自主飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及自主/自治飞行器。公开了发射飞行器的系统和方法。在一个实施例中，系统包括电动的悬浮飞行器、操纵飞行器的控制系统和适于联接到飞行器和地面电源的拴绳，以便当飞行器联接到拴绳上时给飞行器供电，其中响应于指令信号，飞行器可从拴绳上自动断开。可以描述其他的实施例。
【专利说明】自主飞行器
【技术领域】
[0001]本文描述的主题涉及空中监测，并且更具体的，涉及用于空中监测的自主飞行器。【背景技术】
[0002]飞行器，尤其是例如侦查机、飞艇和四旋翼飞行器这样的较小自主和半自主飞行器可从基于地面的发射平台发射。仍需要在延长的时间段上能够自主运转的自主飞行器。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，一种系统包括电动的悬浮飞行器、操纵飞行器的控制系统和适于联接到飞行器和地面电源的拴绳，当飞行器联接到拴绳上时，地面电源给飞行器供电，其中响应于指令信号，飞行器可从拴绳自主/自动断开。
[0004]在另一个实施例中，电动悬浮飞行器包括充满密度小于空气的气体的充气囊、联接到充气囊的框架组件、操纵飞行器的控制系统，以及将飞行器联接到拴绳的接口，当飞行器联接到拴绳时，拴绳提供与地面电源的连接以给飞行器供电，其中响应于指令信号，飞行器可从拴绳自动断开。
[0005]在另一个实施例中，操作飞行器的方法包括将电动悬浮飞行器联接到拴绳上以及响应于指令信号，使飞行器从拴绳自动断开，当飞行器联接到该拴绳上时，该拴绳提供与地面电源的连接以给飞行器供电。
[0006]进一步的，本公开包括根据下列条款的实施例:
[0007]条款1.一种系统,其包括:
[0008]电动的悬浮飞行器；
[0009]操纵飞行器的控制系统；以及
[0010]适于联接到飞行器和远程电源的拴绳，以当飞行器联接到该拴绳上时给飞行器供电，其中响应于指令信号，飞行器可从拴绳自动断开。
[0011]条款2.根据条款I所述的系统，其中:
[0012]远程电源为拴绳提供270伏到1200伏之间电压的交流(AC)电；以及
[0013]飞行器包括用于将交流电转换到12伏到48伏之间电压的直流(DC)电的电源转换器。
[0014]条款3.根据条款I所述的系统，其中飞行器包括:
[0015]充气囊，其中充满了密度小于空气的气体；以及
[0016]联接到充气囊的框架组件。
[0017]条款4.根据条款3所述的系统，还包括联接到框架组件的至少一个推力发生器，其中推力发生器由操纵飞行器的控制系统来控制。
[0018]条款5.根据条款4所述的系统，其中:
[0019]飞行器是平衡悬浮的；以及
[0020]当飞行器联接到拴绳时，推力发生器提供上举力以支持拴绳的重量。[0021]条款6.根据条款3所述的系统，还包括联接到框架组件的至少一个图像采集设备。
[0022]条款7.根据条款I所述的系统，还包括释放机构，该机构从拴绳释放飞行器。
[0023]条款8.根据条款I所述的系统，其中拴绳附接到地面结构、地面交通工具或水上交通工具中的至少一个。
[0024]条款9.根据条款I所述的系统，其中拴绳通过环附接到浮力气球。
[0025]条款10.根据条款I所述的系统，其中拴绳包括:
[0026]电气总线；
[0027]通信总线；以及
[0028]流体通道管。
[0029]条款11.一种电动悬浮飞行器，其包括:
[0030]充气囊，其中充满了密度小于空气的气体；
[0031]联接到充气囊的框架组件；
[0032]操纵飞行器的控制系统；以及
[0033]将飞行器联接到拴绳的接口，当飞行器联接到拴绳上时，该拴绳提供与地面电源的连接以给飞行器供电，其中响应于指令信号，飞行器可从拴绳自动断开。
[0034]条款12.根据条款11所述的飞行器，其中:
[0035]地面电源为拴绳提供270伏到1200伏之间电压的交流(AC)电；以及
[0036]飞行器包括将交流电转换到12伏到48伏之间电压的直流(DC)电的电源转换器。
[0037]条款13.根据条款11所述的飞行器，还包括联接到框架组件的至少一个推力发生器，其中空气推进设备由操纵飞行器的控制系统控制。
[0038]条款14.根据条款13所述的飞行器，其中:
[0039]飞行器是平衡悬浮的；以及
[0040]当飞行器联接到拴绳时，推力发生器提供上举力以支持拴绳的重量。
[0041]条款15.根据条款13所述的飞行器，还包括联接到框架组件的至少一个图像采集设备。
[0042]条款16.根据条款11所述的飞行器，还包括释放机构，该释放机构从拴绳释放飞行器。
[0043]条款17.根据条款16所述的飞行器，其中释放机构由飞行器上的控制系统激活。
[0044]条款18.—种操作飞行器的方法，其包括:
[0045]将电动悬浮飞行器联接到拴绳上，当飞行器联接到拴绳上时，拴绳提供与地面电源的连接以给飞行器供电；以及
[0046]响应于指令信号，将飞行器从拴绳自动断开。
[0047]条款19.根据条款18所述的方法，其中响应于指令信号将飞行器从拴绳自动断开包括激活释放机构以从飞行器释放拴绳。
[0048]条款20.根据条款18所述的方法，还包括在从拴绳释放飞行器后操作飞行器。
[0049]根据本文提供的说明书，进一步的应用领域将变得明显。应理解说明书和具体的例子仅仅出于说明的目的，并不意图限制本公开的范围。【专利附图】
【附图说明】
[0050]参考以下附图详细描述按照本公开的教导的方法和系统的实施例。
[0051]图1A-1C是根据实施例的包括自主飞行器的系统示意图。
[0052]图1D是根据实施例的可用于和飞行器连接的拴绳示意图。
[0053]图2A-2F是根据实施例的可与自主飞行器一起使用的释放机构示意图。
[0054]图3是根据实施例的包括自主飞行器的系统示意图。
[0055]图4是根据实施例的描述用于操作自主飞行器的方法中的操作的流程图。
[0056]图5A-?是根据实施例的包括自主飞行器的系统的各种部署方案的示意图。
【具体实施方式】
[0057]本文描述了操作自主飞行器的系统、飞行器和方法的各种实施例。在下面的说明和附图中阐述了某些实施例的具体细节，以便提供对这种实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员会理解，没有在下面的说明中描述的若干细节的情况下，也可实践替换实施例。
[0058]本文可从功能性的和/或逻辑块部件和各种处理步骤方面描述各种方面。为了简洁，涉及到数据传输、信号传递、网络控制和系统(以及系统的各个操作部件)的其他功能性方面在此没有详细描述。此外，本文包含的各种附图中示出的连接线意图表示各种元件问的示例功能关系和/或物理联接。应注意，在实际的实施例中可存在许多可替换或附加的功能关系或物理连接。
[0059]下面的说明可涉及到“连接”、“联接”或“结合”到一起的部件或特征。正如在此所使用的，除非明确声明，否则“连接〃意味着一个部件/特征与另一个部件/特征直接物理接触。同样地，除非明确声明，否则“联接〃或“结合〃意味着一个部件/特征直接或间接连接到另一个部件/特征(或直接或间接地与其通信)，而非必要直接物理相连。因此，尽管附图可描述元件的示例设置，但是在实际的实施例中存在附加的介于中间的元件、设备、特征或部件。
[0060]图1A-1C和图3是根据实施例，包括自主飞行器的系统100的示意图。参见图1A-1C和图3，在有些实施例中，系统100包括电动悬浮飞行器110、操纵飞行器110的控制系统130，以及适于联接到飞行器110和远程电源180的拴绳140，以当飞行器110联接到拴绳140时为飞行器110供电。
[0061]飞行器110包括其中充满密度小于空气的气体的充气囊112和联接到充气囊112的框架组件120。举例来说，在有些实施例中，充气囊112可由耐用、重量轻的聚合物材料制成，聚合物材料形成圆柱体形状并且具有12英寸到36英寸之间的直径和5英尺到35英尺之间的长度。举例来说，在有些实施例中，充气囊112可充满如氦气或氢气的气体。其他合适的气体可包括但不限于氖气、氨气和/或甲烷。
[0062]飞行器110还包括联接到充气囊112的框架组件120。框架组件120可由合适的重量轻的材料制成，比如，重量轻的聚合物、石墨、碳复合材料之类。框架组件120可包括一个或多于一个臂，其配置为当囊内充满气体以帮助保持充气囊112到框架120时，缠绕充气囊112的外部。
[0063]一个或多于一个推力发生器150可联接到框架组件120。举例来说，推力发生器150可包括推进器或为飞行器110产生推力的其他引擎。在有些实施例中，推力发生器150在第一位置(图1B)和第二位置(图1C)之间是可旋转的，在第一位置时，推力发生器150提供向前或是相反方向的推力，在第二位置时，推力发生器150提供向上或是向下方向的推力。在这样的实施例中，在第一位置和第二位置之间的角度可调整推力发生器150以对飞行器110提供方向控制。另外，在有些实施例中，推力发生器150可被独立控制，使得由各自的推力发生器150产生的推力的差别便于对飞行器110提供方向控制。
[0064]在有些实施例中，飞行器110包括一个或多于一个如翼114的控制表面，其利于飞行器110的方向控制。在图1A-1C中示出的翼114是被动控制表面。在可替代实施例中，飞行器可包括主动控制表面。
[0065]至少一个图像采集设备156可联接到框架组件120上。举例来说，图像采集设备156可包括一个或多于一个照相机或具有固定或可变焦距的视频监控器。合适的图像采集设备的例子包括闭合电路数字照相机、数字视频设备、单镜头反光照相机之类。
[0066]图1D是根据实施例，与自主飞行器结合使用的拴绳140的示意图。参见图1D，在有些实施例中，拴绳140可以可选包括流体通道管142，当飞行器110联接到拴绳140时，在图1D中描述的实施例中，流体通道管142在拴绳140的中心轴向延伸以允许提供流体，比如比空气轻的气体给充气囊112。拴绳140还包括电气总线，该总线包括用来导通交流(AC)电的第一导体144和第二导体146。在图1D中不出的实施例中，第一导体144和第二导体是同轴排列的。拴绳140可还包括也是同轴排列的可选通信总线148。保护鞘149可环绕通信总线148。
[0067]远程电源180可为产生270伏到1200伏之间电压的交流(AC)电的地面电源。通过拴绳，导体144和166可传导交流(AC)电到飞行器110。飞行器110可包括将由远程电源180提供的交流(AC)电从交流电(AC)转换为12伏到48伏之间电压的直流(DC)电的电源转换器158和存储电力的电池159。
[0068]如图1B和图1C中所最佳描述的，在有些实施例中，拴绳140可通过合适的接口可拆卸地联接到飞行器110，该接口提供流体通道管142和充气囊112之间的流体连接、电气导体144、146和电源转换器158之间的电气连接。
[0069]在有些实施例中，飞行器110包括释放机构154以从拴绳上释放飞行器110。图2A-2E是根据实施例，与自主飞行器一起使用的释放机构的示意图。参见图2A-2E，在有些实施例中，释放机构154可包括两个相对的拴绳钩210a，210b，其可一起由参考数字210指代。在第一末端处，拴绳钩210可以被旋转地安装在框架120上，以至于它们能在第一位置和第二位置之间旋转，其中拴绳钩210在第一位置收缩，并且拴绳钩210在第二位置延伸，如图2A-2F中所描述的。
[0070]拴绳钩210包括在与第一末端相对的第二末端处的弯曲部分212。弯曲部分212可配置为接收可联接到拴绳140的拴绳球230。拴绳球230可联接到轴232。锁紧螺母234可安装到轴232，并且在第一位置(图2C)和第二位置(图2D)之间可以移动，在第一位置，锁紧螺母234从拴绳钩210的弯曲部分212处被移位，并且在第二位置处，锁紧螺母234毗邻于拴绳钩210的弯曲部分212以在合适的位置锁住拴绳钩210来保持拴绳球230。
[0071]在有些实施例中，栓绳钩210可包括驱动从栓绳钩210释放栓绳球230,从而释放拴绳140的致动器236。在有些实施例中，拴绳钩210可在向外方向上被偏置，使得在休息状态时，拴绳钩可以从拴绳球230 (图2F)被移位。在这样的实施例中，致动器236可包括闩件(latch)以保持拴绳钩210处在闭合位置(图2E)。闩件可由电磁阀或其他致动器236释放，以便允许拴绳钩210返回到休息位置(图2F)以释放拴绳球230。
[0072]在有些实施例中，拴绳球230可包括与拴绳140中的电气总线导体144、146联接的电气触点，并且拴绳钩210可包括对应电气触点以允许从拴绳140到拴绳钩210的电能传递。电缆214a、214b可从各自的拴绳钩210a、210b延伸以提供与电源转换器158的电气连接。
[0073]参见图3，在有些实施例中，飞行器110包括机载飞行控制系统130，其进而包括一个或多于一个处理器132和输入/输出接口 134。机载飞行控制系统130通过合适的通信链路通信地联接到远程飞行控制系统170。举例来说，在有些实施例中，拴绳140可包括提供在机载飞行控制系统130和远程飞行控制系统170之间的通信链路的通信总线。在可替代实施例中，在机载飞行控制系统130和远程飞行控制系统170之间可提供无线通信链路。远程飞行控制系统可包括I/O (输入/输出)接口 172、一个或多于一个处理器174和显示器或其他输入/输出机构176。
[0074]机载飞行控制系统130可联接到(多于一个)推力发生器150和控制表面152以控制飞行器110的飞行操作。进一步地，机载飞行控制系统130可联接到释放机构154和图像采集设备156。
[0075]在有些实施例中，飞行器110可以经由自主运转的远程飞行控制系统170或由和显示器或其他输入/输出机构176配合的操作员来控制。远程飞行控制系统170可产生传送给机载飞行控制系统130的指令信号，飞行控制系统130进而控制(多于一个)推力发生器150和/或(多于一个)控制表面152以控制飞行器110的飞行操作。进一步的，远程飞行控制系统170可产生控制信号以便管理释放机构154和(多于一个)图像采集设备156的操作。
[0076]图4是根据实施例，描述操作自主飞行器110的方法中的操作的流程图。参见图4，在操作410处，飞行器110联接到拴绳140。如上面所描述的，当飞行器110联接到拴绳140时，飞行器110通过拴绳140被供电(操作415)。在这种配置下，飞行器110从远程电源180获取其电力。
[0077]在操作420，机载飞行控制系统130接收控制信号，例如来自远程飞行控制系统170的控制信号，以从拴绳140释放飞行器，并且在操作425，机载飞行控制系统130激活释放机构154以从拴绳钩释放拴绳球230，从而释放拴绳140，从而允许飞行器110脱离拴绳自主运转。在这种配置下，飞行器110从电池159吸取其电力。
[0078]因此，按照本文的说明，提供能够部署在两种操作模式下的电动飞行器110:拴系模式和未拴系或自由飞行模式。在有些实施例中，飞行器110和其部件的重量在大约5到10磅之间，并且充气囊可充满密度小于空气的气体，使得飞行器110大约平衡悬浮并且能够悬停更长的时间段。
[0079]在拴系模式下，通过拴绳140中的电气总线导体144、146，飞行器吸取来自远程，比如地面电源的电力。在这种模式下，推力发生器150被激活以提供支持联接到飞行器的拴绳140的重量需要的额外上举力。在有些实施例中，拴绳可延伸500英尺或更多，为飞行器110提供宽的运转范围。
[0080]在未拴系或自由飞行模式下，飞行器吸取来自电池159的电力。因为飞行器大约处于平衡悬浮，所以仅仅要求(多于一个)推力发生器向前/相反运动；不需要推力来维持高度。这减少了从电池159吸取的电力。
[0081]图5A-?是根据实施例的包括自主飞行器的系统的各种部署方案示意图。在有些实施例中，飞行器110可从水面交通工具如船510 (图5A)、地面交通工具如汽车515 (图5B)或地面结构如塔520 (图5C)来部署。在进一步的实施例中，飞行器可通过环530联接到航空结构如浮力气球525 (图OT)。在有些实施例中，球525和环530帮助支持拴绳140的重量，这允许飞行器110使用较长的拴绳140，从而延伸飞行器110的拴系范围。本领域的技术人员将会意识到其他的部署方案是可能的。
[0082]尽管已经描述了各种实施例，但是本领域技术人员将会意识到在不脱离本公开的情况下可做出的各种改变或变化。例子说明了各种实施例，并且不意图限制本公开。因此，说明书和权利要求书应该被自由地诠释，仅具有鉴于相关现有技术而必须的限制。
【权利要求】
1.一种系统(100)，其包括: 电动的悬浮飞行器(110)； 操纵所述飞行器(110)的控制系统(130);以及 适于联接到所述飞行器(I1)和远程电源(180)的拴绳(140)，以当所述飞行器(110)联接到所述拴绳(140)上时给所述飞行器(110)供电，其中响应于指令信号，所述飞行器(110)可从所述拴绳(140)自动断开。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中: 所述远程电源(180)给所述拴绳(140)提供270伏到1200伏之间电压的交流电；以及所述飞行器(110)包括将所述交流电转换为12伏到48伏之间电压的直流电的电源转换器(158)。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中所述飞行器(110)包括: 充气囊(112)，其中充满了密度小于空气的气体；以及 联接到所述充气囊(112)的框架组件(120)。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括联接到所述框架组件(120)的至少一个推力发生器，其中所述推力发生器(150)由操纵所述飞行器(110)的所述控制系统(130)控制。
5.根据权利要求4所述的系统(100)，其中: 所述飞行器(110)是平衡悬浮的；以及 当所述飞行器(110)联接到所述拴绳(140)时，所述推力发生器(150)提供上举力以支持所述栓绳(140)的重量。
6.根据权利要求3所述的系统(100)，还包括联接到所述框架组件(120)的至少一个图像采集设备(156)。
7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的系统(100)，还包括从所述拴绳(140)释放所述飞行器(110)的释放机构(154)，其中所述释放机构由所述飞行器(110)上的所述控制系统激活。
8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的系统(100)，其中所述拴绳(140)通过环(530)附连到浮力气球(525)。
9.一种操作飞行器(110)的方法，其包括: 将电动悬浮飞行器(I1)联接到拴绳(140)上，当所述飞行器(110)联接到所述拴绳(140)时，所述拴绳提供与地面电源(180)的连接以给所述飞行器(110)供电；以及响应于指令信号，将所述飞行器(110)从所述拴绳(140)自动断开。
10.根据权利要求9所述的方法，其中响应于指令信号将所述飞行器(110)从所述拴绳(140)自动断开包括激活释放机构(154)以从所述飞行器(110)释放所述拴绳(140)。
【文档编号】B64B1/58GK104029811SQ201410083255
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】J·J·奇尔德里斯, J·J·维尼奥蒂斯 申请人:波音公司