CN106143930A - 用于无人飞行器的冲击吸收设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无人飞行器的冲击吸收设备。无人飞行器设备包括框架。此外，所述无人飞行器设备包括联接至该框架的推进机构，所述推进机构推进所述框架穿过空中。另外，所述无人飞行器设备包括储存装置，所述储存装置储存一个或多个气囊并且联接至所述框架。所述无人飞行器还包括充胀装置，所述充胀装置联接至所述框架且接收激活信号，并且当接收到激活信号时充气膨胀所述一个或多个气囊以在所述框架与物体冲击之前从储存装置展开所述一个或多个气囊。

Description

用于无人飞行器的冲击吸收设备

技术领域

本公开大致涉及飞行器的领域。更特定地，本公开涉及用于飞行器的安全机构。

背景技术

无人飞行器(“UAVs”)诸如飞行机器人，遥控无人驾驶飞机，飞机，直升机，例如以与直升机相似方式运行的具备多个螺旋桨推进器的飞行机器人这样的多旋翼机，气球等，所述无人飞行器在诸如主题公园、电影布景、体育运动环境、以及新环境等的娱乐环境中已变得更为普通常见。领航驾驶员可以从远距位置无线地导航所述UAV。替代地，UAV可以具有自动驾驶仪功能部件从而使得其由计算装置来操作和导航。在UAV的飞行期间，人不出现在UAV上。UAV已用于提供娱乐、航空摄影、采集视频、图像、和/或音频，等等。

当UAV渐增地飞越人所在的位置上方时，那些人的安全是重要的目标。装备故障、空中危险、以及空中机动是可能导致推力损失的事件的实例。

先前的解决方案是将降落伞附接至UAV。降落伞可以经由对UAV进行操作的领航驾驶员或计算装置所发送的或者由机载监控系统所发送的无线指令而弹出。使用降落伞所伴随而来的问题在于，在降落伞的弹出期间或之后，降落伞可能与UAV的推进单元相缠结。通常的UAV,例如多旋翼机，是自然不稳定的，因此故障可能导致翻滚的机身。例如，多旋翼机可能在降落伞的弹出期间翻转。降落伞然后可能在翻转期间与多旋翼机的推进单元相缠结并且不会恰当地弹出或在若降落伞被弹出的情况下在对多旋翼机减速方面不提供多少帮助。此外，降落伞经常由显著地减缓正常运动的沉重的材料制造。而且，降落伞需要一定的坠落距离以展开并且恰当地对飞行器进行减速。因此，降落伞在较低的高度处不太有效即表现欠佳。结果，存在着对于强固的UAV安全系统的持续需求，这样的UAV安全系统不会阻碍正常运行并且在较低高度处工作表现良好的。

另一解决方案是建立地理围栏。地理围栏允许UAV在一定周界内飞行，例如，与人或物远离的安全距离。地理围栏限制了UAV的使用和效益。因为地理围栏是一种控制系统而非物理屏障，则由于硬件或逻辑故障，UAV仍然能够飞越该地理围栏。

存在着对于UAV的安全性能进行改进的持续需求。

发明内容

无人飞行器设备包括框架和联接至该框架的推进机构，所述推进机构推进所述框架穿过空中。一种储存装置储存了一个或多个气囊并且联接至该框架。一种联接至该框架的充胀(inflation)装置接收激活信号并且在框架与物体冲击之前相应地充气膨胀一个或多个气囊。

一种方法包括推动无人飞行器穿过空中。激活信号发送至一种对于与飞行器相联接的一个或多个气囊进行充气膨胀的充胀装置以从储存装置展开所述一个或多个气囊。

一种系统包括确定无人飞行器的部件的状况的传感器。无人飞行器具有一个或多个气囊以及一种充胀装置。此外，系统包括一种处理器，其接收来自传感器的指示出部件状况的信号并且向充胀装置发送激活信号以在无人飞行器与物体冲击之前从储存装置展开一个或多个气囊。

附图说明

本公开的上述特征将结合附图参考下列说明而变得更加显而易见，附图中相似附图标记表示相类同的元件并且其中：

图1图示一种UAV系统。

图2A、2B和2C图示了在图1中所图示出的UAV设备的部件的前视图、侧视图和立体透视图。

图3A和3B图示出图2A、2B和2C中所图示的UAV设备部分地展开和完全地展开第一气囊和第二气囊的示例。

图4图示出在图2A、2B和2C中所图示的电子控制装置的内部电子部件。

具体实施方式

提供了包括冲击吸收装置的UAV以改进与飞行的UAV紧邻处的安全性。在检测到可能导致地面冲击的状况之后、但在该冲击之前，对所述冲击吸收装置充气。经充胀的冲击吸收装置覆盖UAV的坚硬、尖锐、和回旋部分，例如，螺旋桨推进器、框架，等等。结果，UAV的任何冲击作用于经充气膨胀的物体而非坚硬或回旋的UAV部件。冲击吸收装置配置成用以优先减少冲击的影响而不是防止对UAV的损坏。

作为示例，冲击吸收装置包括一个或多个气囊，在UAV检测到一种准许激活的状况之后，所述一个或多个气囊各自由UAV的一个或多个部件激活。这样的状况包括动力故障、马达故障、引导系统故障、控制源的意外改变、导航故障、空气压力改变、加速度或速度的改变、与障碍物的空中碰撞等等。例如，第一气囊定位于UAV的重心上方而第二气囊定位于UAV的重心下方。每个气囊具有的尺寸使得两个共同地将UAV的整个框架结构和推进机构例如螺旋桨推进器席卷在内。与例如将要在安全机构被激活之后允许UAV的不同部件暴露的降落伞构造这样的先前方法形成对照，所述UAV使用所述冲击吸收装置来将UAV的坚硬、尖锐、和回旋部件席卷在内以减少冲击的影响。

所述冲击吸收装置也有助于在自由落体期间减缓UAV的加速。例如，被席卷入两个气囊内的UAV与没有两个气囊的UAV相比将具有显著较大的空气阻力并且以缓慢得多的速率和加速而降落。所产生的较缓慢的降落降低了由于与物体或地面相接触而产生的冲击力。

冲击吸收装置配置成用以减轻对于飞行性能的影响，这与先前的方法形成对照，例如，使用影响UAV飞行性能的沉重材料的降落伞构造。例如，每个气囊的重量能够少于一百克。气囊能够由超轻量薄膜制作，而非通常用于降落伞的耐用且防刺穿材料。因此，UAV能够利用冲击吸收装置以与若UAV不具备冲击吸收装置般类似的速度飞行并且执行类似机动操纵。

图1图示一种UAV系统100。UAV系统100包括UAV 102，例如，飞行机器人、遥控无人驾驶飞机、无人飞机、无人直升机、无人多旋翼机、无人气球，以及具有发送器106的遥控装置104。UAV 102自主地或者利用远程人类导航而在一个或多个人108和/或多个物体(未示出)上方飞行。遥控装置104是一种无线装置，其放射出无线电频率/射频(“RF”)、音频、或光学信号以激活所述冲击吸收装置。该信号能够由人类操作员产生，后经由计算装置而自主地产生。计算装置可以是执行用于UAV的指令的机载装置。替代地，计算装置可以是从操作者向UAV发送远程指令的远程路基装置。所述计算装置也可以是在邻近地或远程地定位的不同UAV上以机载方式存在的。指令能够去往3D空间中的特定位置。如果UAV 102自主地飞行，则UAV系统100可以在没有遥控装置104的情况下运行。

图2A、2B和2C图示了在图1中所图示出的UAV设备102的部件的前视图、侧视图和立体透视图。UAV设备102具有框架205，多个连接件206和208，多个储存装置207和209，以及多个充胀装置210和211。连接件206和208可以是平台、腔室、臂、笼、或其它类型的安装装置，其用以将多个储存装置207和209连接至框架205。第一储存装置207可操作地附接至第一充胀装置210。此外，第二储存装置209可操作地附接至第二充胀装置211。

充胀装置210和211可以是诸如二氧化碳的压缩气体的容器罐。充胀装置210和211用来对冲击吸收装置充气，诸如储存在第一储存装置207中的气囊和储存在第二储存装置209中的气囊。尽管充胀装置210和211图示为定位于连接件206和208内，例如腔室，充胀装置210和211能够位于储存装置207和209的顶部或侧部上。替代地，充胀装置210和211可以定位在连接件206和208上接近于第一储存装置207和第二储存装置209。另外，第一充胀装置210和211能够呈现多种不同形状和尺寸的形式。充胀装置210和211也可以被集成于第一储存装置207和第二储存装置209内。

框架205也具有用来执行UAV的飞行运作的UAV部件。例如，框架205具有控制装置201，控制装置201具有用于自主地或基于从遥控装置104所接收的指令而执行飞行运作的部件。控制装置201也具有用于检测UAV故障或其中气囊应展开的其它事件的传感器，以及用于激活所述冲击吸收装置的一个或多个机电致动器例如阀。

框架205也具有多个臂202，所述多个臂202各自可操作地连接至推进机构203，例如安装于马达上的螺旋桨推进器，其中马达联接至控制装置201。控制装置201改变每个推进装置203的速度以便控制UAV 102的海拔高度和行进方向。其它实施方式可以利用一个螺旋桨推进器而运行，例如直升机；或没有任何螺旋桨推进器，例如气球。

此外，安装装置212可以用来将各种部件安装至框架205。例如，图像采集装置213可以安装至框架205。图像采集装置213可以在飞行期间执行图像采集以允许远程定位的人类领航驾驶员对UAV 102进行导航。

图3A和3B图示出图2A、2B和2C中所图示的UAV设备102部分地展开和完全地展开第一气囊和第二气囊的示例。第一气囊302由第一充胀装置210从第一储存装置207展开，而第二气囊304由第二充胀装置211从第二储存装置209展开。第一气囊302具有的尺寸使得第一气囊302覆盖住附接至框架205的螺旋桨推进器203、第一储存装置207、以及电子控制装置201的显著部分。此外，第二气囊304所具有的尺寸使得第二气囊304覆盖第二储存装置209，安装装置212，图像采集装置213，以及电子控制装置201的显著部分。第一气囊302和第二气囊304覆盖所有螺旋桨推进器203，电子部件，以及作为框架205的部分的、或与框架205附接的在自由落体或冲击期间可呈现坚硬、尖锐或回旋部件的任何其它部件。气囊302和304一起形成气球状结构。随着气球状结构被充气膨胀，其具有在冲击时吸收与UAV 102的迅速减速相关联的极大力的实体形状。充胀可以按各种速度执行，例如，瞬时地，缓慢地，等等。

尽管图示了两个充胀装置210和211，单个充胀装置可用来充胀多个气囊诸如气囊302和304。例如，单个充胀装置，例如，阀，可以由电子控制装置201以机电方式操作以旋转至不同储存装置207和207来充胀气囊302和304。

此外，如果UAV 102的一部分具有软负载(soft payload)，则可以使用单个气囊。例如，具有柔软材料的底部的UAV 102可能仅需要单个气囊来覆盖具有尖锐部件和造成安全隐患或安全危害的其它部件的上部部分。另外，超过两个气囊可用来覆盖UAV设备102。例如，大型UAV 102可以具有许多部件，其使得多于两个气囊的使用成为必需。

在一个实施方式中，气囊302和304被密封。换言之，气囊302和304没有在冲击时释放空气，除非所述气囊302和304刺穿/穿孔。在另一实施方式中，气囊302和304具有在冲击时从气囊302和304释放空气的通气口。当冲击时释放空气还减少了由冲击所产生的力。

图4图示出在图2A、2B和2C中所图示的子控制装置201的内部部件。电子控制装置201包括处理器401、存储器402、传感器403、以及激励器404。传感器403，例如加速度计、高度计、陀螺仪等，向处理器401提供数据例如激活信号从而使得处理器401可以确定是否UAV设备102已发生故障或另外地经历了准许展开气囊的事件。

多种不同的传感器403可用来触发激活信号，其从推进装置例如螺旋桨推进器203移除动力和/或激活即启动所述机电激励器404。传感器可以基于经简化的逻辑标准/准则来检测故障，即，感测翻转,破损的螺旋桨推进器，坏的电池，电子健康故障,通讯故障，或软件故障。

作为实例，传感器403是向处理器401提供用于储存在存储器402中的加速度数据的加速度计。替代地，加速度数据可以储存在处理器401的一个或多个寄存器中。处理器401随后确定所述UAV设备102比预定加速度更快地加速。处理器401随后确定图3A和3B中所图示的气囊302和304应展开。处理器向机电激励器404发送激活信号，指令所述机电激励器404激活充胀装置210和211。充胀装置210和211随后从第一储存装置207和第二储存装置209展开气囊302和304。

作为另一实例，传感器403是高度计，其确定UAV设备102的高度数据。处理器401随后确定UAV设备102在小于预定高度的高度处飞行。处理器401随后确定图3A和3B中所图示的气囊302和304应展开。

作为又一实例，传感器403是确定俯仰，滚转，和/或偏航数据的陀螺仪。陀螺仪向处理器401提供数据，其能确定是否UAV执行任何不希望的旋转。作为实例，陀螺仪向处理器401发送了指示出UAV具有各自比70度更大的俯仰和滚转的数据。处理器401确定了这种旋转是不希望的翻转。

作为另一实例，传感器403是电流感测传感器，其确定出马达(未示出)是否消耗电流。如果传感器403确定出马达没有消耗任何电流或消耗了异常地高的电流量，则传感器403将该数据提供给处理器401，其可能确定已发生马达故障。

传感器403也可以是部件传感器，即，确定出部件已发生故障的传感器。例如，传感器403可以确定螺旋桨推进器203没有恰当地运作。传感器403向处理器401发送数据从而使得处理器401可以基于传感器数据是否在可接受阈值或范围内来确定气囊展开是否为必需的。传感器403也可以确定是否已发生与特定部件的通讯故障。

处理器404对于传感器403的运行不是必需的。例如，附接至传感器403的部件可以配置成用以仅在若传感器403提供具有在一定范围中的值的信号的情况下运行。例如，如图2A、2B和2C中所图示的充胀装置210和211可以可操作地附接至传感器，传感器检测出马达没有消耗任何电流还是消耗了异常地高的电流量。充胀装置210和211配置成在如果传感器403没有提供任何指示出电流消耗的信号或是提供了异常地高的电流水平的信号的情况下用以被激活以充胀气囊。

Claims (20)

1.无人飞行器，包括：

框架；

联接至所述框架的推进机构，所述推进机构在空中推进所述框架；

联接至所述框架的一个或多个气囊；以及

充胀装置，其联接至所述框架以及联接至所述一个或多个气囊中的至少一个气囊，其中所述充胀装置基于接收的激活信号对所述一个或多个气囊充气。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中所述充胀装置包括具有机电激励器的二氧化碳罐。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中所述一个或多个气囊具有经充气后的尺寸，使得在所述一个或多个气囊充气膨胀之后覆盖所述框架和所述推进机构。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器，还包括传感器，所述传感器检测部件故障并且当检测到部件故障时向所述充胀装置发送激活信号。

5.根据权利要求1所述的无人飞行器，还包括：

高度计，所述高度计产生高度信号；和

联接成用以接收高度信号的处理器，所述处理器执行配置成用以确定是否框架经历高度变化的代码，当处理器确定所述框架在预定高度范围以外飞行时，所述处理器向所述充胀装置发送激活信号。

6.根据权利要求1所述的无人飞行器，还包括：

加速度计，所述加速度计产生加速度信号或信号损失；和

联接成用以接收加速度信号的处理器，所述处理器执行配置成用以确定是否框架经历加速度变化的代码，当处理器确定所述框架正在以超过预定加速度的加速度进行加速时，所述处理器向所述充胀装置发送激活信号。

7.根据权利要求1所述的无人飞行器，还包括接收器，所述接收器从相对于所述无人飞行器远程定位的领航员接收指令并且基于所述指令向所述充胀装置发送激活信号。

8.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中所述一个或多个气囊沿着所述框架的竖直中心线定位于所述框架的重心上方和下方。

9.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中所述一个或多个气囊被密封以防止来自所述一个或多个气囊的空气在受冲击时消散。

10.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中所述一个或多个气囊具有一个或多个通气口，所述通气口允许来自所述一个或多个气囊的空气在受冲击时消散。

11.一种方法，包括：

在空中推进无人飞行器，所述无人飞行器具有一个或多个气囊；以及

向充胀装置发送激活信号，所述充胀装置在接收到激活信号时向所述一个或多个气囊充气，以在所述无人飞行器与物体冲击之前从储存装置展开所述一个或多个气囊。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括检测部件的状况并且在检测到部件的状况时向所述充胀装置发送所述激活信号。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：

确定是否所述无人飞行器经历高度变化；以及

当确定所述无人飞行器在预定高度以下飞行时向所述充胀装置发送激活信号。

14.根据权利要求11所述的方法，其还包括

确定是否所述框架经历加速度变化；以及

当确定所述无人飞行器正在以超过预定加速度的加速度进行加速时向所述充胀装置发送激活信号。

15.根据权利要求11所述的方法，其还包括

从相对于所述无人飞行器设备远程定位的领航员接收指令；并且

基于所述指令向所述充胀装置发送激活信号。

16.一种系统，包括：

传感器，其确定无人飞行器的部件的状况，所述无人飞行器具有储存一个或多个气囊的储存装置以及充胀装置；以及

处理器，其接收来自传感器的指示出部件状况的故障信号并且向充胀装置发送激活信号以在无人飞行器与物体冲击之前从所述储存装置展开所述一个或多个气囊。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述传感器是高度计。

18.根据权利要求16所述的系统，其中所述传感器是加速度计。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述充胀装置是具有机电激励器的二氧化碳罐。

20.根据权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个气囊所具有的尺寸使得在所述一个或多个气囊充气膨胀之后覆盖框架和推进机构。