CN103003152B - 无人机负载模组组件及回缩机构 - Google Patents

Abstract

在一个可行的实施例中，提出无人机负载模组回缩机构，所述无人机负载模组回缩机构包含负载枢接于壳体。偏压元件被装设用以将所述负载偏向出所述壳体外，及绞盘被连接至所述负载。伸长的可挠拉引元件被耦接在所述壳体与所述绞盘之间，所述伸长的可挠拉引元件能被所述绞盘拉动，以回缩所述负载于所述壳体内。

Description

无人机负载模组组件及回缩机构

相关申请案的交叉引用

本申请案要求下列美国临时申请案的权益，两个申请案都以全文引用的方式并入本文：

Belik等人于2010年6月29日提出申请的标题为UAV PAYLOAD MODULE CAMERAASSEMBLY AND RETRACTION MECHANISM的美国临时申请案第61/359,817号；及

Belik等人于2010年6月29日提出申请的标题为UAV HAVING HERMETICALLYSEALED MODULARIZED COMPARTMENTS AND FLUID DRAIN PORTS的美国临时申请案第61/359,809号。

背景技术

在设计小型无人载具时，减少重量和体积是最重要的。小型无人飞行载具或无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）通常被设计成从陆地起飞，及降落于陆地上。目前正在寻求可操作这种载具而暴露于，或者在被暴露到水中的环境中。例如，优选可将无人飞行器降落于水上，而不是陆地上，既可以减轻陆地的冲击，或因水上为更容易恢复的位置。一般来说，人力操作的和无人的水陆两用飞行器，都能够起飞和降落在水中。

手动发射的水陆两用无人机虽然不需要从水中起飞，但需要降落在陆地或水上。一些手动发射的无人机被设计成透过单独滑行而降落，或撞击地面，这相较于降落水面更为剧烈。

因此，亟需能承受降落于地面的高冲击的水陆两用无人机。

发明内容

在一个可行的实施例中，提出UAV负载模组回缩机构，所述UAV负载模组回缩机构包含负载枢接于壳体。偏压元件被装设用以将所述负载偏向出所述壳体外，及绞盘被连接至所述负载。伸长的可挠拉引元件被耦接在所述壳体与所述绞盘之间，所述伸长的可挠拉引元件能被所述绞盘拉动，以回缩所述负载于所述壳体内。

在不同实施例中，所述负载被枢接至所述壳体内的前位置，例如通过铰链。在不同实施例中，当所述负载在收起位置时，所述铰链被位于所述负载之前。在一些实施例中，所述铰链可包含枢轴杆，同时所述偏压元件包含弹簧，所述弹簧围绕所述枢轴杆而设置。在不同实施例中，所述偏压元件驱使所述负载进入展开位置。

在不同实施例中，所述负载包含照相机组件，所述照相机组件包含照相机及盘状托盘，所述盘状托盘经由铰链枢接至所述壳体，所述盘状托盘具有所述绞盘及盘致动器。在一些实施例中，所述盘致动器位于所述铰链与所述绞盘之间。

在不同实施例中，所述伸长的可挠拉引元件可为缆绳、皮带或其他拉引装置。

在一个可行的实施例中，提出具有负载模组的UAV负载模组回缩机构，所述负载模组具有壳体，在所述壳体的底壁具有开口。负载被枢接至所述壳体内的前位置。偏压元件装设用以将所述负载偏向出所述壳体外。绞盘被装设至所述负载，且可挠缆绳被耦接于所述壳体与所述绞盘之间，用来回缩所述负载进入所述壳体及从所述壳体释放所述负载。

在不同实施例中，所述负载可包含照相机组件，被设置以通过在所述底壁的所述开口枢转出所述壳体。在一些实施例中，所述可挠缆绳为皮带。所述偏压元件可驱使所述负载至展开位置，且所述偏压元件可包含弹簧。在不同实施例中，所述负载经由铰链枢接至所述壳体的前壁。在一些实施例中，所述铰链可包含枢轴杆，且所述偏压元件包含弹簧，所述弹簧被围绕所述枢轴杆而设置。

在不同实施例中，所述负载更包含照相机组件，所述照相机组件具有盘状托盘装设于其中，所述盘状托盘经由铰链枢接至所述壳体，所述盘状托盘包含所述绞盘及盘致动器，同时所述盘致动器位于所述铰链与所述绞盘之间。

附图说明

本发明的特征与优点可藉由详细说明、后附权利要求书及随附的图式而更易于理解，其中：

图1图示水路两用无人飞行载具的透视简图。

图2图示图1之水路两用无人飞行载具的机身的简化上视图。

图3图示图1之水路两用无人飞行载具的机身的简化侧视图。

图4图示负载模组之一实施例的简化的剖开侧视图。

图5图示图4的负载模组之一实施例的简化的剖开侧视图，所述负载被部分地收进所述壳体内。

图6图示图4的负载模组之一实施例的简化的剖开侧视图，所述负载被全部收进所述壳体内。

图7图示照相机组件的盘状托盘之一实施例的简化的剖开上视图。

具体实施方式

水路两用的无人飞行载具

图1图示水路两用的无人飞行载具（unmanned aerial vehicle）或UAV10的透视简图。UAV10具有水路两用的无人飞行载具10的机身100，所述机身100具有模组化隔间120、130及140以容纳模组化的组件或模组，例如电池模组20、负载模组30及航空电子模组40。在各种实施例中，翼部15及/或翼部16可由多个零件构成，在降落期间，所述多个零件可为分离的及/或“可拆开的”或与机身100是分离的。

图2图示图1之水路两用的无人飞行载具10的机身100的简化上视图。机身100的壁110由能漂浮材料所组成，以使机身100在所述机身满载组件如图1所示的电池20、负载30与航空电子40及其他飞行器零件与组件时，能在没有装设翼部（未图示）的情况下而漂浮。例如，壁110可具有以防水层密封的模制发泡体核心，虽然这非为必要的。壁110可为单一连续壁或多个壁片段，或类似物。

在这种实施例中，机身被分成三个隔间，前电池隔间120、中央负载隔间130及后航空电子隔间140。前电池隔间120与中央负载隔间130以分隔壁150隔开。中央负载隔间130与后航空电子隔间140以分隔壁160隔开。在所示实施例中，突耳104、105及106被用作固定组件（未图示）于隔间120、130及140内的装置。突耳105可通过可旋转的把手105h而手动旋转，以安装电池（未图示），然后再被转回至如图示的位置，以锁定电池于前电池隔间120内。也可使用可旋转的突耳104、105及106以外的其他固定机构。

电池隔间120具有安装表面122，所述安装表面122支撑电池（未图示）。在这种实施例中，连接器124，可为表面安装连接器或类似物，一般与安装表面122齐平。通道126f与通道126r被凹设于安装表面122之下。排水口，如通道126f内的滴流孔128b，延伸穿过机身100的底壁110b。通道126r内的滴流孔128s（如图1至图3所示）延伸穿过机身100的侧壁110s。

如果机身露出水面，连接器124的接合表面124m位于通道126f与通道126r的上方，会使在电池20（图1）连接/分开时，所述接合表面不会浸入水中。配线123f与配线123b可分别行进于通道126f与通道126b中，并且嵌壁式及/或嵌入式地经由机身100以提供电力至马达（未图示）、及航空电子模组40及/或负载模组30。

中央负载隔间130具有前安装表面132f与后安装表面132r，所述安装表面支撑负载，如照相机组件（未图示）。负载模组30可包含摄相的、侦测的、或其他被动的、主动的、非致命的（non-lethal）或致命的（lethal）负载装置。在这种实施例中，连接器134与安装表面132r齐平，所述连接器可为表面安装连接器或类似物。安装表面132r可形成外壳163以容纳连接器134与相关的配线。所述外壳可形成分隔壁160的下部。滴流孔228s（如图1至图3所示）可从外壳163之内开始延伸而穿过侧壁110s，允许将水排出外壳163。在这种实施例中，中央隔间130具有大型开口131于所述底部，使得可应用照相机，例如向下观看，或经由所述大型开口131将所述照相机降下至气流中。大型开口131也允许从中央隔间130排出流体。

在各种实施例中，连接器134的接合表面134m可位在高于外壳163顶部的开口131之上，以使即便所述机身没有完全露出水面，当负载30（图1）在连接/分开情况下，所述接合表面不会浸入水中。

后航空电子隔间140具有安装表面142，位于航空电子隔间140的底部。安装表面142具有前通道146f及后通道146r。通道146f与通道146r被凹设于安装表面142之下。排水口，例如通道146f中的滴流孔228s（如图1至图3所示），延伸穿过机身100的侧壁110s。通道146r中的滴流孔228b（如图2与图3所示）延伸穿过机身100的底壁110b。安装表面142内的倾斜的凹部229将水排出安装表面142外而进入通道146r。

图3中所示实施例具有开口141，位于机身100的侧壁110s内，以暴露出散热器41（图1），且允许释出由航空电子40（图1）所产生的热。

图3图示图1之水路两用的无人飞行载具10的机身100的简化侧视图。在这种实施例中，选择性滑行垫180与滑行垫190被固定于机身100的底壁110b。滑行垫180与滑行垫190在这种实施例中用于降落在坚硬表面。滑行垫180可位于前隔间120的正下方，且可以具有足够厚度与密度的耐久吸震材料来组装，以进一步保护在隔间120内的组件如电池20（图1）的冲击。类似地，滑行垫190可位于后隔间140的正下方，且可以具有足够厚度与密度的耐久吸震材料来组装，以进一步保护在隔间140内的组件，例如航空电子40（图1）。

滴流孔128s延伸穿过机身100的侧壁110s。滴流孔128s延伸穿过侧壁110s并进入电池隔间120的后通道126r。滴流孔228s延伸穿过侧壁110s并进入中央负载隔间130的外壳163。

流体排水口可为滴流孔、流体排水埠或类似物。

各种实施例提供机身100，使UAV能降落于水面及起伏地形。非将整个飞行器密封以防水侵入，各种实施例达到降落于水面的能力，是透过将个别的电气的与电子组件即电池、负载、航空电子及相关的连接器与配线密封。

这使得飞行器的其他部分能保持漂浮，且当所述UAV从水中退出时，藉由一组流体排出埠，将任何飞行器内的水排出。以此方式，电气的与电子组件的保护即非依赖于保持机身100或外壁110的整体性，因机身100或外壁110可能会在降落于坚硬及/或起伏地形（一般为降落于地面）期间受损坏。

这也使得飞行器内需要进行防水的体积达到最小化，从而减低整个系统的重量和复杂性。

再者，所述飞行器能降落于坚硬表面或起伏地形而不损坏电气的与电子组件的能力，不仅是藉由将这些组件置于模组化隔间120、130、及140内来达成，也藉由允许隔间120、130、及140的壁110能部分地变形而不致造成UAV故障来达成。所述壁110形成冲击区围绕在隔间120、130、及140内的电气的与电子组件，且分隔板能抑制组件20、30、及40相撞。可选择地，在一些实施例中，壁110与安装座122、132f、132r、及142为从壁110及/或所述壁的各自的分隔板150与分隔板160（图2）处嵌设的组件20、30、及40（图1）。额外的吸震材料（未图示）可加入至隔间120、130、或140内以更减少任何因冲击而损坏组件20、30、或40的机会。

如图1与图2所示，机身100可含有选择性的外通道110c于机身100的侧面110s，于航空电子隔间140的侧壁110s上，从孔218向后延伸至飞行器10的尾部。配线203延伸通过孔218并沿着外通道110c以将航空电子组件40连接至驱动器组件202，用来致动在飞行器10尾部的翼面（control surfaces）。外通道110c使得可以很容易地接触配线以进行检查、维修和更换。

收放式照相机组件

（图4至图7）

图4图示负载模组30之一实施例的简化的剖开侧视图。参照图1、图3及图4至图7，提供负载400的回缩机构410用来将负载400从UAV10内的停伫位置（如图6所示），且因此从UAV10的机身100的底部110b，移动至延伸至如图4所示的负载模组30之外的位置。图5图示图4的负载模组30之一实施例的简化的剖开侧视图，负载400被部分地收进壳体35内，而图6图示图4的负载模组30之一实施例的简化的剖开侧视图，负载被全部收进壳体35内。

负载400可为万向盘，及如所示的倾斜照相机组件405，所述照相机组件405在延伸位置可在UAV10下方并绕UAV10而观看。在照相机组件405的收回或延伸期间，照相机组件405绕着单一枢转点/轴或铰链420移动。照相机组件405以延着所述壳体35之外的箭头422d所示的调动的方向而移动，及延着将负载400装进壳体35内的箭头422s所示的方向而移动。在其他实施例中，铰链420可具有多个枢转轴（未图示）的多个枢转点。

一般来说，在照相机组件405上的这种铰链420的另一端为绞盘430。绞盘430接着被直接地或间接地透过缆绳440连接于、连接至或与壳体35之壁35w连接，例如与锁固件450，或其他对前壁35f的锁定装置，以使得透过操作绞盘430而能将照相机组件405全部收回于模组30的壳体35内。绞盘430位于盘状托盘415内。

在于或围绕于铰链420的偏压元件，如弹簧460，用来将负载400偏向朝所述偏压元件延伸位置的下方（如图4所示）。连接至照相机组件405及/或壳体35的停止件、座或限制器（未图示）可用来限制所述照相机组件在所述照相机组件的延伸位置的运动。在一些实施例中，缆绳440可以其本身或额外地与其他限制器，限制照相机组件405在它的延伸的位置处的运动，并因这在所述照相机完全延伸时处于张力状态。再者，在一些实施例中，当照相机组件405伸入气流中时，弹簧460提供足够的力量以保持照相机组件405稳定。在其他实施例中，当照相机组件在延伸时若需要的话，可使用可致动的锁固机构（未图示）来固定所述照相机组件。

负载400可设置于UAV10中，如此沿着UAV10行进的方向会使照相机组件405绕铰链420旋转而进入所述壳体。在回缩机构410故障的情况下，当所述UAV10在降落而接触地面时，这种配置将允许照相机组件405缩回至UAV10中，从而降低损及负载400的可能性与严重性。为利于这一目的，铰链420或其他枢轴构件位于前方且靠近壳体35的底部。因此，铰链420可置于所述壳体35的前壁35f，使得铰链枢轴杆795（图7）的中心轴垂直于UAV10运动的方向。

缆绳440的使用进一步提供了可靠的操作和环境的适应能力，及重量的减轻。这里述及的用语缆绳，包括了编织缆绳、带状缆绳、皮带、带子、绳子、锁链或其他用来支撑张力或拉力的可挠装置。在一实施例中，缆绳440可为尼龙（NYLON）、克维拉纤维（KEVLAR）或其他材料的可靠的、重量轻的、不易腐蚀的带子。

在这种实施例中，锁固件450也可作为供照相机组件405的停止件或座450r。在这种实施例中，当所述照相机组件如图6所示全部缩回时，盘状托盘415面向座450r而置放。在其他实施例中，锁固件450与座450r可为不同的机构。

图7图示照相机组件405的盘状托盘415之一实施例的剖开上视简图。盘状托盘415包覆盘状马达组件745，所述盘状马达组件745用来使照相机组件405移动拍摄。绞盘马达735也被包覆于盘状托盘415中，并经由同样包覆于盘状托盘415中的蜗轮755而耦接至绞盘滚筒785。绞盘滚筒785在盘状托盘415之外部，并位于枢轴杆795对面。

在这种实施例中，壳体35的底部35b未密封，所以负载模组30具有开放式底部35b以利于负载400的调动。因此，在这种实施例中，盘状托盘415及倾斜圆柱425个别地被密封。倾斜圆柱425一般包覆俯仰操纵电动机组件（未图示）及摄相的、侦测的或其他被动的、主动的、非致命的或致命的负载装置465与负载装置475。

值得注意的是任何参照“一个实施例”或“一实施例”意指任何描述与所述实施例有关的特定特征、结构或特性，必要时应包含于实施例中。在本说明书不同处的用词“在一实施例中”，并非都指相同实施例。

这里提供的图式和例子为说明之目的，而不是为了用来限制所附的权利要求书。本公开应视为本发明的例证原则，所附实施例并无意限制本发明的精神和范围及/或权利要求书。

所述领域中的技术者可将本发明进行修改，以达到本发明特定的应用。

本专利中所含的讨论目的是作为一个基本的描述。读者应知道，具体的讨论可能不会明确描述所有可行的实施例，且替代方案是隐含的。此外，这种讨论可能未完全解释本发明的一般性质，也可能没有明确说明每个功能或元件可如何被取代或等效置换。再者，这些概念是隐含在本公开中的。在本发明中介绍了装置导向的用语，每个元件的隐含地执行所述装置的一项功能。还应该了解的是，可作出各种变化而不偏离本发明的本质。这种变化也隐含在所述描述中。这些变化仍属于本发明所要求保护的范围。

此外，本发明及权利要求书中的每一不同的元件也可以各种方式来实现。本公开应理解为包括每个这样的变型，无论是任何装置实施例、方法实施例的变型，甚至仅仅是任何这些元件的一个变化。特别是，应理解的是，与本发明元件相关的公开，即使仅功能或结果相同，其每个元件的用语可用等价的设备用语来表示。这种等效，更广泛，更通用的用语，甚至应该被认为是涵盖在描述每个元件或动作。这些用语可为了显现本发明所赋予的隐含的范围的目的而被替代。同样地，每个所公开的物理元件应被理解为涵盖物理元件利于达成的所公开的动作。这些变化和替代用语应被认为是所述详细说明所明确揭示。

在描述了与本发明相关的数个实施例后，应对于所述技术领域者具有将本发明变化的建议。这里的例示实施例非用于限制，而各种配置和特征的组合均为可能的。因此，本发明不仅限于所公开实施例，应以所附的权利要求书为准。

Claims (21)

1.一种无人机负载模组回缩机构，包含：

a)负载模组壳体；

b)负载，枢接至所述壳体；

c)绞盘，连接至所述负载；

d)偏压元件，被装设用以将所述负载偏向出所述壳体外；及

e)伸长的可挠拉引元件，耦接于所述壳体与所述绞盘之间，所述伸长的可挠拉引元件连接到所述绞盘，使得所述伸长的可挠拉引元件被拉动到所述绞盘上用于回缩所述负载于所述壳体内，以及使得所述伸长的可挠拉引元件从所述绞盘延伸用于从所述壳体释放所述负载。

2.如权利要求1的机构，其中所述偏压元件包含弹簧。

3.如权利要求1的机构，其中所述负载被枢接至所述壳体内的前位置。

4.如权利要求3的机构，其中所述负载被枢接至所述壳体的前壁。

5.如权利要求1的机构，其中所述负载经由铰链而枢接至所述壳体。

6.如权利要求5的机构，其中所述铰链在所述负载的前方位于收起位置。

7.如权利要求5的机构，其中所述铰链包含枢轴杆，且其中所述偏压元件包含弹簧，所述弹簧围绕所述枢轴杆而设置。

8.如权利要求1的机构，其中所述偏压元件驱使所述负载进入展开位置。

9.如权利要求1的机构，其中所述伸长的可挠元件为缆绳。

10.如权利要求1的机构，其中所述伸长的可挠元件为皮带。

11.如权利要求1的机构，其中所述负载包含照相机组件，所述照相机组件包含照相机。

12.如权利要求11的机构，其中所述绞盘被装设于所述照相机上方。

13.如权利要求11的机构，其中所述照相机组件更包含盘状托盘，经由铰链枢接至所述壳体，所述盘状托盘包含所述绞盘及盘致动器，且其中所述盘致动器位于所述铰链与所述绞盘之间。

14.一种无人机负载模组回缩机构，包含：

a)负载模组壳体，包含开口于所述壳体的底壁；

b)负载，枢接在所述壳体内的前位置；

c)偏压元件，被装设用以将所述负载偏向出所述壳体外；

d)绞盘，被装设至所述负载；及

e)可挠缆绳，耦接于所述壳体与所述绞盘之间，使得所述可挠缆绳被拉动到所述绞盘上用来回缩所述负载进入所述壳体及从所述壳体释放所述负载。

15.如权利要求14的机构，其中所述负载包含照相机组件，被设置以通过在所述底壁的所述开口枢转出所述壳体。

16.如权利要求14的机构，其中所述可挠缆绳为皮带。

17.如权利要求14的机构，其中所述偏压元件驱使所述负载至展开位置。

18.如权利要求14的机构，其中所述偏压元件包含弹簧。

19.如权利要求14的机构，其中所述负载经由铰链枢接至所述壳体的前壁。

20.如权利要求19的机构，其中所述铰链包含枢轴杆，且其中所述偏压元件包含弹簧，所述弹簧围绕所述枢轴杆而设置。

21.如权利要求14的机构，其中所述负载更包含照相机组件，所述照相机组件具有盘状托盘装设于其中，所述盘状托盘经由铰链枢接至所述壳体，所述盘状托盘包含所述绞盘及盘致动器，且其中所述盘致动器位于所述铰链与所述绞盘之间。