提高具有一或多个旋翼的飞行器的安全性和功能性的系统、方法和装置与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月20日提交的第62/720,098号美国临时专利申请的优先权，其要求于2017年4月27日提交的第62/491,145号美国临时专利申请；于2017年5月31日提交的第62/512,784号美国临时专利申请；于2017年8月1日提交的第62/540,007号美国临时专利申请；以及2017年11月30日提交的第62/593,008号美国临时专利申请的优先权，以及于2018年4月26日提交的第15/963,847号美国专利申请，其内容通过引用并入本文。

背景技术：

近年来，遥控无人驾驶飞机(unmannedaircraft)越来越受欢迎。这些无人驾驶飞机有时被称为“无人机(drone)”，具有多种形式，包括使用旋转叶片产生的升力的旋翼机(rotorcraft)，称为旋翼(rotor)。多旋翼飞机(multirotoraircraft)是指具有多个升降旋翼的飞机，四旋翼机(quadcopter)和六旋翼机(hexacopter)分别指具有4个和6个升降叶片的飞机。有六个以上叶片的旋翼机也是众所周知的。目前这种无人驾驶飞机虽然很流行，并提供娱乐价值和其他用途，但存在危险和局限性。

无人驾驶飞机的安全性和功能性的两个相关限制来自有限的飞行时间和较低的有效载荷(payload)能力。许多旋翼机使用电池而不是汽油发动机。与使用内燃机相比，电力有许多好处(包括噪音和污染更低、启动简单、维护更容易、可靠性更高)，但现有电池的容量和重量限制了飞行时间和电池的放电时间，并限制了有效载荷容量。然而，较短的飞行时间和有限的有效载荷容量妨碍了旋翼机的潜在用途，例如公共安全官员、自然学家、渔民、记者和摄影师，这些观察人员观察可疑行为人，等待野生动物或鱼类进入现场，等待有新闻价值的事件，或等待事件达到需要航拍的时间(比如婚礼派对退出婚礼仪式的时间)，如果为飞行器提供动力的电池持续时间短，且飞行器必须从远离人员或地面障碍物的安全位置发射，这些人可能无法使用这种旋翼机。此外，无人驾驶直升机(unmannedcopter)的有效载荷能力有限(特别是在负担得起且相当小的情况下)，此意味着任何特定直升机只能增加一些与飞行和控制无关的额外能力(如下文讨论的用于治疗医疗紧急情况或协助救援行动的装置)。风筝虽然可以在较大载荷下稳定地在风中停留数小时，但只能在相对有限的区域内飞行，不稳定，不能有效地用作航空摄影的平台，并且不能“派遣”到其他位置。类似地，传统的安全相机或其他安全装置也可以安装在塔楼或其他升高结构(elevatedstructure)上，但是它们缺乏仔细检查关注区域，与遇险或造成干扰的人进行双向通讯，或在危机期间精确地提供药物或激活装置的能力。

技术实现要素：

本文所述的系统、方法和装置通过提供允许安全、可靠和可取回操作的飞行器和相关设备的实施例，以及能够定位或配备扩展功能性的专用特征等方面来解决上述一个或多个问题。另外，本文描述的实施例还解决了引起由美国联邦航空管理局(federalaviationadministration；faa)或其他政府实体在无人驾驶飞机上的当前和潜在的未来限制的问题。

本文描述的与安全相关的实施例有助于长期存储，易于部署，全天候使用和简单取回(retrieval)。本文所描述的与功能相关的实施例支持更快的发射(launch)和取回、在不利天气条件下的更大能力、更灵活地使用相机和更长的控制范围，从而进一步克服对飞行持续时间和提升能力的限制。

某些实施例描述了通过提高可靠性、透明度、操作能力和有效性来增强无人旋翼机的安全性和功能性的系统、方法和装置。实施例包括旋翼机与附着在地面上的物体(包括风筝、气球或升高结构)的集成，以便创建安全和可见的“skymoorings^tm(空中系泊)”，通过所述空中系泊，飞行器上的相机可以长时间工作，而遥控器可以用来移动和稳定相机和/或与之连接的风筝或气球。

旋翼机和空中系泊可以配置为限制系泊的飞行器，使其仍然被分类为一种结构、“风筝”或“气球”，或者可以包括一个发射系统，其允许释放飞行器(有或没有安全线)，以执行操作员的特定“任务”。在包括发射和取回系统的实施例中，飞行器既可以离开空中系泊，也可以返回“空中系泊”，在那里它可以再次保持系泊，同时充电、改变有效载荷、经历其他程序，操作其相机，直到另一个“调度”被远程指示。在“空中系泊”(临时或永久)中轻松定位和提供各种旋翼机的能力，加上与这些飞行器保持视线通信的能力以及中央操作中心的控制能力，允许使用各种特殊用途的旋翼机，例如，与地面人员进行双向通信以评估或解决明显的问题，为可能出现医疗危机的人员携带药物或治疗装置，部署监听或热感(heat-sensing)装置以协助救援行动或灭火，拍摄或加强庆祝活动或仪式，例如婚礼，当空中观察或其他探测方法显示有鱼时，部署渔网或鱼钩捕鱼，传递专门信息，五彩纸屑或广告，或由针对交通事故管理的执法机构使用或干预措施，以减少因干扰、身份不明的包裹或其他来源给公众带来的风险。

另一个实施例是可以连接到四旋翼机的系泊缆绳系统，以防止直升机飞走或定位直升机以便拍照，包括自拍。这种所谓的“控制系泊(controlmooring)”系统可以利用支架或平台，这些支架或平台设计用于快速连接和拆卸各种流行的多旋翼机(multicopter)配置。“控制系泊”也可与“空中系泊”一起使用，如下所述。

附图说明

图1是根据一个示例实施例的“着陆平台”控制系统的组件的平面图；

图2到图4是根据一个示例实施例的装有直升机的风筝适配器的平面图；

图5和图6是根据一个示例实施例的风筝适配器的平面图；

图7是根据一个示例实施例的风筝适配器的透视图；

图8是示出根据一个示例实施例的缠结块的图；

图9示出了根据一个示例实施例的直升机的空中系泊围栏；

图10示出了根据一个示例实施例的连接到飞行中的控制系泊的四旋翼机；

图11示出了根据一个示例实施例的空中系泊围栏的一个实施例的外部视图，所述空中系泊围栏具有盖子和凹口，以便通过系泊的多旋翼机使用相机；

图12示出了根据一个示例实施例的具有倾斜的架子结构的空中系泊的实施例的内部视图；

图13示出了根据一个示例实施例的具有倾斜的架子结构的空中系泊的实施例的另一内部视图；

图14是根据一个示例实施例的能够配置升高结构和多旋翼机以进行安全取回和调度的系统的图；

图15是根据一个示例性实施例的具有安装在同一支架上的几个不同的四旋翼机型号的风筝和支架的图；以及

图16和图17是根据一个示例性实施例的装有直升机的风筝适配器的平面图。

具体实施方式

本文描述的实施例旨在用于说明，并不限制本发明的范围或精神。

在某些实施例中，水平的“着陆平台(landingplatform)”可以通过将几个玻璃纤维杆连接到雪橇或翼伞风筝的前面的缰绳来创建，并且直升机可以通过允许直升机在保持与风筝物理连接的同时在有限距离内以“飞”的方式连接到所述“着陆平台”，或者，如下文所述，以允许直升机远程释放以独立飞行的方式连接到所述“着陆平台”。“着陆平台”和直升机之间可例如通过将一根或多根碳纤维或玻璃纤维杆垂直连接在直升机的中部下方(例如通过可释放的电缆扎带连接到起落架)，并控制杆穿过“着陆平台”的中间的一个孔或管子，而实现简单的机械连接，如此，直升机即可上下移动小段距离，并且可以转动或倾斜以指向相机。如下文所述，如果围栏具有远程控制的“盖子(lid)”，则所述实施例还可与连接到任何升高结构的“空中系泊(skymooring)”中的直升机一起使用。

或者，“着陆平台”和直升机之间的连接可以通过连接到小型360度遥控(remotelycontrolled)电机上的滑轮或鼓轮上的一条缆绳来实现(可供rc飞机使用的类型)。图1示出了包括所述系统的组件的示例，其示出了rc伺服(servo)的组件，包括电池1600、上下倾斜平台的伺服1602、用于系泊缆的伺服和滑轮1604以及rc接收器1606。滑轮或鼓轮应位于“着陆平台”下方，缆绳穿过所述平台，通过可松开的电缆扎带(或通过直升机底部的孔眼或连接至直升机的平台或支架)连接至直升机，如下文“控制系泊”的讨论中所述。然后，通过遥控旋转滑轮，允许直升机在紧邻风筝的地方“飞行”，然后“卷起”的直升机再次“降落”在平台上，即可延长或取回缆绳。例如，如图2所示，在通过安全绳1702连接的情况下释放直升机1700以悬停，使得相机的稳定性能够由直升机单独控制，而不会因风筝在风中的运动而产生振动或抖动。可选地，可以通过系绳(tether)为延长的操作时间供电。如下所述，所述“控制系泊”系统的变体也可与使用“盖子”或其他顶部开口结构的“空中系泊”(包括连接到塔架或其他升高结构的系泊)一起使用。

如图1、图3、图4所示，平台1800可以连接到具有支架的缰绳1802上，所述支架允许平台1800的“摇摆运动”，所述摇摆运动由标准rc伺服通过无线电(radio)系统中的第二信道进行远程控制。有了这个功能，直升机可以上下倾斜，在所述平台的“着陆位置”拍摄镜头，如图3(直升机向下倾斜)和图4(直升机向上倾斜)所示。直升机也可以通过应用有限的升力并通过移动左边的杆子使直升机的机头指向左边或右边而在“着陆位置”旋转。实现并保持所述“着陆位置”可以通过取回缆绳来完成，直到缆绳将直升机牢牢地固定在所述平台上。将直升机保持在所述“着陆位置”的能力使直升机的相机能够在风筝或升高结构的支撑下，从空中位置长时间“观察”一个场景，而功耗仅限于相机系统和rc接收器。为了获得更好的视频(video)拍摄效果，直升机可以通过馈缆绳“释放”，并可以悬停拍摄，而不受风筝或缰绳的干扰，同时使用直升机的陀螺仪系统来稳定视频。此系统的一个实施例是安装一个“空中系泊”围栏，以便可以通过遥控旋转或倾斜，以将相机定位在系泊于内部的多旋翼机上；如下面更详细地描述的，这允许通过围栏中的窗口拍摄视频或静态照片，并将其传输给远程控制中心的操作员。这种安装方式将增强多旋翼机中相机的功能，使其在系泊时可以作为交通相机或监控相机。

当直升机保持在“着陆位置”(或以某种方式连接到风筝或“空中系泊”)时，这些安装实施例的另一个好处是，它们使得通过连接在风筝的电池和/或太阳能电池板上的电线或“空中系泊”围栏中的电源为直升机(和/或直升机上的相机)提供补充电源变得切实可行。为了将电源线从风筝或“空中系泊”连接到直升机和/或装有这种装置的相机，如果直升机悬停时旋转超过360度，对一根或多根杆的旋转能力进行机械限制有助于防止电源线缠绕在一根或多根垂直杆上。此可通过使杆呈“d”形(或并排使用两根杆)并使杆穿过“着陆平台”的顶部具有“d”形的小板或圆盘(disk)或两杆(two-rod)系统的两个匹配孔来实现；突部会接触到一个挡块(stop)，所述挡块会阻止该板或圆盘旋转超过360度(从而防止杆和直升机旋转到足以缠住电源线的程度)。此外，在本实施例的另一个变体中，如果缆绳穿过直升机的底部的一个回路，回路的一端没有连接到滑轮或鼓轮上，且如果松动的一端通过平台中的孔返回，并用缆绳的固定部分缠绕在滑轮上，只要自由端仍然被缠绕在滑轮上的剩余缆绳“抓住”，直升机就可以悬停并仍然可以取回，但直升机也可以通过完全延长缆绳，同时增加推力来提升直升机，从而释放直升机以独立飞行。然后，缆绳的自由端从滑轮拉出并穿过回路(从而释放直升机)，滑轮或鼓轮将取回系泊缆绳，而直升机执行“任务”(例如拍摄特定事件的照片或运送救援设备)，然后降落在另一个位置。如果直升机的连接方式允许它施加推力并独立飞行，当靠近风筝或“空中系泊”时，风筝上的电源仍然可以连接到直升机或相机上，前提是电线有滑动连接器(如usb插头或普通的rc电池充电连接器)，当施加推力时，这些连接器可以松脱，并将电线送出以释放直升机进行独立飞行。

图5示出了根据一个示例实施例的用于直升机的风筝适配器(kiteadapter)100。在本特定实施例中，风筝适配器100为三角形风筝，其被配置成耦合到直升机(为了说明性方便而未示出)。其他类型的风筝可用于风筝适配器，包括翼伞、雪橇、盒子、有翼盒子、钻石以及数个相连的风筝阵列。直升机可以是任何旋翼机，包括四旋翼机、六旋翼机或其他多旋翼机。风筝适配器100包括脊柱(spine)102、十字梁104、缰绳和绳索106、以及尾部108。风筝适配器100还包括用于容纳直升机的四个旋翼中的每一个的四个开口110，以及用于将直升机固定到位的支架112。

绳索107可以是由粗绳(rope)或线缆(cable)制成的典型风筝绳索，所述绳索可以被系绳或以其他方式连接到操作员用于控制直升机的旋翼的控制器114。在将直升机固定到风筝适配器100之后，风筝适配器/直升机集成单元(在本文中有时称为“集成单元”)可以作为风筝来操作，其方向和运动通过控制直升机的旋翼来操纵。只要直升机固定在风筝适配器100上，本实施例中的集成单元仍应属于faa对风筝的定义，因为所示的集成单元不是设计成基于直升机的升力飞行的。换言之，在没有风的情况下，风筝适配器/直升机集成单元无法飞行。因此，与标准风筝一样，风筝适配器/直升机集成单元必须由在其表面移动的风力支撑在空中。所述设计特征可以通过构造风筝适配器100来实现，风筝适配器100具有一重量，该重量防止直升机(当耦合至风筝适配器100时)在没有空气从源头(例如风)在其表面上移动，被拖在移动的车辆后面，或被一个拿着绳子的孩子拉着的情况下使集成单元飞行。在这样的实施例中，由于地面效应的现象，直升机可以实现一些微小的升力，从而使得集成单元在地面上滑动。但这个升力不足以飞行。除了风筝适配器100的重量之外，普通技术人员还可以理解，直升机也可以进行改装，使其不能提供足够的升力来持续飞行。例如，输送到旋翼的功率可能会降低，从而无法为集成单元提供升力。可选地，控制器114可被配置为处于“风筝模式”，其中当直升机安装在风筝适配器100上时，减小的功率被施加到旋翼。还可以实施其他已知的修改，防止直升机将集成单元维持在空中。

尽管集成单元通过空气在风筝适配器100上移动来实现飞行，但是使用控制器114的操作员可以控制直升机，这又会影响风筝适配器100在空中的定向和运动。这可用于多种用途，包括可以对集成单元在空中的方向进行一定程度的控制，例如使风筝“成圈”或瞄准直升机上的相机以拍摄航空照片或视频。它还为缺乏经验的操作员提供了直升机控制方面的安全介绍或培训，减少了对公众造成破坏、损失或刺激的风险。另一个好处是，风筝适配器/直升机集成单元可以在风太大的日子里飞行直升机，或其他飞行器，无系绳。集成单元具有绳索107，可防止训练期间或意外发生阵风时飞走。如果风力足以在不操作直升机的旋翼的情况下维持集成单元的飞行，那么直升机的电池寿命将大大延长，使得直升机上的相机的使用时间比电池必须同时为相机提供升力和动力两者的情况要长。此外，由于直升机与风筝适配器一起使用时，是靠风力维持在空中的，就像典型的风筝一样，因此集成单元的faa限制要比无人机受到的限制少。如果绳索107被割断或否则集成单元变成不受控制器114的束缚，则集成单元将像风筝一样下降到地面。此外，直升机的旋翼虽然不能为集成单元提供升力，但将有助于实现更软的着陆，从而保护风筝适配器100和直升机两者。

另一个重要的好处是，由于集成单元通过绳索107被拴在操作员的位置上，因此集成单元不能被操作员用来秘密侵犯他人的隐私。这与典型的具有相机的“无人机”形成了对比，在无人机上，操作员可以远程拍摄不期望的照片或视频。与典型的风筝一样，集成单元通过绳索107栓系。

风筝适配器的另一个实施例如图6中的附图标记200所示。在本实施例中，风筝适配器200被配置为菱形风筝，并且包括脊柱202、十字梁204、缰绳和绳索206。风筝适配器200还包括用于容纳诸如直升机的多旋翼飞机的开口210(未示出以便于说明)，以及用于将直升机固定在适当位置的支架212。在此配置中，直升机被安装成使得其垂直于风筝适配器200。如此，直升机处于“陀螺仪位置”，其中，风筝适配器200和直升机之间的垂直关系类似于陀螺仪。“陀螺仪位置”也可以与三角(delta)风筝一起使用，如果标准三角风筝缰绳被改变，风筝前面区域的摄影是可能的。例如，在适度的风中，一个skydogtm7'sunrisedelta风筝将举起安装在“陀螺仪位置”的标准尺寸的玩具四旋翼机(例如，udirctmu818)。如图16所示，这可以通过用两个玻璃纤维杆1102、1104代替风筝背面的单个垂直杆来实现，玻璃纤维杆1102、1104是“弯曲”的，以允许直升机安装在它们之间的中间。如果直升机上的相机反转指向直升机的后部(这通常只需要卸下几个螺丝，然后转动相机并更换螺丝)，支柱可以伸出风筝的后面，同时可以在飞行过程中拍摄操作员和风筝前面区域的照片，如图17中带有风筝缰绳1202的直升机1200所示；通过这种安装方式，直升机上的控制装置就可以直观地操作了。可替换地，可以在不改变相机位置的情况下安装直升机，并且直升机的前部突出在风筝的前侧。如果直升机像越来越多的小型直升机那样具有“无头模式(headlessmode)”，那么面向风筝操作员安装直升机不会出现任何控制混乱的问题。无论直升机的正面朝向何方，三角风筝上的织物缰绳必须从直升机的顶部下方拆除，以避免干扰直升机和相机的操作。例如，在一个实施例中，如图17所示，可以以不阻挡相机的镜头的方式来更换缰绳的底部。在本实施例中，一条“v”形绳索从横杆的左上方连接到风筝的底部中间(并牢固地连接到垂直杆的底部)，然后向后延伸并连接到横杆的右上方。接着，在连接一根绳索，使其在这个“v”的“臂”之间水平延伸，通常在缰绳的连接点的水平位置(并通过此连接点)。操作员所持缆绳的连接点必须连接到正常缰绳的顶部和连接到与上述“v”相连的缆绳的两侧。如本领域普通技术人员所知，当风筝缰绳与特定风筝配置相匹配时，对于不同的风筝和直升机组合，需要对此缰绳系统上的张力和连接点进行调整，但是，当与特定重量范围的直升机一起使用时，在特定风筝的风筝制造过程中，可以对缰绳进行优化和永久调整。这种调整后的缰绳配置恢复了在拆除织物缰绳底部时失去的稳定性和控制力，并且在直升机的陀螺仪位置下方的三角风筝上形成了一个开口，从而使通常安装在这种直升机底部的相机能够在操作员的指示下拍摄无障碍的照片或视频；这种安装方式还允许直升机影响风筝的方向和运动。

在另一个实施例中，直升机可以被安装成作为一个自由移动的万向节(gimbal)，并且可以选择性地将相机连接到直升机上。直升机可以用来旋转和瞄准任何方向的相机，而无论风筝的位置。如果固定在风筝适配器200的主体上，则即使直升机本身(如结合风筝适配器100所述)不能在空中支撑风筝适配器/直升机集成单元，也可以使用直升机来控制风筝的方向。如下所述，控制相机方向的这种能力也可以实现为“空中系泊”实施例中的相机的有效控制机制。如下文更详细地讨论的，本实施例的变型是将直升机安装在具有其他配置(例如雪橇风筝)的风筝前面的缰绳的下方或连接到缰绳上，使得直升机的底部或吊带上的相机在视野或悬停能力方面的限制较少，或者直升机的移动可以拉动吊带、织物或框架来控制集成单元的移动。

如图5和图6所示，绳索107和207连接到控制器114和214。在一个实施例中，控制器114和214可以包括由电池供电的绕线器(linewinder)，其被设计成连接到控制器。在一个实施例中，控制器114和214可以包括由电池供电的绕线器，其被设计成连接到控制器。可选地，绕线器可以包括控制器，使得当控制器保持在用拇指移动控制杆的通常位置时，操作员可以用他或她的每只手的食指操作绕线器(即，绕线器上的“向上”按钮可以用右手食指按下，而“向下”按钮可以用左手食指轻松触及)。绕线机也可以是手动曲柄式绕线器，而不是由电池供电，或者可以从控制器或其他电源上的辅助插头获取电源。在给卷绕器供电的实施例中，如果电源故障，仍然可以提供手动曲柄作为安全选项。当不需要时，曲柄可以设计成可折叠并推入轴的中空部分，在轴的周围缠绕着缆绳，这样在动力运行过程中就不会妨碍它了。卷绕器的放线和收线操作也可以与控制器的油门(throttle)控制集成。本实施例的变体可以使用多条缆绳和多个绕线器，如下所述。

任选地，控制器114或214可配置为“起飞(takeoff)”模式，其中，直升机的所有旋翼在全推力下启动一段时间，而集成单元被拉动以便发射，就像操作员使用典型风筝一样。激活旋翼将在全功率下产生辅助升力，以协助集成单元飞行。直升机还可以具有一个设置，所述设置可以更改其陀螺仪的校准以适应风筝组件的正常方向，或者在售后风筝适配器的说明中可以包含更改直升机的校准的方向。如果没有此功能(并且不按照以下所述对“风筝飞行位置”进行陀螺仪重新校准)，一些流行的多旋翼机将试图保持水平飞行的稳定性，这可能会使风筝或气球的发射更加困难，而不是提供全部动力，并且这会降低直升机在飞行过程中控制集成单元的效率。在某些配置中，禁用(disable)直升机中任何“高度保持”功能的选项也可以提高集成单元的可操纵性。在一个实施例中，直升机制造商可以添加“风筝模式”按钮，所述按钮可以自动改变校准并执行其他调整以用于风筝，从而使操纵杆操作更加直观。目前尚无直升机具有“风筝模式”设置，因为尚未出售直升机可与风筝一起使用。由于尚不存在带有“风筝模式设置”的直升机，因此需要手动重新校准。在“直升机风筝”的实施例的说明中已经描述了逐步的重新校准程序。这些程序不会对直升机进行任何物理改变，但是允许多旋翼机的消费者在将它们安装在风筝上后暂时重新校准为“风筝飞行位置”。例如，如果将图15中所示的圣石(holystone)hs170连接到支架上，并且将风筝放置在底部距墙壁约5英寸且尖端倾斜于墙壁的位置(缰绳与墙壁在同一侧)，则可以轻松进行校准。这会将直升机置于“风筝飞行位置”，这与它在飞行中附着在风筝上时的方向相同。将直升机绑定到发射器后，可以通过向下按推力杆(通常在美国销售的“模式2发射器”中也称为“油门”并位于左侧)，然后将两个杆都放在左下角，直到直升机上的灯闪烁，将hs170型陀螺仪重新校准为“风筝飞行位置”方向。当灯停止闪烁并保持恒定时，可以松开操纵杆。然后可以通过检查以确保在“风筝飞行位置”对直升机施加推力时，确保所有四个旋翼均以相同的功率运行，从而测试校准操作的有效性(如果此过程未能重新校准，则hs170说明中所述的故障排除程序将重复上述步骤，但将两个操纵杆置于右下角除外)。对于图15所示的三架hubsanx4直升机，“风筝飞行位置”的陀螺仪校准是通过将推力手柄保持在右下角，并将另一个手柄从左到右来回移动，直到直升机的前部的灯闪烁为止。类似的校准序列可用于所有用户多旋翼机上的陀螺仪。为了恢复水平飞行的陀螺仪校准，将直升机放置在水平面上，重复校准步骤。

在一个实施例中，如图5和图6所示，一个潜在的问题是，缰绳或绳索可能会卡在直升机的旋翼叶片。为了避免这种情况，本文描述的风筝适配器可以包括网状材料或其他网状物，所述网状材料或其他网状物被配置成包围旋翼，使得风筝适配器材料、缰绳、绳索、尾部或其他部件都不会卡在旋翼叶片中。这种网可以由织物或塑料等更坚固的材料制成。网不仅将隔离旋翼叶片，它还将提供额外的风阻，以支持风筝适配器/直升机集成单元在空中。网可以是一个球体，在其直径处打开并卡在旋翼上方。在此实施例中，球体可以具有“威夫球(wiffleball)”的外观和感觉。可以使用将旋翼叶片与风筝适配器隔离的其他材料和形状，并且不脱离本发明的范围。为每个旋翼使用重量轻、可移动的围栏(或其他屏障，例如围绕缰绳和系绳部分的管或涂层)以防止缆绳缠绕在旋翼中可以是使用风筝、系绳气球和/或安全绳的所有实施例的一个方面。还发现使用1至2米长的粗缆绳(例如1000磅测试kevlar^tm)可通过提供重量和缠结阻力来减少旋翼中的缠结问题，以防止直升机附近的缆绳吹向旋翼，并且很少(如果有的话)缠绕在旋翼或其轴上。在另一个实施例中，用于生产目的以减少线缠结的较低成本替代方案是如图8所示的小重量2500的连接，其可定位在风筝上的连接点下方12到48英寸之间的缆绳上。为了在说明书和营销材料中识别这一成分，人们创造了术语“缠结块(tangleblock)”。在一个实施例中，如图25所示的“缠结块”2500可用于减少线缠结。在另一个实施例中，“缠结块”的功能可以通过连接大约2米长的较重的缆绳来执行，所述较重的缆绳可以被附接为卡扣旋转件正下方的部分的“引线(leader)”。像“缠结块”一样，较粗的缆绳的“引线”提供了重量和刚度，从而减轻或消除了较轻的缆绳在飞行中或在发射和降落期间缠结在旋翼中的趋势。

旋翼机的“控制系泊”

“控制系泊”是描述系泊系统的术语，其提供具有许多益处的有效且低成本的实施例。本文所述的“控制系泊”系统的实施例控制多旋翼机的最大高度和飞行半径，并且可用于将具有相机的多旋翼机保持在固定位置，以用于拍照、自拍或拍摄视频。所述系统还可以防止阵风吹走，并且可以进行调整以避免与障碍物(例如树木或附近的建筑物)接触。此外，所述系统还允许在密闭空间内飞行，例如室内或室外的后院、公园和其他小型飞行场所，这些场所需要避免与结构或障碍物接触。“控制系泊”系统对于每当飞行可能对多旋翼机，人，宠物，个人财产，或直升机本身造成危险的时候有所帮助。对于较小的多旋翼机，这些场合包括在任何一天有微风以上的户外飞行。对于所有尺寸的多旋翼机，“控制系泊”系统适用于必须避免的结构或障碍物附近的位置，如树木、人群、建筑物、公路、水池或池塘。当没有经验的操作员仍在学习特定多旋翼机如何响应发射器上的操纵杆的操作时，“控制系泊”系统也很有用。图10示出了根据本发明的一个实施例连接到“控制系泊”3002的四旋翼机3000。

旋翼机的空中系泊

在本文描述的“陀螺仪位置”格式中，与风筝结合的小型旋翼机是“空中系泊”的概念的简单说明。在下面讨论的实施例中，“空中系泊”概念使得无人旋翼机对于广泛的新的专业、娱乐和公共安全应用是安全、可靠和实用的。这些“空中系泊”实施例共享克服由有限飞行持续时间和/或有效载荷容量施加的限制的共同目标，同时创建与系在地面上的风筝、气球或可见结构固有的相同类型的透明度。正如背景讨论的那样，电池驱动的旋翼机飞行时间很短，这受到电池寿命的限制。然而，风筝能从风中产生升力，而且不局限于由电池等有限的能源提供动力，而且它们的有效载荷能力比同等价格的旋翼机要高。但是因为风筝是靠风来驱动的，所以它们的稳定性会降低。耦合到风筝适配器的旋翼机可以为旋翼机提供“空中系泊”。将相机耦合到旋翼机上可以为第一响应者、博物学家、记者、渔民和摄影师提供实用性，他们可以从航空摄影能力中获益，而不必担心旋翼机的电池寿命。

图7示出了风筝适配器300的另一个实施例。风筝适配器300包括用于诸如直升机(未示出)的旋翼机的开口310。直升机可以通过支架312固定到风筝适配器300。风筝适配器300与图6所示的风筝适配器相似，因为当固定到风筝适配器300时，直升机处于“陀螺仪位置”。风筝适配器300经由支柱311经由缰绳306和绳索307固定到地面。在本实施例中，风筝适配器300用作直升机的空中系泊。

相机可以连接到直升机上，因此集成单元为操作员提供了航空摄影能力，而无需担心飞行时间短。在这种配置下，相机连接在风筝上的重量比单独用直升机就能举起的相机要重，因此允许远程控制的长焦镜头或精密万向节等功能包括在内。这是因为一旦直升机被固定到风筝适配器300上，直升机就不需要消耗能量来维持飞行，并且可以具有比与之集成的直升机更大的有效载荷容量。此外，尽管风筝适配器和传统风筝一样，在风中有时可能会不稳定，但操作员可以控制直升机旋翼稳定并指向集成单元。此外，如在其它实施例中所描述的，直升机可以固定到风筝适配器300，使得其作为自由移动的万向节来指向和控制相机或其它装置(例如雷达枪或红外传感器)，或者相机可以通过万向节附接到直升机。在任一配置中，当固定到风筝适配器300时，由风筝适配器300和直升机提供的空中系泊提供稳定的空中透视图，从所述空中透视图可以拍摄照片或执行其他操作。这将允许多种应用程序。例如，观察部分熄灭的野火以发现需要额外注意的“热点”、拍摄室外婚礼、悬挂将被激活的灯串以进行航拍灯光显示，所述航拍灯光显示拼写文字或创建广告或娱乐符号，或拍摄正在进行的其他事物观察，包括野生动物，水安全，救援行动，或警察监视。红外功能和聚光灯可以让警察部门在夜间使用。

或者，当相机或旋翼不在使用或不需要时，可以将直升机远程置于“睡眠模式”，在这种模式下，无线电接收器保持活动，但稳定功能被禁用。这将进一步节省直升机的能量。风筝适配器300也可以由太阳能材料制成，使得风筝适配器300可以收集太阳能并为直升机的电池充电。为直升机的电池充电的其它方法属于本发明的范围，包括在风筝适配器300上实现充电器或包括连接到适配器的电池，使得当直升机系泊到风筝适配器300时，四旋翼机的电池被充电。轻型电源线也可以连接到风筝适配器，这样可以远程提供给直升机电池充电或激活“空中系泊”上的灯或装置(如无线电中继器)的电源。

在另一个实施例中，直升机可以从支架312远程释放，然后从风筝适配器300自由飞行。在本实施例中，直升机可装配有杆、伺服或其它结构，其连接到支架312以将直升机固定到风筝适配器300。可以远程控制杆、伺服或其他结构以缩回或移动以便从支架312中释放，支架312反过来将从风筝适配器300中释放直升机。可替换地，支架312可以被设计成当直升机在开口310中并且操作员希望将直升机固定到风筝适配器300时远程地扣住直升机。然后，操作员可以通过远程松开支架312并使用直升机中的旋翼使其从适配器“起飞”来释放直升机。支架312或杆、伺服或其他结构的远程控制可以通过直升机控制器上的按钮或其他接口或单独的专用远程控制单元上的控制来实现。

更具体地说，这里有一个使用udi^tmu818a的远程发射系统的更详细的例子，一种流行的低成本四旋翼机。首先，支柱防护罩(propguard)必须放置在u818a上的支柱上，例如，在每个旋翼周围的圆形防护罩的顶部上方和底部下方，可使用用聚氨酯胶水(如原装gorilla^tm胶水)粘上乒乓球网片。可替换地，缰绳或系绳的缆绳可以封闭或涂层，使其更加坚硬。这些调整的目的是为了避免在操作过程中出现缆绳缠结。接着，建造一个由碳纤维、竹子或玻璃纤维杆组成的框架，所述框架足够大，可以容纳u818a，并且各侧的间隙至少为3英寸。这种结构可以使用kevlar^tm螺纹和/或电缆扎带包裹接头，用gorilla^tm胶水固定。根据风筝或气球的起重能力，发射框架可以是一个简单的矩形，或者为了更稳定，可以是多个矩形，这些矩形与相隔1或2英寸的垂直杆安装在一起。在“仅发射”配置中，两个凹型件由一半的碳纤维棒或连接的竹子组成，以便连接u818a的起落撬(skid)。它们垂直于框架安装，并连接在发射系统的框架中较低水平杆的顶部，因此u818a固定在“盒子”的中间，其正面朝向风筝、气球或用于悬挂框架的结构的背面。然后，将松散的扎带与gorilla^tm胶水连接在一起，以将u818a的起落撬的前部松弛地保持在支撑凹型件的端部，如果u818a向前推一英寸或更小，则它们可以滑落。安装一根碳纤维棒或竹子，以防止u818a在安装时向后滑动超过系统的重心的位置(在连接一个或多个伺服后，如下所述)。必须进行调整，使u818a可以提升，向前滑动，使其起落撬上的拉链滑出下面的凹槽，然后起飞正常飞行。然后安装一个(或者，如果升力足够，安装两个)标准型号飞机伺服，以便伺服臂将u818a的后部垂直支撑固定在后挡块上，当其位于发射系统的重心处时，处于“锁定”位置。应该调整伺服，以便激活释放u818a并将其向前推动，以使扎带在凹槽的边缘上方移动。然后，一个带有自身光接收器电池的小型rc无线电连接到伺服，与任何rc控制器绑定，并配置为控制器上的开关将激活所有伺服并“启动”u818a。通过一个单接收通道控制两个伺服可以使用一个简单的“y”连接器来实现。在生产模型中，可以使用直升机的遥控器(带有专用开关)并单独绑定到发射组件上的接收器来实现对发射的控制。

发射系统的更详细的实现在下面的发射和取回讨论中描述。此系统的其他变化对于任何熟悉模型飞机的构造的人来说都是显而易见的。如果需要充电，则将u818a的轻型usb充电器用延长的缆绳捆扎在适当的位置，以便可以将其与母usb连接器连接，所述母usb连接器与由风筝、气球或结构上的太阳能材料供电的公usb连接器相连。当u818a启动时，usb连接将随着直升机的移动而被拉开，并且光充电器将保持与直升机的连接。如果将组件安装在结构上，也可以通过连接到支撑源的辅助电池或通过电源线提供电源。然后，发射组件可以用于从高架位置进行遥控发射，并具有来自各种来源的支持，不仅包括风筝和气球，而且包括有人驾驶飞机(包括有人驾驶的直升机)或诸如塔或建筑物的顶部的结构。如果要在u818a上使用安全绳，则可以按以下说明添加。

提供从风筝适配器300释放直升机的能力打开了附加用途。直升机可以被派去执行“拍照任务”、“监视任务”或“钓鱼之旅”。在需要等待一段时间后预计会发生某些事件时，如可能出现并需要近距离拍照的野生动物(例如，在海岸线附近浮出水面的海豚)，预先定位具有高架“空中系泊”功能的多旋翼机的能力也很有用。鱼开始在水面觅食，表明捕鱼前景广阔；婚礼仪式的结束，以及当新娘和新郎退出仪式时，相机需要跟着他们走；或在不确定的延迟后开始的其他重要事件。在户外婚礼等场合，从风筝适配器上松开直升机会比在活动进行过程中从地面发送一架摄影直升机更安全、不那么突兀、更有效，因为直升机已经在高空，因此，会在地面产生较少的噪音，并且能够很容易地避开从地面发射的直升机可能阻碍飞行的任何物体或人员。如果使用安全绳，例如上面在具有系泊缆的“控制系泊”实施例中所讨论的，则可以将直升机限制在与“空中系泊”的特定距离内，因此几乎不会有意外地飞入或飞越客人或其他乘客区域的危险，在这些区域中，飞翔或阵风可能会造成损坏、伤害或焦虑。安全绳将把直升机拴在风筝适配器上，因此，即使直升机可以从风筝适配器上松开，其飞行范围也会受到限制。此外，安全绳还可配备重物(例如，上述一个或多个“缠结块”或在钓鱼中使用的小的“铅球”重物，沿钓线间隔放置)或上文所述的较重的缆绳“引线”，以帮助防止安全绳妨碍直升机。安全绳还可以有一个远程控制的绕线器(如下所述)连接在“空中系泊”上，以便在直升机由于某种原因失去支撑能力并需要被拉回到空中系泊的情况下进行取回。然后，直升机就可以被取回、修理并再次使用。其中一个变种是使用一架或多架直升机和一个或多个空中系泊，其全部都是防水的，这样雨水、大风或直升机在水中着陆都不会损坏任何组件。这种耐候性和耐水性允许在恶劣天气(如洪水)期间用于公共服务，在海洋或其他水体附近或上方作业，或在下雨期间使用，因为水暴露不会损坏任何部件。

如果安全线被切断或以其他方式松开直升机，直升机可配置为进入安全或紧急着陆模式(这是某些旋翼机上已知的模式)，从而自动且安全地着陆直升机。在一个实施例中，安全线可以连接到直升机上的安全开关，安全开关在直升机从风筝适配器释放之前被激活。在检测到释放或起飞后，安全开关将监控缆绳张力，如果没有及时重新施加张力，将导致飞机进入“低电池模式”(从而执行立即软着陆)。如果在预设时间内没有检测到安全线的张力，安全开关将被关闭，且直升机将着陆。或者，如果安全开关被关闭，直升机可以被编程以自动飞回风筝适配器或其他空中系泊，并被其取回。如果至少周期性地施加张力到安全开关上，安全开关的创新使直升机能够与安全线一起飞行。如果直升机飞到某个高度以上或低于某个高度，安全开关也可以关闭。虽然安全绳和安全开关已被描述为与空中系泊有关，但应当理解，直升机可以在没有空中系泊或其他风筝适配器的情况下使用安全绳和安全开关。例如，安全线和开关可用于儿童通过可选的家长控制功能，以提高安全性和防止滥用直升机。它也可以用于培训缺乏经验的直升机操作员。

接下来，在更通用(且昂贵)的实施例中，上述用于围栏中的发射机构的杆、伺服或其他结构也可用于允许直升机在调度后返回“空中系泊”。作为一个示例，在风筝适配器300中，对接结构可以包括两个管子(垂直于开口)，而不是如上述u818a的示例中所述的“凹型件”。面向风筝背面的管子将具有“导向漏斗”，所述漏斗将引导直升机的起落撬进入管子。如果直升机包括一个“第一人称视角(firstpersonview)”(fpv)相机，它可以在取回结构中内置一个“瞄准器(sight)”，所述瞄准器可以通过fpv相机正确对准直升机，使起落架滑入漏斗，然后漏斗将起落架导入管子中。在直升机上，每个起落撬的形状可能像传统钢丝衣架的一半，钩子被切断。直升机将安装在衣架的钩子的地方，底部的尖头将在直升机上朝前(每侧一个)。这些“起落撬”随后会滑入漏斗和管子中。(请注意，漏斗和管子需要在顶部切割凹槽，以使每个起落撬的支撑杆能够充分滑入，从而能够满足直升机到达发射和取回系统的重心)。一旦直升机“飞”到发射系统的重心，一个扣环或移动的伺服臂将“捕获”直升机并锁定到位，如上所述。为了更稳定和其他目的，直升机的其他部分在被捕获时可以与取回站“配对”。在本实施例的变型中，具有可远程关闭和锁定的门的盒形围栏可使上述管子和漏斗朝前；这将允许直升机从前面被取回，这样门可以在后面关闭，以保护直升机和其他系统不受天气和篡改的影响。在本实施例中，直升机将通过从开口向后飞出围栏而启动。或者，直升机可以被设计成通过反向飞行来取回，以使其定位而便在向前模式下重新发射，如图9所示。上述着陆管子也可以在“空中系泊”的前方或后方进行远程延伸，使直升机在发射或飞回时在其上方和下方具有露天空间，以将起落撬放入管子中，以便通过对接机构进行“捕获”。在另一个实施例中，安装系统可旋转，如下所述，这将允许在围栏内使用相机检查直升机，或在备用有效载荷模块上移动以连接到直升机。在这个实施例中，围栏还可以同时有前后门，允许从两个位置取回或发射直升机。一个对多旋翼机相当熟悉的人会认识到使用这种通用结构的其他变体是可行的。

在某些实施例中，“自动(或远程控制)打开和关闭门或“盖子”，以保护直升机免受风、天气、破坏和盗窃，直到需要时为止”，以及使用“盖子”进行“空中系泊”可与缆绳和滑轮“控制系泊”变化相结合。远程控制的“盖子”(或其他顶部开口的实施例)将允许在多旋翼机(如phantom4version2pro)中使用“精确着陆”功能。如果此四旋翼机模型垂直起飞，并向上直线飞行至少30英尺，其精确着陆系统“记忆”起飞点的图像，使其能够在启动返航(return-to-home)命令时，返回到发射时的gps坐标，然后使用其“向下视觉系统”将其定位在起飞点上方并精确着陆。当在带有“盖子”(或其他可以打开的顶部)的“空中系泊”上使用时，这种精确着陆系统应下降到原来的围栏，以便自动或半自动取回。这种着陆系统的精度可以通过包括视觉系统能够可靠识别的“目标”的实施例来进一步提高，以引导直升机到达其原点。对于某些位置，在“空中系泊”的底部增加一个平坦平台可能会改善某些多旋翼机模型上自动着陆系统的功能。在一个实施例中，操作员将始终保持监控取回过程的能力，并在下降期间调整旋翼机的位置，或中止着陆且重新启动，视情况而定。熟悉多旋翼机和室外公用设施结构(如接线盒)的人员会认识到使用这种一般结构的其他变化是可行的。

如果“盖子”或其他开口顶部变型与防风雨多旋翼机一起使用，例如配备所谓“潜水服”的幻影4系列(phantom4series)或splash无人机系列，则可以定制其他实施例，以便在不同气候下可靠运行。例如，“空中系泊”的内部操作部件防风雨，可允许打开“盖子”或顶部，以便在雨或雪天气下发射或取回。为了进一步增强温度变化较大的位置的全天候能力，“空中系泊”围栏可包括通风、加热和/或冷却的系统，以保护多旋翼机(包括任何热敏电池)和内部组件在夏季不超过额定工作温度，当打开“盖子”或顶盖，在雨或雪进入“空中系泊”后，解冻或干燥“空中系泊”的内部和部件，以及防止在冬季降至额定工作温度以下。排水孔是任何顶部开口变体的另一个可选功能，允许雨水或融化的雪从围栏的底部排出。“空中系泊”围栏的顶部或侧面的加热线圈也可添加到融雪或冰中，以确保顶部在冬季可操作。熟悉多旋翼机和室外公用设施结构(如接线盒)的人会认识到使用这种一般结构的其他变化是可行的。

有许多选择可以打开“盖子”或“天空系泊”结构的顶部，并根据不同的安装位置调整围栏的形状。一种简单的方法是将铰链或滑轨放在“盖子”上，然后用一个或多个伺服或伺服臂打开盖子，使用齿轮，杆和/或带滑轮的电缆将“盖子”枢转或滑出。除其他事项外，各种此类系统可用于远程打开和关闭鸡舍。图11示出了具有可远程打开的盖子3401的实施例的外观。如果“空中系泊”安装在靠近另一个结构的区域，例如手机塔的侧面的位置，则可能特别有用的更复杂的变体是将顶部“滚动”到“空中系泊”本身，如高架车库门或卷顶桌(roll-topdesk)。“盖子”也可以分为几个部分，每个部分都可以用自己的伺服和齿轮或杆单独打开。此外，在一个有大雪的地方，“盖子”可能会倾斜(像一个典型的鸟舍的屋顶)来降雪，在这种或其他配置中，“盖子”可能会被分开，像蛤蜊壳一样打开。熟悉多旋翼机和室外公用设施结构(如接线盒和鸡笼)的人会认识到，其他变体实际上正在使用这种通用结构。

在“空中系泊”的顶部开口变体中，围栏的“夹层”可包含向下倾斜的“架子”，这些架子的位置使下降的多旋翼机的起落架在着陆过程中滑入所需的系泊位置(或者在着陆后，操作员短时间启动螺旋桨，使直升机上下前后移动一段距离，远程“撞击”直升机)。图12示出了具有倾斜的架子3501的“夹层”层。图13示出了所述“夹层”层中的开口3601，开口3601的大小可以适合多旋翼机的特定模型的起落架。例如，当多旋翼机着陆时(或者如上所述在它被“撞击”之后)，如果在起落撬所需系泊位置3601的两侧和前后放置倾斜的“架子”3501，标准“u”形的起落撬(如幻影系列，或matrice系列或typhoon系列的可伸缩着陆“脚”)将滑至中间位置。如果多旋翼机具有可伸缩的起落架，则可配置围栏，以便在围栏中着陆后取回起落架会缓慢降低多旋翼机，并将相机放置在围栏上的圆顶中，如上所述；此位置将允许相机使用其整体式万向架进行枢转和倾斜，以最大程度地扩大视野，同时将其停靠在“空中系泊”围栏中。在本实施例中，对于某些应用，多旋翼机可能不需要锁定机构将其保持在适当位置，因为重力足以做到这一点。此外，在这种变体中，多旋翼机的“起落撬”或“脚”也不必更改。倾斜的架子将以足够的精度定位多旋翼机，以便使用感应充电连接(如下所述)或使用旋转转盘安装有效负载模块，如下所述。如果使用有效载荷模块更换器，则在拆卸或安装模块时，锁定机构可能有助于将直升机固定到位。熟悉多旋翼机和室外公用设施结构(如接线盒)的人会认识到，使用这种一般结构的其他变体是可行的，例如使用除架子以外的形状将起落架引导到精确位置，以便使用相机、连接充电系统或操作转盘以更换模块。

例如，一旦直升机被固定，可通过多种方式之一激活对直升机电池的充电，包括使用电动牙刷使用的感应充电系统为电池充电，无需可与usb端口建立实际连接的物理连接或移动柱塞。即使没有安装在可以取回的气球或风筝上，这个系统也可以独立使用；例如，如果安装在体育场的灯杆上，“发射和取回系统”可能是防风雨的，并且可以永久固定在适当的位置，但是经过适当调整的直升机可以“升空”并在预定的事件之前放置，并在事件结束后流下并安全存储。

直升机的空中系泊概念有许多公共安全应用，特别是当特殊用途直升机的概念也适用时。例如，发射系统中装有直升机的风筝适配器或气球可在预期的高风险事件附近放置以便观察人员，并派遣一架或多架直升机拍照和干预以防止任何非法活动或风险。一个发射系统围栏可以与许多共享相同起落撬和机身设计的直升机一起使用，围栏的设计可以方便地连接不同的支撑系统，包括风筝适配器、气球、用于安全塔或建筑物屋顶。一个单发射系统可以与许多为特定情况而设计或装备的不同的专用直升机配合使用，且警察部门可以简单地为计划用途选择适当的专用直升机。直升机的成本相对较低，预计会下降，因此维持多架专用直升机与一个天空系泊系统(或下文讨论的一系列此类系统)一起使用，既实用又具有成本效益。例如，在马拉松、抗议游行等活动中应对人群风险的警察(包括特勤人员)，或者总统就职典礼可以使用配备公共广播系统(比如一些警车上的)的“人群管理”直升机，这样直升机就可以飞越人群中明显的干扰，发出响亮的声音，如果发生争端或担心可能的不安全包裹或武器，则向特定区域的人员发出地区性的声音警告。所有这些都将记录在视频中作为证据，以后操作员可以使用fpv相机看到。直升机还可以有一个“对讲机”功能，允许操作员听到附近的人的反应。如果这一问题得到和平解决，直升机就可以回到“空中系泊”状态，在电池充电的同时继续提供视频信号。

如果“空中系泊”能够支持共享相同的着陆装置和物理尺寸的许多不同变体，那么专用直升机将变得更加有用。作为直升机的机身一部分而安装在直升机上的“有效载荷模块”可以携带专门的设备或有效载荷。如下文所述，这些“有效载荷模块”可以在计划使用前由操作员手动更改，或者空中系泊围栏可以配备下文所述的“更换器”系统，以快速及远程“交换”有效载荷模块。

如前所述，图9示出了“空中系泊”的实施例。例如，图9示出了围栏2600，其中放置了直升机2602。直升机2602包括一套起落撬，可放置在漏斗2604中。围栏2600还包括伺服2601，由此可以远程实现围栏的打开和关闭。图9中描述的系统还包括另一个伺服机构2606，用于在漏斗2604中放置起落撬时将直升机锁定到位。在本实施例中，伺服2606在典型的铁路交叉口处充当臂。伺服2606旋转到12:00位置以释放直升机，并且如图9所示处于9:00位置以将直升机锁定到位。直升机2602的起落撬包括凸部2608，当伺服2606处于锁定位置(即9:00位置)时，右侧起落撬上的凸部紧靠伺服2606。

起落撬上的凸部2608与漏斗2604相匹配，这是直升机“降落”在系泊后将其固定在管子中的原因。即使没有相应的伺服，左侧起落撬上的凸部2608对于直升机在飞行中的平衡是有用的，而且由于它提供了“停止”，因此左侧的起落撬与右侧的起落撬进入管子内的距离相同。这个“停止”的位置，反过来，有助于在对接后一直保持直升机准确地在同一位置，使柱塞(没有显示)可以删除一个模块。更具体地，直升机包括模块2610，并且在此模块2610和直升机2602的下面是转盘2612，转盘2612支撑多个模块，所述多个模块随后可以旋转(像cd更换器一样)以移开“旧”模块2610并且将不同的模块定位在前面。然后，转盘下方的同一个柱塞可以将新的模块提升到“模块插座空间”中，这样直升机就可以用不同的补给或设备执行不同的“任务”。

空中系泊概念与发射和取回系统以及可变有效载荷模块相结合，减轻了有效载荷容量和飞行持续时间的限制，因为直升机可以为特定目的而配备，并且适当的配置可以预先放置在空中系泊中，以满足特定事件或风险区域的需要。例如，一个公共安全直升机“机队”(由警察部门或其他政府机构运营)也可以携带特殊装置在故障点“干预”。如果获得警察使用的许可，这些装置可能允许使用人群分散装置，如胡椒喷雾、狼牙棒、催泪瓦斯，甚至泰瑟枪(taser)。远程控制这些装置的能力将降低警察的风险，因为可以远程面对一个看似危险的不理智的人。

这样一个特殊用途的直升机机队可以重新配置或由其他直升机取代，以便在同一空中系泊系统中使用，以应对其他预期的公共服务需求。例如，在准备一个聚会时，医疗问题似乎比破坏性行为更容易产生风险(例如大学聚会或慈善募捐集会)，警察局或其他机构可以在其空中系泊系统中用“医疗直升机”(或带有“医疗有效载荷模块”的直升机)替换上述部分或全部“人群管理直升机”。如果使用风筝或气球作为支撑，这些替代物可以在地面上进行；如果空中系泊安装在难以到达的结构上(如体育场周围的灯塔或细胞塔)，那么使用“发射和取回系统”就可以很容易地实现对专用直升机的更换。“医疗直升机”可以配备公共广播和“对讲机”系统(如上所述)，以便与可能聚集在晕倒或似乎有心脏病发作的人周围的旁观者进行通信。这种特殊的“医疗直升机”可以携带医疗装置和紧急药物，如治疗过敏反应的纳洛酮(也称为narcan^tm)以治疗阿片类药物过量，以及心脏骤停患者的轻型自动体外除颤器(automaticexternaldefibrillator；aed)。由受过医学训练的人操作，直升机可以比护理人员更快地到达遇险人员的位置(尤其是，例如，事件周围存在多个“空中系泊”位置，例如体育场周围的灯杆，每个都有“医疗直升机”)。通过相机和对讲机，操作员可以确定是否有医生或其他受过医学训练的人在场，如果直升机携带了任何有用的东西，还可以解释如何进入直升机。如果没有受过医学培训的人员在场，操作员可以提供指示，让旁观者“通畅”(并在fpv相机上观察)使用直升机上的医疗设备，如aed、纳洛酮注入器或epipen。由于能够取回直升机并很容易地用其他直升机替换它们，因此“空中系泊”中的特殊用途直升机的类型和组合可能会发生变化(如上所述，手动或遥控)，无论是由风筝或气球或永久性结构支撑，以适应不同的需要。如果在紧急情况下必须为那些不能待在家里的人(如飓风期间)使用体育场，且如果在支撑照明系统的塔架上安装了多个空中系泊，例如，特殊用途直升机的“组合”可能会改变，包括一些具有“人群管理”功能的直升机和其他“医疗直升机”。如上所述，对于更复杂的实施例，直升机可以接受可互换的“有效载荷模块”，其中包含用于特定用途的设备，在空中系泊(如图9所示)的“模块更换器(module-changer)”(使用与cd更换器类似的现有技术)可以允许操作员通过远程控制安装任何可用的模块。

“空中系泊”中的特殊用途直升机也可在灾难恢复(如地震)、监管监测、交通事故管理或搜救行动期间使用。例如，在地震多发地区，直升机可以安置在空中系泊处(或者由风筝、气球支撑，或者安装在抗震结构上)，如果有被困幸存者可能发出声音的报告，直升机可以在地震后迅速派出。直升机可以携带上述对讲机系统，在操作中心和地面任何人之间进行双向通信，以描述情况。几乎任何标准的多旋翼机都会从位置自动发回其精确的gps坐标和照片，在地震的例子中，直升机可以配备一个附加的监听装置，放大声音并引导志愿者，直到重型设备到达。在滑雪坡发生雪崩的情况下，来自空中系泊处的特殊用途直升机可以使用红外线装置搜寻被困在雪地下的人，并可以携带有限的救援物资。监管机构可以使用带有专门直升机的空中系泊进行合规监控。例如，远程可视的视频相机与空中系泊的网络中的专用直升机相结合，可以让位于中心位置的环境监管者观察多个高风险工业场所的烟囱，并在怀疑有异常排放时远程“派遣”其中一架直升机进行现场空气测试(或不同高度的常规空气取样)。这种“空中系泊”的系统也可以沿高速公路(或一系列高速公路)安装，并连接到中央行动中心，由州警察或其他紧急服务机构进行事故管理。如上所述，当直升机系泊时，多旋翼机中的相机可以通过“空中系泊”围栏中的窗口操作，作为交通或监视相机。图11、图12和图13示出了在“空中系泊”围栏中放置窗口3402、3502和3602的一个示例。为了将多翼相机靠近这样一个窗口以便使用其相机，“空中系泊”的底部可以有一个凹口3403、3503和3603，以便玻璃靠近相机前面的系泊位置。镜头也可以放置在相机位置和窗口之间，以提高系泊时的视野。或者，可以设计围栏，使相机位于围栏底部的透明“圆顶”中；此类圆顶通常用于具有平移和倾斜功能的防风雨室外安全相机。通常可提供一组多旋翼机的中央监控系统，例如销售的用于matrice600系列商用六旋翼机的系统。为这些系统添加通道，以便对“盖子”和“空中系泊”装置的其他组件进行远程控制，应该相对容易实现。通过在“空中系泊”围栏上使用增强型或定向天线系统，可以提高控制的范围和可靠性，对于公共服务应用，通过寻求fcc或其他相关监管机构的豁免，允许增加与围栏和多旋翼机相关的发射器的功率。低延迟信号中继器的使用也在本实施例的范围内。对于走失的动物或走失的人，特别是在崎岖不平的地形上，从空中系泊处专门装备的直升机可以在支撑风筝或气球的地方长时间运行，如果在相机上观察到(或地面观察员报告的)某样东西，仍“派遣”以仔细观察，这表明搜索的目标可能在特定位置。在空中系泊系统上包括信号中继器的实施例将允许即使在山区也进行双向通信，以控制直升机并允许与直升机可能携带给失踪人员的电话进行蜂窝通信。熟悉多旋翼机、工业遥控系统和安全相机或交通相机系统的人会认识到其他变体实际上正在使用这种通用结构。

如图14所示，系统3700包括升高结构3701和用户设备(ue)3703，其可与应用(application)3705和传感器3711相关联。在一个实施例中，升高结构3701和ue3703经由通信网络3713(例如，无线通信网络)连接到多旋翼机控制系统3709。

在一个实施例中，升高结构3701是防风雨围栏，包括：遥控门；夹层中的一个或多个向下倾斜的架子，用于将下降的多旋翼机的起落架滑动到正确的位置；侧壁上的至少一个窗口；在升高结构的底面中的凹口，用于将下降多旋翼机的相机放置在至少一个窗口的前面；以及支撑多个模块的转盘。在一个实施例中，窗口包括透明材料并且是圆顶形的。在另一个实施例中，升高结构的夹层包括一个开口，用于安装在下降的多旋翼机的起落架周围。在另一实施例中，升高结构的侧壁和/或表面包括太阳能材料以消耗太阳能，用于在着陆位置对多旋翼机的电池进行充电。

在一个实施例中，升高结构3701包括引导激光器以投射具有特定颜色的光束以供机载(airborne)多旋翼机3707的传感器检测。在另一实施例中，升高结构3701包括在升高结构3701的顶面和/或底面上的多个图案，或在围绕围栏的底部延伸的平台上的多个图案，以供机载多旋翼机3707的传感器检测。在另一个实施例中，升高结构3701包括用于加热和冷却升高结构3701的外部和内部的热电偶，以保持多旋翼机3707和其他部件工作。

在一个实施例中，ue3703可以包括但不限于任何类型的移动终端、无线终端、固定终端或便携式终端。ue3703的示例可以包括但不限于移动手机、无线通信装置、站、单元、装置、多媒体计算机、多媒体平板电脑、因特网节点、通信器、台式计算机、膝上型计算机、笔记本电脑、上网本计算机、平板电脑、个人通信系统(personalcommunicationsystem；pcs)装置、个人导航装置、个人数字助理(personaldigitalassistant；pda)、数码相机/摄录机、信息娱乐系统、仪表板计算机、电视装置或其任何组合，包括这些装置的附件和外围设备或其任何组合。在一个实施例中，ue3703可以支持任何类型的接口，用于在升高结构中取回、调度和包围多旋翼机。此外，ue3703可以促进用于接收和生成信息的各种输入装置，包括但不限于触摸屏功能、键盘和小键盘(keypad)数据输入、基于语音的输入机构等。ue3703的任何已知和未来实现也可以适用。

在一个实施例中，应用3705可以包括各种应用，例如但不限于基于位置的服务应用、导航应用、内容供应应用、相机/成像应用等。在一个实施例中，应用3705安装在升高结构3701、ue3703和多旋翼机3707内。在一个示例实施例中，基于位置的服务应用使得多旋翼机控制系统3709能够确定例如多旋翼机3707的位置、地理坐标、航向、速度、上下文或其任何组合。在另一个实施例中，安装在多旋翼机3707中的相机/成像应用程序使得多旋翼机控制系统3709能够确定一个或多个目标以在升高结构3701中精确着陆。在另一实施例中，应用3705使得多旋翼机控制系统3709能够处理通信信息和/或上下文信息和/或传感器信息，以确定对机载多旋翼机3707的用于在升高结构3701中精确着陆的至少一条指令。

系统3700还包括一个或多个传感器3711，其可实施、嵌入或连接到升高结构3701、ue3703和多旋翼机3707。传感器3711可以是任何类型的传感器。在某些实施例中，传感器3711可以包括，例如但不限于，用于收集位置数据的全球定位传感器，例如全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystem；gnss)传感器，用于收集距离数据的光探测和测距(lightdetectionandranging；lidar)，用于检测无线信号或用于不同短距离通信(例如，蓝牙、wi-fi、li-fi、近场通信(nearfieldcommunication；nfc)等)的接收器的网络检测传感器，温度传感器，用于收集图像数据的相机/成像传感器，例如，可检测目标的相机传感器等。在另一实施例中，传感器3711可包括光传感器，用高度传感器和加速度传感器增强的方位传感器，例如，加速计可测量加速度并可用于确定多旋翼机3707的方向，倾斜传感器，例如陀螺仪，用于在着陆期间检测多旋翼机3707的倾斜或下降的程度，湿度传感器，压力传感器等。在另一个实施例中，传感器3711包括用于确定天气条件、风速、风向、或其组合的天气传感器。

在一个实施例中，多旋翼机控制系统3709可以是具有多个互连组件的平台。多旋翼机控制系统3709可以包括一个或多个伺服器(server)、智能联网装置、计算装置、组件和相应的软件，以配置升高结构3701和多旋翼机3707以进行安全取回和调度。在一个示例实施例中，多旋翼机控制系统可经由用户的ue3703接收来自用户的命令以将多旋翼机3707返回到升高结构3701，由此多旋翼机控制系统3709实时指示机载多旋翼机3707返回到升高结构3701。随后，升高结构3701打开其门，并且多旋翼机3707检测一个或多个目标，例如升高结构3701的底面上的图案，由引导激光投射的具有特定颜色的光束等，以用于精确着陆。同时，多旋翼机控制系统3709通过传感器3711实时确定机载多旋翼机3707的地理坐标、风速和风向，以生成并向机载多旋翼机3707发送用于精确着陆的指令，例如，用于自动着陆的正确位置信息。在一个示例实施例中，精确着陆包括安全地滑动下降的多旋翼机的起落架，使其穿过向下倾斜的架子或为特定多旋翼机的起落架量身定做的其他导向结构以进入一个凹口，以便将下降的多旋翼机的相机定位在窗口的前面，以观察升高结构的外部环境。在另一个示例性实施例中，精确着陆包括安全地滑动下降的多旋翼机的起落架，使其穿过向下倾斜的架子或其他引导结构以激活感应充电系统，为电池充电，并向对接(docked)多旋翼机的相机和发射器供电。在另一个示例性实施例中，精确着陆包括安全地滑动下降的多旋翼机的起落架，使其穿过向下倾斜的架子或其他导向结构，以与旋转转盘相互作用，从而用不同的模块替换对接多旋翼机的旧模块。在一个实施例中，位于对接多旋翼机3707下方的升高结构3701中的旋转更换器和/或机械臂可被远程指示从多旋翼机3707移除模块并将其放置在转盘中，然后将新模块旋转到位并将其连接到多旋翼机3707。新模块包括从组中选择的医疗设备，包括自动体外除颤器、epi笔(epipen)和胰岛素注入器。

在一个实施例中，多旋翼机控制系统3709可至少部分地基于升高结构中的温度高于规定阈值的确定来激活升高结构的强制空气冷却系统，从而防止对接多旋翼机过热。在另一实施例中，多旋翼机控制系统3709可至少部分地基于升高结构中的温度低于规定阈值的确定来激活升高结构的强制空气加热系统，从而保持工作温度。在另一个实施例中，多旋翼机控制系统3709可在寒冷和冰冻天气条件下激活升高结构的除冰系统，以安全地打开和关闭门。在另一个实施例中，多旋翼机控制系统3709旋转和倾斜升高结构，以扩展对接多旋翼机的相机的视野，其中升高结构安装到另一个结构上。

这种搜救直升机除了提供一部手机，与空中系泊系统的中继器协同工作，以便在找到失踪人员时与他们进行通信(以便他们能够报告他们的状况和需要)，还可能携带水和急救物资。如上所述，与“空中系泊”连接的直升机也可用于森林火灾(或其他类型的火灾)的扑救，方法是观察“热点”。在森林火灾环境中拴系多旋翼机(通过整合风筝、气球，或控制系泊系统)将避免直升机可能干扰空中灭火行动的风险。这些单位的效能可以通过包含专门设备来提高，例如红外线感温装置，以检查地面状况，发送照片，并为消防员确定最有效的部署计划。为清楚起见，虽然仅结合风筝适配器描述了空中系泊概念上的一些实施例，但是应当理解，气球、连接到风筝的气球、风筝阵列、或连接到地面的其他结构可以构成“空中系泊”。除了上面提到的灯杆(例如体育场上的灯杆)，建筑物、桥梁、公路标志、电池塔和其他结构可以起到支撑直升机空中系泊的作用，并且可以配备上述发射、取回和供应系统的变体或实施例。空中系泊也可以通过将其连接到载人飞机(包括直升机)或其他车辆(如警察s.w.a.t.车队、消防车、起重机或船只)来定位。在一些改装中，可将伸缩塔连接到车辆上(或临时用三脚架或其他底座放置)，以升高在树木、人群或其他障碍物上方的空中系泊，也可选择与观察“亭”结合使用，其中一名或多名警察或安全人员也可直接观察事件。此外，更清楚的是，对于所有这些例子，使用安全绳或钢丝绳从“空中系泊”向派遣的直升机提供电力是可选的。上面讨论的用于防止线缠结的一些实施例以及下面结合取回机制描述的实施例应当扩展包括安全线的实用性和实用性。

如果用户选择的多旋翼机“精确着陆”功能不够准确而无法自动返回空中系泊，取回系统可以具有自动对接和重置功能。所述系统将扩展功能，超出“返航(returntohome)”功能，所述功能通常被包括在与phantom4pro相同的级别的直升机中，因此直升机可以在不需要手动着陆程序的情况下可靠返回，并且可以远程复位，以便以后使用，无需在“任务”之间访问直升机。

除了遥控器上用于“返航”应用程序的正常开关外，这通常会导致直升机返回发射附近(使用机载gps)并自动执行软着陆，“返回空中系泊”开关(或多位置开关上的位置)可添加到直升机的控制器上，或可选地，添加到单独的空中系泊的控制器上。激活“返回空中系泊”序列将使直升机在从空中系泊发射时返回到原始位置和高度，然后执行额外的“搜索和获取”操作以定位“着陆光束”，所述光束将引导直升机到达可以在空中系泊中“着陆”的位置，并然后锁定到位。如上所述并在下文进一步讨论，通过在“空中系泊”的底部或周围创建一个“目标”，多旋翼机上的“向下视觉系统”可用于实现自动或半自动着陆，从而进一步增强这种能力。操作员将保留对直升机进行手动控制的能力，以及在需要时使用fpv相机定位直升机的能力。如果遥控信号丢失或电池电量达到一定水平，也可以将此功能设置为自己激活。

更具体地，phantom4pro(或类似的精密gps控制多旋翼机)中的飞行控制系统“返航”的编程将得到补充，以通过要求返航高度与空中系泊的发射位置相同以实现“返回空中系泊”模式，且起落撬(使用内载罗盘)朝向接收漏斗。根据“返航”功能的精度能力(以及可由操作员远程设置的风力调整，通过手动飞行控制补偿，或如下所述，可自动设置)，将调整指定位置，使其在空中系泊的前方和略高于空中系泊的位置保持安全距离。风力调整可以根据空中系泊的信号自动设置，所述信号通过安装在其上的风速指示器进行键控。

空中系泊可以配备至少两个“引导激光器”，其投射出特定颜色的光束，这些光束很容易被直升机上带有特殊过滤器(filter)的相机检测到。其中一个激光器将被设置为在水平面上投射扇形图案(可能通过快速前后移动光束)，而另一个激光器将被设置为投射“着陆光束”。在本实施例的变体中，可以定位或排列一个或多个低功率激光器，为特定多旋翼机的视觉系统创建一个“目标”，以将其引导到“空中系泊”围栏中更精确的着陆位置。

在另一种变体中，直升机上的一个、两个或多个小型(和轻型)相机将安装适当的过滤器，安装成面向前方或下方，并调整以探测扇形的激光器，所述激光器指定直升机降落或进入漏斗或其他空中系泊上的硬件的适当位置，硬件被设计成用于接收直升机滑行，包括上述向下倾斜的架子。这种“高度保持相机系统”或“定位系统”将与高度保持软件(已经被包括在这一类的所有直升机中)连接，以保持适当的高度，以便以比高度表或gps允许的更高精度进行取回。如果使用三个相机(或者如果一个相机被编程为检测三个位置)，如果在指定的“正确高度”位置检测到光束，相机可以提供反馈以保持高度；如果位置“高”，则通过减小推力略微降低直升机；而如果位置“低”，则升高直升机。

设置垂直位置(并使用高度保持激光器稳定)后，将定位一个、两个或多个单独的小型(和轻型)相机，以检测“着陆光束”激光。搜索着陆光束时，将通过左右移动直升机，直到找到着陆光束。或者，可以编程一个复杂的相机来执行定位高度保持激光器和着陆光束激光器的功能。在开放式“空中系泊”实施例中，所述系统可编程为轻轻降落在“空中系泊”围栏中的“目标”上。

对于一个水平取回多旋翼机的系统，如上所述，着陆光束激光器将被调整，以便直升机应定位在同一高度向前飞行，并使起落撬进入漏斗，然后管子或其他结构接收起落撬(如上所述)。几个探测系统中的一个(包括一个简单的开关，当直升机的起落撬在着陆管子中的某个特定位置压在它身上时激活)可以用来确定何时达到了这一点，如果没有，当风、空中系泊的运动、或其他因素导致努力失败时，把直升机送回去再试一次。当适当调整时(在低风或恒定风或操作员手动补偿的情况下)，自动对接系统应实现取回，并且上述锁定系统的一些变化将保持直升机就位，并启动下文所述的“后系泊序列”。在空中系泊位于移动物体(例如风筝、气球或悬停的有人直升机)上的实施例中，空中系泊系统上的gps可向直升机中的接收器报告其位置，然后可在“返回空中系泊”序列期间编程，以进行到空中系泊的当前位置，如果所述接收器已经从原来的发射位置移走了。对遥控直升机的飞行控制系统进行编程的普通技术人员将能够理解并实现这一特性。

在一个复杂的系统中，空中系泊可能被编程为采取任何其他“后系泊(post-mooring)”动作来“重置”直升机，因此它将受到保护并准备再次使用。除了如上所述为电池充电外，这些动作可能包括自动(或遥控)打开和关闭门或“盖子”，以保护直升机免受风、天气、破坏和盗窃的影响，直到再次需要时为止(如图9所示)。围栏中的系统还可以支持远程或自动启动数据连接(例如远程控制的柱塞或机动臂，将usb或其他连接从空中系泊围栏插入直升机的机身上的匹配端口)，从而允许远程重启和/或重新校准在直升机上的计算机系统或通过互联网或其他方式从相机中的sd卡下载照片并传输给操作员(以允许比在飞行中发送回来的视频的分辨率更高)。如果多旋翼机具有内置的“wi-fi”功能，围栏也可能有自己的“wi-fi”系统。此围栏的实施例中的其他系统可允许远程激活围栏内的“检查相机”，直升机位于旋转基座上，以允许远程检查直升机是否损坏(可选择将直升机置于旋转基座上，以允许检查所有侧面)，如上文所述改变有效载荷模块，远程更换损坏的旋翼叶片等。应当理解，当直升机返回到封闭的空中系泊围栏时，一系列准机器人维护或配置操作在远程控制下变得实际，并且所有这些实施例都在本发明的范围内。对于高风险的用途，如沿国际边境或监狱周围，围栏可以是装甲的，以减少步枪射击的风险。围栏可以有一个或多个外部监控相机，如上所述，多旋翼机自己的相机可以通过闭门中的窗户远程提供。围栏可以远程旋转或倾斜，以使直升机上的相机倾斜，因此当事件需要派遣人员进行更仔细的调查时，多旋翼机的飞行路径会更短。

虽然本文已经说明和描述了实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以对所描述的实施例进行各种替换和改变。本文所描述的实施例用于说明，并不旨在限制本发明的范围。