CN106560396B - 无人驾驶飞行器的空中发射和/或回收以及相关的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人驾驶飞行器的空中发射和/或回收以及相关的系统和方法。一种用于操作无人驾驶航空器(UAV)系统的代表性方法包括：引导第一多旋翼运载飞行器在空中运载第二被运载的飞行器，并且释放该第二飞行器用于飞行，同时利用机载电池为该第一飞行器供电。该方法还能够包括：引导该第一飞行器以将捕捉索定位在该第二飞行器的飞行路径中，用以捕捉该第二飞行器。

Description

无人驾驶飞行器的空中发射和/或回收以及相关的系统和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年10月2日提交的在审美国临时申请No.62/236,824，以及于2016年3月22日提交的在审美国临时申请No.62/311,773的优先权。上述申请通过引用被结合在此。
技术领域
本技术大体涉及无人驾驶飞行器的空中发射和/或回收以及相关的系统和方法。
背景技术
飞行器需要用于发射和回收的不同程度的支撑装备和系统。通常，飞行器从跑道起飞和着陆到跑道上，该跑道一般位于提供停机、燃油、飞机库、航空和地面交通管制、维修服务，以及旅客、行李和货物的航站的机场上。无人驾驶飞行器(包括遥控飞机、无人驾驶航空器(UAV)、无人驾驶飞行器系统(UAS)以及机器人飞行器)提出了针对机制和方法的独特挑战和机会，该机制和方法能够使飞行安全启动(起飞或发射)以及飞行器的安全捕捉、回收和返回。例如，一些现有的无人驾驶飞行器是使用弹射器来发射的，并使用与悬挂的捕捉索接合的机翼上安装的钩(wing-mounted hook)来捕捉的。
发明内容
本发明的一个实施例能够涉及一种无人驾驶航空器(UAV)系统，该UAV系统可包括：第一多旋翼运载飞行器，其具有机身、由该机身运载的多个旋翼、由该机身运载且操作性地联接盘旋中的运载飞行器的电池、以及由该机身运载且操作性地联接至旋翼以用于对旋翼供电的电池，所述多个旋翼被定位成支撑盘旋中的运载飞行器；由该运载飞行器运载且被定位成可释放地附接至第二被运载的飞行器的发射固定装置，被运载的飞行器具有捕捉设备；以及由该运载飞行器运载的且可展开/可放出(deployable)以从该运载飞行器悬挂的捕捉索，该捕捉索的尺寸被设计成与被运载的飞行器的捕捉设备可释放地接合。该发射固定装置可包括被定位成在相对于该机身的下行方向上发射被运载的飞行器的释放机构和向下倾斜的槽缝。该发射固定装置可包括被定位成与被运载的飞行器接合的枢转部分、以及可相对于该机身移动且被定位成相对于该机身使被运载的飞行器枢转的柱塞部分。该系统还可包括被运载的飞行器，并且其中，被运载的飞行器可释放地附接到该运载飞行器。被运载的飞行器可以是固定机翼飞行器。在系统中，该运载飞行器是四旋翼飞行器。该机身可包括中心部分以及从该中心部分向外延伸的四个臂；所述多个旋翼包括四对反向旋转的旋翼，其中各对反向旋转的旋翼由相应的各个臂运载；并且该发射固定装置包括向下延伸的槽缝，其被定位成在发射期间以俯冲(nose-down)姿态引导被运载的飞行器。这将增强本发明的性能和耐久性。
本发明的另一个实施例能够涉及一种用于操作无人驾驶航空器(UAV)系统的方法，该方法可包括：引导第一多旋翼运载飞行器以在空中运载第二被运载的飞行器，并且释放该第二飞行器用于飞行，同时利用机载电池为该第一飞行器供电；以及引导该第一飞行器以将捕捉索定位在该第二飞行器的飞行路径中，用以捕捉该第二飞行器。该方法还可包括：引导该第二飞行器与由该第一飞行器运载的捕捉索接合。该第二飞行器具有固定机翼构造。定位该捕捉索可包括：利用未固定的自由端来定位该捕捉索。定位该捕捉索可包括：定位该捕捉索，使捕捉索的一部分被固定到地面。这将增强该系统的性能。该方法还可包括：在引导该第一飞行器以释放该第二飞行器之后且在引导该第一飞行器来定位该捕捉索之前，引导该第一飞行器着陆。这将增强本发明的性能和耐久性。该方法还可包括：在引导该第一飞行器着陆之后且引导该第一飞行器以定位该捕捉索之前，对该电池进行再充电。引导该第一飞行器运载该第二飞行器可包括引导该第一飞行器在多个障碍物之间上升。引导该第一飞行器运载该第二飞行器可包括引导该第一飞行器在多个障碍物之间上升。该第二飞行器在该第一飞行器向前飞行的同时可以以俯冲姿态被释放。
本发明的另一个实施例能够涉及一种无人驾驶航空器(UAV)系统，该UAV系统可包括第一多旋翼运载飞行器，其具有机身、由该机身运载的多个旋翼、以及由该机身运载且操作性地联接至旋翼以对旋翼供电的电力接收器，所述多个旋翼被定位成支撑盘旋中的运载飞行器，该电力接收器在该运载飞行器处于飞行中的同时被定位成接收非该运载飞行器机载的电力；由该运载飞行器运载且被定位成可释放地附接至第二被运载的飞行器的发射固定装置，被运载的飞行器具有捕捉设备；以及由该运载飞行器运载的且可展开以从该运载飞行器悬挂的捕捉索，该捕捉索的尺寸被设计成与被运载的飞行器的捕捉设备可释放地接合。这将增强本发明的性能和耐久性。该电力接收器可包括可联接至电力电缆的连接器，该连接器继而可联接至地基电力电源。该电力接收器可以是无线电力接收器。这将增强本发明的性能和耐久性。该无线电力接收器可包括被定位成接收来自地基辐射源的辐射的至少一个光伏电池。该捕捉索可以展开以从该运载飞行器悬挂，其中该捕捉索的自由端在空中。该系统还可包括联接至该捕捉索且可随该捕捉索展开的配重。
本发明的另一个实施例能够涉及一种用于操作无人驾驶航空器(UAV)系统的方法。该方法可包括：引导第一多旋翼运载飞行器在空中运载第二被运载的飞行器，并且释放该第二飞行器用于飞行，同时用非机载电源对该第一飞行器供电；并且引导该第一飞行器以将捕捉索定位在该第二飞行器的飞行路径中，以捕捉该第二飞行器。该非机载电源可包括用电缆联接至该第一飞行器的电力电源。该非机载电源可经由无线链路将电力传输至该第一飞行器。该非机载电源可将电磁辐射传输至该第一飞行器。
本发明的另一个实施例能够涉及一种无人驾驶航空器(UAV)系统，该UAV系统可包括：第一多旋翼支持飞行器，其具有第一机身、由该第一机身运载的第一多个旋翼，该第一多个旋翼被定位成支撑盘旋中的第一多旋翼支持飞行器；第二多旋翼支持飞行器，其具有第二机身、由该第二机身运载的第二多个旋翼，该第二多个旋翼被定位成支撑盘旋中的第二多旋翼支持飞行器；由该第一多旋翼支持飞行器和第二多旋翼支持飞行器中的至少一个运载且可展开以与目标飞行器可释放地接合的捕捉设备；并且其中，该第一支持飞行器和第二支持飞行器经由该捕捉设备或电力传输链路中的至少一个而彼此可操作地联接。该第一支持飞行器和第二支持飞行器中的至少一个可包括发射固定装置，其被定位成可释放地附接至该目标飞行器并且在发射方向上支撑该目标飞行器。该捕捉设备可包括连接在该第一支持飞行器与第二支持飞行器之间的捕捉索。该第一支持飞行器和第二支持飞行器中的至少一个可以用指令编程，以在该第一支持飞行器与第二支持飞行器之间在大体上竖直的取向上运载该捕捉索。该第一支持飞行器和第二支持飞行器中的至少一个可以用指令编程，以在该第一支持飞行器与第二支持飞行器之间在大体上水平的取向上运载该捕捉索。该捕捉设备可包括连接在该第一支持飞行器与第二支持飞行器之间的捕捉网。该系统还可包括第三多旋翼支持飞行器，其连接至该捕捉网且具有：第三机身、以及由该第三机身运载的第三多个旋翼，该第三多个旋翼被定位成支撑盘旋中的第三多旋翼支持飞行器；以及第四多旋翼支持飞行器，其连接至该捕捉网且具有：第四机身、以及由该第四机身运载的第四多个旋翼，该第四多个旋翼被定位成支撑盘旋中的第四多旋翼支持飞行器。该第一支持飞行器和第二支持飞行器中的至少一个可以用指令编程，以相对于该第一支持飞行器和第二支持飞行器中的另一个对其自身自主定位。该第一支持飞行器可运载该捕捉设备，并且该第二支持飞行器可运载该电力传输链路。该电力传输链路可包括连接在该第一飞行器与地基电源之间的电力电缆。第一多旋翼飞行器和第二多旋翼飞行器可具有完全相同的构造。第一多旋翼飞行器和第二多旋翼飞行器可具有不同的构造。
本发明的另一个实施例能够涉及一种用于操作无人驾驶航空器(UAV)系统的方法。该方法可包括：经由捕捉设备或电力传输链路中的至少一个来联接第一多旋翼支持飞行器和第二多旋翼支持飞行器；在空中引导该第一支持飞行器和第二支持飞行器；并且引导该第一支持飞行器和第二支持飞行器中的至少一个对该捕捉设备进行定位以与目标飞行器可释放地接合。联接可包括经由电力传输链路联接。该电力传输链路可包括电缆。联接可包括经由捕捉设备联接。在方法中，该捕捉设备包括捕捉索，并且其中，当该捕捉设备被定位成与该目标飞行器可释放地接合时，该第一支持飞行器和第二支持飞行器被竖直地间隔开。这将增强本发明的性能和耐久性。该捕捉设备可以包括捕捉索，并且其中，当该捕捉设备被定位成与该目标飞行器可释放地接合时，该第一支持飞行器和第二支持飞行器被水平地间隔开。该捕捉设备可包括网状物。该第一支持飞行器可运载该捕捉设备，并且其中，该第二支持飞行器运载该电力传输链路，其中该电力传输链路连接在该第一飞行器与第二飞行器之间。
本发明的另一个实施例能够涉及一种无人驾驶航空器(UAV)系统，该UAV系统可包括：第一多旋翼运载飞行器，其具有机身、由该机身运载的多个旋翼、以及由该机身运载且操作性地联接至旋翼以为旋翼供电的电池，所述多个旋翼被定位成支撑盘旋中的运载飞行器；由该运载飞行器运载的且可展开以从该运载飞行器悬挂的捕捉索，该捕捉索的尺寸被设计成与第二飞行器的捕捉设备可释放地接合；以及附接至该捕捉索的浸入式锚定件。该浸入式锚定件可包括配重。该浸入式锚定件可包括海锚。该系统还可包括发射固定装置，其由该运载飞行器运载并且被定位成可释放地附接至该第二飞行器。
本发明的另一个实施例能够涉及一种用于操作无人驾驶航空器(UAV)系统的方法。该方法可包括：在空中引导第一多旋翼运载飞行器；并且引导该第一飞行器将捕捉索定位在第二飞行器的飞行路径中，以捕捉该第二飞行器，同时该捕捉索的运动至少由浸入式锚定件限制。该第一飞行器可在空中时被系在水运船，并且同时定位该捕捉索。该第一飞行器可以不系在水运船，同时可引导该第二飞行器与该捕捉索接合。该方法还可包括引导该第二飞行器与该捕捉索接合。该方法还可包括引导该第一飞行器运载该第二飞行器和浸入式锚定件到水运船。
虽然已经证明前述的技术，尤其是包括弹射发射和悬挂的索捕捉的技术是成功的，但是还是需要具有改进的大小、重量和成本特征的系统。
附图说明
除非另有指出，否则出于展示和/或清楚的目的，附图可以不按比例绘制。
图1是根据本技术的一个实施例的系统的部分示意图，该系统包括被构造成捕捉第二飞行器的第一飞行器。
图2是运载第二飞行器的代表性第一飞行器的部分示意图。
图3是根据本技术的一个实施例的用于展开第一飞行器、发射由该第一飞行器运载的第二飞行器以及使该第一飞行器着陆的过程的部分示意图。
图4A是根据本技术的一个实施例的第一飞行器的部分示意图，在具有包括建筑物的障碍物的城市环境中操作该第一飞行器。
图4B是由图4A中所示的第一飞行器运载的感测吊舱(sensing pod)和摄像机的放大示图。
图5A是根据本技术的一个实施例的多个第一飞行器的部分示意图，操作所述多个第一飞行器以在大体上竖直的方向上定位捕捉索以用于捕捉第二飞行器。
图5B是根据本技术的另一个实施例的多个第一飞行器的部分示意图，操作所述多个第一飞行器以在大体上水平的方向上定位捕捉索以用于捕捉第二飞行器。
图6是根据本技术的另一个实施例的多个第一飞行器的部分示意图，操作所述多个第一飞行器以支撑用于捕捉第二飞行器的网状物。
图7是根据本技术的实施例的第一飞行器的部分示意图，该第一飞行器单独或与另一个飞行器结合接收来自地基电源的电力。
图8是根据本技术的实施例的定位在障碍物之上以捕捉第二飞行器的第一飞行器的部分示意图。
图9是根据本技术的另一个实施例的经由无线链路接收来自地基电源的电力的第一飞行器的部分示意图。
图10示出根据本技术的实施例的被构造成控制第一飞行器和/或第二飞行器的控制器。
图11是根据本技术的一个实施例的具有用于运载第二飞行器的发射固定装置的第一飞行器的部分示意图。
图12是根据本技术的另一个实施例的具有用于运载第二飞行器的发射固定装置的第一飞行器的部分示意图。
图13示出根据本技术的一个实施例的在操作期间运载代表性第二飞行器的代表性第一飞行器。
图14A是根据本技术的一个实施例的被构造成在海洋环境中操作的第一飞行器的部分示意图。
图14B至图14D是根据本技术的另一个实施例的被构造成在海洋环境中操作的第一飞行器的部分示意图。
具体实施方式
本公开描述用于发射和/或回收飞行器，尤其是无人驾驶飞行器的系统和方法。在以下说明和图1至图14D中阐述本公开的某些实施例的许多具体细节，用以彻底理解这些实施例。出于清楚的目的，在以下描述中没有阐述通常与此类实施例相关联但可能不必要地掩盖本公开的一些重要方面的众所周知的结构、系统和方法。此外，尽管以下公开阐述本技术的若干实施例，本技术的若干其他实施例能够具有与该节中所述的不同的构造和/或不同的部件。如此，本技术可包括具有附加元件和/或没有以下参照图1至图14D所述的若干元件的其他实施例。
以下描述的技术的许多实施例可以采取计算机可执行或控制器可执行指令的形式，包括由可编程计算机或控制器所执行的例程。相关领域的技术人员应理解的是，本技术能够在与以下示出和说明的那些不同的计算机/控制器系统上进行实践。本技术能够在一种特殊用途的计算机、控制器或者数据处理器中实施，该控制器或者数据处理器被特别地编程、配置或者构造以便执行以下描述的计算机可执行指令中的一个或更多个。因此，如在此概括地使用的术语“计算机”和“控制器”是指任何数据处理器并且能够包括因特网工具和手持装置(包括掌上计算机、可穿戴计算机、便携式电话或者移动电话、多处理器系统、基于处理器的或者可编程序的消费电子产品、网络计算机、小型计算机以及类似物)。由这些计算机所处理的信息能够被显现于任何适合的显示介质，包括CRT显示器或者LCD。
本技术还能够在分布式环境中实践，其中任务或者模块是由远程处理装置来执行的，这些远程处理装置通过通信网络来链接。在分布式计算环境中，程序模块或者子例程可以位于本地的以及远程的记忆储存装置中。以下描述的技术的方面可以被储存或者分布在计算机可读介质上，该计算机可读介质包括磁性或者光学可读的或者可移除的计算机光盘，并且电子地分布在网络上。特别针对本技术的方面的数据结构和数据传输也涵盖在本技术的实施例的范围内。
图1是包括第一飞行器101和第二飞行器120的系统100的部分示意图。第一飞行器101能够被构造成对第二飞行器120进行发射、捕捉或发射和捕捉两者。因此，第一飞行器101在此可指运载飞行器或支持飞行器，并且第二飞行器120在此可指被运载的飞行器或目标飞行器。该运载飞行器能够在发射之前和/或捕捉之后实施运载功能，并且能够在发射之前和/或捕捉之后运载被运载的飞行器。在具体的实施例中，系统100能够被构造成在具有障碍物141而使传统技术难以发射和/或捕捉第二飞行器120的环境140中进行操作。以下描述代表性第一飞行器101、第二飞行器120和其操作的环境的进一步的细节。
继续参照图1，第一飞行器101能够被构造成用于竖直起飞和着陆(VTOL)和盘旋，以允许在受限区域中操作。因此，第一飞行器101能够包括机身102以及由机载电源104供电的多个旋翼103(例如，在四旋翼构造中)。第一飞行器101能够包括第一捕捉设备105，例如，在捕捉操作期间在适于与第二飞行器120接合的位置上从第一飞行器101悬挂下来的柔性捕捉索106。
在一个特定实施例中，第二飞行器120能够具有固定机翼构造，其中机身121由固定机翼122运载。通过推进系统128(例如机载推进系统)推进第二飞行器120。推进系统128能够包括一个或更多个推进式螺旋桨(在图2示出一个推进式螺旋桨)或牵引式螺旋桨，其由内燃发动机、电动机、电池和/或其他合适设备来供电。第二飞行器120能够包括被定位成与由第一飞行器101运载的第一捕捉设备105接合的第二捕捉设备123。在具体的实施例中，第二捕捉设备123包括一个或更多个翼尖钩124。当翼122中的一个翼撞击捕捉索106时，(一个或更多个)相应的翼尖钩124与捕捉索106可释放地接合，从而导致被捕捉到的第二飞行器120自捕捉索106悬吊。然后，第一飞行器101受控地引导捕捉索106和被捕捉到的第二飞行器120下降到地面。进一步地，在美国专利No.6,264,140和美国专利No.7,059,564中描述了代表性捕捉设备及技术的细节，这两项专利均转让给本申请的申请人并且二者均通过引用被结合在此。
在图1中所示的实施例中，系统100包括下行线装置170，捕捉索106被附接到该下行线装置170。下行线装置170能够包括锚定件和/或减震元件，该减震元件缓冲第二飞行器120与捕捉索106的碰撞。
在操作中，第一飞行器101向上(例如，竖直向上)飞到局部障碍物141上方的位置以及足以利于捕捉第二飞行器120的高度。如图1中所示，障碍物141能够包括树142(例如，在森林或丛林中)，并且第一飞行器101能够在树142中通过相对较小的开放处或空地144升高。向第一飞行器101的旋翼103提供电力的电源104能够包括内燃发动机、电池和/或随第一飞行器101在空中运载的另一合适的设备。在后面描述的其他实施例中，第一飞行器101能够接收来自地基电源的电力。在这些实施例的任一项中，第一飞行器101上升到字母A指示的位置以捕捉第二飞行器120，并且然后一旦第二飞行器120被捕捉到，则如字母B指示的下降。在地面附近，该第一飞行器能够使第二飞行器120自主地或在导航的控制下降低至地面，从而有或没有地面上的操作者的帮助来在该飞行器下降最后几尺时对该飞行器进行手动处理。
用于第一飞行器101的代表性电源104包括可充电电池。当与诸如内燃发动机的其他电源相比时，该可充电电池的优点在于：该电池能够消除机载燃料源(例如，汽油、航空燃料和/或另一种燃料)的需要，同时还为发射操作和/或回收操作提供充足的短期电力。
在具体的实施例中，第一飞行器101能够被构造成不仅捕捉第二飞行器120，而且从空中位置发射第二飞行器120。图2示意性地展示这种设置的一般特征。如图2中所述，第一飞行器101能够包括中心部分107(例如，机身)以及多个臂108。推进系统128能够包括由相应的臂108运载的多个旋翼103。第一飞行器101还能够包括发射固定装置190，其被定位成在上升机动飞行期间牢固地抓住第二飞行器120。发射固定装置190被构造成一旦是在空中(例如，在命令下)则释放第二飞行器120，并且允许第一飞行器101着陆而无需附接第二飞行器120。在一个特定实施例中，第二飞行器120能够包括由波音公司的子公司Insitu制造的
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UAV，并且在另一些实施例中能够包括其他交通工具。
在操作中，第一飞行器101如箭头L所指示提升第二飞行器120，如箭头R所指示旋转至合适的取向，并且如箭头T所指示平移至合适的发射位置。任选地，第一飞行器101能够在该发射位置处再次旋转，例如用以对迎风发射的第二飞行器120进行定位。在第二飞行器120被提升之前或在第二飞行器120在空中之后，能够起动第二飞行器120的推进系统128。一旦位于该发射位置，第一飞行器101释放第二飞行器120以飞行，如以下参照图11至图12将进一步详细描述的。在一些实施例中，在足够高的海拔(且具有适度高的滑行斜坡)释放第二飞行器120，使其掉落、获得空速、且然后进入平飞。在另一些实施例中，第一飞行器101在发射时具有充足的前行速度，用以在释放第二飞行器120时降低或消除第二飞行器120的任何落差。
图3是从封闭空间350操作的代表性第一飞行器101的部分示意图。封闭空间350能够包括具有受限的开放处352的建筑物351，第一飞行器101在准备发射操作时通过该开放处离开，并且在发射操作完成之后返回。在返回之后，相同的或不同的第一飞行器101能够准备用于捕捉操作，例如通过对机载电池或其他电源进行充电(或再充电)并连接至捕捉索。第一飞行器101然后能够从封闭空间350再展开，用以实施捕捉操作并再次返回封闭空间350。封闭空间350能够通过阻碍别人观察发射操作和回收操作的能力来增强整个操作的“隐身”特性。在另一些实施例中，封闭空间350能够为操作、维护、加燃料、充电、检查、重新配置和/或其他合适的飞行操作元件提供掩蔽区域。封闭空间350能够包括临时结构、永久结构、具有受限的开放处的自然受保护体积(例如，洞穴或悬垂部分)和/或森林或丛林树冠下方的自然空间(其能够任选地为合适的操作被清空和成形)。封闭空间350能够包括软的和/或硬的材料，例如布、金属、混凝土、木头、合适的紧固件和粘合剂和/或其他合适的材料。
第一飞行器101、第二飞行器120以及相关的硬件和系统能够被容纳在一个或更多个装运容器353中，用于运输到操作位置且从操作位置运输。装运容器353也能够被容纳在封闭空间350中。迄今为止，在前行操作的典型时间线上的任意时间处提供前行操作，没有选项用以选择性地挑选并取得成功的、平滑的实施操作所需的单独部分的任意列表。此类操作能够包括使用附接至第二飞行器120的日光摄像机和红外摄像机来进行监视和感测。装运容器353能够包括标准箱，例如，为模块式(例如，可折叠或易于拆卸的)无人驾驶飞行器设计的模制容器，其能够被提供具有任意选择的部件的组合。因此，用于指定任务的部件组能够被标准化，这改善支持并执行任务的效率。
图4A是在城市环境440中操作的代表性第一飞行器101的部分示意图，该城市环境包括建筑物445和/或其他典型的城市结构形式的障碍物441。第一飞行器101能够以用与如以上参照图1至图3所述的基本上相同的方式来操作，并且在特定的实施例中，第一飞行器101能够包括一个或更多个传感器460，以帮助在发射和/或捕捉操作期间进行导航。传感器460能够被容纳在感测吊舱461中，在图4B中更详细地示出感测吊舱461的一部分。如图4B中所示，传感器460能够包括摄像机462，并且感测吊舱461能够由保护摄像机462的透明材料形成，同时允许摄像机462适于接近环境440。摄像机462能够在可见光波长、红外波长和/或其他合适的波长下操作，这取决于第一飞行器101执行的特定任务。感测吊舱461能够在允许显著视场463的位置由第一飞行器101运载(如图4A中所示)。摄像机462能够用于执行与发射和捕捉该第二飞行器相关的功能的任何一个功能或其组合。例如，摄像机462能够用于在第一飞行器101在发射操作和/或回收操作期间上升和下降时避免障碍物。在回收操作期间，摄像机462还能够用于轻轻地降低被捕捉到的飞行器到地面上而不会将其损坏。
如以上参照图1讨论的，系统100能够包括下行线装置170，其在捕捉操作期间将捕捉索106固定到地面。在至少一些实施例中，在捕捉操作期间将捕捉索固定到地面可能是不可能的或是不切实际的。在这些情况下，该系统能够被构造成将捕捉索悬挂在多个第一飞行器之间，以在该索中提供合适的张力，而不会依靠地面上的锚定件。例如，参照图5A，代表性系统500a能够包括在它们之间运载第一捕捉设备505a的两个第一飞行器或支持飞行器501a、501b。在这个实施例中，第一捕捉设备505a包括基本上竖直的捕捉索506a，例如，相比于水平更加竖直的捕捉索。两个第一飞行器501a、501b能够被彼此上下地定位，以使捕捉索506a在基本上竖直的取向上对齐。例如具有与如以上参照图1所述的基本上类似的构造的第二飞行器120能够包括相应的第二捕捉设备523a，其包括被定位成接合捕捉索506a的翼尖钩524。两个第一飞行器501a、501b能够配合飞行，以在捕捉索506a中提供适当的张力，并且在捕捉之后将第二飞行器120安全带到地面。在具体的实施例中，两个第一飞行器501a、501b的协调操作能够是自主的或是部分自主的，其中第一飞行器501a、501b彼此直接通信以执行捕捉和着陆操作。在这个实施例的又一个方面中，该操作者发出的手动超控指令(例如，抓住手动控制)将被应用到第一飞行器501a、501b两者。
图5B示出与图5A中所示的设置相似的设置，但是其中，两个第一飞行器或支持飞行器501a，501b运载第一捕捉设备505b，第一捕捉设备505b包括在基本上水平的取向上而不是竖直的取向上进行定位的捕捉索506b(例如，其中捕捉索506b相比于竖直更加的水平)。这种定向能够适于捕捉具有不同的第二捕捉设备的第二飞行器。例如，如图5B中所示，代表性第二飞行器520能够包括第二捕捉设备523b，其进而包括上钩525和下钩526。钩525、526能够在正常飞行期间被收起并且然后在捕捉之前被展开。在具体的实施例中，钩525、526中的仅一个被展开，这取决于第二飞行器520相对于捕捉索506b的位置。在另一些实施例中，钩525、526二者都能够被展开，以为成功捕捉提供更大保障，而不管第二飞行器520在捕捉操作期间是在捕捉索506b的上方还是下方通过。
在又进一步的实施例中，多个第一飞行器能够运载并且展开具有除悬挂的捕捉索以外的构造的捕捉设备。例如，现在参照图6，两个第一飞行器601a、601b被构造成用包括网状物610的捕捉设备605来运载它们之间的捕捉设备605。网状物610能够用于捕捉飞行器，其可不具有如以上参照图5A至图5B所述的特定的捕捉设备(例如，翼尖钩和/或上钩和下钩)。在此实施例的一个方面中，网状物610在下缘处或下缘附近可具有配重，用以保持网状物610被正确地取向。在另一个实施例中，使用两个附加的第一飞行器601c、601d(以虚线示出)，以为网状物610的下角落提供支撑和定位。在具体的实施例中，经由网状物610捕捉的第二飞行器(图6中未示出)能够具体地被构造成用于此类捕捉操作。例如，该第二飞行器能够具有更少的和/或特别坚固的突起，其承受可在第二飞行器与网状物610接合时遇到的力。在另一些实施例中，第二飞行器和/或用于利用网状物610捕捉该第二飞行器的技术能够被构造成避免需要这类特定的设计。例如，运载网状物610的第一飞行器601a、601b能够使该网状物在与即将到来的第二飞行器的方向相同的方向上飞行，以在该第二飞行器与网状物610接合时减少传递至第二飞行器的力。
以下参照图1所述的系统的一个实施例的一个方面是，用于第一飞行器的电源(例如，电池供电的电机，或内燃发动机)被运载在该第一飞行器上。在另一些实施例中，能够从地基电源向该第一飞行器供应电力。例如，现在参照图7，代表性第一飞行器701a能够经由电力传输链路731接收地基电源730的电力。在这个实施例的特定方面中，电力传输链路731能够包括电力电缆732a，其将电力传输至由第一飞行器701a运载的电力接收器713。电力接收器713能够包括连接器711，例如快速释放电连接器，其联接至一个或更多个机载电动机，用以驱动第一飞行器701a的相应旋翼703。第一飞行器701a能够运载捕捉索706用于捕捉合适配备的第二飞行器120a(图5A)。
在图7中所示的一个实施例的另一个方面，该系统能够包括多个第一飞行器，其被示出为两个第一飞行器701a、701b，例如用以用减少或消除捕捉索706的干扰的方式定位电力传输链路731。例如，第一飞行器701a(以实线示出)能够运载捕捉索706和电力接收器713，并且另一个第一飞行器701b(以虚线示出)能够在偏离捕捉索706的位置运载相应的电力电缆732b(也以虚线示出)。因此，第一飞行器中的一个能够执行捕捉操作(以及任选的发射操作)，并且另一个能够提供支持功能。执行支持功能的第一飞行器701b能够具有与执行捕捉功能的第一飞行器701a相同的构造，或者这两个飞行器能够具有不同的构造。例如，执行支持功能的第一飞行器701b能够具有更大的或更小的负载能力，这取决于与电缆运载功能相关的负载是大于还是小于与捕捉功能相关的负载。相应的电力电缆732b能够包括多个段，例如，地基电源730与第一飞行器701b之间的一个段，以及两个第一飞行器701a、701b之间的另一个段。
无论是否采用以图7所示的设置的多个第一飞行器701，捕捉索706能够被附接至包括一个或更多个锚定件771的下行线装置770。(一个或更多个)锚定件771能够执行不同的功能。例如，一个锚定件能够将捕捉索706的路径再导向至另一个锚定件，该另一个锚定件包括减震特征件，用以在捕捉操作期间缓冲撞击捕捉索706的第二飞行器120的冲击(图5A)。
如以上讨论的，捕捉索706能够经由地基下行线装置或通过另一个飞行器来张紧。在又另一个实施例中，如图8中所示，代表性第一飞行器101能够运载捕捉索106，其由悬挂质量块812张紧，例如在其自由端处或在其自由端附近附接至捕捉索106。这种设置能够允许第一飞行器101执行捕捉操作，同时被完全地定位在任何附近的障碍物141的上方，而无需接近地面(或另一个第一飞行器)来提供捕捉索106中的张力。
图9是包括被构造成经由无线链路来接收来自地基电源930的电力的第一飞行器901的系统900的部分示意图。在这个实施例的特定方面中，地基电源930包括辐射源933，例如照明源或其他电磁辐射934源。第一飞行器901能够包括电力接收器913，该电力接收器913进而包括被定位成接收来自地基电源930的能量的一个或更多个无线接收器元件914。例如，电力接收器913能够包括一个或更多个光伏电池915，其接收辐射934、将辐射转化成电流并且向驱动旋翼103或其他推进系统部件的电机提供电流。
示出第一飞行器901运载连接至下行线装置970的捕捉索906。下行线装置970能够包括锚定件971(例如，滑轮)以及用于处理和/或控制捕捉索906和被捕捉到的第二飞行器(图9中未示出)的运动的张力设备972(例如，弹性的、弹簧承载的和/或其他减振设备)。
如上参照图9所述的系统的实施例的一个特征是，用于将能量从地面传输至该第一飞行器的无线系统能够简化该第一飞行器的飞行操作，例如通过减少如以上参照图7所讨论的电力传输线731所施加的限制。相反地，与无线链路及与其相关的能量转化过程相比，使用如以上参照图7所述类型的有线的或直接电力传输链路能够更高效地提供能量。
现在参照图10，在以上所述的实施例中的任一项中，系统包括一个或更多个控制器1080，用以监控并引导各种飞行器的操作。例如，第一飞行器101能够包括第一机载控制器1083，并且第二飞行器120能够包括第二机载控制器1084。这些控制器中的每一个经由导向推进系统、可移动的空气动力学表面和/或其他飞行器部件的信号来引导各飞行器的运动。在一些实施例中，第一飞行器101和第二飞行器120的操作能够是完全自主的，其中每个飞行器在操作之前被预先编程。在另一些实施例中，飞行器都是经由单个地基控制器来控制的，并且在又进一步的特定实施例中，每个飞行器是由单独的控制器来控制的。因此，总控制器1080能够包括第一非机载控制器1081a(例如，第一地面站)，其是由第一操作者1086a来操作的且经由第一通信链路1085a与第一飞行器101通信。控制器1080能够进一步包括第二非机载控制器1081b(例如，第二地面站)，其是由第二操作者1086b来操作的并且经由第二通信链路1085b与第二飞行器120通信。通过在旁边或附近彼此共同定位，或经由电话、双向无线电或任何其他合适的远程通信设备，第一操作者1086a和第二操作者1086b能够彼此例如口头地通信。除了向该第一飞行器和第二飞行器提供控制指令以外，非机载控制器能够执行各种各样的诊断和信息任务中的任一种。例如，控制器能够提供用于飞行器发射和/或回收的自动的或部分自动的清单和倒计时程序。
图11至图13示出根据本技术的特定实施例构造的第一飞行器和第二飞行器。从图11开始，代表性第一飞行器101能够包括发射固定装置1190，其被可释放地附接至由第二飞行器120运载的附接固定装置1127。在这个实施例的特定方面中，附接固定装置1127装配在发射固定装置1190的相应槽缝1192中，并且发射固定装置1190还包括释放机构1191。释放机构1191在发射之前能够阻碍或防止附接固定装置1127的运动，此时，释放机构1191能够被移动至释放位置(如图11中的虚线所指示的)，从而允许第二飞行器120经由槽缝1192向下滑动并远离第一飞行器101。
在图12中所示的实施例中，第一飞行器101包括根据本技术的另一个实施例构造的发射固定装置1290。发射固定装置1290能够包括枢轴销1295，其与由第二飞行器120运载的相应的附接固定装置1227可释放地接合。例如，枢轴销1295能够平移进出图12的平面，以从附接固定装置1227脱离。第一飞行器101能够进一步包括具有柱塞1294的定位装置1293，当被激活时，对第二飞行器120的机头向下地施力。在代表性发射操作期间，枢轴销1295和柱塞1294依次被致动以释放第二飞行器120并迫使第二飞行器120的机头向下两者，以便其(a)获得足够的空速以使自身飞起来，并且(b)降低干扰第一飞行器101的可能性。例如，在一个实施例中，销1295首先脱离，并且，在指示销1295已经成功脱离后，然后操作柱塞1294向下推动第二飞行器120的机头。在另一个实施例中，在释放销1295之前，柱塞1294被首先致动，以使第二飞行器120置于面朝下的取向上。在这些实施例的任一实施例中，第二飞行器120能够初始地在水平姿态下被运载，例如，当第一飞行器101水平飞向发射点时。这种设置的一个优点是，希望在此飞行期间减小对第二飞行器120和第一飞行器101两者的拖曳。
图13示出包括图2中所示的第一飞行器101和第二飞行器120的代表性系统1300的进一步细节。第一飞行器101能够包括由中心部分107以及多个向外延伸的臂108形成的机身102。每个臂108能够支持一个或更多个旋翼103。例如，在图13中所示的实施例中，四个臂中的每个臂都支持两个反向旋转的旋翼103。第一飞行器101能够进一步包括多个起落架1309以及发射固定装置190，多个起落架1309以及发射固定装置190被构造成在第一飞行器101在地面上的同时允许第一飞行器101支持第二飞行器120。在这个位置中，起落架1309为第二飞行器120提供足够的离地净高，以允许第二飞行器120的推进器1329进行操作。在这个特定的实施例中，起落架1309能够包括四个元件，每个元件被构造成支持四个臂108中的一个。一个或更多个起落架元件(例如，两个)能够被进一步被构造成具有平的、竖直延伸的表面，该表面作为竖直稳定器1316操作，用以增强第一飞行器101飞行中的稳定性。
图14A至图14D示出根据本技术的进一步实施例的用于在海洋或其他水基环境中捕捉无人驾驶航空器的系统和方法。出于说明的目的，在图14A至图14D示出捕捉操作。在另一些实施例中，相同的或不同的飞行器能够用于发射UAV，例如根据以上所述的技术。
从图14A开始，代表性系统1400a能够包括被构造成捕捉和/或发射第二飞行器120的第一飞行器101。因此，第一飞行器101能够运载捕捉索106，该捕捉索继而连接至下行线装置1470。下行线装置1470能够至少部分地由水运船1477(例如，小船、轮船、驳船和/或其他合适的平台)运载，并且能够包括用连接设备1474(例如，滑环或其他合适的设备)连接至捕捉索106的牵引缆绳1473。牵引缆绳1473连接至牵引缆绳展开设备1475(例如，绞盘)，其能够用于卷起牵引缆绳1473或放出牵引缆绳1473。牵引缆绳1473能够在其相对端处连接至浸入式锚定件(例如，海锚1471)以及(任选的)附加质量块1476，其使牵引缆绳1473保持在相对于捕捉索106和船1477的稳定取向上。
在一种操作模式中，第二飞行器120飞进捕捉索106，使翼尖钩124与捕捉索106以与如上所述的大致相同的方式接合。牵引缆绳展开设备1475然后能够用于在第一飞行器101下降至船1477以放下(deposit)被捕捉到的第二飞行器120之前或之后卷起捕捉索106、海锚1471以及质量块1476。
根据另一个实施例(如图14B至图14D所示)的系统1400b包括第一飞行器101，该第一飞行器101在没有经由牵引缆绳1473被附接至船1477的情况下操作。替代地，能够通过船1477将带有捕捉索106、海锚1471和任选的附加质量块1476的第一飞行器101传送到特定位置并释放。在被释放之后，第一飞行器101以大体上与以上所述的方式相似的方式来捕捉第二飞行器120。第一飞行器101然后使第二飞行器120飞向船1477。例如，如图14C中所示，第一飞行器101能够从水里提升第二飞行器120、海锚1471和附加质量块1476并飞向船1477。在船1477处，如图14D中所述，第一飞行器101能够使第二飞行器120降低而被固定在船1477处，并且然后其自身能够着陆在舰船1477上。
以上参照图1至图14D所述的若干实施例的一个方面是，所公开的无人驾驶航空器系统能够包括对第二无人驾驶飞行器进行发射、回收或发射和回收两者的第一无人驾驶飞行器。这个特征的一个优点是其允许该第二飞行器从进入非常受限的部位展开并且返回到该部位。因此，这类系统能够在通常不可接近具有固定机翼构造的第二无人驾驶飞行器的区域中操作。因为这种飞行器通常比多旋翼无人驾驶航空器的耐久性更长，从更远的不可接近的位置展开和回收这种飞行器的能力能够显著增加该系统的总范围和耐久性。
前面的实施例中的至少一些实施例的另一个特征是，以对应于由该飞行器执行的不同任务的方式，该第一飞行器和第二飞行器的构造能够是显著不同的。例如，该第一飞行器能够被构造成具有相对短的耐久性，并且能够被构造成竖直地起飞和着陆，因而允许其在受限的空间内进行操作。相比之下，该第二飞行器能够被构造成执行长期任务，并且还能够被构造成通过该第一飞行器来发射和/或捕捉。
根据前面提到的，将理解的是本文出于说明的目的已经描述了本技术的具体实施例，但是可以在不脱离所公开的技术的情况下作出各种修改。例如，以上所述的第一飞行器和第二飞行器的构造能够不同于附图中清楚示出的构造。通常，第一飞行器能够具有VTOL构造，并且第二飞行器能够具有不同的(例如，固定机翼)构造。然而，在另一些实施例中，该第一飞行器和第二飞行器中任一个或两者能够具有其他构造。
如以上讨论的，该第一飞行器能够只执行发射功能，只执行捕捉功能，或执行发射功能和捕捉功能两者。在具体的实施例中，相同的飞行器能够执行发射功能和捕捉功能两者。例如，图14A至图14D中所示的第一飞行器能够被构造成用于捕捉操作(如图所示)或发射操作或两者。在另一些实施例中，不同的飞行器(例如，具有相同的或不同的构造)能够执行发射和捕捉功能。例如，在一些实施例中，一个飞行器发射该第二飞行器，并且在其再充电或否则准备用于另一个发射时，不同的飞行器执行捕捉功能。
以上描述的UAV(例如，第二飞行器120)通常具有小到中等尺寸。例如，代表性第二飞行器的起飞总配重是在40lb与55lb之间。在另一些实施例中，该第二飞行器能够具有其他合适的配重。
在有障碍的环境的背景下描述以上所述的若干实施例，所述有障碍的环境例如森林环境、拥挤的城市环境和/或其它此类环境。在另一些实施例中，能够在不具有这种障碍物的环境中使用相同的或相似的系统。
以上所述的第一飞行器被示为具有四个或八个旋翼的多旋翼飞行器。在另一些实施例中，第一飞行器能够具有其他旋翼构造(例如，六个旋翼)。在这些实施例中的任何一个中，用于为该第一飞行器供电的电源能够包括电池、内燃发动机、涡轮机、燃料电池和/或其他合适的来源。
在第一飞行器接收地基电源(例如，电力电缆)的电力的特定实施例中，由电力电缆提供的功能能够与由捕捉索提供的功能结合。例如，相同的电缆能够既从地面向第一飞行器供电，又能够用于捕捉第二飞行器。在这类实施例中，该电缆是足够厚的以向该第一飞行器运送所需的电流，是足够薄的以与由该第二飞行器运载的捕捉设备接合，并且是足够坚固的以承受该第二捕捉设备的多次冲击。
通常，在典型的发射操作期间没有在空中运载捕捉索。在另一些实施例中，捕捉索能够在发射操作期间随着第二飞行器被提升。因此，如果第二飞行器在发射之后经历了短暂故障，则该回收索能够用于取回该第二飞行器。如果能够在该第一飞行器盘旋的同时，而不是在该第一飞行器在向前飞行中接合的同时，从该第一飞行器发射第二飞行器，则这种设置可能是合适的。在又进一步的实施例中，该第一飞行器能够完全机载运载该回收索，而无需该回收索连接到地面。该回收索能够因此被机载收入该第一飞行器，并且只有在需要回收时才被展开。
当展开多个飞行器以执行和/或支持发射和/或捕捉操作时(例如以上参照图5A至图7所讨论的)，任一飞行器能够用指令进行编程，以在主/从设置中(如以上参照图5A讨论的)或在另一个合适的设置中彼此一致地操作。
在具体实施例的背景下描述的本技术的某些方面可以在其他实施例中进行组合或者被消除。例如，发射和回收功能能够被整合在一个单一飞行器中或分在多个飞行器中。在图4A至图4B所示的实施例的背景下描述的传感器也能够被包括在其他实施例中。进一步地，虽然已经在某些实施例的背景下描述了与该技术的某些实施例相关联的优点，但是其他实施例也可以展现出所述的优点并且并非所有的实施例都必需展现出这样优点才落入本技术的范围之内。因此，本公开和相关联的技术能够涵盖未在此明确描述或者示出的其他实施例。
在本文通过引用而被结合的任何材料与本公开冲突的情况中，本公开进行控制。

Claims (12)

1.一种无人驾驶航空器系统，即UAV系统，其包括：
第一多旋翼运载飞行器，其具有：
机身；
由所述机身运载的多个旋翼，所述多个旋翼被定位成支撑盘旋中的所述运载飞行器；和
由所述机身运载的且操作性地联接至所述多个旋翼以为所述多个旋翼供电的电池；
发射固定装置，其由所述运载飞行器运载且被定位成可释放地附接至第二被运载的飞行器，所述被运载的飞行器具有捕捉设备，其中所述发射固定装置包括释放机构和向下倾斜的槽缝，所述释放机构和所述向下倾斜的槽缝被定位成在发射期间以俯冲姿态发射和引导所述被运载的飞行器；和
捕捉索，其由所述运载飞行器运载且能够展开以从所述运载飞行器悬挂，所述捕捉索的尺寸被设计成与所述被运载的飞行器的所述捕捉设备可释放地接合。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述发射固定装置包括被定位成与所述被运载的飞行器接合的枢转部分，以及相对于所述机身可移动且被定位成相对于所述机身使所述被运载的飞行器枢转的柱塞部分。
3.如权利要求1所述的系统，还包括所述被运载的飞行器，并且其中，所述被运载的飞行器被可释放地附接到所述运载飞行器。
4.如权利要求1所述的系统，其中：
所述机身包括中心部分和从所述中心部分向外延伸的四个臂；
所述多个旋翼包括四对反向旋转的旋翼，其中各对旋翼由相应的各个臂运载；并且
所述发射固定装置包括向下延伸的槽缝，其被定位成在发射期间以俯冲姿态引导所述被运载的飞行器。
5.一种用于操作无人驾驶航空器系统即UAV系统的方法，所述方法包括：
引导第一多旋翼运载飞行器在空中运载第二被运载的飞行器，并且使用发射固定装置释放所述第二被运载的飞行器用于飞行，同时利用机载电池为所述第一多旋翼运载飞行器供电，所述发射固定装置包括释放机构和向下倾斜的槽缝，所述释放机构和所述向下倾斜的槽缝被定位成在发射期间以俯冲姿态发射和引导所述第二被运载的飞行器；并且
引导所述第一多旋翼运载飞行器以将捕捉索定位在所述第二被运载的飞行器的飞行路径中，用以捕捉所述第二被运载的飞行器。
6.如权利要求5所述的方法，还包括：引导所述第二被运载的飞行器与由所述第一多旋翼运载飞行器运载的所述捕捉索接合。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述第二被运载的飞行器具有固定机翼构造。
8.如权利要求5所述的方法，其中，定位所述捕捉索包括利用未固定的自由端定位所述捕捉索。
9.如权利要求5所述的方法，其中，定位所述捕捉索包括：定位所述捕捉索，使所述捕捉索的一部分固定到地面。
10.如权利要求5所述的方法，还包括：在引导所述第一多旋翼运载飞行器以释放所述第二被运载的飞行器之后且在引导所述第一多旋翼运载飞行器定位所述捕捉索之前，引导所述第一多旋翼运载飞行器着陆。
11.一种无人驾驶航空器系统，即UAV系统，其包括：
第一多旋翼运载飞行器，其具有：
机身；
由所述机身运载的多个旋翼，所述多个旋翼被定位成支撑盘旋中的所述运载飞行器；和
由所述机身运载的且操作性地联接至所述旋翼以为所述旋翼供电的电力接收器，所述电力接收器被定位成在所述运载飞行器处于飞行中的同时接收非所述运载飞行器机载的电力；
发射固定装置，其由所述运载飞行器运载且被定位成可释放地附接至第二被运载的飞行器，所述被运载的飞行器具有捕捉设备，其中所述发射固定装置包括释放机构和向下倾斜的槽缝，所述释放机构和所述向下倾斜的槽缝被定位成在发射期间以俯冲姿态发射和引导所述被运载的飞行器；和
捕捉索，其由所述运载飞行器运载且能够展开以从所述运载飞行器悬挂，所述捕捉索的尺寸被设计成与所述被运载的飞行器的所述捕捉设备可释放地接合。
12.一种用于操作无人驾驶航空器系统即UAV系统的方法，所述方法包括：
引导第一多旋翼运载飞行器在空中运载第二被运载的飞行器，并且使用发射固定装置释放所述第二被运载的飞行器用于飞行，同时利用非机载电源为所述第一多旋翼运载飞行器供电，所述发射固定装置包括释放机构和向下倾斜的槽缝，所述释放机构和所述向下倾斜的槽缝被定位成在发射期间以俯冲姿态发射和引导所述被运载的飞行器；并且
引导所述第一多旋翼运载飞行器以将捕捉索定位在所述第二被运载的飞行器的飞行路径中，用以捕捉所述第二被运载的飞行器。
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