱。

图3示意了根据本公开实施方式的盒和发射箱壳体。

图4示意了根据本公开实施方式的发射箱的侧视图。

图5a示意了根据本公开实施方式的将uav固定在存放位置中的盒。

图5b示意了根据本公开实施方式的将uav固定在释放/发射位置中的盒。

图6示意了根据本公开实施方式的将uav固定在释放/发射位置中的盒。

图7示意了根据本公开实施方式的用于交通工具发射系统的电气和处理部件。

图8a至图8i示意了根据本公开实施方式的处于存放位置和发射位置中的发射箱和/或盒的各种视图。

图9示意了根据本公开实施方式的外部连接器和对应的配合连接器的实施方式。

图10示意了根据一个或多个实施方式的使用交通工具发射装置的方法。

图11示意了根据一个或多个实施方式的将uav固定在释放/发射位置中的盒以及机械释放组件的实施方式。

通过参考下面的详细描述，将最佳地理解本公开的实施方式及其优点。应当理解，同样的附图标记用于标识在一个或多个附图中例示的同样的元件。

具体实施方式

本公开的几个方面总体涉及用于发射、存放和控制无人驾驶飞行器(uav)的系统和方法。在各种实施方式中，提供了专门的交通工具发射系统和方法，以使得人员能够从交通工具或其它移动位置安全地发射和操作一个或多个uav。

将参照图1a至图1c描述交通工具发射系统的各种实施方式。该交通工具发射系统包括发射箱100(本文中也称为发射装置)和操作终端160。发射箱100适于安装在交通工具150的外表面上，交通工具诸如为地面交通工具、水上交通工具或其它移动结构。在各种实施方式中，发射箱100可以安装到另一装置或结构和/或作为独立单元操作。操作终端160是可通信地联接到发射箱100并且可从交通工具150的内部或另一受保护位置操作的移动计算装置。交通工具发射系统允许操作员控制一个或多个uav(诸如uav120)并从交通工具150内部发射uav120，而不需要操作员走到交通工具150外部来与uav120或发射箱100交互。

在所例示的实施方式中，发射箱100包括多个储存匣(magazine)110(本文中也称为盒)，这些储存匣适于被牢固地插入到形成在发射箱100中的对应的多个腔(或凹部)中。一个储存匣110在其外壳中保持单个uav120，该外壳定位在储存匣110的托架130中。储存匣110还适于通过致动器将uav120从储存匣110内部的存放位置(如图1a例示)移动到发射位置(如图1b例示)，该致动器附接到臂142，以移动uav，使得其定位在储存匣110的外部以用于发射。每个储存匣110适于被容易地去除并被另一储存匣110替换，该另一储存匣可以包括另一uav120。

托架130定位在储存匣110的盖140的一侧上或由其构成。托架130包括充电点，用于在uav120处于托架130中时对其充电。托架130还包括释放机构，该释放机构在处于存放位置时将uav130保持在托架130中，并且在发射期间(例如，当uav120定位在如图1b例示的发射位置时)释放uav120。托架130还可以将uav120联接到操作终端160，以便通过通信链路进行通信。在各种实施方式中，储存匣110包括一个或多个连接器，连接器被构造为与发射箱100的对应连接器配合，该对应连接器将储存匣连接到电源，诸如交通工具150的电源、操作终端160、内部电池或其他电源。当储存匣110定位在发射箱100中时，uav120可以充电。在各种实施方式中，可以存在使得能够在uav120与操作终端160之间进行通信的附加连接，包括无线和有线通信链路。在一些实施方式中，发射箱100包括用于与uav120通信并对其进行控制的电子器件。例如，释放机构可以适于响应于通过发射箱100从操作终端160接收的“关闭”指令或命令而关闭(例如，将uav120保持在托架中)，并且响应于通过发射箱100从操作终端160接收的“打开”指令或命令而打开(例如，释放uav120)。

在各种实施方式中，发射箱100还适于保护uav120免受天气状况的影响。例如，发射箱100可以包括一个或多个用于冷却发射箱内部的部件，诸如冷却风扇。发射箱100还可以包括诸如加热丝的部件，用于加热发射箱100的内壁和/或外壁，以便于除雪和冰。

在一些实施方式中，致动器、臂142和盖140以及相关组件被构造为当臂142从存放位置(例如，当盖140处于关闭位置中时)移动到发射位置(例如，当盖140处于打开位置中时)时破碎定位在盖140的外侧上的冰和障碍物。在一个实施方式中，紧固储存匣的盖的旋转点在竖直方向上设置有游隙和上推的弹簧。当致动器被启动(这使臂142移动)但未能打开盖140(例如，因为冰已经形成在盖周围)时，向上的力将通过弹簧转化为盖140相对于铰链的移动。铰链周围的游隙将使得致动器能够向外推动盖140的前部。这减少了致动器必须起作用的移动量，这导致更高的力，潜在地移动障碍物，例如破碎顶部上的冰。

在操作期间，uav120维持在存放位置中，受到保护而免受环境影响，充电并准备操作。当操作员从操作终端160提供指令时，致动器启动，将uav120从存放位置移动到发射位置。uav120根据来自操作终端160的指令而启动，并且提供足够的推力以爬升，托架130上的释放机构打开，并且uav120被发射以调查感兴趣区域。在各种实施方式中，uav120的飞行路径和控制可以由操作终端160预编程、编程(例如，当uav120被托住时)，或者在飞行期间由操作终端160上的飞行控制器来控制。在一些实施方式中，uav120通过着陆在托架130上并返回到储存匣110中的存放位置来结束飞行。飞行数据，诸如飞行期间捕获的图像和视频，可以通过通信链路从uav120下载到操作终端160。

参考图2a至图2b，将描述交通工具发射箱的实施方式。在各种实施方式中，发射箱200可以用于民用设置、军用设置和其他环境中，并且可以适于装配交通工具，包括诸如消费汽车的地面交通工具和诸如战斗坦克的军用交通工具以及水上交通工具。在一个实施方式中，发射箱200可以在使得储存匣的致动和uav的发射不受阻碍的位置中安装(例如，在发射箱底部中指定的连接点处螺栓连接)到交通工具的外侧。在一个实施方式中，发射箱适于装配一个或多个uav，该uav可以包括单旋翼、四轴飞行器和其它类型的uav/无人机。在所例示的实施方式中，发射箱底座为大约40×30厘米，并且在最高点处为25厘米高，但是根据本公开可以使用其它尺寸。尽管所例示的实施方式包括4个可去除和可更换的盒210，但是根据本公开也可以使用其它数量的盒。在各种实施方式中，盒210可以容易地插入一个或多个发射箱和/或从其去除。在将盒插入发射箱中之前或之后，uav可以容易地装载到一个或多个盒或从其去除。发射箱200的电力可以由交通工具电源、内部电池单元或另一可用电源来供应。

发射箱200可以由定位在交通工具中的操作员远程控制，这可以便于操作终端与发射箱200之间的有线通信。可以设置定位在箱背面的天线，用于向/从操作uav和/或操作终端进行无线传输。布置在发射箱背面的连接器220将发射箱200连接到操作控制单元、电源、环境传感器和其它通信链路。

现在将参考图3更详细地描述盒和发射箱壳体的各种实施方式。如图例示，发射箱壳体310包括顶部312，该顶部在其中形成有腔314(或凹部)，并且该腔适于接收和固定盒320。发射箱壳体310可以形成或构造为一件或多件，包括耐用塑料、金属、复合材料或其它材料，这些其它材料适于在交通工具行进期间将发射箱刚性地固定到交通工具并将uav刚性地固定在盒内部，并且承受与预期用途相关联的环境条件。盒320适于可装配地插入到腔314中以将盒固定在其中，并且可以适于卡扣到发射箱壳体310中的适当位置。在一个实施方式中，盒320包括具有唇的顶部350，当盒320插入到腔314中时，该唇接触发射箱壳体310的顶部312的表面。如图例示，可以简单地插入和去除盒320，并且盒在行进期间保持安全地定位在发射箱壳体310中。应当理解，发射箱壳体310可以包括多个腔，每个腔适于接收对应的盒320。

在各种实施方式中，盒320包括向盒和uav提供电力和/或通信的一个或多个电缆或电线。如图例示，电缆340将连接器342联接到uav托架。发射箱壳体310包括在腔314的底部处的对应连接器330，并且该连接器被布置为当盒320被插入到腔314中时与连接器342配合。当箱底部中的连接器330与盒320中的对应连接器342配合时，uav的充电和/或控制由有线连接提供。如图例示，当连接器330和342接合时，盒320和uav联接到发射箱的电气部件360，这些电气部件便于控制盒和uav并与其通信，并且提供对uav充电和操作盒320内的机构和部件的电力。

在一些实施方式中，盒320和发射箱壳体310包括耐候件，诸如密封件、绝缘材料、嵌入盒320和/或发射箱壳体310中以融化冰雪的加热丝、冷却机构(诸如在发射箱壳体310内部的开放空间中的冷却风扇)以及适于环境的其它耐候件。

参考图4，例示了发射箱400的实施方式的侧视图。发射箱400包括壳体410，该壳体具有通过壳体410顶部上的开口414可接近的内腔412。盒430与壳体410可装配地接合以固定盒430，用于uav的行进和存放。在该位置，连接器420被接合以向uav提供电力和通信。发射箱400还可以包括电子器件440，诸如印刷电路板和/或通过连接器420提供与uav和盒430通信的其它控制部件(例如，在存放位置与发射位置之间升高或降低致动器臂和托架的致动器控制器)。外部连接器450从交通工具、操作终端或其它有线连接向发射箱400提供电力和通信。在各种实施方式中，包括连接器450、布线和电路的电气部件可以包括适于汽车或军用交通工具电子系统的标准部件。

参考图5a，现在将描述将uav502固定在存放位置中的盒500的实施方式。盒500包括壳体510，该壳体具有：外部，该外部适于牢固地装配在发射箱的腔(或凹部)中；和内部512，该内部适于将uav502和盒部件(在本文中也称为发射机构和有关部件)容纳在其中并使uav502和其它盒部件能够如本文所述在存放位置与发射位置之间移动。在存放位置中，关闭盖，并且uav502保持在托架522上。托架522是适于牢固地保持uav502的结构，并且包括释放机构，该释放机构包括释放臂524，该释放臂适于在接合时将uav502保持在托架中，并且在释放臂524打开时释放uav502。托架522在第一铰接点530处联接到盒壳体510，并且在第二铰接点534处联接到致动器组件532。在所例示的实施方式中，致动器组件532包括在第一端处安装到盒壳体510的丝杠步进马达。当经由连接器540启动时，丝杠步进马达横穿螺旋轴536以打开盖520，以便将uav502移动到发射位置。

图5b中例示了发射/释放位置的实施方式。如图例示，丝杠步进马达(dc)已经横穿螺旋轴536，以打开盖520并定位uav502以便发射。在释放位置中，托架522处于第二位置，围绕连接到盒壳体510的铰接点530和连接到致动器组件532的铰接点534进行枢转。如图例示，铰接点530通过安装构件570连接到盒壳体510，这些安装构件还在铰接点572处将螺旋轴536的一端可枢转地连接到盒壳体510。

螺线管560定位在托架下方，并且可操作为接合或释放所述释放臂524。在其他实施方式中，释放臂可以由其他机器和部件控制，诸如微致动器或如图11的实施方式所例示的机械释放组件。uav502定位在托架522中，并且当处于关闭位置中时由释放臂524保持在适当的位置。当uav502被定位在托架522中时，uav502由通过连接器540联接到uav502的电源充电和/或由使用操作终端的操作员可操作地控制。在一个实施方式中，托架522包括充电触点，这些充电触点与uav502上的对应充电触点接合。在其他实施方式中，托架522可以包括感应充电垫、连接器或便于uav502充电的其他机构。在发射位置中，uav502可以继续充电，并且还可用于操作员控制，包括发射uav502的指令。致动器组件532在操作时打开和/或关闭盖520，并且将托架522和uav502定位在存放位置与发射位置之间。当盒500定位在发射箱壳体中时，致动器组件532可以被校准/测试，以在起飞之前当盖520打开时获得正确的角度(例如，以避免发射箱的部件与uav502的螺旋桨旋翼之间的碰撞或干扰)。连接器540提供到发射箱、交通工具和/或操作终端的连接，这提供到电源、控制单元和通信部件的连接。盒500可以包括一个或多个耐候部件，诸如加热丝和/或冷却风扇。

在各种实施方式中，操作员可以通过操作终端或预编程的飞行场景指示uav502在操作员控制下发射并进行飞行任务。uav502可以返回到发射箱并且着陆在托架522上。当uav处于托架522中时，螺线管可以关闭释放臂524，这将uav502牢固地保持在适当位置。然后，可以指示致动器组件532关闭盖520并移动到存放位置，直到下一次飞行为止。当uav502被存放在托架522中时，uav502可以再充电。在一些实施方式中，uav502可以与发射箱和/或操作终端通信，以通过连接器540下载飞行信息，包括所获取的图像。

参考图6，将描述处于释放位置中的发射机构的另一实施方式。在该实施方式中，盒组件600被例示为处于释放位置，准备发射由释放臂624保持在托架622中的uav602。盒组件600包括形成盒顶部的顶部604，包括形成在其上并穿过上部606的开口，用于使托架622和uav602在释放位置与存放位置之间穿过。盖620在盖铰接点628处在上部606处铰接到盒。托架622在向上推动盖的弹簧629的帮助下旋转通过开口。托架沿着托架滑动件626可滑动地铰接到盖620。该设计适于破碎定位在盖外侧上的自由冰和障碍物。在一个实施方式中，盖铰链628在竖向上设置有游隙，并且弹簧629被偏置以向上推。如果致动器组件632接收到移动到释放位置的指令，但是由于阻碍而未能打开盖620，则该移动将转化为盖620上的向上的力。铰链628周围的游隙将使得马达能够稍微推动盖的前部，使得障碍物移动，例如，破碎冰或移动顶部上的污物。在所例示的实施方式中，顶部604包括提供铰接点630(用于连接臂640的端部)和铰接点672(用于连接螺旋轴636的端部)的安装臂670。铰接点634将臂640连接到致动器组件632。

图7例示了根据本公开的各种实施方式的用于交通工具发射系统的电气和处理部件。系统700包括发射箱电气部件710和操作终端750。发射箱电气部件710便于发射箱的操作，包括存放、充电、释放、发射和与承托在插入的盒上的uav通信。在各种实施方式中，发射箱电气部件710包括控制器712、电源714、具有与发射箱电气部件710联接的电气部件的盒716、通信部件722、可选的传感器718和可选的温度控制器720。

控制器712可以被实施为一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件(pld)(例如，现场可编程门阵列(fpga)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、现场可编程片上系统(fpsc)或其他类型的可编程器件)、或用于控制发射箱的操作的其他处理装置。

电源714可以例如实施为一个或多个电池和/或电源连接，以允许使用发射箱并对联接到其的uav充电。在一些实施方式中，电源714联接到交通工具电源，该交通工具电源向发射箱提供电力。

通信部件可以包括有线接口和无线接口。有线接口可以包括与操作终端750和交通工具的通信链路，并且可以被实施为一个或多个物理网络或装置连接接口。无线接口可以被实施为一个或多个wifi、蓝牙、蜂窝、红外、无线电和/或用于无线通信的其他类型的网络接口，并且可以促进与操作终端、交通工具、uav和其他无线装置的通信。在一些实施方式中，通信部件722包括用于在飞行期间与uav通信的天线。

在各种实施方式中，控制器712可操作为向插入发射箱中的多个盒716中的每一个提供控制信号(例如，通过将盒电气部件联接到发射箱电气部件710的连接器接口)。在各种实施方式中，控制器712向盒716提供控制信号，以提供致动器/托架730控制(例如，移动到存放位置或发射位置；以关闭或打开释放臂)。托架通信部件732提供控制器712与被托住的uav之间的通信。在各种实施方式中，控制器712便于操作终端750与被托住的uav之间的通信。发射箱电气部件710还可以包括可选的温度控制器720，用于控制加热和冷却部件(如果在发射箱中实施的话)。可以设置可选的传感器718用于附加的环境反馈。

操作终端750可操作为与发射箱710通信并控制其操作。操作终端750包括处理器760、存储器770、显示器780、用户输入/输出部件790和通信部件792。处理器760可以被实施为一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件(pld)(例如，现场可编程门阵列(fpga)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、现场可编程片上系统(fpsc)或其他类型的可编程器件)、或用于控制操作终端的其他处理装置。在这点上，处理器760可以执行存储在存储器770中的机器可读指令(例如，软件、固件或其他指令)。

存储器770可以被实施为存储各种机器可读指令和数据的机器可读介质。例如，在一些实施方式中，存储器770可以将操作系统和一个或多个应用存储为机器可读指令，这些机器可读指令可以由处理器760读取和执行为执行本文所述的各种操作。在一些实施方式中，存储器770可以被实施为非易失性存储器(例如，闪存、硬盘驱动器、固态驱动器或其他非暂时性机器可读介质)、易失性存储器或其组合。

存储器770包括uav接口772和发射箱接口774。发射箱接口774包括可包括本文公开的所有控制特征的状态、配置和控制特征。例如，发射箱接口774可以包括联接到发射箱的盒和uav的标识、存放/发射状态和控制、uav充电状态和飞行计划、控制和信息。uav接口772促进在飞行之前、期间和之后与uav通信，并且可以包括用于在飞行期间控制uav的飞行控制器、以及用于下载和存储由uav在飞行期间获得的图像和其他数据的接口。

通信部件792可以包括有线和无线接口。有线接口可以被实施为一个或多个物理网络或装置连接接口(例如，以太网和/或其他协议)，该接口被配置为将操作终端750与发射箱710连接。无线接口可以被实施为一个或多个wifi、蓝牙、蜂窝、红外、无线电和/或用于无线通信的其他类型的网络接口。在一些实施方式中，操作终端750包括用于与发射箱通信并用于与一个或多个uav直接通信的无线接口。

显示器780向操作终端750的用户呈现信息。在各种实施方式中，显示器780可以被实施为液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器和/或任何其他适当的显示器。用户输入/输出部件790接收用户输入以操作所述操作终端750的特征，并且可以包括用于一个或多个uav的飞行控制器。

图8a至图8i例示了在存放位置(802b)和发射位置(802a)的发射盒800和盒(802a和802b)的实施方式的各种视图。盒802a例示了在托架806中准备发射的uav804。图9例示了外部连接器900和对应的配合连接器902的实施方式。

参考图10，现在将根据一个或多个实施方式描述一种用于使用交通工具发射装置的方法100。在步骤1002中，将发射箱安装在交通工具的外表面上，诸如军用交通工具的顶部。在一些实施方式中，将发射箱接线为从交通工具电源接收电力并且与位于交通工具内部的操作终端通信。在步骤1004中，将多个盒插入发射箱中。每个盒可以包括处于存放位置的uav。在一些实施方式中，发射箱可以适于保持4-6个盒。当插入盒时，uav被电联接到发射箱，并且在步骤1006中，发射箱可以向操作终端提供关联的配置数据。配置数据可以包括装载到发射箱中的盒和uav的标识以及uav的当前状态，诸如充电百分比和当前飞行计划。在步骤1008中，使用操作终端来使一个或多个uav为飞行做准备，包括对uav充电和配置uav以用于其下一个任务。

在步骤1010中，操作终端(位于交通工具内部)向发射箱发送使一个或多个uav为发射做准备的指令，并且发射箱指示对应盒的发射机构从存放位置移动到发射位置。在步骤1012中，如由操作终端指示地将一个或多个uav从托架释放并发射以便飞行。在飞行期间，在步骤1014中，操作员可以使用操作终端控制和/或监测uav。在步骤1016中，各个uav返回到托架，并且发射箱将uav返回到存放位置，以便保护、充电以及与操作终端通信。在步骤1018中，uav可以将飞行数据和其它获取的信息下载到操作终端。

参考图11，现在将描述利用机械释放组件1160固定uav1102的盒1100的实施方式。在所例示的实施方式中，机构释放组件1160连接到致动器组件1132，并且可操作为释放弹簧，以打开释放臂1124。例如，当托架1122经过某一点时，钩可操作为闩锁和释放弹簧。

在各种实施方式中，发射箱可以适于与其他uav类型一起使用，诸如四轴飞行器。四轴飞行器具有比单旋翼uav更大的覆盖区，并且可以在具有更少盒的发射箱设计中实施以容纳更大的覆盖区。在一个实施方式中，四轴飞行器竖直存放在存放位置中，并由将四轴飞行器的中心保持在适当位置的托架和释放机构保持。根据四轴飞行器的尺寸，盒和盖的尺寸将更大，并且在一个实施方式中，致动器臂适于将四轴飞行器定位在臂的侧面上。在一些设计中，发射箱将更大以容纳更大的uav和成一排的多个盒。

在适用情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施由本公开提供的各种实施方式。而且，在适用情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件组合成包括软件、硬件和/或这两者的复合部件。在适用情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文阐述的各种硬件部件和/或软件部件分成包括软件、硬件或这两者的子部件。另外，在适用情况下，设想软件部件可以被实施为硬件部件，反之亦然。

根据本公开的软件，诸如非暂时性指令、程序代码和/或数据可以存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还设想本文识别的软件可以使用联网和/或处于其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实施。在适用情况下，本文描述的各种步骤的顺序可以更改、组合成复合步骤和/或分成子步骤，以提供本文描述的特征。

上述实施方式例示但不限制本发明。还应理解，大量修改和变更根据本发明的原理是可以的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求限定。