CN103025609A - 可重新构造的蓄电池运行的交通工具系统 - Google Patents

Abstract

一种四旋翼UAV，其包括：坚固的、集成蓄电池、负荷承载主体；所述负荷承载主体上的两个臂体，每个臂体都具有两个旋翼；控制模块，其安装在所述负荷承载主体上；有效负载模块，其安装在所述控制模块上；以及，起落橇，其构造为起落装置。所述两个臂体可以下列臂体替换，即具有用于地面交通工具用途的轮子的臂体、具有用于水面用途的浮体和螺旋桨的臂体、以及具有用于水下用途的俯仰控制螺旋桨的臂体。取决于所附接的所述臂体的类型，所述控制模块经构造以作为无人空中交通工具、无人地面交通工具、无人（水）表面交通工具以及无人水下交通工具运行。

Description

可重新构造的蓄电池运行的交通工具系统

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年5月26日提交的美国临时申请No.61/396,459和2010年7月7日提交的美国临时申请No.61/399,168的权益，为了所有目的将两者的全部内容包含在此以供参考。

技术领域

本发明主要涉及一种无人、蓄电池运行交通工具（例如，UAV），并且更具体地涉及一种能够为了多种用途重新构造的蓄电池运行交通工具。

背景技术

四旋翼UAV（无人空中交通工具）通常特征为，具有在X构造（当从上部观察时）中横向伸出的四个臂体的中心主体。每个臂体都支撑向上导向的一个直升机型旋翼。通过改变每个旋翼的速度实现对四旋翼飞机的典型控制，该旋翼通常相对于其任一侧的旋翼反向旋转（并且与相反侧上的旋翼沿相同方向旋转）。

例如，通过使相对其他叶片的反向旋转并且以相同速度使相对角叶片一起成对运行完成盘旋。通过关于相对另一个提高一个对角对的速度完成偏航，而通过相对改变邻近叶片对的速度完成俯仰和滚转。通过在俯仰和滚转中倾斜飞行器完成向前、倒退和左右摆动运动，从而导致发动机的合力包括横向分量。在本领域已知各种其他控制方案。

典型的蓄电池运行无人交通工具特征在于，其中单独、集成或可拆卸地附接全部命令和控制硬件和软件的主结构主体构件（例如，机身）。通常在轻质封装中提供蓄电池，诸如被可拆卸地接收到机身的蓄电池槽中的收缩管。一旦将其接收在蓄电池槽中，机身通常就向蓄电池提供结构支撑和保护。

通常认为锂蓄电池是优选的蓄电池种类。由于运送锂蓄电池中的风险，所以对于锂蓄电池和蓄电池组（例如，互连蓄电池组）的运送容器有严格的运输部门的要求。为了所有目的通过引用在此并入一份“UN Manual of Test and Criteria,4^th Revised Edition,Lithium BatteryTesting Requirements”。由于锂蓄电池的严格运送要求，所以在运送期间通常使用满足运送要求的稳健运送容器以运输多个蓄电池和/或蓄电池组。

一旦运送完成，并且将蓄电池分配给终端用户，蓄电池和/或蓄电池组就可能失去坚固封装容器的保护，并且直到将其安装到其各自的交通工具上之前都可能受到损伤。通常，每个蓄电池组都特别构造并且提供给单一类型的交通工具或装置。因而，蓄电池供应易受损伤影响，并且当必须运送大批蓄电池类型时，满足运送需求可能面临挑战。

因此，存在对这样一种蓄电池运行交通工具系统的需求，其中当不受运送容器保护时，蓄电池不易受损，并且它们可被多种交通工具和其他装置自由使用。本发明的优选实施例满足这些和其他需要，并且提供进一步相关优点。

发明内容

在不同实施例中，本发明解决了上述一些或全部需要，提供这样一种蓄电池运行交通工具系统，其中当不受运送容器保护时，蓄电池不易受损，并且它们可被作为主要结构构件由多种交通工具和其他装置自由使用。

一方面，本发明可通过包括形成蓄电池模块、控制模块和一个或更多推进模块的主体，经构造用于一系列任务。蓄电池模块提供一种足以为一系列任务的交通工具提供原动力的蓄电池容量。蓄电池模块具有多个结构性和电子连接端口，用于连接其他组件。控制模块包括控制系统，其经构造以控制交通工具的运行，并且被通过多个连接端口中的第一连接端口直接且可拆卸地连接至蓄电池模块。每个推进模块都包括发动机，其经构造以提供推进力，从而使交通工具移过一系列任务中的一个或更多任务，并且推进模块被通过多个连接端口中的另外连接端口直接且可拆卸地连接至蓄电池模块。

另外，其中推进模块和控制模块每个都连接至蓄电池模块的该构造提供蓄电池模块作为交通工具的主结构构件，其承载推进模块之间的结构性负荷，并且支撑（通常非常轻）控制模块和有效载荷。由于蓄电池模块的稳健结构，所以可将其设计为满足蓄电池的严格交通运输要求。使用稳健蓄电池模块作为主交通工具结构避免了使用两个稳健结构（一个用于蓄电池（为了安全运输），而另一个为了单独的交通工具主体）的需求。

在本发明的另一方面，第一组推进模块每个都可能包括处于臂体相反端的两个基本竖直定向的推进器，其具有位于中心（臂体上）的连接器。第二组推进模块每个都可能包括处于臂体相反端的两个轮子，其具有位于中心（臂体上）定位的连接器。第三组推进模块每个都可能包括处于臂体相反端的两个浮体、发动机驱动螺旋桨，以及位于中心（臂体上）定位的连接器。第四组推进模块每个都可能包括处于臂体相反端的两个俯仰控制螺旋桨，其具有位于中心（臂体上）定位的连接器。有利地，通过简单地改变附接至蓄电池模块的推进模块类型，交通工具可在四旋翼飞机、有轮地面交通工具、水面交通工具和潜水交通工具之间转换。

在本发明的另一方面，该交通工具形成四旋翼飞机，其具有每个都稍微朝交通工具的前端成一定角度的四个推进器。该向下俯构造使得飞机向上仰从而盘旋，同时允许以蓄电池和控制模块基本水平地巡航向前飞行。有利地，这最小化了盘旋期间的向后观察，同时最小化巡航飞行期间的空气阻力。

在本发明的另一方面，可在交通工具的任一端可交替地使用每个推进模块。因而，可使用单个替换推进模块替换损坏的前推进模块或损坏的后推进模块。

在本发明的仍另一方面，臂体连接至主体的相反纵向端上的蓄电池模块。每个臂体连接器都构造有附接至其各自臂体的端盖。每个主体连接器都构造有凹槽，其适合当臂体连接器被连接至主体连接器时，一致地并且纵向接收臂体。主体连接器凹槽经构造，以直接承载来自臂体连接器臂体的所有竖直负荷，臂体连接器端盖不承受负荷。结果，主结构性力在臂体和蓄电池单元之间基本直接传递，并且端盖不需要向臂体自身一样稳健。这节省了重量，并且提供一种更可靠的结构。

参考作为例子示出本发明的原理的附图，通过下文优选实施例的详细说明将明白本发明的其他特征和优点。下文列出以使得人们能够建立和使用本发明的实施例的特别优选实施例的详细说明无意限制所列举的权利要求，相反，它们作为保护要求的发明的具体例子。

附图说明

图1示出使用本发明的UAV（无人空中交通工具）的透视图。

图2示出图1中所示的UAV的分解透视图。

图3示出图1的UAV的坚固、集成蓄电池、负荷承载主体的透视图。

图4示出图3的UAV的坚固、集成蓄电池、负荷承载主体的端视图。

图5示出图1的UAV的UAV推进臂体的透视图。

图6示出图5的UAV推进臂体的连接模块的后视图。

图7示出图1中所示的UAV的示意性顶视图。

图8示出图1的UAV的控制模块的顶视图，其具有被看作半透明的上部表面。

图9示出图8的控制模块的底视图，其具有被看作半透明的上部表面。

图10示出定向为向前飞行的图1中所示的UAV的侧视图。

图11示出定向为盘旋或着陆的图1中所示的UAV的侧视图。

图12示出图10中所示的UAV的前视图。

图13示出图10中所示的UAV的顶视图。

图14示出图1中所示的UAV的分解透视图。

图15示出图1的UAV的UAV推进臂体的透视图。

图16示出可用于将图1的UAV转变为图17的UGV的UGV推进臂体的透视图。

图17示出被转变为UGV的图1的UAV的透视图。

图18示出图1中所示的UAV的几种变化的表示。

图19示出经封装用于在容器中运输的图1中所示的UAV的顶视图。

图20示出图19中所示的经封装UAV的前视图。

图21示出转变为USV的图1的UAV的分解透视图。

图22示出图21的USV的顶视图。

图23示出图21的USV的透视图。

图24示出图21的USV的侧视图。

图25示出图21的USV的前视图。

图26示出转变为UUV的图1的UAV的分解透视图。

图27示出图26的UUV的顶视图。

图28示出图26的UUV的透视图。

图29示出图26的UUV的侧视图。

图30示出图26的UUV的前视图。

图31示出体现本发明的UAV的第二实施例的透视图。

图32示出图31中所示的UAV的分解透视图。

图33示出为图31中所示的UAV一部分的主体的分解透视图。

图34示出图31中所示的UAV的主体和图31中所示UAV的推进模块之间的连接的局部横截面图。

图35示出图34中所示的连接的分解局部透视图。

图36示出用于体现本发明的任何交通工具的地面控制站的透视图。

具体实施方式

通过参考应结合附图阅读的下列详细说明可更好地理解上文总结和所列举的权利要求限定的本发明。下文陈述的使得人们能够建立和使用本发明的特殊实施的本发明的特殊优选实施例的该详细说明无意限制所列举的权利要求，而是有意提供其具体的例子。

参考图1和2，本发明的第一实施例包括：主体101，其被构造为电蓄池和交通工具的主结构元件；两个UAV（无人空中交通工具）推进臂体103；控制模块105；有效载荷模块107；以及，两个起落装置109。

参考图1-3，主体101为多功能蓄电池结构，其经构造以作为多种交通工具的核心交通工具结构工作。该主体包括圆形（圆柱）碳管结构111，并且集成包括形成小型锂蓄电池（即，一个或更多蓄电池以及形成蓄电池控制器的蓄电池板的蓄电池组）的多个互连（并联）串联锂蓄电池单元113堆。该主体结构满足了运送集成包括在主体内的蓄电池的所有必需运送要求，尤其是“联合国测试和标准手册，第四修订版，锂蓄电池测试要求（UN Manual of Test and Criteria,4^th RevisedEdition,Lithium Battery Testing Requirements）”的要求，为了所有目的其通过引用合并于此，并且因而承载一个或更多主体（即，蓄电池）的任何运送容器都将仅具有标准容器运送要求。

蓄电池控制器跟踪蓄电池用途、蓄电池充电，通过包含在蓄电池结构中的计量器监控蓄电池温度，并且管理作为智能蓄电池已知的其他蓄电池功能。主体的圆形形状提供高强度和刚度。主体也包括大熔丝，并且所有的蓄电池热都被无源耗散。

该主体包括三个连接器，其包括两个侧连接器121和中间连接器123。两个侧连接器位于圆柱形主体的纵向末端，并且每个都经构造以结构和电连接至推进臂体103。中间连接器沿主体长度的中央定位，并且经构造以结构和电连接至控制模块105。中间连接器经加固，以便尽管有提供电子连接的开口，也能保持其强度和刚度。中间连接器包括弹簧124，其向上延伸以在功能性电连接器连接之前进行初始接地。中间连接器的中央位置帮助最小化在蓄电池之间延伸的电线的重量。

参考图3-6，每个UAV推进臂体都包括：碳管支撑轨131；处于支撑轨的中央的臂体连接模块133；一对发动机135；一对发动机座137，其每个都处于支撑轨的纵向末端，并且每个都将其中一个发动机安装至支撑轨；以及，一对推进器139，其每个都被附接至其中一个发动机，以便发动机能够关于支撑轨旋转地驱动其各自的推进器。连接模块可包括双发动机控制器，其经构造以控制两个发动机的运行。作为替换方式，单独的发动机控制器可被包含在每个发动机座中。推进器足够大，以向后几乎延伸至连接模块，并且整个系统经构造，以向下在推进臂体的各个零件上吹空气，并且因此提供可能需要的任何冷却。发动机能够以不同速度运行（包括反向运行），以控制飞行器。

每个臂体的连接模块133都经构造，用于连接至主体的两个侧连接器121的任一个，形成主体任一端的端盖。该连接包括配对电子连接器（侧连接器电子电子连接器141和连接模块电子连接器143），其用于传送功率、控制信号等等。该连接还在每个侧连接器中包括凹槽145，该凹槽经构造，以一致地接收支撑轨131的圆周的一部分（并且可能是大部分），以便大量垂直和扭转负荷可在支撑轨和侧连接器之间传递，而不由连接模块133显著承载。连接模块通过连接模块中的翼形螺钉147（其被接收在侧连接器中的带螺纹孔体149中）连接至其各自的侧连接器，因此将支撑轨纵向保持在侧连接器上和凹槽中。

如图7中所示，每个推进臂体都将具有一个顺时针旋转的推进器和一个逆时针旋转的推进器。由于连接模块133经构造以连接至任一个侧连接器121，所以推进臂体103可连接至主体101的任一端，并且仅需要一个备用推进臂体，以作为两个主推进臂体的代替部件使用。应明白，飞行负荷期间的大多数偏转发生在推进臂体中，其明显小于主体中的直径。结果，推进臂体为较弱的链接，并且将可能在极端负荷下首先破损。

参考图2、3、8和9，控制模块105通常包括几乎所有的命令和控制设备。这可能包括一个或更多印刷电路板，其具有天线、传感器和用于GPS/INS（全球定位系统/惯性导航系统）控制的处理功能性、自动驾驶功能性、以及用于多种不同有效载荷的控制和处理。每一块都经定位，以高效连通和限制电线重量。通常，GPS/传感器板将处于背部，而自动驾驶仪（其必须与推进臂体通信）处于中央。有效载荷板由于有效载荷而处于前面。

控制模块105通过处于控制模块和主体纵向末端的配对钩151和闩153系统可拆卸地附接至主体101上的两个把手152。通过配对电子连接器（连接至主体101的中间连接器123的处于命令模块上的命令连接器155）提供电子连接，用于在控制模块和主体之间传送功率、控制信号等等。

有效载荷模块107以稍微偏斜的（即，如图10中所示，向下俯）角度（通常为10度量级）附接至控制模块的前端161。可交替使用多种不同的有效载荷模块。这些模块可包括IR（红外）、EO（电光）、日间和/或夜间相机、以及用于跟踪、定目标和/或通信功能的其他设备。配对控制器系统将有效载荷模块结构和电链接至控制模块，提供与控制模块的电子通信和电交换。

与其他模块（例如，主体101和推进臂体103）相比，由于其大量的电子器件和软件，所以控制模块105可能相当昂贵。因此相比较来说，其他单元可被认为是非常可消费的（expendable）。有利地，控制模块仅承载非常小的负荷（例如，其自身重量和有效载荷模块的重量），并且因此可被制作地非常轻。由于控制模块处于主体顶部的位置，并且由于主体保护控制模块不受高负荷（通过在两端和中间连接），所以控制模块能够起非常稳健和持久的装置的作用，而不需要其自身的稳健结构性元件。

参考图10-13，虽然定向为大致向上方向，但是每个推进器都以从水平稍微向下的偏斜俯仰角度（以10度量级，例如，参见图10）朝着前端161稍微成一定角度。由于该构造，所以UAV以稍微升起的俯仰角度（以10度量级，例如，参见图11）盘旋，这补偿了（即，拉平）有效载荷的稍微偏斜角度，并且将控制模块的后端部分从进入有效载荷的向后和向下视图清除。在典型实施例中，为了数字变焦，可能预期该载荷具有+/-25倾斜角的360度观察能力。

在该实施例中，不是通过推进臂体的变化实现推进器的向前俯仰。相反，侧连接器121在向下俯的方向中稍微成一定角度（以10度量级）。因而应明白，虽然推进臂体不是特定用途，但是主体101通过定末端连接器的角度限定了前部和后部。此外，虽然飞行器能够在任何方向飞行，但是向前方向的飞行通常更高效。也应明白，控制模块通过处于主体前端的控制模块105的前端161附接至主体101，因而将有效载荷模块放置在主体的前端。钩、闩及其各自的把手具有不同构造，以避免尝试向后附接控制模块。

在以巡航速度的向前飞行中（参见图10和12），飞机从盘旋方向向下俯从而处于水平飞行，以便每个推进器都在控制模块的前端161的方向提供升力和推进力。由于飞行在主体的水平方向发生（而非典型四旋翼将成的角度），所以其仅以沿其主体的最小风阻向前飞行。

推进器通常是本发明的UAV上的仅有移动主要部件（或控制表面）。然而，其他移动部件可包括控制模块中的冷却风扇发动机，以及用于在有效载荷中重新定向相机的定位装置。

两个UAV着陆腿109中的每个都在两个推进臂体103之间延伸。这些腿被构造为起落橇（skid），并且其经构造，从而以一定角度支撑飞行器，以提供着陆的飞行器关于将用于盘旋的相同向上角度成一定角度。有利地，这提供平稳的竖直起飞，并且允许飞行器在适当方向降落在高、水平物体上，使得有效载荷就位和向下盯住目标。

为了从所有元件都封装在搬运器（例如，参见图19和20）中的构造装配UAV，所以从搬运器卸下蓄电池单元（主体）。然后将推进臂体从搬运器卸下，并且将其附接至主体的末端。更具体地，每个推进臂体都卡在适当位置，并且将其翼形螺钉向下拧紧。然后将起落装置从搬运器移走，并且将其适当地附接至推进臂体。然后从搬运器卸下命令模块，将其钩在主体前端的把手上，并且使其向下摆，以便连接器匹配并且闩锁在主体后端的适当位置。最后，将有效载荷卡入或者夹在适当位置。

参考图18，其他有效载荷也在本发明的范围内（对于本文所述的各种实施例）。例如，或者为使用上文公开的有效载荷模块，或者为任选的较低有效载荷盘301、科学有效载荷303，诸如声学或其他SIGINT（信号智能）传感器和/或发射器、先进的ISR（智能、监视和侦察）传感器305（例如，绘制战场地图），或其他这样的有效载荷307（例如，军需和可投下的有效载荷）。

除了使用主体，还可提供用于四旋翼UAV的控制模块和有效载荷模块、该实施例的其他可能用途和构造。参考图14-17，可以一对带轮UGV（无人地面交通工具）推进臂体203代替UAV推进臂体103。如上所述，推进臂体由形成支撑轨231的碳管制成，并且包括发动机235和发动机控制器（除了轮子239之外）。UGV推进臂体也包括连接模块223，其连接至任一个侧连接器121（即，在主体的任一端），所以能够使用备用UGV推进臂体代替任一主动UGV推进臂体。

发动机控制器软件不同，但是包含在推进臂体内，以便差别对于控制模块不可见。如上所述，能够有双发动机控制器，诸如连接模块233中的控制器，或者能够有用于或者由每个发动机使用的单独控制器。发动机能够以不同速度运行（包括反向运行），以方向控制飞行器。

推进模块为即插即用型，并且控制模块105能够感测附接了哪个推进模块，并且因此在其发送至附接的推进臂体103/203的控制命令中做出任何必需的区分。可能使用相同的有效载荷107，或者可能优选具有不同方向的单独UGV有效荷载207（以补偿水平观察角度并且提供更向上的视图）。如果该UGV具有足够大的轮子以及能够反向方向读入的GPS天线，UGV就可能经构造以即使将其完全颠倒也能运行。除了不需要安装起落装置之外，装配UGV的方法都类似于UAV。

参考图21-25，通过以一对USV（无人水面交通工具）推进臂体303代替UAV（四旋翼）推进臂体103或UGV推进臂体203提供本实施例的另一可能构造。为了最小化阻力和提高稳定性，每个推进臂体都由多个形成支撑轨331的空气动力学形状（在推进方向）的碳管制成。空气动力学形状适合最小化行进方向中的支撑轨的横截面（例如，参见图25）。

支撑轨包括主轨361和将主轨连接至连接模块333的两个腿部363。每个主轨都在其两端的每一端承载浮体339。至少一个（可能两个）推进臂体的主轨也承载一个或更多发动机335（例如，两个），其每个都驱动螺旋桨371从而产生推力。每个推进臂体都包括一个或更多发动机控制器（除了发动机之外）。推进臂体连接模块333连接至任一个侧连接器121（即，在主体101的任一端）。主轨经构造以将发动机延伸至水体（例如，在水面下）内，同时浮体将USV支撑在水面上。可任选地，浮体和发动机可经构造，所以备用推进臂体能够经构造以在主体的任一侧上工作。

发动机控制器软件不同，但是包含在推进臂体内，以便差别对于控制模块不可见。如上所述，能够有双发动机控制器，诸如连接模块333中的控制器，或者能够有用于或者由每个发动机使用的单独控制器。发动机能够以不同速度运行（包括反向运行），以方向控制飞行器。

控制模块105能够感测附接了哪个推进模块，并且因此在其发送至附接的推进臂体303的控制命令中做出任何必需的区分。可能使用相同的有效载荷107，或者可能优选具有不同方向的单独USV有效荷载307（以补偿水平观察角度并且提供更向上的视角）。装配USV的方法类似于UGV。每个连接器都具有密封件，其保护所有的电连接使其不与水接触，并且每个模块都水密。

参考图26-30，通过以一对UUV（无人水下交通工具）推进臂体403代替UAV（四旋翼）推进臂体103、UGV推进臂体203或USV推进臂体303提供本实施例的另一可能构造。如上所述，推进臂体由形成支撑轨431的碳管制成。在支撑轨的两个末端中的每个末端，推进臂体都包括驱动螺旋桨471的推进发动机435以及瞄准发动机473，瞄准发动机473绕支撑轨的纵向轴线独立地旋转其各自螺旋桨以及推进发动机（以俯仰发动机）。推进臂体再次包括连接模块433，其连接至任一个侧连接器121（即，在主体101的任一端），所以备用推进臂体能够经构造以在任一侧上工作。

每个推进臂体都包括一个或更多发动机控制器（除了各种发动机外）。发动机控制器软件不同，但是包含在推进臂体内，以便差别对于控制模块不可见。在每个臂体中都能够有双（或者甚至是四个）发动机控制器，诸如连接模块433中的控制器，或者能够有用于或者由每个发动机使用的单独控制器。发动机能够以不同速度运行（包括反向运行），以方向控制飞行器。

控制模块105能够感测附接了哪个推进模块，并且因此在其发送至附接的推进臂体403的控制命令中做出任何必需的区分。可能使用相同的有效载荷107，或者可能为具有适合水下环境的不同仪器的单独UUV有效荷载407。装配UUV的方法类似于USV。每个连接器都具有密封件，其保护所有的电连接使其不与水接触，并且每个模块都被密封以防止水进入。

在本发明下，上述交通工具的任何组合都形成具有许多共同核心部件的可人为封装、可重新构造的交通工具系统。由于该共同元件，所以控制模块的费用能够限于单个单元（或者如果保持备用单元，则为有限数目），即使对于多种不同交通工具也是如此可用。对于所有交通工具，该系统可仅具有一个蓄电池，或者多个蓄电池单元。公共备用部件、有效载荷、蓄电池充电器和地面控制站（包括加强型计算机）简化了系统的轻便性和使用。交通工具系统可快速从一种交通工具构造转变为另一种构造，并且能够易于将单组交通工具组件从一个蓄电池单元交换为另一单元，以允许半连续使用，同时发生蓄电池重新充电。控制模块能够易于识别交通工具的构造，并且适合使用适当的控制协议，并且能够使用单个GCS（地面控制系统），用于控制不同交通工具类型以及与其通信。

该交通工具系统也可被构造用于多交通工具操作。例如，地面和水基交通工具（UGV、USV和UUV）可能要求更大范围的通信信号空中传播中继。交通工具系统可经构造，用于与UGV、USV或UUV（可任选地使用引导（follow-me）操作模式）的坐标控制，以提供空中传播中继。同样地，对于爆炸命令处理，UAV能够调查该区域，而UGV传送爆炸物以摧毁威胁。类似地，可使相同类型的多个交通工具（例如，多个UAV）协调运行，以便在给定飞行构造中，通过搜索模式提供更快的搜索操作。

该高效系统可支撑多种军事和民用任务，包括UAV、UGV、USV和UUV通常可用的许多任务。一些这样的任务包括战术和隐蔽监视、盘旋/就位和固定监视、特殊有效载荷传送、检查站安全（包括交通工具下的检查）、EOD（爆炸军械处理）、团队情况通告、IED（临时爆炸装置）检测和摧毁、海岸监视、矿山搜索、室内盘旋侦察、消防评估和管理、搜索和拯救行动、公共集会、暴动、犯罪现场、交通事故、交通拥塞和步行追击监视。

本发明的替换变体能够具有其他构造，诸如X形构造，其中每个旋翼、轮子或螺旋桨都单独连接至单个核心。然而，本实施例的H形构造趋向于最小化装配时间和复杂性。其也以小空气动力学横截面提供简单、管状组件的简便使用。这也提供将装置快速拆开，并且压紧到易于车载的封装中，诸如可能由战场中的军事人员到处携带（参见图19和20）。

参考图31-32，在本发明的第二实施例中，UAV的H构造在许多方面进行改进。如上所述，该实施例包括：主体501，其被构造为蓄电池和交通工具的主结构元件；两个推进臂体503；控制模块505；以及，有效载荷模块507。可任选地，有效载荷和控制模块可能为集成，或者可为了快速装配而储藏在附接状态。在该实施例中，每个推进模块都具有两个起落装置509，其每个都附接至其发动机。与第一实施例相比，为了飞行和在垂直于主体的纵向方向中观察而定向控制模块和有效载荷。

参考图31-33，主体501构造为椭圆横截面（贯穿其纵向尺寸），其具有作为其最小尺寸的竖直测量值。为了降低阻力，该构造牺牲一些结构性刚度。该构造包括铸造碳纤维外壳511，其被一致地接收在泡沫核心512周围，该泡沫核心512一致地围绕形成智能锂蓄电池（即，一个或更多蓄电池和形成蓄电池控制器的蓄电池板514的蓄电池组）的多个互连锂蓄电池单元电池513堆。可任选地，该主体结构满足了运送集成包括在主体内的蓄电池的所有必需运送要求，尤其是“联合国测试和标准手册，第四修订版，锂蓄电池测试要求（UN Manual of Testand Criteria,4^thRevised Edition,Lithium Battery Testing Requirements）”的要求，并且因而承载一个或更多主体（即，蓄电池）的任何运送容器都将仅包括标准容器运送要求。

蓄电池控制器跟踪蓄电池用途、蓄电池充电，通过包含在蓄电池结构中的计量器监控蓄电池温度，并且管理作为智能蓄电池已知的其他蓄电池功能。主体的形状提供显著强度和刚度。主体也包括大熔丝，并且所有的蓄电池热都被无源耗散。

该主体包括三个连接器，其包括两个侧连接器521和中间连接器523。两个侧连接器位于椭圆柱形主体的纵向末端，并且每个都经构造接收推进臂体503。中间连接器沿主体长度的中央定位，并且经构造以电连接至控制模块505。中间连接器经加固，以便尽管主体有提供连接的开口，也能保持其强度和刚度。中间连接器的（处于中央）位置帮助最小化在蓄电池之间延伸的电线的重量。

参考图31-35，每个UAV推进臂体都包括：碳管支撑轨531；臂体连接模块533；一对发动机535，其每个都处于支撑轨的纵向末端；以及，一对推进器539，其每个都被附接至其中一个发动机，以便发动机能够关于支撑轨旋转地驱动其各自的推进器。发动机暴露，以有效冷却和简化检查。

每个臂体的连接模块533都经构造，用于连接至主体的两个侧连接器521的任一个。该连接包括配对电子连接器（侧连接器电子连接器541和连接模块电子连接器543），其用于传送电力、控制信号等等。该连接还在每个侧连接器中包括楔形凹槽545，该凹槽经构造，以一致地接收连接模块533的楔形部分546，以无倾斜或振动地形成可靠、紧密连接。连接模块通过被侧连接器的带螺纹部分549接收的连接模块的外加螺母螺丝547连接至其各自的侧连接器。当未拧紧时，螺母螺丝也吸取发动机轰鸣声。

每个推进臂体都将具有一个顺时针旋转的推进器和一个逆时针旋转的推进器。由于连接模块533经构造以连接至任一个侧连接器521，所以推进臂体503可连接至主体501的任一端，并且仅需要一个备用推进臂体，以作为两个主推进臂体的代替部件使用。

与第一实施例中相同，控制模块505通常包括几乎所有的命令和控制设备。这可能包括一个或更多印刷电路板，其具有天线、传感器和用于GPS/INS（全球定位系统/惯性导航系统）控制的处理功能性、自动驾驶功能性、以及用于多种不同有效载荷的控制和处理。

控制模块505通过处于主体的纵向中央的配对卡扣（例如，钩和闩）系统551可拆卸地附接至主体501。控制模块在垂直于主体的纵向尺寸的向前和向后方向纵向延伸。通过配对电子连接器（在命令模块上未示出的命令连接器，其连接至主体501的中间连接器523）提供电子连接，用于在控制模块和主体之间传送电力、控制信号等等。

有效载荷模块507附接至控制模块的前端161。多种不同的有效载荷模块可互换使用，并且扫描有效载荷通常具有大角度（例如，140°量级）上下移摆/镜头摇拍（pan）的能力。横向移摆通常取决于UAV偏航的能力。有效载荷可包括彩色、IR（红外）、EO（电光）、日间和/或夜间相机，以及用于跟踪、定目标和/或通信功能的其他设备。其可（直接，或者通过命令模块）具有数字稳定录像。配对连接器系统将有效载荷模块结构和电子链接至控制模块，提供与控制模块的电子通信和电力交换。

与其他模块（例如，主体101和推进臂体103）相比，由于其大量的电子器件和软件，所以控制模块105可能相当昂贵。因此相比较来说，其他单元可被认为是相当可消费的。有利地，控制模块仅承载相对小的负荷（例如，其自身重量和有效载荷模块的重量），并且因此可被制作地非常轻。由于控制模块处于主体顶部的位置，并且由于主体保护控制模块不受高负荷（通过隔离控制模块与推进臂体之间的负荷），所以控制模块能够起非常稳健和持久的装置的作用，而不需要其自身的稳健结构性元件。因而，控制模块可具有简单、注塑外壳。

与第一实施例不同，当UAV处于水平时，每个推进器角度都笔直向上，以提供盘旋。由于有效载荷在主体的前端延伸出来，并且仅在向前方向中可见，所以预期典型的有效载荷在向前方向的大竖直移摆中具有不受阻的视角。

四个着陆腿509中的每个都从各自发动机向下延伸。这些腿部提供着陆的UAV处于水平，盘旋时也是如此。有利地，这提供了平稳的竖直起飞，以及允许飞行器在适当的位置中的高、水平物体上降落，用于使有效载荷就位并且向下盯住目标。腿由轻质泡沫构成，并且为了在战场上快速修复易于可拆卸和可替换。

与原实施例相同，为了从具有处于搬运器中封装的所有元件的构造装配UAV，从搬运器卸下蓄电池单元（主体）。然后从搬运器卸下推进臂体，并且将其附接至主体的末端。更具体地，每个推进臂体都卡入适当位置，并且向下拧紧其螺丝。然后从搬运器卸下命令模块，并且将其卡到主体上，以便连接器配对并且锁定在适当位置。最后，将有效载荷卡入或夹入适当位置。

考虑UAV的第二实施例可具有相应的可兼容推进臂体，以形成诸如类似于第一实施例系统的UGV、USV、UUV的其他交通工具。同样地，通过来自各个实施例的特征的组合形成的实施例也在本发明的范围内。

参考图36，上述任何交通工具都可由单个地面控制站571控制。该控制站包括：载运壳573；膝上型计算机575，其由壳体内的电连接器接收；无线发射器，其具有天线盒577，其可从壳体的盖子向上摆，或者可通过卷绕在盖子的袋体内的天线电缆579远离壳体放置；以及，交通工具控制器581（通常为游戏控制器或RC交通工具控制器的形式），其被通过固定、张力释放电缆连接至膝上型计算机。壳体构造有集成或可安装、可延伸三脚架583，以便壳体可能打开，并且作为操作站工作。面板585提供计算机的充电/电源端口和通信（例如，USB）端口的外部接入。所有的壳体组件都由膝上型计算机的电池供电。膝上型计算机可包括软件，其用于指导用户操作交通工具，并且提供模拟实践训练。

在本发明的范围内，也考虑稳健、集成蓄电池、负荷承载主体的其他用途。例如，其他推进臂体能够构造有用于崎岖地带的连续跟踪设备、用于传统飞行（而非旋转飞行）的空气动力学表面等等。另外，用于在战场上使用的许多军事装置，诸如高亮度闪光灯、电动工具、自动地面传感器、地面通信中继、紧急情况无线电设备等等可经构造，以耗尽负荷承载主体的蓄电池电力。

例如，主体束能够在一端配备有遥控飞机降落灯，而在另一端提供地面刺（spike），以提供跑道照明的快速部署，从而产生临时的飞机跑道。实际上，在再次充电蓄电池的情况下，具有配备太阳能充电器（诸如跑道灯）的控制模块可能不能操作更长时间段。可再次充电方面可用以延长上述战场装置的许多操作。简而言之，稳健的蓄电池主结构主体能够为有用产品的大工具箱的核心。

应理解，本发明包括用于设计和生产可重新构造交通工具的设备和方法，以及结构稳健蓄电池组本身的设备和方法。另外，本发明的各种实施例可包括这些特征与其他场地设备和/或通常包括蓄电池组的其他系统的各种组合。简而言之，在本发明的预期范围内，上文公开的特征能够在许多构造中组合。

虽然已示出和描述了本发明的特殊形式，但是应明白，不偏离本发明的精神和范围，能够做出各种变型。因而，虽然已仅参考优选实施例详细描述了本发明，但是本领域普通技术人员将明白，能够不偏离本发明的范围做出各种变型。因此，本发明无意由上述讨论限制，并且由权利要求所限定。

Claims (23)

1.一种经构造用于一系列任务的无人交通工具，其包括：

蓄电池模块，其具有足以在所述一系列任务中向所述交通工具提供原动力的蓄电池容量，所述蓄电池模块具有多个电子连接端口；

控制模块，其包括经构造以在所述一系列任务中控制所述交通工具的所述运行的控制系统，所述控制模块由所述蓄电池模块直接且可拆卸地结构性承载，并且所述控制模块通过所述多个连接端口的第一连接端口直接且可拆卸地电子连接至所述蓄电池模块；以及

第一推进模块，其具有发动机，其经构造以提供推进力，从而使所述交通工具移动通过所述一系列任务中的一个或更多任务，所述第一推进模块通过所述多个连接端口的第二连接端口直接且可拆卸地结构性连接至所述蓄电池模块。

2.根据权利要求1所述的交通工具，并且其还包括第二推进模块，其具有发动机，其经构造以提供推进力，从而使所述交通工具移动通过所述一系列任务中的一个或更多任务，所述第二推进模块通过所述多个连接端口的第三连接端口直接且可拆卸地结构性连接至所述蓄电池模块。

3.根据权利要求2所述的交通工具，其中所述第一推进模块通过所述第二连接端口电子连接至所述蓄电池模块，所述第二推进模块通过所述第三连接端口电子连接至所述蓄电池模块，并且所述第一和第二推进模块通过所述蓄电池模块电子连接至所述控制模块。

4.根据权利要求2所述的交通工具，其中：

所述第一推进模块包括具有被连接至所述第二连接端口的中心定位的第一臂体连接器的第一臂体，以及处于所述第一臂体的相反端的两个基本竖直定向的推进器；以及

所述第二推进模块包括具有被连接至所述第三连接端口的中心定位的第二臂体连接器的第二臂体，以及处于所述第二臂体的相反端的两个基本竖直定向推进器。

5.根据权利要求4所述的交通工具，其中每个所述基本竖直定向的推进器都朝着由所述交通工具的前端限定的所述交通工具的向前方向稍微成角度，以便所述交通工具经构造以非零俯仰角度盘旋。

6.根据权利要求5所述的交通工具，其中所述第二连接端口处于所述交通工具的所述前端。

7.根据权利要求5所述的交通工具，并且还包括结构性承载在所述控制模块上的有效载荷。

8.根据权利要求7所述的交通工具，其中所述控制模块经构造以支撑处于非零支撑角度的所述有效载荷，以便当所述交通工具以非零俯仰角度定向时所述有效荷载是水平的。

9.根据权利要求5所述的交通工具，其中所述第一和第二推进模块是能够互换的，并且其中所述第二和第三连接端口经构造以这样的角度结构上定向所述第一和第二推进模块，即为了以非零俯仰角度盘旋而定向所述推进器的角度。

10.根据权利要求5所述的交通工具，并且还包括起落装置，其中所述起落装置经构造以支撑所述交通工具处于所述非零俯仰角度。

11.根据权利要求10所述的交通工具，其中所述起落装置为从所述第一推进模块延伸至所述第二推进模块的一个或更多支撑结构的形式。

12.根据权利要求2所述的交通工具，其中：

所述第一推进模块包括具有被连接至所述第二连接端口的中心定位的第一连接器的第一臂体，以及处于所述第一臂体的相反端的两个轮子；以及

所述第二推进模块包括具有被连接至所述第三连接端口的中心定位的第二连接器的第二臂体，以及处于所述第二臂体的相反端的两个轮子。

13.根据权利要求2所述的交通工具，其中：

所述第一推进模块包括具有被连接至所述第二连接端口的中心定位的第一连接器的第一臂体，以及处于所述第一臂体的相反端的两个浮体；以及

所述第二推进模块包括具有被连接至所述第二连接端口的中心定位的第二连接器的第二臂体，以及处于所述第二臂体的相反端的两个浮体。

14.根据权利要求2所述的交通工具，其中：

所述第一推进模块包括具有被连接至所述第二连接端口的中心定位的第一连接器的第一臂体、处于所述第一臂体的相反端的两个螺旋桨、以及经构造以独立控制所述各自螺旋桨的俯仰角度的两个发动机；以及

所述第二推进模块包括具有被连接至所述第三连接端口的中心定位的第一连接器的第二臂体、处于所述第二臂体的相反端的两个螺旋桨、以及经构造以独立控制所述各自螺旋桨的俯仰角度的两个发动机。

15.根据权利要求2所述的交通工具，其中所述蓄电池模块具有圆形横截面。

16.根据权利要求15所述的交通工具，其中所述蓄电池模块在其第二和第三连接端口之间纵向延伸，其中所述第一连接端口纵向位于所述第二和第三连接端口之间，并且其中所述控制模块靠近所述第二连接端口并且靠近所述第三端口地被结构性附接至所述蓄电池模块。

17.根据权利要求2所述的交通工具，其中所述蓄电池模块具有椭圆形横截面。

18.根据权利要求2所述的交通工具，其中所述蓄电池模块基本承载所述第一推进模块、所述第二推进模块和所述控制模块之间的全部结构性负荷。

19.一种经构造用于一系列任务的可重新构造的无人交通工具系统，其包括：

主体，其包括经构造以控制所述交通工具的运行的控制系统以及电源，所述电源具有在所述一系列任务中向所述交通工具提供完全原动力的电容量，所述主体包括一组一个或更多主体连接器；

第一组一个或更多推进模块，其可拆卸地可附接至所述一组主体连接器，所述第一组推进模块为从以下交通工具组中选择的一种推进模块类型：无人空中交通工具推进模块、无人地面交通工具推进模块、无人表面交通工具推进模块以及无人水下交通工具推进模块；以及

第二组一个或更多推进模块，其可拆卸地可附接至所述一组主体连接器，所述第二组推进模块为从以下交通工具组中选择的一种推进模块类型：无人空中交通工具推进模块、无人地面交通工具推进模块、无人表面交通工具推进模块以及无人水下交通工具推进模块；

其中所述第一组推进模块为与所述第二组推进模块不同的推进模块类型。

20.根据权利要求19所述的交通工具系统，其中：

所述第一组推进模块包括具有经构造以连接至所述一组主体连接器的第一主体连接器的中心定位的第一臂体连接器的第一臂体，以及处于所述第一臂体的相反端的两个基本竖直定向的旋翼；

所述第一组推进模块包括具有经构造以连接至所述一组主体连接器的第二主体连接器的中心定位的第二臂体连接器的第二臂体，以及处于所述第二臂体的相反端的两个基本竖直定向的旋翼；

所述第二组推进模块包括具有经构造以连接至所述第一主体连接器的中心定位的第三臂体连接器的第三臂体，以及处于所述第一臂体的相反端的两个轮子；以及

所述第二组推进模块包括具有经构造以连接至所述第二主体连接器的中心定位的第四臂体连接器的第四臂体，以及处于所述第二臂体的相反端的两个轮子。

21.根据权利要求19所述的交通工具，其中所述第一和第二组推进模块每个都经构造，以便能够同样地连接至所述第一主体连接器和所述第二主体连接器。

22.根据权利要求21所述的交通工具，其中：

所述第一和第二主体连接器处于所述主体的相反纵向末端上；

所述第一和第二组推进模块中的每个推进模块都构造有臂体和被附接至臂体的端盖，所述每个端盖都经构造以将其各自臂体纵向保持在所述主体上；

每个主体连接器都构造有凹槽，该凹槽适合当所述臂体连接器被连接至所述主体连接器时一致且纵向地接收所述臂体；以及

所述主体连接器凹槽经构造以直接承载来自所述臂体连接器臂体的所有竖直负荷，所述臂体连接器端盖不承载竖直负荷。

23.一种无人交通工具，其包括：

主体，其包括经构造以控制所述交通工具的运行的控制系统以及电源，所述电源具有在所述一系列任务中向所述交通工具提供完全原动力的电容量，所述主体包括处于所述主体的相反纵向末端上的第一主体连接器和第二主体连接器；

第一推进模块，其可拆卸地可附接至所述第一主体连接器，所述第一推进模块包括经构造以支撑所述主体的第一臂体、使用来自所述电源的电力以提供推进力从而使所述交通工具移动通过所述一系列任务的一个或更多发动机、以及第一端盖；

第二推进模块，其可拆卸地可附接至所述第二主体连接器，所述第二推进模块包括经构造以支撑所述主体的第二臂体、使用来自所述电源的电力以提供推进力从而使所述交通工具移动通过所述一系列任务的一个或更多发动机、以及第二端盖；

其中所述第一主体连接器构造有第一凹槽，其适合一致且纵向地接收所述第一臂体，所述第一凹槽经构造以直接承载来自所述第一臂体的所有竖直负荷，所述第一端盖不承载竖直负荷；

其中所述第二主体连接器构造有第二凹槽，其适合一致且纵向地接收所述第二臂体，所述第二凹槽经构造以直接承载来自所述第二臂体的所有竖直负荷，所述第二端盖不承载竖直负荷；并且

其中每个端盖都经构造以将其各自臂体纵向保持在所述主体上。

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