CN107804459A - 用于缓冲有效载荷的振荡的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种方法和系统，以缓冲联接到绞盘系统的绳索的有效载荷的振荡，所述绞盘系统布置在无人驾驶航空载具(UAV)上。例如，UAV的控制系统可以通过使得UAV切换到向前飞行模式而缓冲振荡，在所述向前飞行模式中UAV导致在有效载荷上的拖曳，由此缓冲振荡。在另一例子中，控制系统可以使得UAV降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度，由此由于UAV沿该维度运动期间的能量消散而缓冲检测到的振荡。以此方式，控制系统可选择和执行一个或多个这种技术，且可在绳索的收回和/或展开期间如此做。
Description
背景技术
无人驾驶载具(其还可以被称为自动化驾驶载具)是能在没有实体操作的人类操作者的情况下行进的载具。无人驾驶载具可以以远程控制模式、自动驾驶模式或部分地自动驾驶模式操作。
在无人驾驶载具以远程控制模式操作时，在远程位置的飞行员或驾驶员可经由通过无线链路发送到无人驾驶载具的命令而控制无人驾驶载具。在无人驾驶载具以自动驾驶模式操作时，无人驾驶载具通常基于预编程导航路径点、动态自动系统或这些的组合而运动。进一步地，一些无人驾驶载具可以以远程控制模式和自动驾驶模式操作，且在一些情况可以同时地以这两种模式操作。例如，远程飞行员或驾驶员会希望将导航交由自动驾驶系统接管，而同时手动地执行另一任务，例如操作用于拾取物体的机械系统。
各种类型的无人驾驶载具用于各种不同环境。例如，无人驾驶载具用于在空气中操作，在地面上操作，在水中操作，和在太空中操作。例子包括四轴飞行器和立式垂直起落飞行器无人机，等等。无人驾驶载具还用于混合操作，在所述混合操作中可进行多环境操作。混合无人驾驶载具的例子包括两栖器具(其能在陆地上以及在水上操作)，或包括水上飞机(其能在水上以及陆地上着陆)。其他例子也是可以的。
发明内容
示例性实施方式可以涉及用于缓冲有效载荷的振荡的各种技术，所述有效载荷联接到绞盘系统的绳索，所述绞盘系统布置在无人驾驶航空载具(UAV)上。例如，UAV的控制系统可以通过使得UAV切换到向前飞行模式而缓冲振荡，在向前飞行模式中UAV在有效载荷上形成拖曳，由此由于拖曳而缓冲振荡。在另一例子中，控制系统可以使得UAV降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度，由此由于UAV沿至少一个维度运动期间的能量消散而缓冲检测到的振荡。以此方式，控制系统可选择和执行一个或多个这种技术，且在绳索的收回和/或展开期间如此做。
在一个方面，提供一种系统。系统可以包括用于航空载具的绞盘系统，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索，(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达，和(c)有效载荷联接设备，联接到绳索的前端且构造为机械地将有效载荷联接到绳索。系统还可以包括控制系统，其可操作为在航空载具处于盘旋飞行模式时，切换成以绳索收回模式操作。控制系统还可操作为在运行于绳索收回模式时，执行缓冲程序以缓冲有效载荷联接设备的振荡。
另一方面，提供另一系统。系统可以包括用于航空载具的绞盘系统，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索和(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达。系统还可以包括控制系统，其可操作为在航空载具处于盘旋飞行模式时，使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式，在向前飞行模式中航空载具的运动在联接到绳索的有效载荷上形成拖曳，其中在绳索被至少部分地解卷绕时的拖曳缓冲有效载荷的振荡。
在又一方面，提供又一系统。系统可以包括用于航空载具的绞盘系统，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索，和(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达，且其中航空载具能以位置保持模式操作，其中通过在物理空间沿三个维度实施飞行稳定化，航空载具在盘旋飞行期间基本上保持物理位置。系统还可以包括控制系统，其可操作为在航空载具处于位置保持模式时，使得航空载具沿三个维度中的至少一个降低飞行稳定化程度，由此由于在航空载具沿至少一个维度运动期间的能量消散而实现振荡缓冲，且其中有效载荷联接到绳索且其中在绳索至少部分地解卷绕时发生振荡。
在再一方面，提供再一系统。系统可以包括用于航空载具的绞盘系统，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索和(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达。系统还可以包括控制系统，其可操作为在绳索至少部分地解卷绕时从多个可用缓冲程序中选择一个或多个缓冲程序以缓冲联接到绳索的有效载荷的振荡。控制系统还可操作为执行一个或多个选择的缓冲程序。
在又一方面，提供又一系统。系统可以包括一器件，用于在航空载具处于盘旋飞行模式时，切换到操作于绳索收回模式。系统还可以包括一器件，用于在操作于绳索收回模式，执行缓冲程序以缓冲有效载荷联接设备的振荡。
在又一方面，提供又一系统。系统可以包括一器件，用于在航空载具处于盘旋飞行模式时，使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式，在向前飞行模式中航空载具的运动在联接到绳索的有效载荷上形成拖曳，其中在绳索被至少部分地解卷绕时拖曳缓冲有效载荷的振荡。
在又一方面，提供又一系统。系统可以包括一器件，用于在航空载具处于位置保持模式时，使得航空载具沿三个维度中的至少一个降低飞行稳定化程度，由此由于在航空载具沿至少一个维度运动期间的能量消散而实现振荡缓冲，其中有效载荷联接到绳索且其中在绳索至少部分地解卷绕时发生振荡。
在又一方面，提供又一系统。系统可以包括一器件，用于在绳索至少部分地解卷绕时从多个可用缓冲程序中选择一个或多个缓冲程序以缓冲联接到绳索的有效载荷的振荡。系统还可以包括一器件，用于执行一个或多个选择的缓冲程序。
通过阅读之后的详细描述并参考附随附图本领域技术人员可以理解这些以及其他方面、优点和替换。进一步地，应理解，在本文中该发明内容部分和其他位置提供的描述目的是通过例子显示要求保护的主体，而不是对其限制。
附图说明
图1A是根据示例性实施例的无人驾驶航空载具的简化显示。
图1B是根据示例性实施例的无人驾驶航空载具的简化显示。
图1C是根据示例性实施例的无人驾驶航空载具的简化显示。
图1D是根据示例性实施例的无人驾驶航空载具的简化显示。
图1E是根据示例性实施例的无人驾驶航空载具的简化显示。
图2是简化的方块图，其显示了根据示例性实施例的无人驾驶载具的部件。
图3是显示了根据示例性实施例的UAV系统的简化方块图。
图4A、4B和4C显示了根据示例性实施例的有效载荷投递设备。
图5A显示了根据示例性实施例的包括有效载荷510的有效载荷投递设备500的透视图。
图5B是图5A所示的有效载荷投递设备500和有效载荷510的截面侧视图。
图5C是图5A和5B所示的有效载荷投递设备500和有效载荷510的侧视图。
图6A是根据示例性实施例的有效载荷联接设备800的透视图。
图6B是图6A所示的有效载荷联接设备800的侧视图。
图6C是图6A和6B所示的有效载荷联接设备800的前部视图。
图7是在插入到定位在UAV机身中的有效载荷联接设备接收座之前的图6A-6C所示的有效载荷联接设备800的透视图。
图8是在插入到定位在UAV机身中的有效载荷联接设备接收座之前的图6A-6C所示的有效载荷联接设备800的另一透视图。
图9显示了定位在UAV的机身中的有效载荷联接设备接收座和凹入限制槽道的透视图。
图10A显示了有效载荷投递设备500的侧视图，随有效载荷510在触地以进行投递之前向下运动，有效载荷510的把手511固定在有效载荷联接设备800中。
图10B显示了在有效载荷510已经着陆在地面上之后的有效载荷投递设备500的侧视图，显示了有效载荷联接设备800从有效载荷510的把手511脱开联接。
图10C显示了有效载荷投递设备500的侧视图，有效载荷联接设备800从有效载荷510的把手511运动离开。
图11是有效载荷510的把手511的侧视图。
图12显示了一对锁定销570、572，其延伸穿过有效载荷510的把手511中的孔514和516，以将把手511和有效载荷510的顶部部分固定在UAV的机身中。
图13A是在有效载荷的把手定位在有效载荷联接设备900的槽道920中之前的有效载荷联接设备900的透视图。
图13B是在投递有效载荷且与有效载荷的把手脱开联接之后的有效载荷联接设备900的透视图。
图14A是根据示例性实施例的图13A和13B所示有效载荷联接设备900的前部透视图。
图14B是图14A所示的有效载荷联接设备900的后部透视图。
图14C是图14A和14B所示的有效载荷联接设备900的侧视图。
图14D是图14A-14C所示的有效载荷联接设备900的前部视图。
图14E是图14A-D所示的有效载荷联接设备900的俯视图。
图15A是根据示例性实施例的有效载荷联接设备1000的透视图。
图15B是图15A所示的有效载荷联接设备1000的另一透视图。
图15C是图15A和15B所示的有效载荷联接设备1000的侧视图。
图15D是图15A-C所示的有效载荷联接设备1000的俯视图。
图15E是图15A-D所示的有效载荷联接设备1000的截面侧视图
图16A是有效载荷联接设备800’的侧视图，其具有根据示例性实施例的定位在唇部806’上方的槽道808。
图16B是在将有效载荷联接设备800’从有效载荷的把手脱开联接之后在槽道808已经关闭之后的有效载荷联接设备800’的侧视图。
图16C是图16A所示的有效载荷联接设备800’的截面侧视图。
图16D是图16B所示的有效载荷联接设备800’的截面侧视图。
图17是根据示例性实施例的用于执行有效载荷的绳索拾取以随后投递到目标位置的方法流程图。
图18是根据示例性实施例的用于执行有效载荷的绳索投递的方法的流程图。
图19是根据示例性实施例的用于协作控制绳索的示例性流程图，用于与用户互动和/或向用户提供反馈的目的。
图20示出了根据示例性实施例的马达电流水平随时间变化。
图21示出了根据示例性实施例的检测到的电流尖峰，其表示具体的用户与绳索的互动。
图22示出了根据示例性实施例的基于具体用户互动的马达响应。
图23示出了根据示例性实施例的调整绳索张力的马达响应过程。
图24示出了根据示例性实施例的马达响应过程，以提供棘爪的感觉。
图25示出了根据示例性实施例的马达响应过程，其后是UAV响应过程。
图26是根据示例性实施例的用于确定有效载荷是否已经从UAV绳索分离的方法流程图。
图27是根据示例性实施例的用于启动缓冲程序以缓冲有效载荷联接设备的振荡的示例性流程图。
图28A到28D共同显示了根据示例性实施例的在绳索收回过程期间开始缓冲程序。
图29是根据示例性实施例的用于启动向前飞行以缓冲有效载荷振荡的示例性流程图。
图30A到30D共同显示了根据示例性实施例的使用向前飞行以缓冲有效载荷振荡。
图31是根据示例性实施例的用于降低飞行稳定化程度以缓冲有效载荷振荡的示例性流程图。
图32A到32H共同显示了根据示例性实施例的使用飞行稳定化程度降低以缓冲有效载荷振荡。
图33是根据示例性实施例的用于选择一个或多个缓冲程序以有助于缓冲有效载荷振荡的示例性流程图。
图34是根据示例性实施例的用于将绳索从UAV分离的方法的流程图。
图35是根据示例性实施例的用于检测和解决在有效载荷朝向地面下降时在绳索上的向下力的方法流程图。
图36是根据示例性实施例的用于检测和解决在有效载荷有效载荷朝向UAV卷绕时在绳索上的向下力的方法流程图。
图37是根据示例性实施例的用于检测UAV是否已经成功地拾取有效载荷的方法的流程图。
图38A示出了根据示例性实施例的UAV执行有效载荷拾取和投递过程的状态图的一部分。
图38B示出了根据示例性实施例的UAV执行有效载荷拾取和投递过程的状态图的另一部分。
图38C示出了根据示例性实施例的UAV执行有效载荷拾取和投递过程的状态图的另一部分。
具体实施方式
在这里描述示例性方法和系统。应理解，这里使用的词语“示例性”用于描述例子、实例或实施例。这里被描述为“示例性”或“展示性”的任何实施方式或特征不是必须被构造为优于其他实施方式或特征。在图中，相似的附图标记通常表示相似的部件，除非另外说明其情况。本文所述的示例性实施方式不是限制性的。容易理解，本文通常所述且在图中示出的本发明的一些方面可以以各种不同构造布置、代替、组合、分离和设计，所有这些都属于本文的构思。
I.概览
本发明的实施例涉及无人驾驶航空载具(UAV)或无人驾驶航空系统(UAS)的使用(本文共同称为UAV)，其用于承载要被投递或获取的有效载荷。作为例子，UAV可以用于从/向个人或企业输送或获取有效载荷。在操作中，要被投递的有效载荷被固定到UAV，且UAV随后飞行到期望的投递位置。一旦UAV达到投递位置，则UAV可以着陆以投递该有效载荷，或以盘旋模式操作并使用定位在UAV中的绳索绞盘机构从UAV朝向投递位置下降有效载荷。在有效载荷触地时，有效载荷联接设备(有时被称为“舱体”)自动地从有效载荷脱开联接。此外，在UAV操作于盘旋模式的同时，通过将有效载荷的把手定位到有效载荷联接设备中的槽道中，有效载荷可以被获取。
为了投递有效载荷，UAV可以包括各种机构，以在运输期间固定有效载荷和在投递时释放有效载荷。示例性实施例可以采取用于被动地将有效载荷联接到UAV以用于运输和在投递时释放有效载荷的设备的形式或涉及这种设备。
这种有效载荷联接设备可以包括外壳，所述外壳通过绳索联接到UAV，所述绳索可以相对于UAV卷绕和解卷绕，以升起和降低外壳。外壳可以包括一个或多个摆臂，其适于从外壳以锐角延伸，形成有效载荷可以附接的钩状物。在外壳和所附接的有效载荷从UAV下降(例如通过让绳索解卷绕)到UAV下方的运输位置(例如地面)时，有效载荷可以从钩状物分离。
例如，一旦有效载荷到达地面，则UAV可以通过继续让绳索解卷绕而过度释放(over-run)绳索。在有效载荷于地面上保持静止时，有效载荷联接设备可以继续下降，且外壳上的重力和/或惯性力会使得摆臂钩状物从有效载荷分离。在从有效载荷脱离时，摆臂可以适于退回到外壳中，且有效载荷联接设备可以朝向UAV上升(例如通过收回绳索)，而将有效载荷留在地面上。随着有效载荷联接设备接近UAV，适于接收外壳的装置可以接合摆臂的凸轮，使得摆臂从外壳以锐角延伸，由此形成用于固定另一有效载荷以通过UAV进行投递的钩状物。
更具体地，本发明的实施例有利地包括独特的有效载荷联接设备。在一个实施例中，有效载荷联接设备包括从有效载荷联接设备的外表面朝向有效载荷联接设备的中心向下延伸的槽道。槽道适于接收有效载荷的把手，且在有效载荷的投递或获取期间支撑有效载荷。一旦有效载荷到达地面，则有效载荷联接设备继续向下运动，直到有效载荷的把手从有效载荷联接设备的槽道脱开联接。槽道下方的下唇部的外表面被切割(undercut)，使得其延伸不超过槽道上方的有效载荷联接装置上端的外表面，以防止有效载荷联接装置在有效载荷联接装置获取到UAV期间与有效载荷的把手重新接合，或卡到电线或树枝上。
有效载荷联接设备可以包括在其外表面的相反侧上定位的凸轮。随有效载荷联接设备被用绞盘卷回到UAV，有效载荷联接设备的凸轮适于在凸轮接合时接合UAV机身中的相应凸轮，有效载荷联接设备能旋转以让有效载荷联接设备定向在UAV机身中的期望位置。
在这方面，有效载荷可以具有纵向延伸的顶部，使得有效载荷联接设备的外表面上的凸轮接合UAV机身中的匹配凸轮，纵向延伸顶部旋转到UAV机身底部中的相应纵向延伸凹入限制槽道中的期望位置。在其他实施例中，有效载荷可以被简单地拉入而抵靠UAV机身底部紧固定位。在这种情况下，有效载荷的顶部不必具有纵向延伸顶部，这种纵向延伸顶部在有效载荷联接设备的凸轮与机身中的匹配凸轮接合时定位在机身中的空腔中。然而，在使用凸轮的情况下，有效载荷联接设备的凸轮和机身中有效载荷联接接收座中的匹配凸轮可以适当地旋转有效载荷联接设备，以让有效载荷相对于机身定向在期望位置。
有效载荷联接设备的显著优势是有效载荷联接设备不包括运动部件，由此降低其复杂性并降低部件故障的可能性(在有效载荷联接设备涉及运动部件时会存在这种可能性)。
有效载荷可以有利地包括把手，其很适于定位在有效载荷联接设备的槽道中。把手可以用薄的柔性塑料材料构造，其具有高度的柔性，允许容易地插入到有效载荷联接机构的槽道中，且还用于在有效载荷着陆时容易地从有效载荷联接机构的槽道脱开联接。把手的柔性是期望的，以在把手弯曲以匹配有效载荷联接设备中槽道的角度时允许有效载荷和有效载荷联接设备垂直地悬挂。更刚性的把手使得在包装件着陆时更易于让有效载荷联接设备从把手分离，但是把手过于柔性则有效载荷联接设备会翻倒且不能被释放。进而，期望的是在脱开联接时，把手应该弹回到垂直取向，这进一步减少把手与有效载荷联接设备的槽道的重新钩挂，且在UAV的机身中接合时将包装件拉紧成限制状态。还应注意，把手还可为(be out of)纸或其他天然纤维，具有或没有用于获得额外强度的塑料层叠或塑料/玻璃/天然纤维。作为例子，也可以使用纤维强化的纸。
把手还可以有利地包括一对孔，其适于接收定位在UAV中的锁定销。锁定销可以具有圆锥形形状，以有助于插入到把手中的孔，并将包装件拉动到在UAV机身中的凹入限制槽道中紧固接合。一旦有效载荷联接设备的凸轮与机身中的匹配凸轮接合，则把手以期望取向定位。伺服马达或其他机构(例如常规电马达，其具有螺杆、或齿条和小齿轮，具有限制开关以控制行进(或诸如直线促动器这样的其他机构))可以用于让圆锥形锁定销运动通过把手中的孔，以保持把手和下方的有效载荷保持紧固地将就位，以允许在有效载荷固定在UAV下方时UAV进行高速飞行。替换地，一个或多个锁定销或销可运动到有效载荷联接设备本身中的凹部或开口中，而不是进入包装件的把手中的孔，以将有效载荷联接设备和包装件固定到UAV。
有效载荷可以采取空气动力学包结构(aerodynamic tote)的形式，但是有效载荷可以具有任何数量的不同构造和几何结构。然而，在机身定位有直线凹入限制槽道的情况下，期望的是有效载荷的顶部具有大致直线形状，以装配在机身中的直线凹入限制槽道中。
有效载荷联接机构也可以具有不同构造。例如，绳索可以附接到有效载荷联接设备的底部，且定位在有效载荷联接设备中的垂直延伸的绳索槽道中。垂直的绳索槽道延伸通过有效载荷联接设备，其适于接收有效载荷的把手。在该位置中，在投递和获取期间，有效载荷的把手定位在槽道中。有效载荷联接设备还包括一对向上延伸的指状物，其围绕槽道定位，在该一对指状物之间具有开口。
在有效载荷接触地面时，有效载荷联接设备继续向下运动且从有效载荷的把手自动地脱开联接。有效载荷联接设备可以包括顶部半部，其被加重，使得在从有效载荷的把手脱开联接时，有效载荷联接设备翻倒且旋转180度，使得该一对向上延伸指状物旋转180度向下延伸。在该旋转期间，绳索从垂直绳索槽道脱开且运动通过该一对指状物之间的开口。结果，因为槽道向下延伸，所以有效载荷联接被防止与有效载荷的把手再次接合。此外，在把手释放之后向下延伸槽道也有助于在其卷回到UAV时防止有效载荷联接设备与电线或树枝接合，因为槽道中的开口向下延伸。替换地，有效载荷联接设备可以在底部被加重。
有效载荷联接设备的该实施例还可以包括在其外表面上的凸轮，其适于接合机身中的有效载荷联接设备接收座中的匹配凸轮，以让有效载荷联接设备定向在UAV机身中的期望位置中。
在另一实施例中，垂直槽道可以定位在有效载荷联接设备中，其适于接收有效载荷的把手和在投递和获取期间支撑把手和有效载荷。在该实施例中，绳索槽道定位在有效载荷联接设备的外部，且有效载荷联接设备的顶部被加重，使得在有效载荷到达地面时，有效载荷联接设备继续向下运动，直到把手从有效载荷联接设备的槽道脱开联接。一旦脱开联接，则加重的有效载荷联接机构旋转90度，使得槽道不能在获取期间与有效载荷的把手再次接合或卡在电线或树枝上。有效载荷联接机构的该实施例可以包括在其外表面上的凸轮，其适于接合UAV机身中的匹配凸轮，以将有效载荷联接机构、把手和有效载荷定向在期望位置。
此外，有效载荷投递系统在卷绕期间自动对准包装件，以沿飞机纵向轴线以最小拖曳来将其定向。这种对准能实现在拾取之后的高速向前飞行。通过有效载荷钩状物和接收座的形状实现对准。钩状物(由于其形状也称为舱体)具有在其周边周围的凸轮特征，在其接合到UAV机身接收座中的凸轮特征中时，其总是沿限定方向定向。舱体两侧上的凸轮形状的末端是不对称的，以防止以90度的取向卡住。在这方面，螺旋凸轮表面可以汇合于有效载荷联接机构一侧上的顶点，且螺旋凸轮表面可以汇合于有效载荷联接机构另一侧上的圆形顶点。钩状物被具体设计为使得包装件沿钩状物的中线悬挂，实现沿相距90度的两个方向对准。
除了对准功能，在包装件在投递时接触地面时有效载荷钩状物还被动地且自动地释放包装件。这通过钩状物槽道和包装件上的相应把手的形状和角度实现。在有效载荷由于舱体的质量以及惯性(其趋于让舱体向下继续运动经过包装件)而向下接触时，钩状物容易地滑动离开把手。钩状物的端部被设计为从舱体本体略微凹入，这防止钩状物与把手意外地再次附接。在成功释放之后，钩状物卷绕回到飞机中。这种功能(在拾取期间包装件对准和在投递期间被动释放)可以在该钩状物实施例中没有任何运动部件的情况下(称为固态设计)被有利地实现。这极大地增加可靠性并减少成本。简单设计还使得用户互动非常清楚且一目了然。此外，有效载荷联接设备可以在底部加重，使得其保持期望的垂直取向而不倾斜。
用于卷起/拾取操作的包装件可以是具有空气动力学形状的包结构，具有强化的卡入把手(例如用塑料或其他材料制造，例如纤维)，但是还可以使用其他形状的有效载荷。有效载荷的把手将有效载荷附接到有效载荷联接设备的钩状物，且其槽道或开口成形为允许可靠的被动释放。把手还可以包括用于锁定销的两个小开口。把手的加强有助于在对准旋转期间将来自舱体的扭矩传递到包装件。包装件本身可以用卡纸制造且具有内部撕拉条。薄纤维撕拉条可以沿一个包装件侧的周边设置且使得顾客能在投递之后容易地打开包装件。
在有效载荷被卷起且完成对准时，使用在其接收座中的舱体的额外垂直运动，有效载荷被拉动到UAV机身中的凹入限制槽道。凹入限制槽道匹配有效载荷上部部分的形状且使得其在巡航飞行期间稳定，防止任何多余的侧向或前后摆动运动。凹入限制槽道也完全凹入到机身中且不具有突出部件，允许在返回飞行(在包装件已经投递之后)时的良好空气动力特性。
本发明的实施例提供用于UAV的基于高度整合的绞盘的拾取和投递系统。可以提供多个重要优点。例如，提供不需要着陆的拾取和投递包装件的能力。系统能在飞机悬停的情况下卷起包装件。在某些应用中还可以不需要商家或顾客设立基础设施。优点包括高度任务灵活性和需要有限或不需要基础设施安装成本的能力，以及有效载荷几何结构方面的增加的灵活性。
II.示例性无人驾驶载具
本文中，术语“无人驾驶航空载具”和“UAV”是指自动驾驶或半自动驾驶的载具，其能在不存在实体存在的人类飞行员的情况下执行一些功能。
UAV可采取各种形式。例如，UAV可以采取固定翼飞机，滑翔机，尾坐式垂直起落飞机，喷气飞机，涵道风扇飞机，轻于空气的气艇(例如软式气艇或可操纵气球)，旋翼飞行器(例如直升飞机或多旋翼飞行器)，和/或扑翼飞机的形式，还存在其他可能。进一步地，术语“无人飞机(drone)”“无人驾驶航空载具系统”(UAVS)或“无人驾驶航空系统”(UAS)也可以用于表示UAV。
图1A是提供了根据示例性实施例的UAV的各种视图的简化形式。具体说，图1A显示了固定翼UAV1100a的例子，其还可以称为飞机、喷射机、双翼飞机、或滑翔机，还存在其他可能。固定翼UAV1100a顾名思义具有静止翼1102，其基于翼的形状和载具的向前对气速度产生提升。例如，两个翼1102可以具有翼剖面形状的横截面以在UAV1100a上产生空气动力。
如所示，固定翼UAV1100a可以包括翼本体或机身1104。翼本体1104可以例如包含惯性测量单元(IMU)和/或电子速度控制器这样的控制电子器件、电池、其他传感器、和/或有效载荷，还存在其他可能。示例的UAV1100a还可以包括起落架(未示出)，以有助于受控起降。在其他实施例中，还可以存在没有起落架的其他类型的UAV。
UAV1100a进一步包括推进单元1106，其定位在翼1106(或机身)上，其每一个可包括马达、轴、和推进器，用于推进UAV 1100a。稳定器1108(或鳍片)还可以附接到UAV 1110a，以在飞行期间使得UAV的偏航(向左旋转或向右旋转)稳定。在一些实施例中，UAV 1100a还可以被配置为用作滑翔机。为此，UAV 1100a可以关闭其马达、推进单元等，且滑翔一段时间。在UAV 1100a中，一对旋翼支撑件1110在翼1106下方延伸，且多个旋翼1112附接旋翼支撑件1110。旋翼1110可以在盘旋模式期间使用，其中UAV 1110a下降到投递位置，或在投递之后上升。在示例性UAV 1100a中，稳定器1108显示为附接到旋翼支撑件1110。
在飞行期间，UAV 1100a可以通过控制其俯仰、滚动、偏航和/或飞行高度来控制其运动的方向和/或速度。例如，稳定器1108可以包括用于控制UAV的偏航的一个或多个舵1108a，且翼1102可以包括用于控制UAV俯仰的一个或多个升降器和/或用于控制UAV的滚动的一个或多个副翼1102a。作为另一例子，同时地增加或减少所有推进器的速度会分别使得UAV 1100a增加或减少其飞行高度。
类似地，图1B显示固定翼UAV120的另一例子。固定翼UAV120包括机身122、具有翼剖面形状横截面以提供UAV 120提升的两个翼124、稳定飞机的偏航(向左旋转或向右旋转)的垂直稳定器126、稳定俯仰(向上倾斜或向下倾斜)的水平稳定器128(也称为升降器或尾翼)、起落架130、和推进单元132，所述推进单元可包括马达、轴和推进器。
图1C显示具有在推动器构造中的推进器的UAV 140的例子。术语“推动器”是指推进单元142被安装在UAV的后部且向前“推动”载具，这与推进单元被安装在UAV前部是不同的。类似于针对图1A和1B的描述，图1C显示了用在推动式飞机的共同结构，包括机身144、两个翼146、垂直稳定器148、和推进单元142，所述推进单元可包括马达、轴和推进器。
图1D显示了立式垂直起落飞机UAV 160的例子。在示出的例子中，立式垂直起落飞机UAV 160具有固定翼162，以提供提升且允许UAV 160水平地滑翔(例如沿x轴线，在大约垂直于图1D所示的位置的位置)。然而，固定翼162还允许立式垂直起落飞机UAV 160自身垂直地起飞和着陆。
例如，在起飞位置，立式垂直起落飞机UAV 160可以垂直地定位(如所示)，其鳍片164和/或翼162置于地面且使得UAV 160稳定在垂直位置。立式垂直起落飞机UAV 160可以随后通过操作其推进器166以产生向上推力而起飞(例如通常沿y轴线的推力)。一旦处于合适的飞行高度，则立式垂直起落飞机UAV 160可以使用其翼片168，以重新将其本身定位在水平位置，使得与y轴线相比，其机身170更接近对准x轴线。在水平地定位的情况下，推进器166可以提供向前推力，使得立式垂直起落飞机UAV 160可以以与典型飞机相似的方式飞行。
可以想到在所示的固定翼UAV上的许多变化例。例如，固定翼UAV可以包括更多或更少推进器，和/或可以利用用于推进的一个函道风扇或多个函道风扇。进一步地，具有更多翼(例如“x翼”构造，其具有四翼)、更少翼或甚至没有翼的UAV也是可以的。
如上所述，除了固定翼UAV以外或作为其替换，一些实施例可以涉及其他类型UAV。例如，图1E显示了旋翼飞行器的例子，其通常被称为多旋翼飞行器180。多旋翼飞行器180还可以称为四轴飞行器，因为其包括四个旋翼182。应理解，示例性实施例可以涉及具有比多旋翼飞行器180更多或更少旋翼的旋翼飞行器。例如，直升飞机通常具有两个旋翼。具有三个或更多旋翼的其他例子也是可以的。本文中，术语“多旋翼飞行器”是指具有多于两个旋翼的任何旋翼飞行器，且术语“直升飞机”是指具有两个旋翼的旋翼飞行器。
更详细地参见多旋翼飞行器180，四个旋翼182为多旋翼飞行器180提供推进和机动性。更具体地，每一个旋翼182包括附接到马达184的叶片。如此配置，旋翼182可以允许多旋翼飞行器180垂直地起飞和着陆，以沿任何方向操作，和/或盘旋。进一步地，叶片的俯仰可成组地和/或不同地调整，且可以允许多旋翼飞行器180控制其俯仰、滚动、偏航和/或飞行高度。
应理解，在本文对“无人驾驶”航空载具或UAV的描述可同样施加于自动或半自动驾驶航空载具。在自动驾驶实施方式中，航空载具的所有功能是自动的；例如经由对从各种传感器而来的输入做出响应的实时计算机功能和/或预定信息进行预编程或控制。在半自动驾驶实施方式中，航空载具的一些功能可以被人类操作者控制，而其他功能被自动执行。进一步地，在一些实施例中，UAV可以配置为允许远程操作者接管否则可以由UAV自主控制的功能。然而进一步地，给定类型的功能可以在一个抽象层次被远程地控制和在另一抽象层次被自主地执行。例如，远程操作者可控制用于UAV的高水平导航决策，例如通过指定UAV应该从一个位置行进到另一位置(例如从市郊区域的仓库行进到附近城市的投递地址)，而UAV的导航系统自主控制更精细的导航决策，例如在两个位置之间所采取的具体路线，具体飞行控制，以实现该路线且避免障碍物，同时对路线进行导航，等等。
更通常地，应理解本文所述的示例性UAV不是限制性的。示例性实施例可以涉及实施为采取任何类型的无人驾驶航空载具的形式。
III.示例性UAV部件
图2是简化的方块图，其显示了根据示例性实施例的UAV 200的部件。UAV 200可以采取参考图1A-1E所述的UAV 100、120、140、160和180中之一的形式或相似的形式。然而，UAV 200还可以采取其他形式。
UAV 200可以包括各种类型的传感器，且可以包括配置为提供本文所述的功能的计算系统。在示出的实施例中，UAV 200的传感器包括惯性测量单元(IMU)202、超声波传感器(一个或多个)204、和GPS 206，可以存在其他可能的传感器和感测系统。
在示出的实施例中，UAV 200还包括一个或多个处理器208。处理器208可以是一般目的处理器或特殊目的处理器(例如数字信号处理器，专用应用集成电路等)。一个或多个处理器208可被配置为执行存储在数据存储器210中且可执行为提供本文所述的UAV功能的计算机可读程序指令212。
数据存储器210可以包括或采取一个或多个计算机可读存储介质的形式，所述介质可被至少一个处理器208读取或访问。一个或多个计算机可读存储介质可包括易失和/或非易失存储部件，例如光学、磁性、有机或其他存储器或盘片存储介质，其可全部或部分地与一个或多个处理器208中的至少一个整合。在一些实施例中，数据存储器210可使用单个物理装置实施(例如一个光学、磁性、有机或其他存储器或盘片存储单元)，而在其他实施例中，数据存储器210可使用两个或更多物理装置实施。
如所述的，数据存储器210可包括计算机可读程序指令212且可包括额外数据，例如UAV 200的诊断数据。如此，数据存储器210可以包括程序指令212，以执行或有助于本文所述的一些或所有UAV功能。例如，在示出的实施例中，程序指令212包括导航模块214和绳索控制模块216。
A.传感器
在示例性实施例中，IMU 202可以包括加速表和陀螺仪二者，其可以一起使用以确定UAV 200的取向。具体说，加速表可测量载具相对于地球的取向，而陀螺仪测量围绕轴线的旋转速率。IMU是商业可获得的低成本低功率的封装部件。例如，IMU 202可以采取微型化的微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)的形式或包括所述微型化的微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)。也可以利用其他类型的IMU。
除了加速表和陀螺仪以外，IMU 202可以包括其他传感器，其可以有助于更好地确定位置和/或有助于增加UAV 200的自主性。这种传感器的两个例子是磁力计和压力传感器。在一些实施例中，UAV可以包括低功率数字3轴磁力计，其可用于实现取向独立的电子指南针，用于得到准确的前行信息。然而，也可以利用其他类型的磁力计。其他例子也是可以的。进一步地，应注意，UAV可包括一些或所有上述惯性传感器，作为与IMU分离的部件。
UAV 200还可以包括压力传感器或气压计，其可用于确定UAV 200的飞行高度。替换地，其他传感器(例如声波测高计或雷达测高计)可用于提供飞行高度的指示，其可以有助于改善IMU的准确和/或防止IMU漂移。
在进一步的方面，UAV 200可以包括一个或多个传感器，其允许UAV感测环境中的物体。例如，在示出的实施例中，UAV 200包括超声波传感器(一个或多个)204。超声波传感器(一个或多个)204可通过产生声波和确定波浪发出和接收到物体反射的相应回声之间的时间间隔而确定与物体的距离。用于无人驾驶载具或IMU的超声波传感器的典型应用是低水平飞行高度控制和障碍物躲避。超声波传感器还可用于需要在一定的高度盘旋或需要检测障碍物的载具。其他系统可用于确定、感测和/或确定附近的物体的存在，例如光探测和测距(LIDAR)系统，激光探测和测距(LADAR)系统，和/或红外或前视红外(FLIR)系统，还存在其他可能。
在一些实施例中，UAV 200还可以包括一个或多个成像系统(一个或多个)。例如，一个或多个定格画面和/或视频摄像头可以被UAV 200以捕获从UAV的环境而来的影像数据。作为具体例子，电荷藕合装置(CCD)摄像头或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像头可用于无人驾驶载具。这种成像传感器(一个或多个)具有许多可能的应用，例如用于更准确的导航(例如通过对影像施加光流技术)的地面追踪、定位技术、障碍物躲避、视频反馈、和/或影像识别和处理，还存在其他可能。
UAV 200还可以包括GPS接收器206。GPS接收器206可以配置为提供典型的众所周知的GPS系统的数据，例如UAV 200的GPS坐标。这种GPS数据可以被UAV 200用于各种功能。如此，UAV可以使用其GPS接收器206，以有助于导航到呼叫者位置，如所示的，其至少部分地依靠通过其移动装置提供的GPS坐标。其他例子也是可以的。
B.导航和位置确定
导航模块214可以提供允许UAV 200例如在其环境周围运动且到达期望位置的功能。为此，导航模块214可以通过控制UAV的影响飞行的机械特征(例如其舵(一个或多个)、升降器(一个或多个)、副翼(一个或多个)和/或其推进器(一个或多个)的速度)而控制飞行高度和/或飞行方向。
为了将UAV 200导航到目标位置，导航模块214可以执行各种导航，例如基于地图的导航和基于定位的导航。通过基于地图的导航，UAV 200可以设置有其环境的地图，所述地图可以随后用于导航到地图上的具体位置。通过基于定位的导航，UAV 200能使用定位而在未知的环境中导航。基于定位的导航可以涉及UAV 200构建自身的环境地图并计算其在地图中的位置和/或目标在环境中的位置。例如，随UAV 200运动经过其环境，UAV 200可以连续使用定位来更新其环境地图。这种连续的地图绘制过程可以称为即时定位和地图构建(simultaneous localization and mapping：SLAM)。也可以利用其他导航技术。
在一些实施例中，导航模块214可以使用依赖于路径点的技术进行导航。具体说，路径点是识别在物理空间中的点的坐标组。例如，空中导航路径点可以通过一定的纬度、经度和飞行高度限定。因而，导航模块214可以使得UAV 200从路径点运动到路径点，以便最终行进到最终目的地(例如路径点顺序中的最终路径点)。
在进一步的方面，导航模块214和/或其他部件和UAV 200的系统可以配置为用于“定位”，以更精确地导航到目标位置。更具体地，希望的是，在某些情况让UAV处于目标位置的临界距离中(例如在距目标目的地的几英尺内)，该目标位置是有效载荷228被UAV投递的位置。为此，UAV可以使用双重性(two-tiered)方法，其中其使用更通常的位置确定技术以导航到大致区域，该区域与目标位置相关，且随后使用更精细的位置确定技术以识别和/或导航到大致区域中的目标位置。
例如，UAV 200可以导航到目标目的地的大致区域，在这里使用基于路径点和/或地图的导航而投递有效载荷228。UAV可以随后切换到其利用定位过程来定位和行进到更具体位置的模式。例如，如果UAV 200要将有效载荷投递到用户的家，则UAV 200需要大致靠近目标位置，以便避免有效载荷投递到不期望区域(例如到屋顶上、进入游泳池、到邻居家等)。然而，GPS信号可能仅能使UAV 200到这种程度(例如在用户家的街区中)。更精确的位置确定技术随后可以用于找到具体目标位置。
一旦UAV 200已经被导航到目标投递位置的大致区域，则各种类型位置确定技术可以用于完成目标投递位置的定位。例如，UAV 200可以配备有一个或多个传感系统，例如超声波传感器204、红外线传感器(未示出)和/或其他传感器，其可以提供输入，导航模块214利用该输入自主或半自主导航到具体目标位置。
作为另一例子，一旦UAV 200到达目标投递位置(或移动的目标，例如人或其移动装置)的大致区域，则UAV 200可以切换到“线控飞行(fly-by-wire)”模式，其中其至少部分地被远程操作者控制，操作者可将UAV 200导航到具体目标位置。为此，从UAV 200而来的传感数据可以被发送到远程操作者，以帮助他们将UAV 200导航到具体位置。
作为另一例子，UAV 200可以包括一模块，其能发信号到路人以求助到达具体目标投递位置；例如，UAV 200可以在图形显示器上显示请求这种协助的视觉消息，通过扬声器播放音频消息或音调，以表示需要这种协助，还存在其他可能。这种视觉或音频消息可表示需要协助以将UAV 200投递到具体的人或具体位置，且可提供信息以辅助路人将UAV 200投递到人或位置(例如人或位置的描述或照片，和/或人或位置的名字)，还存在其他可能。这种特征可在UAV不能使用传感功能或其他位置确定技术到达具体目标位置的情况下使用。然而，该特征并不限于这种情况。
在一些实施例中，一旦UAV 200达到目标投递位置的大致区域，则UAV200可以利用从用户的远程装置而来的指引因信号(例如用户的可动电话)以定位该人。这种指引信号可以采取各种形式。作为例子，考虑这样的情形，其中远程装置(例如请求UAV投递的人的移动电话)能向外发送方向信号(例如经由RF信号，光信号和/或音频信号)。在这种情形下，UAV200可以配置为通过将这种方向信号进行“溯源”而进行导航，换句话说，通过确定信号在何处最强并相应地导航。作为另一例子，移动装置可发出频率，在人的范围内或在人的范围外，且UAV 200可听到该频率并相应地导航。作为相关的例子，如果UAV 200收听到口头命令，则UAV 200可利用口头陈述，例如“我在这里！”，以对要求有效载荷投递的人的具体位置进行溯源。
在替换结构中，导航模块可以实施在远程计算装置处，所述远程计算装置与UAV200无线通信。远程计算装置可以接收表示UAV 200操作状态的数据、从UAV 200而来的传感器数据，其允许远程计算装置对UAV 200经历的环境情况和/或用于UAV 200的位置信息进行评估。通过提供这种信息，远程计算装置可以确定应该由UAV 200做出的高度和/或方向调整，和/或可以确定UAV 200应该如何调整其机械特征(例如其舵(一个或多个)，升降器(一个或多个)，副翼(一个或多个)，和/或其推进器(一个或多个)的速度，以便实现这种运动。远程计算系统可以随后将这种调整通信到UAV 200，从而其可以以确定的方式运动。
C.通信系统
在进一步的方面，UAV 200包括一个或多个通信系统218。通信系统218可以包括一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口，其允许UAV 200经由一个或多个网络通信。这种无线接口可以根据一个或多个无线通信协议通信，例如Bluetooth，WiFi(例如IEEE802.11协议)，长期演进(LTE)，WiMAX(例如IEEE802.16标准)，无线射频ID(RFID)协议，近场通信(NFC)，和/或其他无线通信协议。这种有限接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或相似接口，以经由电线、双绞线、同轴线缆、光学链路、光线链路或与有线网络的其他物理连接通信。
在一些实施例中，UAV 200可以包括通信系统218，其允许短程通信和远程通信。例如，UAV 200可以配置为用于使用Bluetooth短程通信和用于根据CDMA协议进行远程通信。在这种实施例中，UAV 200可以配置为用作“热点；”或换句话说，用作远程支持装置和一个或多个数据网络之间的网管或代理，例如蜂窝网络和/或因特网。如此配置，则UAV 200可以有助于远程支持装置执行其否则将不能通过本身执行的数据通信。
例如，UAV 200可以提供到远程装置的WiFi连接，且用作蜂窝服务供应商的数据网络的代理或网管，例如UAV可根据LTE或3G协议连接与之连接。UAV 200还可用作远程装置不能访问的高空气球网络、卫星网络、或这些网络的组合的代理或网管等等。
D.电源系统
在进一步的方面，UAV 200可以包括电源系统(一个或多个)220。电源系统220可以包括一个或多个电池，用于为UAV 200提供电力。在一个例子中，一个或多个电池可以是可充电的且每一个电池可以经由电池和电源之间的有线连接和/或经由无线充电系统而被再充电，所述无线充电系统例如感应充电系统，其对内部电池施加外部随时间变化的磁场。
E.有效载荷投递
UAV 200可以采用各种系统和构造以便运输和投递有效载荷228。在一些实施方式中，给定UAV 200的有效载荷228可以包括“包装件”或采取“包装件”的形式，所述“包装件”被设计为将各种货物运输到目标投递位置。例如，UAV 200可包括隔室，一个或多个物品可以在该隔室中被运输。这种包装件可以是一个或多个食物物品，购买的货物，医疗物品，或任何其他物体(一个或多个)，其具有的尺寸和重量适于通过UAV在两个位置之间运输。在其他实施例中，有效载荷228可以简单地是被投递的一个或多个物品(例如没有承装物品的任何包装件)。
在一些实施例中，有效载荷228可以附接到UAV且在UAV的一些或全部飞行过程中基本上位于UAV外侧。例如，包装件可以在飞行到目标位置的过程中被拴住或以其他方式可释放地附接在UAV下方。在包装件在UAV下方携带货物的实施例中，包装件可以包括各种特征，其保护其内容物不受环境影响，降低系统上的空气动力拖曳，且防止包装件的内容物在UAV飞行期间移位。
例如，在有效载荷228采取用于传输物品的包装件的形式时，包装件可以包括外壳体，其包括防水厚纸板、塑料或任何其他轻质和防水材料。进一步地，为了降低拖曳，包装件可以以具有尖前部的平滑表面为特征，其减少前方横截面面积。进一步地，包装件的侧部可以是从宽底部到窄顶部的锥形，其允许包装件用作窄塔架，这减少在UAV的翼(一个或多个)上的干涉效果。这可以让包装件的体部(volume)和一些正面区域离开UAV的翼(一个或多个)，由此防止通过包装件造成的在翼(一个或多个)上的提升降低。进一步地，在一些实施例中，包装件的外壳体可以包括单个材料板，以便降低空气间隙或额外材料，两者可能会在系统上增加拖曳。另外或替换地，包装件可以包括稳定器以对包装件的摆动进行缓冲。这种摆动的减少可以允许包装件具有与UAV不太刚性的连接，且可以使得包装件的内容物在飞行期间不太移位。
为了投递有效载荷，UAV可以包括绞盘系统221，其被绳索控制模块216控制，以便在UAV在空中盘旋的同时将有效载荷228下降到地面。如图2所示，绞盘系统221可以包括绳索224，且绳索224可以通过有效载荷联接设备226联接到有效载荷228。绳索224可以缠绕在心轴上，所述心轴联接到UAV的马达222。马达222可以采取DC马达的形式(例如伺服马达)，其可被速度控制器主动控制。绳索控制模块216可控制速度控制器以使得马达222让心轴旋转，由此解卷绕或收回绳索224并让有效载荷联接设备226下降或升起。实践中，速度控制器可以输出用于心轴的期望操作速率(例如期望的RPM)，其可以对应于绳索224和有效载荷228应该朝向地面下降的速度。马达222可以随后让心轴旋转，使得其保持期望的操作速率。
为了经由速度控制器控制马达222，绳索控制模块216可以从速度传感器(例如编码器)接收数据，所述速度传感器配置为将机械位置转换为代表性的模拟或数字信号。具体说，速度传感器可以包括旋转编码器，其可以提供与马达的轴或联接到马达的心轴的旋转位置(和/或旋转运动)有关的信息，还存在其他可能。而且，速度传感器可以采取绝对编码器和/或增量编码器的形式，还存在其他形式。因此在示例性实施方式中，随马达222使得心轴旋转，旋转编码器可以用于测量该旋转。如此，旋转编码器可以用于将旋转位置转换为模拟或数字电子信号，以被绳索控制模块216使用，以从固定的参考角度确定心轴的旋转量，和/或转换为模拟或数字电子信号，其表示新的旋转位置，还存在其他选项。其他例子也是可以的。
基于从速度传感器而来的数据，绳索控制模块216可以确定马达222和/或心轴的旋转速度且响应地控制马达222(例如通过增加或减少供应到马达222的电流)，以使得马达222的旋转速度匹配期望速度。在调整马达电流时，电流调整的量可以基于比例-积分-微分(PID)计算，其使用确定的和期望的马达222速度。例如，电流调整量可以基于确定的和期望的心轴速度之间的当前差、过去差(基于随时间的累积误差)和未来差(基于电流变化率)。
在一些实施例中，绳索控制模块216可以改变绳索224和有效载荷228下降到地面的速率。例如，速度控制器可以根据可变的展开速率曲线和/或响应于其他因素而改变期望的操作速率，以便改变有效载荷228朝向地面下降的速率。为此，绳索控制模块216可以调整施加到绳索224的制动量或摩擦量。例如，为了改变绳索展开速率，UAV 200可以包括摩擦垫，其可对绳索224施加可变量的压力。作为另一例子，UAV 200可包括机动化制动系统，其改变心轴放出绳索224的速率。这种制动系统可以采取机电系统的形式，其中马达222运行以减慢心轴放出绳索224的速率。进一步地，马达222可以改变其调整心轴速度(例如RPM)的量，且由此可以改变绳索224的展开速率。其他例子也是可以的。
在一些实施例中，绳索控制模块216可以配置为将供应到马达222的马达电流限制为最大值。通过置于马达电流的这种限制，可以存在这样的情况，其中马达222不能以速度控制器所指定的期望运行而运行。例如，如在下文详细描述的，可存在的情况是速度控制器指定期望操作速率，马达222应该以该期望操作速率将绳索224朝向UAV 200收回，但是马达电流可被限制而使得在绳索224上的足够大的向下力将抵消马达222的收回力，并代替地使得绳索224解卷绕。如在下文进一步描述的，对马达电流的限制可以取决于UAV 200的操作状态而被强制施加和/或改变。
在一些实施例中，绳索控制模块216可以配置为基于供应到马达222的电流量而确定绳索224和/或有效载荷228的状态。例如，如果向下力施加到绳索224(例如如果有效载荷228附接到绳索224或如果绳索224在朝向UAV200收回时被物体阻挡)，则绳索控制模块216会需要增加马达电流，以便使得马达222和/或心轴的确定旋转速度与期望速度匹配。类似地，在向下力从绳索224移除时(例如在有效载荷228投递时或绳索阻挡去除时)，绳索控制模块216会需要减少马达电流，以便使得马达222和/或心轴的确定旋转速度与期望速度匹配。如此，绳索控制模块216可以配置为监测供应到马达222的电流。例如，绳索控制模块216可基于从马达的电流传感器或电源系统220的电流传感器接收的传感器数据确定马达电流。在任何情况下，基于供应到马达222的电流，确定有效载荷228是否附接到绳索224，是否有人或有物在绳索224上拉动，和/或有效载荷联接设备226是否在收回绳索224之后压靠UAV 200。其他例子也是可以的。
在有效载荷228投递期间，有效载荷联接设备226可被配置为固定有效载荷228、同时通过绳索224从UAV下降，且可进一步配置为在到达地面高度时释放有效载荷228。有效载荷联接设备226可随后使用马达222通过收卷绳索224而收回到UAV。
在一些实施方式中，一旦有效载荷228下降到地面，则有效载荷228可以被动释放。例如，被动释放机构可以包括一个或多个摆臂，其适于从外壳退回和伸出。伸出的摆臂可以形成钩状物，有效载荷228可以附接到其上。在经由绳索将释放机构和有效载荷228下降到地面时，释放机构上的重力以及向下惯性力可以使得有效载荷228从钩状物分离，允许释放机构朝向UAV向上升起。释放机构可以进一步包括弹簧机构，其偏压摆臂以在摆臂上没有其他外部力时退回到外壳。例如，弹簧可以在摆臂上施加力，其朝向外壳推动或拉动摆臂，使得一旦有效载荷228的重量不再迫使摆臂从外壳伸出则让摆臂退回到外壳中。在投递有效载荷228时，收回摆臂到外壳中可以降低在释放机构朝向UAV升起时释放机构阻碍所述有效载荷228或其他附近物体的可能性。
主动(active)有效载荷释放机构也是可以的。例如，基于高度计的传感器和/或加速计可以有助于检测释放机构(和有效载荷)相对于地面的位置。从传感器而来的数据可在无线链路上被通信回到UAV和/或控制系统，且有助于确定释放机构何时已经达到地面高度(例如通过检测加速计所作的测量，其具有地面撞击的特征)。在其他例子中，在让有效载荷下降时，UAV可以基于检测绳索上的临界低向下力的重量传感器和/或基于通过绞盘拉动的临界低电力测量值而确定有效载荷已经达到地面。
除了绳索投递系统外或作为替换，也可以使用用于投递有效载荷的其他系统和技术。例如，UAV 200可包括气囊掉落系统或降落伞掉落系统。替换地，携带有效载荷的UAV200可简单地在投递位置着陆在地面上。其他例子也是可以的。
IV.示例性UAV部署系统
UAV系统可以被实施以便提供各种UAV相关的服务。具体说，UAV可以设置在多个不同启动位置，所述多个不同启动位置可以与地区和/或中央控制系统通信。这种分布式的UAV系统可以允许UAV快速部署，以提供跨较大地理区域的服务(例如比任何单个UAV的飞行范围大得多)。例如，能携带有效载荷的UAV可以分布在跨较大地理区域的多个启动位置(甚至可能遍及整个国家或甚至全世界)，以便提供各种物品到在整个地理区域中的位置的请求式运输。图3是显示了根据示例性实施例的分布式UAV系统300的简化方块图。
在示例性UAV系统300中，访问系统302可以允许互动于、控制，和/或利用UAV 304的网络。在一些实施例中，访问系统302可以是计算系统，其允许UAV 304的受人控制的派遣。如此，控制系统可以包括或以其他方式提供用户界面，用户通过该用户界面可访问和/或控制UAV 304。
在一些实施例中，UAV 304的派遣可以另外或替换地经由一个或多个自动过程实现。例如，访问系统302可以派遣UAV 304中之一以将有效载荷运输到目标位置，且UAV可以通过利用各种自载传感器(例如GPS接收器和/或其他各种导航传感器)自主导航到目标位置。
进一步地，访问系统302可以用于UAV的远程操作。例如，访问系统302可以允许操作者经由其用户界面控制UAV的飞行。作为具体例子，操作者可以使用访问系统302以将UAV派遣到目标位置。UAV 304可以随后自主导航到目标位置的大致区域。对此，操作者可以使用访问系统302以采取对UAV 304的控制且将UAV导航到目标位置(例如到有效载荷所要运抵的具体人)。UAV的远程操作的其他例子也是可以的。
在示例性实施例中，UAV 304可以采取各种形式。例如，UAV 304每一个可以是UAV，例如图1A-1E所示的那些。然而，UAV系统300还可以利用其他类型的UAV，而不脱离本发明的范围。在一些实施方式中，所有UAV304可以是相同或相似的构造。然而，在其他实施方式中，UAV 304可以包括多个不同类型UAV。例如，UAV 304可以包括多个类型UAV，每一个类型的UAV配置为用于一种或多种不同类型的有效载荷投递能力。
UAV系统300可以进一步包括远程装置306，其可以采取各种形式。通常，远程装置306可以是任何装置，通过其可直接或间接请求派遣UAV。(应注意间接请求可以涉及任何通信，其可以对派遣UAV做出响应，例如要求包装件投递)。在示例性实施例中，远程装置306可以是移动电话、平板电脑、笔记本电脑、个人电脑或任何经连接网络的计算装置。进一步地，在一些情况下，远程装置306可以不是计算装置。作为例子，普通电话，其允许经由普通老式电话服务(POTS)而通讯，可以用作远程装置306。其他类型的远程装置也是可以的。
进一步地，远程装置306可以配置为经由一个或多个类型的通信网络(一个或多个)308与访问系统302通信。例如，远程装置306可以通过在POTS网络、蜂窝网络和/或例如因特网这样的数据网络上的通信而与访问系统302(或访问系统302的人类操作者)通信。还可以利用其他类型的网络。
在一些实施例中，远程装置306可以配置为允许用户请求一个或多个物品向期望位置的投递。例如，用户可经由其移动电话、平板电脑或笔记本电脑请求将包装件UAV投递到其家。作为另一例子，用户可请求在投递时间动态投递到其所在的任何位置。为了提供这种动态投递，UAV系统300可以从用户的移动电话或用户个人的任何其他装置接收位置信息(例如GPS坐标等)，使得UAV可导航到用户位置(如通过其移动电话所示的)。
在示例性结构中，中央派遣系统310可以是服务器或服务器组，其配置为从访问系统302接收派遣消息请求和/或派遣指令。这种派遣消息可以请求或指示中央派遣系统310将UAV的部署与各种目标位置相协调。中央派遣系统310可以进一步配置为将这种请求或指令转发到一个或多个区域派遣系统312。为了提供这种功能，中央派遣系统310可以经由数据网络与访问系统302通信，例如因特网或私人网络，其建立访问系统和自动派遣系统之间的通信。
在所示构造中，中央派遣系统310可以配置为协调来自多个不同区域派遣系统312的UAV 304派遣。如此，中央派遣系统310可以追踪哪个UAV 304位于哪个区域派遣系统312，哪个UAV 304现在可用于部署，和/或每一个UAV 304可配置为用于何种服务或操作(在UAV队伍包括多个类型的配置为用于不同服务和/或操作的UAV的情况下)。另外或替换地，每一个区域派遣系统312可以配置为追踪其相关的UAV 304哪一个现在可用于部署和/或现在处于项目运输途中。
在一些情况下，在中央派遣系统310从访问系统302接收用于相关UAV服务(例如物品运输)的请求，中央派遣系统310可以选择具体UAV 304以进行派遣。中央派遣系统310可以因此指示区域派遣系统312，其与所选择的UAV相关，以派遣选择的UAV。区域派遣系统312可以随后运行其相关的部署系统314，以启动所选择的UAV。在其他情况下，中央派遣系统310可以将对于与UAV相关的服务的请求发送到区域派遣系统312，所述区域派遣系统312在请求支持的位置附近，且将具体UAV 304的选择留给区域派遣系统312来决定。
在示例性构造中，区域派遣系统312可以实施为计算系统，所述计算系统位于与其所控制的部署系统(一个或多个)314所在位置相同的位置。例如，区域派遣系统312可以通过安装在建筑物(例如仓库)的计算系统执行，该处还具有与具体区域派遣系统312相关的部署系统(一个或多个)314和UAV(一个或多个)304。在其他实施例中，区域派遣系统312可以实施在相对于相关的部署系统(一个或多个)314和UAV(一个或多个)304远程的位置处。
UAV系统300的示出构造的许多改变和替换也是可行的。例如，在一些实施例中，远程装置306的用户可直接从中央派遣系统310请求包装件投递。为此，应用可以实施在远程装置306上，其允许用户提供与所请求投递相关的信息，且产生和发送数据消息，以请求UAV系统300提供投递。在这种实施例中，中央派遣系统310可以包括自动功能，以处理这种应用产生的请求，评估这种请求，和如果适当的话，与适当区域派遣系统312相协调，以部署UAV。
进一步地，在本文中对中央派遣系统310有贡献的一些或所有功能、区域派遣系统(一个或多个)312、访问系统302和/或部署系统(一个或多个)314可以与单个系统组合，实施为更复杂的系统，和/或以各种方式分布于中央派遣系统310、区域派遣系统(一个或多个)312、访问系统302和/或部署系统(一个或多个)314中。
进一步，尽管每一个区域派遣系统312被显示为具有两个相关的部署系统314，但给定区域派遣系统312可以替换地具有更多或更少的相关部署系统314。类似地，尽管中央派遣系统310被显示为与两个区域派遣系统312通信，但是中央派遣系统310可以替换地与更多或更少的区域派遣系统312通信。
在进一步的方面，部署系统314可以采取各种形式。通常，部署系统314可以采取用于实体上启动UAV 304中的一个或多个的系统的形式或包括其。这种启动系统可以包括用于自动UAV启动的特征和用于允许由人辅助的UAV启动的特征。进一步地，部署系统314每一个可以被配置为启动一个具体UAV 304，或启动多个UAV 304。
部署系统314可以进一步被配置为提供额外功能，例如包括与诊断相关的功能，例如验证UAV的系统功能，验证UAV中承装的装置的功能(例如有效载荷投递设备)，和/或保持装在UAV中的装置或其他物品(例如通过监测有效载荷的状态，例如其温度、重量等)。
在一些实施例中，部署系统314和其相应UAV 304(和可能相关的区域派遣系统312)可在一区域(例如城市)中以按照策略分布。例如，部署系统314可以按策略分别使得每一个部署系统314靠近一个或多个有效载荷拾取位置(例如饭店、商店或仓库附近)。然而，部署系统314(和可能的区域派遣系统312)可以以其他方式分布，取决于具体实施方式。作为额外的例子，允许用户经由UAV运输包装件的亭子可以安装在各种位置。这种亭子可以包括UAV启动系统，且可以允许用户提供用于装载到UAV上的其包装件且为UAV运输服务支付，还存在其他可能。其他例子也是可以的。
在进一步的方面，UAV系统300可以包括或访问用户账户数据库316。用户账户数据库316可以包括用于多个用户账户的数据，且其每一个与一个或多个人相关。对给定用户账户，用户账户数据库316可以包括与提供UAV相关服务有关或对其有用的数据。通常，与每一个用户账户相关的用户数据可选地通过相关用户提供和/或在相关用户允许的情况下被收集。
进一步地，在一些实施例中，人可能被要求通过UAV系统300注册用户账户，如果他们希望通过来自UAV系统300的UAV 304提供UAV相关服务的话。如此，用户账户数据库316可以包括用于给定用户账户的授权信息(例如用户名和口令)，和/或可以用于授权访问用户账户的其他信息。
在一些实施例中，个人可以将其装置中的一个或多个与其用户账户关联，使得他们可访问UAV系统300的服务。例如，在个人使用相关移动电话时，例如对访问系统302的操作者发出呼叫或向派遣系统发送消息请求UAV相关服务，则可以经由独特的装置识别号识别该电话，且所述呼叫或消息可以随后可被归于相关用户账户。其他例子也是可以的。
V.用于有效载荷投递的示例性系统和设备
图4A、4B和4C显示了根据示例性实施例的UAV 400，其包括有效载荷投递系统410(也可被称为有效载荷投递设备)。如所示的，用于UAV 400的有效载荷投递系统410包括联接到心轴404的绳索402、有效载荷闩锁406和经由有效载荷联接设备412联接到绳索402的有效载荷408。有效载荷闩锁406可用于交替地固定有效载荷408和在投递时释放有效载荷408。例如，如所示的，有效载荷闩锁406可以采取一个或多个销的形式，所述销可接合有效载荷联接设备412(例如通过滑动到有效载荷联接设备412中的一个或多个接收槽道中)。有效载荷闩锁406的销插入到有效载荷联接设备412中可以将有效载荷联接设备412固定到UAV 400下方的接收座414中，由此防止有效载荷408从UAV 400下降。在一些实施例中，有效载荷闩锁406可以布置为接合心轴404或有效载荷408而不是有效载荷联接设备412，以便防止有效载荷408下降。在其他实施例中，UAV 400可不包括有效载荷闩锁406，且有效载荷投递设备可以直接联接到UAV 400。
在一些实施例中，心轴404可用于解卷绕绳索402，使得有效载荷408可通过来自UAV 400的有效载荷联接设备412和绳索402而下降到地面。有效载荷408本身可以是用于投递的物体，且可以装在包裹、容器或其他结构中，其配置为与有效载荷闩锁406相接。实践中，UAV 400的有效载荷投递系统410可以用于自主地以受控的方式将有效载荷408下降到地面，以有助于在UAV 400于上方盘旋时将有效载荷408投递到地面。
如图4A所示，有效载荷闩锁406可以处于关闭位置(例如销接合有效载荷联接设备412)，以在从启动位置到目标位置420的飞行过程中保持有效载荷408抵靠或靠近UAV 400的底部，或甚至部分地或完全地在UAV 400之内。目标位置420可以是直接在期望投递位置上方的空间中的一点。随后，在UAV 400到达目标位置420时，UAV的控制系统(例如图2的绳索控制模块216)可以将有效载荷闩锁406切换到打开位置(例如将销从有效载荷联接设备412脱开)，由此允许有效载荷408从UAV 400下降。控制系统可以进一步操作心轴404(例如通过控制图2的马达222)，使得通过有效载荷联接设备412固定到绳索402的有效载荷408下降到地面，如图4B所示。
一旦有效载荷408到达地面，则控制系统可以继续操作心轴404以下降绳索402，实现绳索402的过度释放。在绳索402的过度释放期间，有效载荷联接设备412可以在有效载荷408在地面上保持静止时继续下降。有效载荷联接设备412上的向下动量和/或重力可以使得有效载荷408从有效载荷联接设备412分离(例如通过滑动离开有效载荷联接设备412的钩状物)。在释放有效载荷408之后，控制系统可以操作心轴404以朝向UAV 400收回绳索402和有效载荷联接设备412。一旦有效载荷联接设备到达或接近UAV 400，则控制系统可以操作心轴404以将有效载荷联接设备412拉动到接收座414中，且控制系统可以将有效载荷闩锁406切换到关闭位置，如图4C所示。
在一些实施例中，在从UAV 400下降有效载荷408时，控制系统可以基于绳索402从心轴404解卷绕的长度而检测有效载荷408和/或有效载荷联接设备412何时已经下降到地面处或附近。相似的技术可以用于在收回绳索402时确定有效载荷联接设备412何时处于UAV 400处或附近。如上所述，UAV 400可以包括用于提供表示心轴404旋转的数据的编码器。基于来自编码器的数据，控制系统可以基于转数确定心轴404已经经历了多少旋转，确定从心轴404解卷绕的绳索402的长度。例如，控制系统可以通过将心轴404的转数乘以围绕心轴404卷绕的绳索402周长而确定绳索402的解卷绕长度。在一些实施例中，例如在心轴404是窄的或在绳索402具有大直径时，绳索402在心轴404上的周长可以随绳索402从绳索卷绕或解卷绕而改变，且因此控制系统可以配置为在确定解卷绕的绳索长度时计入这些改变。
在其他实施例中，控制系统可以使用各种类型的数据和各种技术，以确定有效载荷408和/或有效载荷联接设备412何时已经下降到地面处或附近。进一步地，用于确定有效载荷408何时在地面处或附近的数据可以通过UAV400上的传感器、有效载荷联接设备412上的传感器和/或提供数据到控制系统的其他数据源提供。
在一些实施例中，控制系统本身可以位于有效载荷联接设备412上和/或UAV 400上。例如，有效载荷联接设备412可以包括经由硬件、软件、和/或固件实施的逻辑模块(一个或多个)，其使得UAV 400如在本文所述地起作用，且UAV 400可以包括逻辑模块(一个或多个)，其与有效载荷联接设备412通信，以使得UAV 400执行本文所述的功能。
图5A显示了根据示例性实施例的包括有效载荷510的有效载荷投递设备500的透视图。有效载荷投递设备500定位在UAV的机身(未示出)中且包括通过马达512提供动力的绞盘514和缠绕在绞盘514上的绳索502。绳索502附接到定位在有效载荷联接设备接收座516中的有效载荷联接设备800，所述有效载荷联接设备接收座定位在UAV的机身(未示出)中。有效载荷510固定到有效载荷联接设备800。在该实施例中，有效载荷510的顶部部分513固定在UAV的机身中。锁定销570被显示为延伸穿过附接到有效载荷510的把手511，以在高速飞行期间将有效载荷有效地固定在UAV下方。
图5B是图5A所示的有效载荷投递设备500和有效载荷510的截面侧视图。在该视图中，有效载荷联接设备被显示为紧紧地通过有效载荷联接设备接收座516定位。绳索502从绞盘514延伸且附接到有效载荷联接设备800的顶部。有效载荷510的顶部部分513被显示为定位在UAV的机身(未示出)以及把手511中。
图5C是图5A和5B所示的有效载荷投递设备500和有效载荷510的侧视图。有效载荷510的顶部部分513显示为定位在UAV的机身中。绞盘514已经用于将绳索502卷绕，以将有效载荷联接设备定位在有效载荷联接设备接收座516中。图5A-C显示了有效载荷510，其采取空气动力六角形包结构(tote)，其中基部和侧壁为六边形且包结构包括形成在包结构的侧壁和基部的相交部分处的大致尖形的前部和后部表面，提供空气动力形状。
V1.示例性舱体、接收座和包装件/包结构
图6A是根据示例性实施例的有效载荷联接设备800的透视图。有效载荷联接设备800包括绳索安装点802和槽道808，以将有效载荷的把手定位。下唇部或钩状物806定位在槽道808下方。还包括外突出部804，其具有螺旋凸轮表面804a和804b，所述凸轮表面适于与有效载荷联接设备接收座中的相应凸轮配合表面匹配，所述有效载荷联接设备接收座通过UAV的机身定位。
图6B是图6A所示的有效载荷联接设备800的侧视图。槽道808显示为定位在下唇部或钩状物806的上方。如所示的，下唇部或钩状物806具有外表面806a，其被切割，使得其不像槽道805上方的外表面那样向外延伸得那么远，使得下唇部或钩状物806在有效载荷的把手已经脱开联接之后不与之再次接合，或在获取到UAV期间不与电线或树枝接合。
图6C是图6A和6B所示的有效载荷联接设备800的前部视图。下唇部或钩状物806被显示为定位在槽道808下方，所述槽道适于固定有效载荷的把手。
图7是图6A-6C所示的有效载荷联接设备800的透视图，其在插入到定位在UAV的机身550中的有效载荷联接设备接收座516之前。如前所述，有效载荷联接设备800包括定位在下唇部或钩状物806的上方的槽道808，适于接收有效载荷的把手。有效载荷投递系统500的机身550包括定位在UAV的机身550中的有效载荷联接设备接收座516。有效载荷联接设备800包括外突出部810，其具有在圆形顶点相遇的螺旋凸轮表面810a和810b。螺旋凸轮表面810a和810b适于匹配定位在有效载荷联接设备接收座516中的向内突出部530的表面530a和530b，所述有效载荷联接设备接收座定位在UAV的机身550中。还包括纵向凹入限制槽道540，其定位在UAV的机身550中，适于接收和限制有效载荷的顶部部分(未示出)。随有效载荷联接设备800被拉动到有效载荷联接设备接收座516中，外突出部810的凸轮表面810a和810b与有效载荷联接设备接收座516中的凸轮表面530a和530b接合，且有效载荷联接设备800旋转到UAV的机身550中的期望位置。
图8是图6A-6C所示的有效载荷联接设备800的相反侧的另一透视图，其在插入到定位在UAV的机身550中的有效载荷联接设备接收座516之前。如所示的，有效载荷联接设备800包括下唇部或钩状物806。外突出部804显示为从有效载荷联接设备向外延伸，所述有效载荷联接设备具有螺旋凸轮表面804a和804b，其适于接合和匹配定位在有效载荷联接设备接收座516中的内突出部530的凸轮表面530a和530b，所述有效载荷联接设备接收座516定位在有效载荷投递系统500的机身550中。应注意，凸轮表面804a和804b在尖锐顶点处相遇，其是不对称的，具有图7所示的凸轮表面810a和810b的圆形或钝(blunt)顶点。以这种方式，随凸轮表面接合定位在有效载荷联接设备接收座516中的凸轮表面530a和530b，凸轮表面810a和810b的圆形或钝顶点防止有效载荷联接设备800的可能卡住，所述有效载荷联接设备接收座516定位在UAV的机身550中。具体说，凸轮表面804a和804b定位为略微高于凸轮表面810a和810b的圆形或钝顶点。结果，凸轮表面804a和804b的较尖锐末端接合有效载荷联接设备接收座516中的凸轮表面530a和530b，所述有效载荷联接设备接收座516定位在有效载荷投递系统500的机身550中，由此略微在凸轮表面810a和810b的圆形或钝顶点接合有效载荷联接设备接收座516中的相应凸轮表面之前启动有效载荷联接设备800的旋转。以这种方式，防止了有效载荷联接设备上的凸轮表面的两顶点(或末端)终止于有效载荷联接设备接收座中的接收凸轮的同一侧的情况。这种情况能够防止有效载荷联接设备卡在接收座中。
图9显示了定位在UAV的机身中的有效载荷联接设备接收座和凹入限制槽道的透视图。具体说，有效载荷投递系统500包括机身550，机身550具有有效载荷联接设备接收座516，在有效载荷联接设备接收座516中包括向内突出部530，所述向内突出部具有凸轮表面530a和530b，其适于匹配有效载荷联接设备(未示出)上的相应凸轮表面。还包括纵向延伸凹入限制槽道540，有效载荷的顶部部分适于定位在该槽道中且固定在机身550中。
图10A显示了有效载荷投递设备500的侧视图，在有效载荷510在触地以进行投递之前向下运动时，有效载荷510的把手511固定在有效载荷联接设备800中。在有效载荷触地之前，有效载荷510的把手511包括孔513，有效载荷联接设备800的下唇部或钩状物延伸穿过所述孔。把手位于有效载荷联接设备800的槽道中，其在有效载荷510降落到着陆位置期间从有效载荷投递系统500的绳索502悬挂。
图10B显示了在有效载荷510已经着陆在地面上之后的有效载荷投递设备500的侧视图，显示了有效载荷联接设备800从有效载荷510的把手511脱开联接。一旦有效载荷510接触地面，则有效载荷联接设备800通过惯性或重力继续向下运动(随绞盘进一步解开卷绕)且将有效载荷联接设备800的下唇部或钩状物808从有效载荷510的把手511脱开联接。有效载荷联接设备800从绳索502悬挂，且可向回卷绕到UAV的有效载荷联接接收座。
图10C显示了有效载荷投递设备500的侧视图，有效载荷联接设备800从有效载荷510的把手511运动离开。这里，有效载荷联接设备800完全从有效载荷510的把手511的孔513分离。绳索502可以用于将有效载荷联接设备卷绕回到定位在UAV机身中的有效载荷联接设备接收座。
图11是有效载荷510的把手511的侧视图。把手511包括孔513，有效载荷联接设备的下唇部或钩状物延伸穿过该孔513，以在投递期间悬挂有效载荷。把手511包括下部部分515，其固定到有效载荷的顶部部分。还包括孔514和516，定位在UAV的机身中的锁定销可以延伸穿过所述孔，以在高速向前飞行到投递位置期间将把手和有效载荷固定在固定位置。把手可以包括薄且柔性的塑料材料，其是柔性的且提供足够的强度以在向前飞行到投递位置期间和投递和/或获取有效载荷期间将有效载荷悬挂在UAV下方。实践中，把手可以弯曲以将把手定位在有效载荷联接设备的槽道中。把手511也具有足够的强度以在有效载荷联接设备旋转到有效载荷联接设备接收座中的期望取向和有效载荷的顶部部分旋转到凹入限制槽道中的位置期间抵抗扭转。
图12显示了一对锁定销570、572，其延伸穿过有效载荷510的把手511中的孔514和516，以将把手511和有效载荷510的顶部部分固定在UAV的机身中。以这种方式，把手511和有效载荷510可以固定在UAV的机身中。在该实施例中，锁定销570和572具有圆锥形形状，使得它们将包装件略微向上拉动或至少移除任何向下的松弛。在一些实施例中，锁定销570和572可以完全插入有效载荷510的把手511的孔514和516，以提供把手和UAV的机身的有效载荷的顶部部分的非常牢固的附接。虽然优选地锁定销是圆锥形的，但是在其他应用中它们可以具有其他几何形状，例如圆柱形几何形状。
图13A是在有效载荷的把手定位在有效载荷联接设备900的槽道920中之前的有效载荷联接设备900的透视图。有效载荷联接设备900具有在部分914的内表面904上的绳索槽道906，绳索902插入到该绳索槽道中。还包括一对向上延伸的指状物908和910，其具有定位在它们之间的槽道912。有效载荷的把手可以插入到有效载荷联接设备900的槽道920中，所述槽道定位在向上延伸的指状物908、910和内表面904之间。
图13B是在投递有效载荷且将有效载荷联接设备900与有效载荷的把手脱开联接之后的有效载荷联接设备900的透视图。在该实施例中，部分914的上部部分被加重，使得在有效载荷联接设备900从有效载荷的把手脱开联接时，有效载荷联接设备900旋转180度，使得指状物908和910向下延伸，由此防止槽道920与有效载荷的把手再次接合，或在获取到UAV机身期间与树枝或线接合。在脱开联接之后的旋转期间，绳索902被从绳索槽道906(如图13A所示)拉动且经过指状物908和910之间的槽道912，使得有效载荷联接设备900从绳索902悬挂。
图14A-E提供了图13A和13B所示的有效载荷联接设备900的各种视图。如图14A-E所示，有效载荷联接设备900包括定位在向上延伸指状物908、910和内表面904之间的槽道920。绳索槽道906定位在内表面904中。槽道912还在向上延伸的指状物908和910之间延伸。绳索附接尖部922定位在有效载荷联接设备900的底部。绳索槽道906从绳索附接点延伸到内表面904的顶部。922有效载荷联接设备914的上部部分914被加重，使得在有效载荷着陆时，有效载荷联接设备自动地从有效载荷的把手脱开联接，且加重的上部部分914使得有效载荷联接设备900向下旋转180度。在该旋转期间，绳索被自由地从绳索槽道906拉动，且有效载荷联接设备经由绳索从UAV悬挂，所述绳索通过朝向下的指状物908和910附接到绳索附接点922。结果，指状物908和910被防止在获取到UAV时与有效载荷的把手再次接合，且还被防止在获取到UAV期间与树枝或电线接合。虽然在图14A-E中未示出，有效载荷联接设备900还可包括凸轮表面，如在有效载荷联接设备800所示的，其接合UAV的机身中的有效载荷联接设备接收座中定位的匹配凸轮，以使得有效载荷联接设备导向到有效载荷联接设备接收座中的期望取向。
有效载荷联接设备900还有利地是固态设计，其不包括运动部件，由此降低有效载荷联接设备的复杂度和成本，且消除可能失效的运动部件。由此提供更可靠的有效载荷联接设备。
图15A-E提供有效载荷联接设备1000的各种视图。在该实施例中，有效载荷联接设备1000具有大致球形形状。槽道1020定位在外唇部或钩状物1010和圆形部分1014之间。槽道1020适于接收有效载荷的把手。绳索附接点1022定位在圆形部分1014上。绳索槽道1006从绳索附接点1022延伸到槽道1020且适于接收和保持绳索。圆形部分1014或部分1010可以被加重，使得在有效载荷接触地面时，有效载荷的把手从有效载荷联接设备1000的槽道脱开联接。在从有效载荷的把手脱开联接期间，加重的圆形部分1010朝向向前且旋转90度，使得有效载荷联接设备1000从附接到绳索附接点1022的绳索的端部悬挂。以这种方式，槽道1020不再面向上且防止有效载荷联接设备1000在获取到UAV期间与有效载荷的把手再次接合，且还防止有效载荷联接设备与树枝或电线接合。
像如上所述的有效载荷联接设备800和900那样，有效载荷联接设备1000也有利地是固态设计，其不包括运动部件，由此降低有效载荷联接设备的复杂度和成本，且消除可能失效的运动部件。由此提供更可靠的有效载荷联接设备。
图16A-D显示了有效载荷联接设备800’的各种视图，其是如上所述的有效载荷联接设备800的变化例。有效载荷联接设备800’包括与有效载荷联接设备800相同的外部特征。然而，在有效载荷联接设备800’中，下唇部或钩状物806’包括向上延伸的杆部806a’，其在有效载荷联接设备800’的外壳812中的杆部空腔817中延伸。绳索的端部延伸通过外壳812且附接到杆部806a’的端部。外壳812可以向上运动到图16A和16C所示的位置中，由此打开下唇部或钩状物806’和外壳812之间的槽道808且允许将有效载荷的把手放置到槽道808中。
一旦有效载荷的把手定位在槽道808中，外壳812经由重力向下运动，以关闭槽道808且将有效载荷的把手固定在下唇部或钩状物806’和外壳812之间，如图16B和16D所示。一旦有效载荷触地，则有效载荷联接设备800’向下运动，使得有效载荷的把手从槽道808移走且从有效载荷联接设备800’脱开联接。
此外，一旦有效载荷的把手从有效载荷联接设备800’脱开联接，重力迫使外壳817与下唇部或钩状物806a’接合，使得槽道808处于常关位置。以这种方式，防止在获取期间与有效载荷的把手再次接合，且因为槽道808处于常关位置，还防止与树枝或电线接合。
在有效载荷联接设备800、800’、900和1000每一个中，上端和下端是圆形的，或半圆形的，以防止有效载荷联接设备在从UAV的机身降落或获取到UAV的机身期间卡住。
本发明的实施例提供用于UAV的基于高度整合的绞盘的拾取和投递系统。提供许多重要优点。例如，提供能拾取和投递包装件而不需要着陆的能力，因为系统能在飞机盘旋的情况下卷起包装件。虽然在一些位置，可以提供例如用于着陆或装载UAV的平台或高台这样的基础设施，但在其他位置可以不需要在商家或顾客位置处的基础设施。优点包括，高度的任务灵活性和需要很少或不需要基础设施安装成本的能力，以及有效载荷几何结构方面的增加的灵活性。
此外，有效载荷投递系统可以自动地在卷起期间对准有效载荷的顶部部分，以沿飞机纵向轴线以最小拖曳来将其定向。这种对准能实现在拾取之后的高速向前飞行。通过有效载荷钩状物和接收座的形状实现对准。在有效载荷联接设备800中，下唇部或钩状物806具有围绕其周边的凸轮特征，在其接合到UAV机身接收座内侧的凸轮特征时该周边总是使其沿限定方向取向。舱体两侧上的凸轮形状的末端是不对称的，以防止沿90度的取向卡住。在这方面，螺旋凸轮表面可以汇合于有效载荷联接机构一侧上的顶点，且螺旋凸轮表面可以汇合于有效载荷联接机构另一侧上的圆形顶点。钩状物被具体设计为使得包装件沿钩状物的中线悬挂，实现沿两个方向以90度对准。
有效载荷联接设备800、800’、900和1000包括绕槽道形成的钩状物，使得在有效载荷投递时在接触地面时钩状物还被动且自动地释放有效载荷。这通过钩状物、槽道和有效载荷上的相应把手的形状和角度实现。在有效载荷由于舱体的质量以及惯性(其趋于让舱体向下继续运动经过有效载荷)而向下接触时，钩状物容易地滑动离开把手。钩状物的端部被设计为从舱体本体略微凹入，这防止钩状物与把手意外地再次附接。在成功释放之后，钩状物卷绕回到飞机中。所有功能(在拾取期间包装件对准和在投递期间被动释放)在该有效载荷联接设备800、900和1000中没有任何运动部件(称为固态设计)的情况下实现。这极大地增加可靠性并减少成本。简单设计还使得用户互动非常清楚且一目了然。
VII.有效载荷拾取期间的绳索控制
UAV能在不着陆的情况下拾取和投递有效载荷。在一些例子中，UAV能通过在盘旋时卷绕和解卷绕绳索而升起和降低联接到绳索的有效载荷。如此，UAV可以拾取和投递有效载荷，而不需要通过商家或顾客设定基础设施，由此增加投递位置和/或有效载荷几何结构的灵活性，且减少或消除与基础设施的制造或安装相关的成本。在其他例子中，UAV可以配置为在各种升高的结构上着陆，例如高台或搁架，且从该升高的着陆位置通过卷绕或解卷绕绳索而拾取或投递有效载荷。
图17显示了用于通过绳索拾取有效载荷(例如包装件)用于随后投递到目标位置的方法1700。方法1700可以通过例如本文其他位置所述的UAV执行。例如，方法1700可以通过具有绞盘系统的UAV的控制系统执行。进一步地，绞盘系统可以包括设置在心轴上的绳索、可在第一模式和第二模式运行的马达(所述模式分别对由于重力造成的绳索解卷绕进行抵抗和协助(例如通过向前或反向驱动心轴))、机械地将绳索联接到有效载荷的有效载荷联接设备、和可在关闭位置和打开位置之间切换的将有效载荷闩锁，所述关闭位置防止有效载荷从UAV下降，所述打开位置允许有效载荷从UAV下降。
如方法1700的图块1702所示，在UAV达到拾取位置(也称为源位置)时，UAV的控制系统可以打开有效载荷闩锁，使得绳索和有效载荷联接设备可在拾取位置朝向地面下降。
在图块1704，控制系统运行马达以解卷绕预定长度的绳索。这种解卷绕长度可以对应于用于有效载荷联接设备的期望的有效载荷附接飞行高度，所述有效载荷联接设备附接到绳索的下端。有效载荷附接飞行高度可以是人或机器人装置可以抓取有效载荷联接设备用于将联接设备附接到有效载荷的飞行高度。例如，有效载荷附接飞行高度可以是小于地面高度上方两米的飞行高度。其他例子也是可以的。
在解卷绕预定长度绳索之后，控制系统可以等待预定有效载荷附接时间段，如图块1706所示。该附接时间段允许用于人或机器人装置将有效载荷(例如用于投递的包装件)附接到有效载荷联接设备。预定有效载荷附接时间段可以是固定值或可以基于UAV的操作状态改变。
在有效载荷附接时间段结束时，控制系统可在第二模式操作绞盘马达并经过预定的附接验证时间段，如通过图块1708所示。具体说，马达可以操作为在附接验证时间段期间在绳索上向上拉动，以便保持绳索就位或以一定速率收回绳索。保持绳索就位或以一定速率收回绳索所需的马达电流在有效载荷被附接时将更大，至少因为有效载荷的增加重量造成的。如此，控制系统可以至少部分地基于预定附接验证时间段期间的马达电流而确定有效载荷联接设备是否机械地联接到有效载荷，如图块1710所示。
实践中，例如，如果马达电流小于附接临界电流，则控制系统可以确定有效载荷尚未附接到有效载荷联接设备，且可以重复下降有效载荷的过程(这次是通过一些预定的额外长度)，等候预定有效载荷附接时间段，且随后在绳索上向上拉动，以用于有效载荷附接，如图块1704到1710所示。另一方面，如果马达电流大于或等于附接临界电流，且图块1710确定有效载荷联接设备机械地联接到有效载荷，则控制系统可以操作绞盘马达以收回绳索并朝向UAV提升所附接的有效载荷，如图块1712所示。
控制系统可以继续收回绳索直到其感知到有效载荷联接设备在UAV处或附近，此时其开启固定有效载荷、以飞行到目标位置的动作。例如，方法1700包括可以将包装件和联接设备固定在UAV的接收座中的功能，例如在图5A-5C所示的构造中。
更具体地，在图块1714，控制系统可以确定：(a)绳索解卷绕长度小于临界长度和(b)马达电流大于临界电流。在这两种情况都保持为真时，这可以用于表明有效载荷联接设备和/或有效载荷应达到UAV接收座。具体说，在计算的绳索解卷绕长度等于或接近零时，这可以表明有效载荷联接设备和/或有效载荷已经完全提升到UAV。进一步地，在有效载荷联接设备和/或有效载荷接触UAV的接收座区域时，马达电流可以随马达的速度控制器试图继续将有效载荷向上拉而增加。且，通过考虑这两种指示，控制系统可以避免误报。
由此，在检测上述两种指示时，控制系统可以响应地以第一模式操作马达以将有效载荷拉动到UAV下表面上的接收座且使得有效载荷在接收座中取向，如图块1716所示。具体说，控制系统可以操作马达以增加施加到绳索的扭矩，例如通过将供应到马达的电流增加到预定值，以便有助于确保有效载荷联接设备(和有效载荷)牢固地抵靠UAV的接收座的相应表面而就位，使得将有效载荷闩锁(例如图12的销570和572)可关闭以固定有效载荷用于飞行到目标位置。因而，在沿向上方向施加扭矩到绳索并经过预定时间段之后，控制系统可以关闭将有效载荷闩锁，如图块1718所示。在有效载荷固定以用于飞行的情况下，UAV可以导航到用于投递的目标位置。
VIII.有效载荷投递期间的绳索控制
一旦UAV达到用于投递的目标位置，则UAV的控制系统可以响应地以投递模式运行。图18是显示了根据示例性实施例的方法1800的流程图，用于将UAV运行在投递模式。
更具体地，一旦UAV达到且盘旋在用于绳索投递的目标位置上方，则UAV的控制系统可以操作马达以根据预定降落模式(descent profile)将绳索解卷绕，如图块1802所示。预定降落模式可以通过设定马达的期望旋转速度而控制有效载荷的降落速率。例如，降落模式可以设定恒定降落速率或可变降落速率并持续有效载荷降落的持续时间。
在一些例子中，通过预定降落模式设定的期望旋转马达速度可基于机器学习数据，所述数据可从来自先前飞行的数据推断。例如，为了投递到具体位置，控制系统可使用在之前向该具体位置投递期间使用的之前的降落模式。替换地，如果之前向该具体位置或一些其他位置投递期间的降落模式造成一个或多个检测错误(例如无法将有效载荷从绳索分离，损坏有效载荷等)，则控制系统可改变降落模式(例如在有效载荷降落的各阶段期间通过增加或减少期望马达速度)或代替地选择使用默认降落模式。
在示例性方法中，控制系统可以不对有效载荷的降落施加显著控制，直到其更靠近地面。例如，在绳索被解卷绕时的某一点，控制系统可以确定绳索解卷绕长度大于临界长度，且响应地以预触地模式运行，如图块1804所示。临界长度可以对应于有效载荷的预定近地面飞行高度；例如出于旁观者和/或地面结构的安全的目的和/或为保护有效载荷和其内容物不受损坏而期望更多控制的高度。
如所述的，在预触地模式中，控制系统可以注意有效载荷，以改善有效载荷在地面上成功释放的几率。具体说，在运行于预触地模式时，控制系统操作马达，使得绳索继续根据预定降落模式解卷绕，如图块1804a所示，同时监测马达电流和马达速度，如图块1804b所示。马达电流可以与预定有效载荷脱开联接电流比较，以检测马达电流何时小于预定有效载荷脱开联接电流。另外，马达速度可以与预定有效载荷脱开联接速度比较，以检测马达速度何时小于预定有效载荷脱开联接速度，如图块1804c所示。在马达电流小于预定有效载荷脱开联接电流且马达速度小于预定有效载荷脱开联接速度时，控制系统响应地切换到运行于可能触地模式。
可能触地模式可以实施以试图验证包装件事实上已经达到地面(或换句话说，以有助于防止接触地面的误报检测)。例如，在运行于可能触地模式时，控制系统可以分析马达电流以验证马达电流保持低于预定有效载荷脱开联接电流并经过触地验证时间段(例如可能允许在该时间段期间有小量波动)，如图块1806所示。实践中，可以应用施密特触发器以验证，下降到低于有效载荷脱开联接临界值的检测到的马达电流并不是噪声或一些临时阻滞的结果，而事实上是由于有效载荷置于地面造成的。可以使用用于验证有效载荷触地的其他技术。
一旦有效载荷触地被验证，则控制系统操作马达，使得发生有效载荷联接设备和绳索的过度释放，如图块1808所示。在有效载荷停止而绳索继续解卷绕时发生过度释放。实践中，例如，控制系统可以将绞盘马达从第一模式切换到第二模式，例如通过使得马达方向逆向，且由此通过马达施加到绳索的扭矩方向逆向。由此，马达可以从让绳索的降落减速切换到迫使绳索解卷绕，使得发生绳索的过度释放。绳索的过度释放又可以将有效载荷联接设备降低到一高度以下，在该高度处发生与有效载荷的联接(和可能一直到地面)。在其他实施例中，图块1808可以涉及控制系统简单地将马达关闭，且允许重力将有效载荷联接设备向下拉动并使得绳索过度释放。
进一步地，如图6A-6C、10A-10C和11所示，有效载荷和/或有效载荷联接设备可以具有相接表面，使得在过度释放期间有效载荷和有效载荷联接设备的互动将有效载荷联接设备偏转到有效载荷侧。如此，有效载荷联接设备的联接特征(例如钩状物)将不再对准有效载荷的相应联接特征(例如包结构包装件上的把手)。如此定位，则绞盘系统可以收回绳索和有效载荷联接设备到UAV，而有效载荷联接设备不与有效载荷再次联接，由此将包装件留在地面上。
在方法1800的一些例子中，控制系统可以配置为，在打开有效载荷闩锁之前，操作马达，以在绳索上施加向上力。这可以允许将有效载荷闩锁更容易地打开，因为在闩锁处于关闭位置时，有效载荷可以布置为将其一些或全部重量置于有效载荷闩锁上。有效载荷的重量可以在试图将闩锁切换到打开位置时增加抵抗有效载荷闩锁的摩擦，因此将有效载荷提升预定量可以降低有效载荷闩锁卡在关闭位置中的可能性。另外，在打开有效载荷闩锁之后和绳索解卷绕之前，控制系统可以配置为操作马达以将绳索保持在基本上恒定的位置。这可以允许有效载荷的重量将有效载荷向下拉动且抵抗有效载荷联接设备，使得有效载荷牢固地在有效载荷联接设备的联接机构(例如钩状物)中就位。
IX.经由绳索控制的用户互动和反馈
实践中，用户可以以各种方式和出于各种原因与所公开的绞盘系统互动。例如，用户可以与绞盘系统互动以手动地经由有效载荷联接设备将有效载荷与绳索联接或分离，例如用于有效载荷投递目的或用于有效载荷拾取目的。如此，用户可以直接在绳索上施加力和/或可以经由有效载荷联接设备向绳索施加力，还存在其他可能。而且，与绞盘系统的这种互动还可以有效地相当于与UAV本身互动，因为UAV可基于这些力调整其操作(例如UAV可以实现计入了这些力的飞行稳定化)。
在用户与所公开的绞盘系统互动时，用户会遇到各种难题。例如，用户可能不知道如何与绞盘系统互动，可能最终会影响绞盘系统的运行和/或UAV的运行。结果，用户会无心地损坏UAV和/或绞盘系统。在另一例子中，用户可能不知道UAV和/或绞盘系统计划执行的任何未来操作。结果，用户会无心地停止UAV和/或绞盘系统，使其无法进行计划操作。在另一例子中，用户可能会需要UAV和/或绞盘系统执行某种操作，但是可能不具有控制UAV操作或绞盘系统操作的手段。其他例子也是可以的。
为了有助于解决这种难题，所公开的绞盘系统可以配置为控制绳索，以便与用户互动并向用户提供反馈。具体地，UAV的控制系统可以配备有解释与绳索的直接或间接用户互动的能力，可以响应于所解释的互动来执行某些操作。还有，UAV的控制系统可以配备有通过操纵绳索而向用户提供信息的能力，可以响应于用户与绳索的互动而如此做。
图19示出了方法1900，用于协作绳索的控制，目的是与用户互动和/或向用户提供反馈。如方法1900的图块1902所示，UAV的控制系统可以确定用于设置在航空载具中的绞盘的马达的一个或多个运行参数，绞盘包括绳索和心轴。随后，控制系统可以以一个或多个运行参数检测马达的操作模式，所述操作模式表示有目的性的用户与绳索的互动，如方法1900的图块1904所示。基于表示有目的性的用户与绳索的互动的、检测到的马达操作模式，控制系统可以确定马达响应过程，如方法1900的图块1906所示。如方法1900的图块1908所示，控制系统可以随后根据确定的马达响应过程操作马达。
i.马达的确定运行参数
如上所述，UAV的控制系统可以确定马达的一个或多个运行参数。实践中，马达的运行参数可以是马达活动的任何测量值。虽然本文描述了某些运行参数，但是其他运行参数也是可以的，而不脱离本发明的范围。
通过例子的方式，马达的运行参数可以是马达的电流特点，例如随时间或在特定时刻提供到马达的电流水平和/或通过马达随时间或在特定时刻产生的电流水平。在另一例子中，马达的运行参数可以是马达的速度特点，例如随时间的或在特定时刻的马达传递组件的旋转速度，还存在其他可能。在另一例子中，马达的运行参数可以是马达的旋转特点，例如随时间的马达传递组件的旋转程度，还存在其他可能。其他例子也是可以的。
通常，控制系统可以以各种方式确定马达的一个或多个运行参数。例如，控制系统可以从联接到马达的一个或多个传感器接收表示运行参数的传感器数据。一旦控制系统接收传感器数据，则控制系统可以随后使用传感器数据以确定和/或评估马达的运行参数。
通过例子的方式，电流传感器可以联接到马达且配置为产生表示提供到马达和/或通过马达产生的电流水平的电流数据。通过该结构，控制系统可以从电流传感器接收电流数据，以及可以使用接收的电流数据作为确定马达电流特点的基础。例如，控制系统可以使用接收的电流数据作为确定马达在具体时间段中的具体电流水平的基础。
在另一例子中，速度传感器可以联接到马达且配置为产生表示马达传递组件旋转速度的速度数据。通过该结构，控制系统可以从速度传感器接收速度数据和可以使用接收的电流数据作为确定马达速度特点的基础。例如，控制系统可以使用接收的速度数据作为确定马达在具体时间点的具体速度。
在另一例子中，编码器可以联接到马达的传递组件且配置为产生表示传递组件的随时间的位置数据。通过该结构，控制系统可以从编码器接收位置数据且可以使用接收的位置数据作为确定马达的旋转特点的基础。例如，控制系统可以使用接收的位置数据作为确定从第一时间点到第二时间点的、传递组件的旋转程度和方向的基础。其他例子和情况也是可以的。
图20接下来显示了马达的示例性电流特点2000的示意图。如所示的，电流特点2000表示随时间的马达电流水平。实践中，电流水平可以基于各种因素随时间改变。例如，电流水平可以基于马达需要提供(例如到绳索)的扭矩/力和/或基于提供到马达(例如经由绳索)的扭矩/力而改变，还存在其他可能。其他例子也是可以的。
ii.检测表示用户互动的马达操作模式
如上所述，控制系统可以以一个或多个运行参数检测马达的操作模式，其表示目的性的用户与绳索的互动。实践中，操作模式可以是随时间的一个或多个运行参数值的任何连续和/或非连续的序列。而且，控制系统可以使用任何目前已知和/或未来发展的信号处理技术等，以检测操作模式。然而，操作模式可采取各种形式。
在一个情况下，操作模式可以是在单个运行参数中发现的模式。例如，操作模式可以是电流特点的具体模式，例如随时间的通过电流数据表示的电流水平的具体序列。但是，在另一种情况下，操作模式可以分别涉及在同一时间段和/或在不同的各自时间段中的两个或更多运行参数中发现的模式。例如，操作模式可以是第一时间段中的电流特点的具体模式以及在第二时间段(例如与第一时间段相同或不同)中的速度特点的具体模式。其他情况也是可以的
给定上述结构的情况下，控制系统检测操作模式可以涉及控制系统在一个或多个经确定参数中检测各种模式。通过例子的方式(且非限制性地)，控制系统检测操作模式可以涉及控制系统检测以下任何组合：马达电流的具体相对改变，马达电流的具体变化率，具体马达电流值，马达电流值的具体序列，马达速度的具体相对改变，马达速度的具体变化率，具体马达速度值，马达速度值的具体序列，马达旋转的具体相对改变，马达旋转的具体变化率，具体马达旋转值，和/或马达旋转值的具体序列，等等。
根据本发明，如上所述，检测操作模式可以具体涉及检测马达的表示目的性的用户与绳索互动的操作模式。更具体地，在用户以具体方式与绳索互动时，马达可以呈现具体操作模式。如此，所建立的控制系统可检测的操作模式(例如经由手动工程输入建立)每一个可以对应于相应的用户与绳索的互动。以此方式，在控制系统检测具体操作模式时，控制系统可以有效地检测用户与绳索的具体互动。实践中，控制系统可以如此简单地检测操作模式，而不必是用户互动的逻辑表示。
但是，在一些情况下，控制系统可以保持或以其他方式指向映射数据，其将马达的多个操作模式中的每一个与相应用户互动进行映射。例如，映射数据可以将具体电流水平模式与在绳索上提供具体向下力的用户指示进行映射。实践中，具体向下力可以是沿基本上垂直于地面表面的方向施加的力和/或可以是相对于地面表面以另一角度(例如45度)的方向施加的力(在用户抓住摆动的绳索并随后以一定角度对其拖拉时)。在另一例子中，映射数据可以将具体速度水平模式与用户以具体速率让绳索侧向运动的指示进行映射。实践中，这种指示每一个可采取任何可行的形式，例如字母、数字和/或逻辑布尔值的形式，等等。因而，在控制系统检测到具体操作模式时，控制系统可以参考映射数据以确定分别映射到具体操作模式的用户互动。
而且，不同操作模式有时可以表示同一用户互动。为此，控制系统可以布置为检测第一操作模式且由此有效地检测用户与绳索的具体互动，且还可以布置为检测第二操作模式且由此有效地检测用户与绳索的同一具体互动，例如以用于确定如在下文详述的马达响应过程。替换地，映射数据中的两个或更多操作模式每一个可映射到同一用户互动，使得控制系统在参考映射数据中的任一个这些操作模式时检测同一用户互动。其他情况也是可以的。
进一步地，在建立各种可检测的操作模式时，建立的模式中的至少一些可计入可以施加到绳索的各种外部力，例如并非是在与绳索互动期间通过用户施加的那些外部力。具体说，操作模式可以计入重力、基于有效载荷联接设备重量的外部力、和/或基于联接的有效载荷的重量的外部力(例如要被运输的包装件的重量)，等等。以此方式，控制系统能检测马达的操作模式，所述操作模式在这种外部力与基于用户互动的外部力组合而施加时呈现。也可以存在其他外部力。
在进一步的方面，除了或代替如上所述的映射数据，控制系统可以使用一个或多个其他方法，以基于马达的操作模式确定用户互动。
在一种情况下，控制系统可以执行信号处理和/或分析技术，以确定信号的值(一个或多个)和/或趋势(一个或多个)(例如表示马达速度值的信号)和确定基于信号的这些值(一个或多个)和/或趋势(一个或多个)的用户互动。例如，控制系统可以评估信号的一组状态，以便确定该组中的所有状态是否被确定为真。如果控制系统确定该组的所有状态为真，则控制系统可以确定对应于具体用户互动的信号。否则，控制系统可以评估另一组状态，以便确定另一组中的所有状态是否为真，等等。在该方法的例子中，控制系统可以确定信号的斜率是否在具体斜率范围内，且可以确定信号的值是否超过具体时间临界范围中的具体临界值。且如果控制系统确定这两种状态为真，则控制系统可以确定对应于具体用户互动的信号。其他例子也是可以的。
在另一情况下，控制系统可以执行可能性分析技术，以确定用户互动。例如，控制系统可以确定检测的操作模式不精确匹配映射数据的操作模式中之一，且由此可以应用可能性分析，以确定映射数据的操作模式，检测到的操作模式以最高可能性与该操作模式匹配。例如，在确定匹配时，与赋予检测到的信号/模式的其他部分的权重相比，控制系统可以给检测到的信号/模式的某部分赋予更高权重，由此施加额外因子，以确定匹配操作模式，且由此基于映射数据最终应用于用户互动。也可以存在其他情况和例子。
图21接下来示出了马达的示例性操作模式，其表示用户与绳索的具体互动。如所示的，控制系统可以检测上述电流特点2000中的具体电流尖峰2002。为此，控制系统可以检测电流水平随时间的具体增加(其随后是电流水平随时间的具体减少)。另外或替换地，控制系统这样做可以是通过检测电流水平随时间增加的具体速率(其随后是电流水平随时间减少的具体速率)。在任一情况下，具体电流尖峰2002显示为表示具体用户互动2110，所述具体用户互动涉及施加到绳索2102的具体向下力。
更具体地，图21显示了UAV 2100，其包括具有马达的绞盘系统2106，该马达配置为控制绳索2102的运动。如所示的，用户2108实体地与联接到绳索2102的有效载荷联接设备2104互动。如此，用户2108经由有效载荷联接设备2104向绳索2102施加向下力，该向下力具有“F1”的量。如此，具体电流尖峰2002表示用户施加到绳索的向下力具有“F1”的量。其他例子也是可以的。
iii.确定马达响应过程
如上所述，控制系统可以确定马达响应过程且基于检测到的马达操作模式来做出这种确定，所述检测到的操作模式表示目的性的用户与绳索的互动。实践中，具体马达响应过程可以涉及通过马达做出的一个或多个具体操作，例如在绳索上施加一个或多个具体扭矩。而且，马达响应过程可以设置为使得绞盘系统经由绳索与用户互动和/或经由绳索向用户提供反馈，还存在其他可能。
根据本发明，控制系统可以以各种方式确定马达响应过程。在一种情况下，控制系统可以在其上存储映射数据或可以以其他方式被配置为参考映射数据，所述映射数据将多个操作模式每一个与相应马达响应过程映射。例如，映射数据可以将速度水平的具体序列与马达响应过程映射，所述马达响应过程涉及马达施加一个或多个具体扭矩，以卷绕绳索。如此，控制系统可以通过参考映射数据而确定马达响应过程，以确定映射到马达的检测到的操作模式的相应马达响应过程。
在另一情况下控制系统可以实际确定用户与绳索的具体互动，其通过检测到的马达操作模式表示，例如通过参考上述映射数据，所述映射数据将各种操作模式分别映射到各种相应用户互动。且控制系统可以随后使用经确定的具体用户互动作为用于确定马达响应过程的基础。
更具体地，控制系统可以具有存储在其上的映射数据或可以以其他方式被配置为参考映射数据，所述映射数据将多个用户互动每一个与相应马达响应过程映射。例如，映射数据可以将通过用户做出的具体的绳索侧向运动与响应过程映射，所述响应过程涉及施加具体扭矩以将绳索解卷绕并经过具体持续时间。如此，控制系统可以通过参考映射数据而确定马达响应过程，以确定被映射到具体用户互动的相应马达响应过程，所述用户互动最初基于上述映射数据确定，所述映射数据将各种操作模式映射到各种相应用户互动。还可以存在其他情况。
在进一步的方面，除了或代替映射数据，控制系统可以使用一个或多个其他方法，以确定马达响应过程。
在一种情况下，控制系统可以执行信号处理和/或分析技术，以确定信号的值(一个或多个)和/或趋势(一个或多个)(例如表示马达速度值的信号)和确定基于信号的这些值(一个或多个)和/或趋势(一个或多个)的马达响应过程。例如，控制系统可以评估信号的一组状态，以便确定该组中的所有状态是否被确定为真。如果控制系统确定该组的所有状态为真，则控制系统可以确定对应于具体马达响应过程的信号。否则，控制系统可以评估另一组状态，以便确定另一组中的所有状态是否为真，等等。在该方法的例子中，控制系统可以确定信号是否包括拐点且可以确定信号的局部极大值是否超过具体临界值。且如果控制系统确定这两种情况为真，则控制系统可以确定信号对应于具体马达响应过程。其他例子也是可以的。
在另一情况下，控制系统可以执行可能性分析技术以确定马达响应过程。例如，控制系统可以确定检测的操作模式不精确匹配映射数据操作模式中之一，且由此可以应用可能性分析，以确定检测到的操作模式以最高可能性与之匹配的映射数据的操作模式。例如，在确定匹配时，控制系统可以确定操作模式被检测时所处的环境状态和/或UAV的状态，且可以使用环境的状态和/或UAV的状态作为用于确定匹配操作模式的额外权重因子。以此方式，一旦控制系统使用可能性分析确定匹配操作模式，则控制系统可以随后基于映射数据确定马达响应过程。其他情况和例子也是可以的。
在如上所述的系统配置中，马达响应过程可以涉及各种马达响应操作，其中的一些在下文描述。实践中，控制系统可以确定马达响应过程，以包括单个这种马达响应操作或这些马达响应操作的任何可行的组合。假定两个或更多马达响应操作被确定为要被执行，则确定马达响应过程还可以涉及确定用于执行马达响应操作的顺序(例如一些马达响应操作可以在该顺序中的各个点处被重复)和/或确定用于应用每一个马达响应操作的相应持续时间，还存在其他可能。通常，这种顺序和/或持续时间可以基于各种因素确定，例如基于检测到的马达操作模式。替换地，这种顺序和/或持续时间可以是根据所建立的映射数据预定的。
在任一情况下，在下文描述各种可能的马达响应操作。虽然描述了特定的马达响应操作，但是其他马达响应操作也是可以的，而不脱离本发明的范围。
在一个例子中，马达响应操作可以涉及具体的反抗操作(counteringoperation)，其对由于施加到绳索的至少一个外部力而造成的绳索的解卷绕进行反抗。作为这种操作的一部分，控制系统可以运行马达以施加一个或多个具体反作用扭矩，所述反作用扭矩每一个对抗绳索的解卷绕，且可施加每一个反作用扭矩并持续相应的持续时间。具体地，每一个这种反作用扭矩可以是与所施加的外部力(一个或多个)的量基本上相同的量，且可以沿与外部力(一个或多个)所施加的方向实际上相反的方向。以此方式，这种响应操作可以抵抗由于施加外部力(一个或多个)而造成的绳索解卷绕，而不是必定造成绳索收回到UAV。实践中，用户对绳索施加外部力基本上可以感觉到绳索不能有任何进一步下降。而且，随这种反作用扭矩的量增加，绳索张力也可以增加。
在另一例子中，马达响应操作可以涉及具体辅助操作，所述具体辅助操作辅助由于施加到绳索的至少一个外部力而造成的绳索解卷绕。作为这种操作的一部分，控制系统可以操作马达以施加一个或多个具体辅助扭矩，所述辅助扭矩每一个对抗绳索的解卷绕，且可施加每一个反作用扭矩并持续相应的持续时间。具体地，每一个这种辅助扭矩可以是沿与外部力(一个或多个)所施加方向实际上相同的方向，且可以具有任何可行的量。以此方式，辅助扭矩可以与被施加的外部力(一个或多个)组合使用，以便进一步有助于绳索的解卷绕。实践中，向绳索施加外部力的用户可以基本上感觉到，由于对解卷绕的较小阻抗，绳索的手动解卷绕已经变得更容易。
在另一例子中，马达响应操作可以涉及具体收回操作，所述具体收回操作将抵抗施加到绳索的至少一个外部力收回绳索。作为这种操作的一部分，控制系统可以操作马达以施加一个或多个具体收回扭矩，每一个扭矩将抵抗外部力(一个或多个)收回绳索，且可将每一个收回扭矩应用相应的持续时间。具体地，每一个这种收回扭矩可以具有大于施加的外部力(一个或多个)的量，且可以沿与外部力(一个或多个)施加所沿方向实际上相反的方向。以此方式，这种响应操作可以抵抗由于施加的外部力(一个或多个)造成的绳索解卷绕，且实际上造成绳索收回到UAV，而不管外部力(一个或多个)如何。实践中，对绳索施加外部力的用户可以基本上感觉到，绳索抵抗用户拉动，其程度是即使用户施加外部力但绳索仍收回。
在另一例子中，马达响应操作可以在通过用户施加外部力之后发生，而不是在通过用户施加外部力期间。例如，马达响应操作可以涉及绳索运动操作，其在外部力施加到绳索上之后根据具体绳索运动模式让绳索运动。实践中，甚至在用户不再实体地与绳索互动时，这种马达响应操作也可以允许要被执行的用户反馈/互动。
在这方面，控制系统可检测表示具体用户互动的操作模式，且随后确定在具体用户互动完成之后要被执行的马达响应过程。具体说，控制系统可以通过检测马达的另一操作模式(其表示这种情况和/或可以以其他方式来如此操作)确定具体用户互动完成。在任一情况下，一旦控制系统确定具体用户互动完成，则控制系统可随后根据具体绳索运动模式而执行确定的涉及绳索运动的马达响应过程。
通常，具体绳索运动模式可以采取各种形式且可以基于表示用户互动的操作模式。例如，绳索运动模式可以简单地涉及绳索以具体速率收回到UAV。在该例子中，根据该绳索运动模式的绳索运动可以基于检测表示用户向下拉绳索几次的操作模式而发生。也可以存在其他情况和例子。
图22接下来示出了示例性马达响应过程。如所示的，控制系统确定对应于马达响应过程2200的上述具体用户互动2110。具体地，马达响应过程2200涉及包括施加反转矩的反抗操作。反转矩可以具有“T1”的量，其基本上与通过用户2108施加的向下力的量“F1”相同。还有，反转矩可以沿着与通过用户2108施加的向下力的方向实际上相反的方向。如此，控制系统可以最终操作绞盘系统2106的马达，以随用户2108在绳索上施加向下力而施加反转矩。其他例子也是可以的。
iv.根据确定的马达响应过程操作马达
如上所述，一旦马达响应过程被确定，则控制系统可以随后根据确定的马达响应过程操作马达，这通过向马达传递一个或多个命令而进行，所述命令指示马达执行与响应过程相符合的某些操作。且进一步如上所述的，控制系统可以在用户互动期间和/或之后如此操作，这取决于已经确定的马达响应过程。而且，除了计划的与用户的互动/反馈，所执行的马达响应过程会导致各种结果。
例如，马达响应过程可以对应于绳索所遇到的一个或多个目标张力。具体地，每一个目标张力可以是在马达根据马达响应过程施加一定扭矩时绳索期望经历的张力。如此，根据确定的响应过程操作马达的控制系统可以使得绳索经历一个或多个这种目标张力。
在另一例子中，马达响应过程可以对应于绳索所经历的一个或多个目标绳索运动。具体地，每一个目标绳索运动可以是在马达根据根据马达响应过程施加一定扭矩时绳索期望经历的运动。如此，根据确定的响应过程操作马达的控制系统可以使得一个或多个这种目标绳索运动被绳索经历(例如行进通过绳索的波浪脉冲)。其他例子也是可以的。
图23接下来示出了示例性马达响应过程，其中在用户2108抓持绳索2102时，例如在手动地联接有效载荷的过程中，控制系统操作马达以控制绳索2102的张力。假定UAV2100在盘旋的同时基本上保持其在空间中的物理位置，则随着由用户2108提供的向下力增加，控制系统可以沿卷绕方向按比例(例如线性地)增加马达扭矩，反之亦然。以此方式，绳索2102的张力可以随用户2108进一步向下拉动绳索而增加，且反之亦然。而且，控制系统可以配置为按比例增加马达的扭矩直到最大扭矩，由此使得绳索的张力饱和并理想地防止用户2108朝向地面向下拉动UAV 2100。
更具体地，在马达响应过程的状态2302下，控制系统操作马达以施加具有“T1”量的扭矩，以抵抗通过用户2108提供的“F1”量的力，由此使得绳索2102经历第一张力。随后，在马达响应过程的状态2304下，控制系统操作马达以施加具有大于“T1”的“T2”量的扭矩，从而抵抗大于“F1”的“F2”量的力，由此使得绳索2102经历大于第一张力的第二张力。最后，在马达响应过程的状态2306下，控制系统操作马达以施加具有大于“T2”的“T3”量的扭矩，从而抵抗大于“F2”的“F3”量的力，由此使得绳索2102经历大于第二张力的第三张力。
图24接下来示出了示例性马达响应过程，其中控制系统可以操作马达以随时间改变施加到绳索2102的扭矩量，且可能地改变其方向，具体地这样操作是为了增强用户体验或是出于其他原因。例如，控制系统可以将马达操作为随用户2108在绳索2102上向下拉动而复制棘爪或咔哒的感觉，和/或经由绳索2102提供震动性的反馈(例如波浪脉冲)，还存在其他可能。
更具体地，在马达响应过程的状态2402下，控制系统操作马达以施加辅助扭矩，该辅助扭矩具有“T1”的量和与通过用户2108提供的力相同的方向，由此辅助用户2108对绳索2102解卷绕。随后，在马达响应过程的状态2404下在对绳索2102解卷绕期间，控制系统操作马达以施加具有“T2”量的反作用扭矩，以抵抗通过用户2108提供的“F2”量的力，由此使得用户2108经历“棘爪”的感觉。最后，在马达响应过程的状态2406下，控制系统再次操作马达以施加辅助扭矩，以便继续辅助用户2108对绳索2102解卷绕。具体地，该进一步的辅助力被显示为具有“T3”的量且被沿与通过用户2108提供的力(具有“F3”量)相同的方向提供。
图25接下来示出了示例性马达响应过程，其中控制系统对用户2108与绳索2102的互动进行解译，以确定用户2108的意图以使得UAV 2100和/或绞盘系统2106的马达执行某些操作。具体地，在马达响应过程的状态2502下，控制系统检测表示用户2108在绳索2102上以基本上具有“F1”量的力向下拉动至少连续三次的操作模式。在检测到通过用户2108做出的这种姿势时，控制系统可以将该姿势解译为信号，表明有效载荷已经被适当地从有效载荷联接设备2104脱开联接且由此UAV 2100可以继续进一步飞行到目标目的地。通常，为了有助于这种姿势，用户可被提供手册等，其列出可被所公开的系统解译的各种姿势。
更具体地，如通过马达响应过程的状态2504所示的，控制系统通过执行马达响应过程对所述姿势做出响应，所述马达响应过程涉及操作马达以施加具有“T2”量的扭矩，用于将绳索2102收回到UAV 2100的目的。而且，一旦用户2108已经完成与绳索2102的互动且由此不再对绳索2102施加外部力(一个或多个)，则控制系统进行如此操作。最后，一旦绳索2102已经收回，则UAV 2100可以继续向前飞行到目标目的地，如状态2506所示。其他例子也是可以的。
v.用户互动和反馈的额外特征
在进一步的方面，控制系统可考虑其他因素作为确定马达相应过程的基础。实践中，除了或代替考虑如上所述的检测到的马达操作模式，控制系统可以考虑这种因素。而且，控制系统可以考虑这些因素的任何可行的组合，可能对一些因素赋予比其他因素更大的权重。
在一种情况下，控制系统可以考虑环境状态作为用于确定马达响应过程的基础。具体地，控制系统可以从UAV的一个或多个传感器(例如影像捕获装置)接收传感器数据，其表示UAV的环境状态，例如UAV附近的障碍物，还存在其他可能。其控制系统可以随后至少基于传感器数据确定马达响应过程。例如，如果控制系统检测到障碍物与绳索相距临界距离，则控制系统可以响应地选择马达响应过程，其中绳索经历小的目标绳索运动，而不是更大的目标绳索运动，由此试图避免与障碍物的碰撞。
在另一种情况下，控制系统可以考虑UAV的飞行状态作为用于确定马达响应过程的基础。具体地，控制系统可以从飞行管理系统(例如机载UAV和/或在UAV外部)接收表示UAV的飞行状态的飞行数据，所述飞行状态可以是UAV沿计划飞行路径的飞行进程，还存在其他可能。且控制系统可以随后至少基于飞行数据确定马达响应过程。例如，如果控制系统确定UAV的飞行进程极大地落后于沿飞行路径的所计划的进度，则控制系统可以响应地选择马达响应过程，在马达响应过程中马达开始收回绳索到一定程度，以便向用户表明UAV的飞行进程极大地落后于计划的进程。也可以存在其他情况和例子。
在进一步的方面，在考虑了有效载荷(例如有效载荷联接设备和/或经联接的有效载荷)处于用户互动所期望的有效载荷飞行高度处的情况下，控制系统可以执行所公开的方法1900。更具体地，控制系统可以确定有效载荷的有效载荷飞行高度且可以确定有效载荷飞行高度为用户互动所期望的飞行高度。一旦控制系统做出确定，则控制系统可以随后响应地执行方法1900，例如在实际检测到用户互动时。
通常，控制系统可以使用各种技术确定有效载荷飞行高度。在一个例子中，飞行高度传感器可以联接到有效载荷(例如联接到有效载荷联接设备)且控制传感器可以从飞行高度传感器接收表示有效载荷飞行高度的飞行高度数据。在另一例子中，控制系统可以确定绳索解卷绕长度，例如通过使用本文所述的技术。还有，控制系统可以基于从UAV的飞行高度传感器接收的飞行高度数据确定飞行飞行高度，还存在其他可能。随后，控制系统可以使用确定的绳索的绳索解卷绕长度以及确定的飞行高度作为用于确定有效载荷飞行高度的基础。例如，控制系统可以将确定的绳索绳索解卷绕长度(例如5英尺)从确定的飞行高度(例如在地面上方11英尺)减去，以便确定有效载荷飞行高度(例如在地面上方6英尺)。
而且，控制系统可以采取各种方法，用于确定有效载荷飞行高度就是用户互动所期望的飞行高度。例如，控制系统可以确定有效载荷飞行高度小于临界飞行高度(其例如经由手动工程输入建立)。实践中，临界飞行高度可以是地面上方的一高度，在该高度处用户可接触到有效载荷且由此与绳索互动。其他情况也是可以的。
在进一步的方面，控制系统可以根据UAV响应过程操作UAV本身，这可以至少涉及UAV的具体运动。实践中，具体运动可采取任何可行的形式。例如，具体运动可以涉及UAV沿轴线在物理空间中的侧向运动。在另一例子中，具体运动可以涉及沿飞行路径的向前飞行，例如图25的状态2506所示。其他例子也是可以的。
通常，除了或代替根据确定的马达响应过程操作马达，控制系统可以根据UAV响应过程操作UAV。且如果控制系统除了根据马达响应过程操作马达之外还进行此操作，则控制系统可以分别操作马达和UAV，以同时地和/或在不同时刻执行这些过程。而且，控制系统可以在用户互动之后和/或期间根据UAV响应过程操作UAV。
进一步地，控制系统可以基于各种因素确定UAV响应过程。如此，控制系统可以考虑那些因素的任何可行的组合，可能对一些因素赋予比其他因素更大的权重。尽管如此，各种因素都是可以的。
在一个例子中，控制系统可以基于检测到的马达操作模式确定UAV响应过程。例如，控制系统可以在其上存储映射数据或可以以其他方式被配置为参考映射数据，所述映射数据将多个操作模式每一个与相应UAV响应过程映射。例如，映射数据可以将电流水平的具体序列与UAV响应过程映射，所述UAV响应过程涉及操作UAV以在一定程度上和沿一定方向倾斜。如此，控制系统可以通过参考映射数据确定UAV响应过程，以确定映射到检测到的马达操作模式的相应UAV响应过程。
在另一例子中，控制系统可以基于UAV的环境状态和/或基于UAV的飞行状态确定UAV响应过程。例如，如果控制系统确定UAV的飞行状态时UAV在地面上的第一位置上方盘旋且UAV的环境状态包括用户实体地指示地面上的第二位置，则UAV响应过程可以涉及UAV盘旋飞行，以便最终在第二位置上方盘旋，例如出于在第二位置投递有效载荷的目的。其他例子和方面也是可以的。
应注意，与用户互动/反馈有关的上述特征并不限于UAV盘旋的情况，且可以以各种情况来执行，而不脱离本发明的范围。例如，各种特征可以在UAV已经着陆在高台上且绳索已经至少部分地解卷绕使得绳索被通过UAV悬挂在高台边缘上方的情况下执行。其他例子也是可以的。
X.投递后绳索控制
A.释放确认
如上所述，在UAV通过控制马达以将联接到有效载荷的绳索解卷绕而将有效载荷下降到地面时，UAV的控制系统可以监测马达的电流和/或心轴的旋转，以确认有效载荷已经到达地面。控制系统可以随后操作马达以通过继续将绳索从心轴解卷绕而过度释放绳索。一旦有效载荷触地被确认且执行了绳索过度释放，则控制系统可以以释放确认模式操作，以便在开始将有效载荷联接设备提升回到UAV的过程之前，确认有效载荷从有效载荷联接设备的分离。
图26是流程图，显示了根据示例性实施例的释放确认方法2600。方法2600可以在方法1800完成时开始(例如在绳索过度释放时间段结束时)，作为释放确认模式中的操作的一部分。
如所示的，方法2600涉及控制系统以第一模式操作马达(其中施加扭矩以对绳索上的重力拉动做出抵抗)并经过释放确认时间段，如图块2602所示。实践中，控制系统可以应用为释放确认而设计的速度模式。速度模式可以被设计为在释放确认时间段期间将具体重量的有效载荷联接设备提升小距离。由此，如果有效载荷并未被释放，则与有效载荷已经被适当地从有效载荷联接设备释放时相比马达将获取更多电流以遵循该速度模式。因而，至少部分地基于在释放确认时间段期间内的马达电流，控制系统可以确定有效载荷从有效载荷联接设备分离，如图块2604所示。例如，控制系统可以通过确定释放确认时间段期间内的马达电流低于临界电流并经过至少临界时间量而确定有效载荷从有效载荷联接设备分离。且，对这种确定做出响应，控制系统可以操作马达以收回绳索，如图块2606所示。
另一方面，如果释放确认时间段期间的马达电流足够大，则控制系统可以确定有效载荷并未从有效载荷联接设备分离，且可以重复操作马达以使得绳索过度释放的过程(此时，也许释放一些预定的额外长度)且随后在绳索上向上拉以测试有效载荷分离，如图块1808和2602到2606所示。
B.绳索收回过程
一旦有效载荷释放已经被确认(例如通过执行方法2600)，则控制系统可以切换到收回模式，以便将绳索收回以提升有效载荷联接设备回到UAV。
在收回模式中，有效载荷联接设备的上升可以分为两个阶段：初始上升和最终上升阶段。
在初始上升期间，控制系统可以执行预定上升速率模式，其可以根据旁观者和/或所关心的周围结构的安全因素来设计。在初始上升完成之后(例如一旦已经卷绕了一定长度的绳索)，则控制系统可以暂停收回过程，例如通过操作马达以维持基本上恒定的绳索解卷绕长度。
一旦有效载荷释放，则由于从绳索悬挂的重量减少(例如仅存在有效载荷联接设备的重量)，有效载荷联接设备会易于来回摆动。因而，在收回过程的暂停期间，控制系统可以评估有效载荷联接设备是否振荡(例如摆动)和/或确定振荡的量，且可以评估是否应该采取缓冲振荡的动作。在这种缓冲过程之后或期间，控制系统可以开始有效载荷联接设备的最终上升，其中绳索完全收回以将有效载荷联接设备拉动到UAV，且将有效载荷联接设备坐落于UAV的接收座中，用于飞行回到返回位置。
参考下方的图38A-38C更详细描述投递之后的绳索和有效载荷联接设备的收回。
XI.缓冲有效载荷的振荡
实践中，UAV有时会遭遇这样的情况，其中绳索被至少部分地解卷绕且绳索的悬挂的有效载荷易于振荡。在这种情况的一个例子中，UAV可以展开绳索以用于投递所联接的有效载荷，由此使得联接的有效载荷易于振荡。在该情况的另一例子中，UAV可以展开绳索以用于拾取有效载荷，由此使得有效载荷联接设备(例如在该情况下被认为是有效载荷)易于振荡。在该情况的再一例子中，UAV可以在有效载荷联接之后收回绳索以用于拾取，由此使得所联接的有效载荷易于振荡。在该情况的又一例子中，UAV可以在投递之后的有效载荷释放之后收回绳索，由此使得有效载荷联接设备(例如在该情况下再次被认为是有效载荷)易于振荡。其他例子也是可能的。
在这种情况下，各种因素都会使得悬挂的有效载荷振荡。在一个例子中，足够强的风力状况会使得有效载荷振荡。在另一例子中，在盘旋模式下UAV运动以维持其位置会使得有效载荷振荡。且在另一例子中，有效载荷的振荡可以是通过用户对绳索和/或有效载荷本身施加的外部力的结果。其他例子也是可能的。
通常，有效载荷的振荡会使得有效载荷以摆动状的运动来回运动，也称为摆动运动。实践中，振荡中的有效载荷的摆动运动会具有各种结果。例如，振荡中的有效载荷的摆动运动会对UAV的稳定性产生不期望的效果，会使得有效载荷难以定位在地面上的期望位置，会形成有效载荷在地面附近的不期望运动，或会难以将有效载荷联接设备坐落在UAV的接收座中，还存在其他问题。
为了解决这些问题，UAV的控制系统可以执行一个或多个缓冲技术，例如下文所述的。如上所述，这种缓冲技术可以在有效载荷投递之后、绳索收回过程中的暂停期间执行。然而，应理解，下文所述的缓冲技术也可应用于其他情况。进一步地，本文所述的缓冲技术可应用于有效载荷仍然附接到有效载荷联接设备的情况(与仅附接有效载荷联接设备时比较，也许存在一些调整以计入从绳索悬挂的增加重量)。更通常地，本文公开的缓冲技术可应用于其中绳索从航空载具悬挂一重量的任何情况。
A.有效载荷振荡的检测和评估
在示例性实施方式中，UAV可以包括一个或多个传感器，其布置为产生表示在UAV下方悬挂的有效载荷联接设备(和/或所联接的有效载荷)的振荡的传感器数据。实践中，这些传感器可以包括联接到绞盘马达的电流传感器、绳索上的张力传感器、UAV上和/或有效载荷联接设备上的惯性测量单元(IMU)、UAV上的影像捕获装置和/或绞盘马达上的编码器，还存在其他可能。因而，UAV的控制系统可以使用从这种传感器的任何组合而来的传感器数据，以便检测有效载荷的振荡以及振荡的属性，例如振荡的幅度、频率和/或速度，还存在其他选项。
在一种情况下，电流传感器可以产生表示马达电流特点的数据。控制系统可以接收这种电流数据且可以使用电流数据作为检测有效载荷的振荡的基础以及用于确定这些所检测的振荡的属性。为此，控制系统可参考映射数据等，其将各种电流特点每一个与有效载荷振荡和/或与有效载荷振荡的属性进行映射。例如，一组具体的电流特点(例如电流值的具体相对改变)可以被映射到有效载荷振荡的指示。还有，另一组具体的电流特点(例如电流值的具体变化率)可以被映射到有效载荷以具体振荡幅度振荡的指示。
在另一种情况下，张力传感器可以产生表示绳索张力的张力数据。控制系统可以接收这种张力数据且可以使用张力数据作为检测有效载荷的振荡的基础以及用于确定这些所检测的振荡的属性。为此，控制系统可参考映射数据等，其将各种绳索张力特点每一个与有效载荷振荡和/或与有效载荷振荡的属性进行映射。例如，一组具体的绳索张力特点(例如张力的具体相对改变)可以被映射到有效载荷振荡的指示。还有，另一组具体的绳索张力特点(例如张力具体变化率)可以被映射到有效载荷以具体振荡速度的振荡的指示。
在又一情况下，IMU可以产生表示有效载荷相对于航空载具运动的运动数据。控制系统可以接收这种运动数据且可以使用运动数据作为检测有效载荷的振荡的基础以及用于确定这些所检测的振荡的属性。为此，控制系统可参考映射数据等，其将运动数据的各种特点每一个与有效载荷振荡和/或与有效载荷振荡的属性进行映射。例如，一组具体的运动数据特点可以映射到有效载荷正在振荡的指示。还有，另一组具体的运动数据特点(例如表示具体力的运动数据)可以被映射到有效载荷以具体振荡幅度振荡的指示。
在又一情况下，影像捕获装置可以布置为面对有效载荷且由此提供表示有效载荷相对于UAV的位置的影像数据。通过该结构，控制系统可以接收影像数据且可以使用任何现在已知和/或未来开发的影像处理技术以评估影像数据。如此，控制系统可以使用影像数据以确定有效载荷随时间的位置。更具体地，控制系统可以通过确定有效载荷随时间的位置的差而检测有效载荷的振荡。而且，控制系统可使用影像数据作为用于确定所检测振荡的属性的基础。例如，控制系统可以确定某些有效载荷随时间的位置之差且随后基于经确定的差确定振荡的幅度。在另一例子中，控制系统可以使用影像数据以确定有效载荷位置的变化率且随后基于确定的变化率确定振荡速度。也可以存在其他情况和例子。
而且，有效载荷振荡的各种属性可以取决于绳索解卷绕的程度。例如，与绳索解卷绕长度更长时有效载荷摆动的频率相比，更短绳索解卷绕长度可以使得有效载荷以更高的频率摇摆。为此，控制系统可以考虑绳索解卷绕长度作为确定有效载荷振荡属性时的额外因素。例如，在确定绳索以具体长度被解卷绕之后，控制系统可以确定有效载荷随时间的位置。随后，控制系统可以参考映射数据，其将确定的绳索解卷绕长度和确定的位置的组合与振荡的具体幅度和振荡的具体频率映射。替换地，控制系统可以基于预定公式确定这种属性，所述公式能输入变量(如绳索解卷绕长度和确定的位置)且输出表示一个或多个上述属性的数据。其他例子也是可以的。
实践中，控制系统可以通过从编码器接收表示绳索解卷绕长度的位置数据而确定绳索解卷绕长度。更具体地，编码器可以联接到马达，使得在马达执行旋转以解卷绕和/或卷绕绳索时，编码器产生表示马达(例如马达的传递组件)的角位置和/或运动的数据。如此，控制系统可以接收数据且可以使用数据作为用于追踪绳索解卷绕长度的基础。例如，控制系统可以基于从编码器而来的数据检测马达沿具体方向的两转，且可以确定这两转对应于绳索卷绕了两米。其他例子也是可以的。
在进一步的方面，控制系统还可以使用传感器数据作为用于确定检测到的振荡超过临界值(例如经由手动工程输入建立)的基础。例如，控制系统可以确定表示有效载荷振荡的具体幅度的传感器数据，且可以确定该具体幅度比临界幅度更高。在另一例子中，控制系统确定传感器数据，其表示有效载荷振荡的具体速度，例如在绳索被部分地解卷绕时有效载荷来回摆动的速度。在该例子中，控制系统可以随后确定该具体速度比临界速度更高。在另一例子，控制系统确定传感器数据，其表示有效载荷振荡的具体频率，例如在绳索被部分地解卷绕时有效载荷来回摆动的频率。在该例子中，控制系统可以随后确定该具体频率比临界频率更高。其他例子也是可以的。
B.绳索收回过程期间的缓冲
图27是流程图，显示了根据示例性实施例的用于快速缓冲程序(在本文还可被称为缓冲技术)的方法2700。方法2700可以在绳索收回过程期间通过UAV的控制系统实施。实践中，绳索收回过程可以在投递之后执行和/或在拾取和/或投递期间的其他时刻执行。而且，虽然方法2700被描述为在有效载荷联接设备的情况下执行，但是方法2700还可在联接到有效载荷联接设备的有效载荷的情况下执行。
转到方法2700，UAV可以首先以盘旋飞行模式运行，如图块2702所示。例如，UAV可以在目标或投递位置上方或在源位置上方盘旋。一旦有效载荷被释放到地面，则UAV的控制系统可以切换到绳索收回模式，如图块2702所示。在运行于绳索收回模式时，控制系统可以执行缓冲程序，以对有效载荷联接设备的振荡进行缓冲，如图块2704所示。可选地，控制系统可以在具体响应于确定了所检测的振荡超过临界值时如此操作。
通常，控制系统执行的缓冲程序可以是本文所述的缓冲程序的任何组合。但是，在一些情况下，控制系统可以执行本文并未描述的一个或多个缓冲程序，而不脱离方法2700的范围。
如上所述，缓冲程序(例如在图块2704处执行的)可以在上升过程中的暂停期间执行(且也可在下降有效载荷联接设备的暂停期间执行)。在一些实施例中，在继续收回(或下降)绳索的过程之前，控制系统可以等待直到振荡被充分缓冲。例如，控制系统可以暂停直到确定振荡的幅度小于临界幅度，或可能地直到确定有效载荷联接设备静止于平衡位置。在任一情况下，控制系统可以响应地继续绳索的收回，以提升有效载荷联接设备到UAV。但是，在其他实施例中，在继续绳索的收回(或下降)过程之前，控制系统可以不等待到振荡被充分缓冲。例如，控制系统可在继续之前暂停绳索收回过程并经过固定时间段。具体地，在开始执行缓冲程序时，控制系统可以启动计时器，其设置为在经过具体持续时间(例如经由手动工程输入建立)之后到期，且可以响应于检测到计时器到期而继续收回(或下降)过程。其他例子也是可以的。
图28A到28D接下来共同显示了绳索收回过程期间缓冲程序的开始。
如图28A所示，UAV 2800包括绳索2802和联接到绳索2802的有效载荷联接设备2804。还有，有效载荷2806被显示为已经被UAV 2800投递到地面上的投递位置。而且，图28A显示了UAV 2800在投递位置上方盘旋，同时UAV的控制系统运行在绳索收回模式，以在有效载荷2806投递之后将有效载荷联接设备2804提升回到UAV。
如图28B所示，在运行于绳索收回模式的同时，UAV的控制系统暂停有效载荷联接设备2804的上升。在暂停期间，控制系统执行缓冲程序，如图28B所示。如所述的，缓冲程序可以是本文所述的的任何缓冲程序，等等。可选地，如所述的，控制系统响应于检测到有效载荷联接设备2804的振荡处于大于临界幅度的振荡幅度2808而执行缓冲程序。
如图28C所示，在UAV的控制系统仍然暂停有效载荷联接设备2804的上升的同时，振荡被显示为已经由于缓冲程序而被缓冲。在一种情况下，在暂停期间和在执行缓冲程序并经过一些时间之后，控制系统检测有效载荷联接设备2804的振荡处于比临界幅度更低的振荡幅度2810。以此方式，控制系统确定振荡已经被充分缓冲且响应地确定绳索收回过程可以继续。在另一种情况下，控制系统检测在起动执行缓冲程序时开始的计时器的到期，且响应于检测到计时器到期而确定绳索收回过程可以继续。如此，在任一情况下，控制系统可以响应地继续以绳索收回模式的操作，以在有效载荷投递之后将有效载荷联接设备2804上升回到UAV 2800，如图28D所示。其他例子也是可以的。
C.示例性缓冲技术
虽然在下文描述了几个缓冲技术，但是应理解其他缓冲技术和对所述技术的修改例也是可以的，而不脱离本发明的范围。
i.向前飞行以缓冲振荡
图29是流程图，显示了用于启动向前飞行以缓冲振荡的方法2900。如上所述，UAV可以配置为根据盘旋飞行模式和根据向前飞行模式飞行。在盘旋飞行模式，飞行的动态特点可以类似于直升飞机。更具体地，提升和推力可以通过旋翼提供，其允许UAV垂直地起飞和着陆以及沿所有方向飞行。而在向前飞行模式，飞行动态特点可以类似于飞机。更具体地，固定翼UAV可以被来自喷射发动机或推进器的推力向前推动，UAV的固定翼提供提升且允许UAV相对于地面大致水平地滑翔。
通过该结构，UAV可以根据盘旋飞行模式操作，如图块2902所示。如所述的，UAV可以在展开绳索以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程中如此操作，或可以在收回绳索以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程中如此操作。无论如何，在UAV处于盘旋飞行模式时，UAV的控制系统可以使得UAV从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式，如图块2904所示。
可选地，控制系统可以响应于确定了所检测的振荡超过临界值时如此操作。还有，处理中的有效载荷可以被认为是联接到有效载荷联接设备的有效载荷(例如包装件)，或可以被认为是有效载荷联接设备本身，还存在其他可能。
更具体地，通过切换到向前飞行模式，UAV的运动可以在有效载荷上造成拖曳。通常，拖曳被认为是由于物体和空气分子之间的相互作用而通过空气抵抗或阻碍物体运动的空气动力或摩擦。因此，在向前飞行的情况下，气流会造成沿与向前飞行方向相反的方向的拖曳。由此，所形成的拖曳可以缓冲检测到的有效载荷振荡，因为气流可以有助于稳定有效载荷。
进而，在一些实施例中，在控制系统使得UAV切换到向前飞行模式时，控制系统还可以引导UAV以具有一定飞行特点的向前飞行模式运行。实践中，这些飞行特点可以包括飞行速度、飞行方向、和/或飞行正时，还存在其他可能。如此，控制系统可以基于各种因素确定适当的飞行特点。且根据本发明，控制系统可以至少基于有效载荷的检测的振荡和/或基于其他因素而确定适当飞行特点。
通过例子的方式，控制系统可以至少基于检测到的振荡确定用于向前飞行模式的初始飞行速度。实践中，初始飞行速度可以是在切换到向前飞行模式之后UAV立即首先加速到的飞行速度且是UAV在向前飞行模式期间最终保持至少一些时间的飞行速度。因此根据本发明，控制系统可以确定初始飞行速度，其在检测到的振荡幅度较大时通常更高。例如，控制系统可以在控制系统检测到有效载荷的第一振荡幅度时选择第一初始飞行速度且可以在控制系统检测到有效载荷的第二振荡幅度时选择第二初始飞行速度，第一幅度比第二幅度更高且第一初始飞行速度比第二初始飞行速度更高。应注意，初始飞行速度可以另外或替换地取决于有效载荷的质量和/或拖曳，或可以简单地经由手动工程输入等方式预定。
在另一例子中，控制系统可以至少基于检测到的振荡确定用于向前飞行模式的飞行正时。具体说，确定飞行正时可以涉及确定开始向前飞行模式的时间，执行缓冲(为向前飞行模式一部分)的持续时间，和/或结束向前飞行模式的时间，还存在其他可能。在任一情况下，控制系统可以考虑与检测到的振荡有关的各种因素作为用于确定飞行正时的基础。例如，控制系统可以确定有效载荷摇摆的状态，例如有效载荷是否处于摇摆的顶部或摇摆的底部，和使用有效载荷摇摆的经确定状态作为用于确定飞行正时的基础。在另一例子中，控制系统可以确定有效载荷振荡的程度(例如幅度)且可以基于确定的程度确定飞行正时。应注意，飞行正时可以替换地经由手动工程输入等方式预定。也可以存在其他情况和例子。
在进一步的方面，控制系统可以有助于实施各种情况下的向前飞行缓冲程序。在一个示例性情况中，控制系统可以在收回绳索以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程期间开始向前飞行以缓冲振荡。在该示例性情况下，严格来讲控制系统可在收回过程的任何点开始向前飞行，例如在收回过程没有暂停。但是，理想地，控制系统可以在检测到的振荡超过临界值时操作马达以暂停绳索收回，这可以允许控制系统在收回过程中的暂停期间开始向前飞行模式。随后，一旦控制系统检测到有效载荷已经被拖曳充分缓冲(例如检测到的振荡不再超过临界值)和/或在固定的时间延迟之后(例如响应于检测到计时器到期)，则控制系统可以随后操作马达以进行绳索的收回。
在另一示例性情况中，控制系统可以在展开绳索以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程期间开始向前飞行以缓冲振荡。在该示例性情况下，严格来讲控制系统可在展开过程的任何点开始向前飞行，例如在展开过程没有暂停。但是，理想地，控制系统可以在检测到的振荡超过临界值时操作马达以暂停绳索展开，这可以允许控制系统在展开过程中的暂停期间开始向前飞行模式。随后，一旦控制系统检测到有效载荷已经在固定时间延迟之后(例如响应于检测到计时器到期)和/或被拖曳充分缓冲，则控制系统可以随后操作马达继续绳索的展开。各种其他示例性情况也是可以的。
进一步地，在控制系统操作马达以进行绳索的展开或收回时，控制系统可以理想地在UAV运行于向前飞行模式如此操作，但是也可在UAV运行与盘旋飞行模式时如此操作。
例如，一旦控制系统检测到有效载荷已经在固定时间延迟之后和/或被拖曳充分缓冲，则控制系统可以响应地操作马达以展开或收回绳索，因为控制系统还使得UAV继续运行在向前飞行模式。还有，例如在收回的情况下，控制系统可以在绳索被收回时引导UAV维持具体向前飞行速度(例如确定的初始飞行速度)。以此方式，控制系统可以确保绳索的安全和稳定的收回。随后，一旦控制系统确定绳索收回完成，则控制系统可以随后响应地改变(例如增加)向前飞行速度，如果适用。
另外或替换地，一旦绳索已经完全收回，则控制系统可随后使得UAV从向前飞行模式切换回到盘旋飞行模式。在这方面，在UAV切换回到盘旋飞行模式之后，控制系统可以随后操作马达以展开绳索。以此方式，向前飞行可以对有效载荷的振荡进行缓冲且随后的盘旋飞行可以允许绳索在具体位置展开，例如用于有效载荷拾取或投递目的。其他例子也是可以的。
在进一步的方面，控制系统可以在考虑了有效载荷处于远离UAV安全距离的情况下执行方法2900。通常，控制系统可以如此操作以确保在向前飞行开始时有效载荷不碰撞UAV和/或可以如此操作用于其他目的。尽管如此，控制系统可以以各种方式如此操作。例如，控制系统可以确定绳索的非卷绕长度且随后可确定绳索的非卷绕长度大于临界长度，由此指示控制系统有效载荷与UAV相距一相对安全的距离.以此方式，如果控制系统需要执行方法2900，则控制系统可以仅在控制系统确定绳索解卷绕长度大于临界长度时如此操作。其他例子也是可以的。
图30A到30D共同显示了涉及向前飞行以缓冲振荡的技术，具体是在绳索收回过程如此操作。
如图30A所示，UAV 3000包括绳索3002和联接到绳索3002的有效载荷联接设备3004。还有，有效载荷3006被显示为已经被UAV 3000投递到地面上的投递位置。而且，图30A显示了UAV 3000在投递位置上方盘旋，同时UAV的控制系统运行在绳索收回模式，以在有效载荷3006投递之后将有效载荷联接设备3004提升回到UAV。
如图30B所示，在UAV 3000处于盘旋飞行模式时，UAV的控制系统暂停有效载荷联接设备3004的上升。在暂停期间，控制系统可以可选地检测绳索3002的解卷绕长度3010大于临界长度。还有，控制系统可以可选地检测有效载荷联接设备3004的振荡处于大于临界幅度的振荡幅度3008。控制系统可以随后响应地执行向前飞行缓冲程序，如图30C所示。具体说，在UAV的控制系统仍然暂停有效载荷联接设备3004的上升时，UAV 3000响应地从运行于盘旋飞行模式切换到运行于向前飞行模式。但是，在其他情况下，控制系统可以不检测振荡且可以简单地执行向前飞行缓冲路线并经过固定时间段(例如直到检测到计时器到期)。
如图30C所示，通过切换到向前飞行模式，UAV 3000的运动在有效载荷联接设备3004上实现拖曳，这对有效载荷联接设备3004的振荡进行缓冲。因而，在暂停期间和UAV执行向前飞行并经过一些时间之后，控制系统检测有效载荷联接设备3004的振荡处于比临界幅度更低的振荡幅度3012。以此方式，控制系统确定振荡已经被充分缓冲且响应地确定绳索收回过程可以继续。
如图30D所示，响应于确定振荡已经被充分缓冲和/或响应于检测到计时器到期，控制系统随后继续绳索收回模式的操作，以在有效载荷投递之后将有效载荷联接设备3004上升回到UAV 3000。而且，控制系统显示为继续绳索收回模式的操作，因为控制系统继续引导UAV 3000以运行于向前飞行模式。其他例子也是可以的。
ii.降低飞行稳定化程度以缓冲振荡
根据示例性实施方式，UAV可以运行于位置保持模式，其中UAV基本上在盘旋飞行期间保持物理空间中的物理位置。通常，UAV通过在盘旋飞行期间实施一个或多个飞行稳定化技术(例如基于视觉的稳定化和/或基于IMU的稳定化)而实施这一点，例如目前已知和/或未来开发的稳定化技术。
具体地，UAV可以沿物理空间中的三个维度实施飞行稳定化，以便抵抗UAV沿这三个维度中任何一个的运动且由此有助于维持UAV的物理位置。实践中，三个维度可以是UAV的偏航轴线、UAV的俯仰轴线和UAV的翻滚轴线。另外或替换地，三个维度可以包括用于UAV的任何可行的平移轴线(例如沿UAV的平移运动的任何轴线都是可以的)。但是三个维度还可采取各种其他形式，而不脱离本发明的范围。
图31是流程图，显示了用于降低飞行稳定化的程度(例如增益)以缓冲振荡的方法3100(“跛行(go limp)”缓冲技术)。如方法3100的图块3102所示，UAV可以运行在位置保持模式。再次，如本文所述的，UAV可以在展开绳索以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程期间如此操作，或可以在收回绳索以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程期间如此操作。无论如何，在UAV处于位置保持模式时，UAV的控制系统可以降低沿至少一个稳定的飞行稳定化程度，如图块3104所示。可选地，控制系统可以响应于确定了所检测的振荡超过上述临界值时如此操作。还有，如所述的，处理中的有效载荷可以被认为是有效载荷(例如包装件)，其联接到有效载荷联接设备，或可以被认为是有效载荷联接设备本身，还存在其他可能。
更具体地，“跛行”缓冲技术可以涉及：控制系统使得UAV降低沿如上所述的三个维度中的至少一个的飞行稳定化程度。通过如此做，UAV可以随后基于对UAV应用外部力而沿该维运动(例如沿轴线平移运动)。实践中，这些外部力可以是有效载荷振荡的结果。且随这些有效载荷振荡使得UAV沿至少一个相关维度运动，能量可以随时间消散，由此由于该能量消散而实现检测到的振荡的缓冲。
根据本发明，降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度可以采取各种形式。
在一种情况下，降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度可以采取完全消除沿该维度的任何形式的稳定化的形式且由此允许UAV严格地基于对UAV的外部力的应用而沿该尺寸运动。例如，由于UAV降低沿具体轴线的稳定化，所以摆动的有效载荷可以沿具体轴线对UAV施加外部力，UAV结果可以沿该具体轴线运动一定的量，所述量基于外部力大小。以此方式，摆动有效载荷可以基本上沿具体轴线拖曳UAV本身。其他例子也是可以的。
但是，在另一种情况下，降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度可以采取将沿至少一个维度的稳定化程度降低一定程度的形式。具体地，控制系统可以允许UAV沿至少一个维度基于对UAV的外部力的应用而运动，但是仅在一定程度上如此做。例如，UAV可以在检测到UAV相对于如上所述的物理位置沿至少一个维度的一定程度的运动之后实施飞行稳定化。以此方式，控制系统可以有效地允许UAV相对于物理位置沿至少一个维度进行一些程度的运动(例如沿每一个方向沿具体轴线平移运动两米)，而不是UAV试图通过限制UAV从该物理位置离开的任何运动而维持UAV的物理位置。
而且，控制系统可以在确定要沿至少一个维度降低稳定化的程度时考虑各种因素。在示例性实施方式中，控制系统可以使用检测到的振荡作为用于确定稳定化目标程度的基础。如此做，控制系统可以在检测到的振荡的幅度较大时确定较小的目标稳定化程度，由此允许UAV沿至少一个维度的更大的运动，以便有助于消散能量。且由于这种更大的UAV运动，最终可以缓冲更高幅度的振荡。其他情况和例子也是可以的。
在降低沿至少一个维度的飞行稳定化之后，控制系统可以检测有效载荷的振荡已经被充分缓冲和/或可以检测计时器到期(例如在“跛行”缓冲程序的起动开始时)，且可以响应地使得航空载具增加沿至少一个维度的飞行稳定化程度。根据本发明，飞行稳定化的这种增加可采取各种形式。
在一个例子中，假定控制系统已使得UAV完全消除沿该维度的任何形式的稳定化，则控制系统可以使得UAV完全启用沿该尺寸的稳定化，以试图完全维持UAV的物理位置。在另一例子中，再次假定控制系统已使得UAV完全消除沿该尺寸的任何形式的稳定化，则控制系统可以通过有效地允许UAV相对于物理位置沿至少一个维度的一些程度的运动而使得UAV增加沿该维度的稳定化程度。在另一例子中，假定控制系统已使得UAV部分地降低沿至少一个维度的稳定化程度，则控制系统可以使得UAV增加沿该维度的稳定化程度。在该例子中，控制系统可以使得UAV增加稳定化程度(例如到达降低之前的相同程度)，以便有效地降低UAV相对于物理位置沿至少一个维度的运动程度。替换地，控制系统可以使得UAV增加稳定化程度，以便完全启用沿该维度的稳定化，以试图完全维持UAV的物理位置。各种其他例子也是可以的。
在进一步的方面，控制系统可以有助于在各种情况下实现“跛行”缓冲技术。在一个示例性情况下，控制系统可以在收回绳索过程期间开始“跛行”缓冲技术，用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递。在该示例性情况下，控制系统严格来讲可在收回过程的任何点开始“跛行”缓冲技术，例如没有收回过程中的暂停。但是，理想地，控制系统可以在检测到的振荡超过临界值时操作马达以暂停绳索收回，这可以允许控制系统在收回过程中的暂停期间开始“跛行”缓冲技术。随后，一旦控制系统检测到在沿至少一个维度的飞行稳定化程度降低之后有效载荷的振荡已经被充分缓冲(例如检测到的振荡不再超过临界值)和/或在固定时间延迟之后(例如在检测到计时器到期)，则控制系统可以随后操作马达以进行绳索的收回。
在另一示例性情况下，控制系统可以在展开绳索过程以用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷投递的过程中开始“跛行”缓冲技术。在该示例性情况下，控制系统严格来讲可在展开过程的任何点开始“跛行”缓冲技术，例如没有展开过程中的暂停。但是，理想地，控制系统可以在检测到的振荡超过临界值时操作马达以暂停绳索展开，这可以允许控制系统在展开过程中的暂停期间开始“跛行”缓冲技术。随后，一旦控制系统检测到在沿至少一个维度的飞行稳定化程度降低之后有效载荷的振荡已经被充分缓冲和/或在固定时间延迟之后(例如在检测到计时器到期)，则控制系统可以随后操作马达以进行绳索的展开。各种其他示例性情况也是可以的。
进一步，在控制系统运行马达以继续绳索的展开或收回时，控制系统可以在沿至少一个维度的飞行稳定化仍然被降低时和/或在沿至少一个维度的飞行稳定化已经增加之后如此操作。例如，一旦控制系统检测到有效载荷已经被充分缓冲和/或检测到计时器到期，控制系统可以响应地操作马达以展开或收回绳索，而控制系统还使得UAV维持沿至少一个维度的飞行稳定化程度的降低。在另一例子中，一旦控制系统检测到有效载荷的振荡已经被充分缓冲和/或检测到计时器到期，则控制系统可以响应地使得UAV增加沿至少一个维度的飞行稳定化程度。在该例子中，在UAV增加沿至少一个维度的飞行稳定化程度之后，控制系统可以随后操作马达以展开或收回绳索。其他例子也是可以的。
图32A到32H接下来共同显示了“跛行”缓冲技术，具体是在绳索收回过程期间执行。
如图32A所示的，UAV 3200包括绳索3202和联接到绳索3202的有效载荷联接设备3204。还有，有效载荷3206被显示为已经被UAV 3200投递到地面上的投递位置。而且，图32A显示了UAV 3200在投递位置上方盘旋，同时UAV的控制系统运行在绳索收回模式，以在有效载荷3206投递之后将有效载荷联接设备3204上升回到UAV。在这方面，UAV 3200被显示为处于位置保持模式，其中UAV 3200基本上在盘旋飞行期间保持物理空间中的物理位置“X，Y”。
如图32B所示，在运行于绳索收回模式时，UAV的控制系统暂停有效载荷联接设备3204的上升。在暂停期间，控制系统可选地检测有效载荷联接设备3204的振荡处于大于临界幅度的振荡幅度3208。响应于以这种方式检测到振荡和/或响应于启动计时器，控制系统随后执行如上所述的“跛行”缓冲程序。具体说，控制系统使得UAV以降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度。通过如此做，UAV随后基于对UAV的外部力的应用而沿该维度运动，这由于能量消散而可以缓冲振荡。图32C到32F示出了这种运动和能量消散。
更具体地，由于沿该维度的飞行稳定化程度的降低，摆动的有效载荷联接设备3204沿该维度沿第一方向拖曳UAV 3200到一位置，该位置与位置“X，Y”相距距离d1，如图32C所示。随后，由于沿该维度飞行稳定化程度的降低和由于能量消散，摆动的有效载荷联接设备3204沿该维度沿第二方向(例如与第一方向相反)拖曳UAV 3200到一位置，该其与物理位置“X，Y”相距较小的距离D2(例如小于D1)，如图32D所示。随后，再次由于沿该维度飞行稳定化程度的继续降低和由于进一步的能量消散，摆动的有效载荷联接设备3204沿该维度沿第一方向拖曳UAV 3200到一位置，该位置与物理位置“X，Y”相距更小的距离D3，如图32E所示。最后，再次由于沿该维度飞行稳定化程度的继续降低和由于进一步的能量消散，摆动的有效载荷联接设备3204沿该维度沿第二方向拖曳UAV 3200到一位置，其与物理位置“X，Y”相距更小的距离D4(例如小于D3)，如图32F所示。以这种方式，UAV3200可以随能量继续散耗而继续沿该维度来回运动。
接下来如图32G所示，振荡被显示为已经由于“跛行”缓冲程序而被缓冲。可选地，在暂停期间和执行“跛行”缓冲程序一些时间之后，控制系统检测有效载荷联接设备3204的振荡处于比临界幅度更小的振荡幅度3210。实践中，在飞行稳定化仍然被沿该维度降低时和/或在控制系统增加沿该维度的飞行稳定化之后控制系统可以执行这种检测。尽管如此，控制系统确定振荡已经被充分缓冲和/或检测到计时器到期，且响应地确定绳索收回过程可以继续。如此，控制系统可以响应地继续绳索收回模式操作，以在有效载荷投递之后让有效载荷联接设备3204上升回到UAV 3200，如图32H所示。其他例子也是可以的。
iii.将绳索解卷绕/卷绕以缓冲振荡
根据示例性实施方式，UAV的控制系统可以通过操作马达以将绳索解卷绕和/或卷绕而对有效载荷的振荡进行缓冲，由此改变绳索上的张力。如此做，控制系统可以增加和/或减少绳索解卷绕长度，且可以以各种速率来如此做，这可以有助于消散能量且由此最终对有效载荷的振荡进行缓冲。以这种方式，控制系统设置有额外控制输入，其不必与系统的其他控制目标干扰(例如不防止载具位置同时还能缓冲有效载荷振荡)。
更具体地，控制系统可以操作马达以改变绳索的收回速率和/或绳索的展开速率。实践中，收回速率可以限定绳索收回的正时、程度和/或速度，且展开速率可以限定绳索展开的正时、程度和/或速度。如此，控制系统可以以第一模式操作马达从而以至少一个目标收回速率收回绳索(例如基于检测的振荡确定和/或经由手动工程输入建立)。另外或替换地，控制系统可以以第二模式操作马达，从而以至少一个目标展开速率展开绳索(例如基于检测的振荡确定和/或经由手动工程输入建立)。通过该结构，控制系统可由此使用各种具体方法，以用于经由以各种速率控制绳索而缓冲振荡。
例如，控制系统可以控制绳索的卷绕和/或解卷绕，或绳索卷绕和/或解卷绕的速率，以如摇摆件那样“泵送”有效载荷，在有效载荷朝向摇摆件的底部运动时绳索放出，且在有效载荷朝向摇摆件的顶部运动时绳索被牢牢保持(或被缠绕进去)。而且，绳索的“泵送”频率、周期和/或相位可以分别匹配有效载荷的振荡频率、周期和/或相位。通过如此做，甚至在UAV保持基本上静止时，摆动的有效载荷的能量也可以被去除。
进而，绞盘“泵送”的程度可以取决于有效载荷和UAV之间的距离，这对应于绳索解卷绕长度。具体地，在有效载荷和UAV之间存在大距离时，有效载荷的振动运动可以非常慢，例如大约为1/4赫兹。此时，在绞盘“泵送”期间在绞盘上解卷绕或卷绕的绳索的量可以为大约数米。但是在有效载荷更靠近UAV时，例如，振动运动可以加速到大约1赫兹或更多。在这种情况下，“泵送”期间在绞盘上解卷绕或卷绕的绳索量可以大约是数厘米。
进一步，绳索卷绕或解卷绕的速率可以在一个振荡时间段与下一个振荡时间段之间不同，因为有效载荷到UAV的距离改变，且可以在单个振荡时间段中发生变化。例如，卷绕或解卷绕的速率可以与有效载荷的速度或有效载荷速度的平方成比例。其他例子也是可以的。
通过该结构，控制系统可以“泵送”绞盘，同时运行于绳索收回模式以实施有效载荷上升，或同时运行于绳索展开模式以实施有效载荷的降落。具体地，在有效载荷的降落期间，在有效载荷接近摇摆件底部时，可以通过将绳索释放而对有效载荷的振荡进行缓冲。然而，在有效载荷朝向摇摆顶部运动时，从绞盘解卷绕的绳索量可减少或停止，或绳索可在有效载荷运动到摇摆件的顶部时卷入。绳索的这种“泵送”可以抵抗有效载荷的摆动运动，以控制和缓冲有效载荷的振荡。相对比地，有效载荷上升期间，在有效载荷运动到摇摆件的顶部时，有效载荷的振荡可以通过卷入绳索而被缓冲。然而，在有效载荷朝向摇摆件底部运动时，绳索可以以减小的速率而被解卷绕、或停止、或卷绕。其他方法也是可以的。
iv.UAV运动以缓冲振荡
根据示例性实施方式，UAV的控制系统可以通过引导UAV本身从而以各种方式在物理空间中运动而缓冲有效载荷的振荡。通过该方法，控制系统可以引导UAV以反应性地进行运动，其方式是在有效载荷的上升和/或降落期间抵消、防止或减少有效载荷的运动。虽然在下文描述了各种这种运动，但是其他运动也是可以的，而不脱离本发明的范围。
更具体地，控制系统可以操作为确定有效载荷的目标路径。该目标路径可以是绳索卷绕期间有效载荷目标上升路径或可以是绳索解卷绕期间有效载荷降落的目标路径。例如，目标路径可以基本上垂直于地面且可以从地面延伸到UAV。以此方式，控制系统可以有效地计划为在有效载荷被下降或升起时将有效载荷基本上维持在UAV下方。但是有效载荷的振荡会使得在有效载荷被下降或升起时让有效载荷运动离开目标路径。
为了有助于解决该问题，如所述的，控制系统可以使得UAV以各种方式运动。具体地，在给定的时间点，控制系统可以使用有效载荷的检测到的振荡作为用于确定有效载荷相对于目标路径的位置的基础。随后，基于有效载荷相对于目标路径的经确定位置，控制系统可以确定通过UAV执行的运动，以便让有效载荷运动得更靠近目标路径，且控制系统可以使得UAV执行经确定的运动。如此，由于有效载荷相对于目标路径的位置因振荡而随时间改变，所以控制系统可重复确定这种运动，且可重复UAV执行有助于对振荡进行缓冲的运动。
通过例子的方式，响应于有效载荷的运动，有效载荷的摆动运动可通过让UAV水平地运动或平移而被控制，例如通过试图将有效载荷维持在UAV下方。通过让UAV以使得振荡最小化的这种方式平移(例如前后运动)而对有效载荷的振荡(例如钟摆状摆动)进行缓冲。例如，控制系统可以确定有效载荷的当前位置与目标路径相距一具体距离且有效载荷目前正沿一具体方向相对于目标路径运动。响应地，控制系统可以立即使得UAV沿该具体方向水平地运动且运动的量基于该具体距离，由此试图将有效载荷维持在UAV下方。以这种方式，控制系统可以反应性地确定抵消有效载荷上的水平力且防止或缓冲有效载荷振荡的水平运动。其他例子也是可以的。
D.缓冲技术的选择
图33是流程图，显示了用于选择一个或多个缓冲以有助于缓冲有效载荷振荡的方法3300。实践中，UAV的控制系统可在以绳索收回模式运行或以绳索展开模式运行的同时执行方法3300。根据方法3300的图块3302，在绳索至少部分地解卷绕时，控制系统可以从多个可用缓冲程序选择一个或多个缓冲程序以缓冲有效载荷的振荡。且控制系统可以随后执行所选择的缓冲程序，如图块3304所示。
根据本发明，控制系统可以选择上述缓冲程序中的任何一个。具体地，控制系统可以选择以下程序中的任何组合：用于缓冲振荡的向前飞行，用于缓冲振荡的“跛行”技术，用于缓冲振荡的绳索的卷绕/解卷绕，和/或用于缓冲振荡的UAV运动。但是，实践中，控制系统还可选择本文未描述的其他缓冲程序且随后单独或与任何上述缓冲程序组合地执行这种缓冲程序。
而且，控制系统可以基于各种因素选择缓冲程序，其中的一些在下文描述。实践中，控制系统可以使用那些因素的任何组合作为用于选择的基础，可以对某些因素赋予比其他因素更大的权重。虽然在下文描述了示例性因素，但是其他因素也是可以的，而不脱离本发明的范围。
在一种情况下，控制系统可以基于所检测振荡的特点选择一个或多个缓冲程序，例如基于振荡的幅度、速度和/或频率，等等。例如，控制系统可以基于有效载荷的所检测振荡的幅度选择一个或多个缓冲程序。具体地，控制系统可以具有存储在其上的映射数据或可以配置为参考映射数据等，所述映射数据将各种幅度每一个与缓冲程序或与两个或更多缓冲程序的组合进行映射。通过例子的方式，映射数据可以将一定的幅度范围与“向前飞行”缓冲技术映射和将另一更低幅度范围与“绳索的卷绕/解卷绕”缓冲技术映射。实践中，映射数据可以以这种方式布置，因为“向前飞行”通常对缓冲有效载荷的更严重摆动来说是更有效的。如此，控制系统可以使用传感器数据，以确定所检测振荡的幅度，且可以随后参考映射数据，以确定对应于所检测幅度的一个或多个缓冲程序。
在另一种情况下，控制系统可以基于马达的操作模式选择一个或多个缓冲程序。具体地，控制系统可以确定马达是否运行于马达沿卷绕方向向绳索施加扭矩的第一模式或马达是否运行于马达沿解卷绕方向向绳索施加扭矩的第二模式。至少部分地基于经确定的马达操作模式，控制系统可以随后选择一个或多个缓冲程序。例如，如果马达运行于第二模式，则控制系统可以选择并非向前飞行缓冲技术的任何缓冲技术，以便在准备向前飞行时和/或在向前飞行期间进一步避免绳索解卷绕长度的增加。
在另一情况下，控制系统可以基于UAV的操作模式选择一个或多个缓冲程序。具体地，控制系统可以确定UAV是否运行于UAV试图拾取有效载荷的有效载荷拾取模式或UAV是否运行于UAV试图投递有效载荷的有效载荷投递模式，可行地，分别确定有效载荷投递状态或有效载荷拾取状态。至少部分地基于经确定的UAV操作模式，控制系统可以随后选择一个或多个缓冲程序。例如，如果UAV实施作为有效载荷投递模式一部分的投递后绳索收回，则控制系统可以选择向前飞行缓冲技术。实践中，控制系统可以如此做，因为UAV可在有效载荷已经投递后马上开始向前飞行到下一个目的地。然而，如果UAV实施作为有效载荷拾取模式一部分的拾取后绳索收回，则控制系统可以选择UAV运动缓冲技术，且其如此作是因为UAV的运动可以有助于确保在有效载荷朝向UAV上升期间所拾取的有效载荷常直接位于UAV下方。
在另一情况下，控制系统可以基于有效载荷的价值选择一个或多个缓冲方式。实践中，有效载荷的价值可以是有效载荷的价格和/或可以是要被投递的有效载荷的优先级，还存在其他选项。尽管如此，控制系统可以基于通过用户提供的输入确定有效载荷的价值和/或通过使用物体识别技术以基于影像数据确定有效载荷的价值。通过该结构，控制系统可以参考映射数据，所述映射数据将各种价值每一个与缓冲程序或两个或更多缓冲程序的组合进行映射。例如，映射数据可以将更高价值与“跛行”缓冲技术映射，因为“跛行”技术有最小的风险，以用于对更高价值的有效载荷进行缓冲。如此，控制系统可以参考映射数据以确定对应于有效载荷的经确定价值的一个或多个缓冲程序。
在另一情况下，控制系统可以基于UAV所在环境的状态选择一个或多个缓冲程序。具体地，控制系统可以使用传感器数据等以确定UAV所在环境周围的信息，例如关于环境中的物体的信息。通过该结构，控制系统可以随后使用关于环境的信息以选择一个或多个缓冲程序。例如，如果控制系统确定物体位于距UAV的临界距离内，则控制系统可以选择“解卷绕/卷绕绳索”缓冲技术，以便避免因实施任何其他缓冲技术造成的UAV的任何运动，由此避免与物体碰撞。其他情况也是可以的
在进一步的方面，在控制系统选择一个或多个缓冲程序时，控制系统还可以确定执行每一个所选择程序的持续时间(例如用于其的持续时间以设定如上所述的计时器)，如果可行的话。实践中，控制系统可以基于一个或多个上述因素确定每一个这种持续时间和/或可以以其他方式确定每一个这种持续时间。例如，控制系统可以确定在所检测振荡的幅度更大时所选择的缓冲程序应该应用更长持续时间，由此允许足够时间来充分缓冲振荡。替换地，控制系统可以简单地执行所选择的缓冲程序，直到控制系统检测到振荡已经被充分缓冲。其他例子也是可以的。
在进一步的方面，在控制系统选择两个或更多缓冲程序，控制系统还可以确定用于使用这些组合的所选择缓冲程序的方法。实践中，控制系统可以基于一个或多个上述因素确定该方法和/或可以以其他方式确定方法。而且，虽然示例性方法在下文描述，但是其他示例性方法也是可以的，而不脱离本发明的范围。
在一个示例性方法中，控制系统可以确定使用所选择缓冲程序的顺序，例如通过确定第一缓冲程序随后应是第二缓冲程序。例如，控制系统可以确定应执行“跛行”缓冲技术，随后执行“绳索解卷绕/卷绕”缓冲技术。在这方面，控制系统可以确定第二缓冲程序应在第一缓冲程序结束之后立即开始。替换地，控制系统可以确定控制系统应在执行第一缓冲程序之后等待具体时间段，且随后在具体时间段到期时执行第二缓冲程序。在一些情况下，控制系统可以使用该具体时间段以评估检测到的振荡，且可仅在振荡并未被充分缓冲的情况下决定仅通过执行第二缓冲程序而运动向前。
在另一示例性方法中，控制系统可以确定控制系统应同时执行两个或更多所选择的缓冲程序。例如，控制系统可以确定控制系统应同时执行UAV运动缓冲技术和解卷绕/卷绕绳索缓冲技术。在这方面，控制系统可以确定控制系统应在同一时间点开始执行所选择缓冲程序。替换地，控制系统可以确定控制系统应开始执行第一缓冲程序，且在执行第一缓冲程序途中开始执行第二缓冲程序。其他示例性方法和所述方法的组合也是可以的。
E.额外的缓冲方面
虽然各种缓冲技术在本文描述为在检测到有效载荷振荡之后或响应于检测到有效载荷振荡执行，但是也可以在其他情况下执行各种缓冲技术。例如，控制系统可以配置为在飞行的某些阶段期间和/或在有效载荷拾取和/或投递的某些阶段期间执行一个或多个缓冲技术，还存在其他可能。在该例子中，控制系统可以执行缓冲技术，而不必检测有效载荷的振荡。在这方面，如所述的，控制系统可以执行缓冲程序并经过一定时间段，例如通过在缓冲程序开始时启动计时器，且随后响应于检测到计时器到期而结束缓冲程序(和/或执行其他操作，例如继续绳索收回)。以这种方式，控制系统可以基本上采取预防动作以使得可能存在的任何振荡最小化。
XII.故障检测和修正方法
A.无法释放有效载荷
如上针对方法1800和2600所述的，UAV可以运行于投递模式，以将有效载荷投递到目标位置，且随后运行于释放确认模式，以确认有效载荷已经从有效载荷联接设备分离。然而，可以存在这样的情况，其中在投递时有效载荷不从有效载荷联接设备分离。例如，有效载荷联接设备可能卡在有效载荷上，使得在UAV马达操作为使得绳索过度释放时，有效载荷联接设备保持联接到有效载荷，而不是让有效载荷下降和从有效载荷脱离。因而，控制系统可以检测这种情况，且响应地通过使得绳索从UAV分离而采取补救动作，而不是使得有效载荷从有效载荷联接设备分离。
图34是流程图，显示了用于将绳索从UAV脱离的方法3400。方法3400可以通过例如本文其他位置所述的UAV执行。例如，方法3400可以通过具有绞盘系统的UAV的控制系统执行。进一步地，绞盘系统可以包括设置在心轴上的绳索、可在第一模式和第二模式运行的马达(所述模式分别对由于重力造成的绳索解卷绕进行抵抗和协助(例如通过向前或反向驱动心轴))、机械地将绳索联接到有效载荷的有效载荷联接设备、和可在关闭位置和打开位置之间切换的有效载荷闩锁，所述关闭位置防止有效载荷从UAV下降，所述打开位置允许有效载荷从UAV下降。
如图块3402所示，方法3400涉及UAV的控制系统，所述控制系统操作马达，以将绳索解卷绕并将有效载荷朝向地面降低(例如通过执行方法1800)。控制系统可以配置为检测有效载荷何时接触地面且响应地开始绳索过度释放过程，以试图将有效载荷从有效载荷联接设备释放，如图块3404所示。在有效载荷已经停止下降之后，在马达继续解卷绕绳索时发生绳索过度释放。在绳索过度释放期间，在有效载荷保持静止的同时，随绳索解卷绕，有效载荷联接设备继续下降。这可使得有效载荷联接设备从有效载荷分离，例如，在有效载荷置于有效载荷联接设备的突出臂或其他钩状机构时。如上相对于方法1800所述的，控制系统可以通过监测马达的速度和/或电流且确定马达速度和/或马达电流为临界低值来检测有效载荷何时接触地面。如进一步针对方法1800如上所述的，启动绳索过度释放过程可以涉及将马达运行于第二模式，以沿一方向向前驱动心轴，使得绳索继续解卷绕(甚至在有效载荷已经到达地面之后)。
通常，执行绳索过度释放过程将使得有效载荷联接设备从有效载荷分离。然而，在有效载荷不从有效载荷联接设备释放的情况下，绳索过度释放过程可以被重复达预定次数，如图块3404进一步所示。
实践中，一旦有效载荷已经到达地面且控制系统已经执行第一绳索过度释放过程以试图将有效载荷联接设备从有效载荷分离，则控制系统可以基于马达电流确定有效载荷联接设备是否已经实际从有效载荷分离(例如通过执行方法2600的图块2602和2604)。例如，在操作马达以使得绳索过度释放之后，控制系统可以操作马达以开始收回绳索，且如果有效载荷仍然附接到有效载荷联接设备，则有效载荷的额外重量可以使得马达获取更多电流。因而，控制系统可以通过检测马达电流为临界高值而确定有效载荷仍然附接到有效载荷联接设备。
响应于做出这种确定，控制系统可以重复将有效载荷下降到地面的过程，操作马达以使得绳索过度释放(此时，可以释放一些预定的额外长度)，且随后在绳索上向上拉以测试有效载荷的分离，如图块3402和3404所示。这些过程可以重复多次直到控制系统确定有效载荷已经从有效载荷联接设备分离或直到已经发生临界数量的重复，如图块3404所示。
控制系统可以追踪已经执行了多少次使得绳索过度释放的过程和针对有效载荷的测试，且可以确定这些过程已经重复了临界次数但没有成功地将有效载荷从有效载荷联接设备释放，如图块3406所示。响应于做出这种确定，控制系统可以决定放弃进一步试图将有效载荷从有效载荷联接设备分离，且可以代替地决定通过操作马达以允许绳索在UAV上升期间解卷绕而将绳索从UAV分离，如图块3408所示。
实践中，控制系统可以操作马达以通过控制供应到马达的最大电流而允许绳索解卷绕。通过限制供应到马达的最大电流，控制系统限制马达可在绳索上施加的力的量。更具体地，控制系统可以将最大电流限制为足够小的值，使得施加在绳索上的马达的最大向上力的大小小于由于有效载荷上的重力而在绳索上施加的向下力。结果，UAV可以向上飞行，且绳索将由于绳索上的向下力(其超过来自马达的向上力)而继续解卷绕。在其他例子中，控制系统可以仅仅关闭马达、允许其自由地旋转来获得相似结果。
进一步地，如上所述，绳索可以设置在心轴上。更具体地，绳索的第一端可以非牢固地卷绕在心轴上。如此，在绳索完全从心轴解卷绕时，绳索可以从心轴分离并下落。由此，尽管控制系统操作马达以允许绳索解卷绕，但是控制系统可以进一步使得UAV开始飞行到不同位置(例如返回位置)，使得UAV的飞行将绳索解卷绕且将绳索从心轴分离，由此将绳索从UAV释放，如图块3410所示。以这种方式，在有效载荷联接设备不能从有效载荷分离时，有效载荷和绳索可以被留在投递位置，允许UAV安全地导航离开。
B.卡住检测
根据本文公开的过程执行有效载荷的经绳索拾取和投递的UAV可以运行于各种不同类型的环境，所述不同类型的环境有各种不同的问题需要解决。一种问题可涉及在绳索上施加不期望或意外的力。例如，人会在绳索上过度猛拉，或绳索可能会卡在运动或静止的物体上，在绳索上形成向下力。其他例子也是可以的。在这些情况下，如果向下力足够大，则UAV可被拉出其飞行以外，也许会损坏UAV、有效载荷、或附近的人或物。因而，控制系统可以在有效载荷的投递期间检测某些力何时被施加到绳索且响应地通过允许绳索从其心轴解卷绕而采取补救动作。
图35是流程图，显示了在将有效载荷朝向地面下降时检测和解决绳索上不期望向下力的方法3500。方法3500可以通过例如本文其他位置所述的UAV执行。例如，方法3500可以通过具有绞盘系统的UAV的控制系统执行。进一步地，绞盘系统可以包括设置在心轴上的绳索、可在第一模式和第二模式运行的马达(所述模式分别对由于重力造成的绳索解卷绕进行抵抗和协助(例如通过向前或反向驱动心轴))、机械地将绳索联接到有效载荷的有效载荷联接设备、和可在关闭位置和打开位置之间切换的有效载荷闩锁，所述关闭位置防止有效载荷从UAV下降，所述打开位置允许有效载荷从UAV下降。
如图块3502所示，方法3500涉及UAV的控制系统操作马达以执行有效载荷的经绳索投递(例如通过执行方法1800)。在将有效载荷投递到目标位置的过程期间，控制系统可以检测绳索上的不期望向下力。如上所述，绳索上额外重量的存在(或在该情况下，足够向下力的存在)会造成对马达供应的电流增加，以便维持马达的期望旋转速度。如此，控制系统可以基于马达电流而检测绳索上的不期望向下力。进一步地，为了避免误报，控制系统还可以考虑马达电流增加了多久。
另外，控制系统可以在检测不期望的向下力时考虑绳索解卷绕长度。例如，为了将对向下力的检测限制到地面高度处或附近的来源(例如检测人在绳索上的猛拉)，控制系统还可以确定绳索已经从心轴解卷绕了多远，以便确定绳索的任何部分是否处于地面高度处或附近。其他例子也是可以的。
由此，实际上，在UAV飞行的同时将有效载荷投递到目标位置的过程期间，控制系统可以基于编码器数据确定绳索解卷绕长度，所述编码器数据表示绳索心轴的旋转，且控制系统可以基于马达的电流传感器或UAV的功率系统确定马达电流。进一步地，控制系统可以确定(a)绳索解卷绕长度大于临界长度，和(b)马达的马达电流大于临界电流，并经过至少预定超时时间段，如图块3504所示。响应于做出这种确定，控制系统可以操作马达以允许绳索在UAV上升时解卷绕(例如如上针对方法3400的图块3408所述的)，如图块3506所示。且进一步响应于做出这种确定，控制系统可以使得UAV开始飞行到不同位置(例如返回位置)，使得UAV的飞行将绳索解卷绕且将绳索从心轴分离，由此将绳索从UAV释放，如图块3508所示。以这种方式，在不期望向下力被施加到绳索上时，绳索可以从UAV解卷绕和分离，允许UAV安全地导航离开。
在其他例子中，在拾取有效载荷时，并非检测卡住和响应地操作马达解卷绕和释放绳索，卡住可以通过在马达上施加电流限制而被解决。将马达电流限制为最大值能限制马达可施加在绳索上的力的量，这可以在绳索被卡住的情况下防止UAV坠落。例如，如果电流限制足够低而使得通过马达施加在绳索上的最大向上力弱于绳索上的向下力，则马达上的电流限制可以允许绳索完全解卷绕并从其心轴分离，则在绳索卡住时UAV能飞离。
除了在有效载荷的投递期间经历不期望力，绳索还会在有效载荷拾取期间经历不期望力。例如，在将有效载荷从地面朝向UAV卷绕时，有效载荷和/或绳索可能会卡在各种物体上，例如树、建筑物或各种其他附近的物体。作为另一例子，不期望的重的有效载荷可附接到绳索，在绳索上形成过多的向下力，这会有碍于UAV提升有效载荷。因而，控制系统可以检测某些力在有效载荷拾取期间施加到绳索且响应地采取补救动作。
图36是流程图，显示了在将有效载荷朝向UAV卷绕时检测和解决绳索上不期望向下力的方法3600。方法3600可以通过例如本文其他位置所述的UAV执行。例如，方法3600可以通过具有绞盘系统的UAV的控制系统执行。进一步地，绞盘系统可以包括设置在心轴上的绳索、可在第一模式和第二模式运行的马达(所述模式分别对由于重力造成的绳索解卷绕进行抵抗和协助(例如通过向前或反向驱动心轴))、机械地将绳索联接到有效载荷的有效载荷联接设备、和可在关闭位置和打开位置之间切换的有效载荷闩锁，所述关闭位置防止有效载荷从UAV下降，所述打开位置允许有效载荷从UAV下降。
如图块3602所示，方法3600涉及UAV的控制系统操作马达以执行有效载荷的经绳索投递(例如通过执行方法1700)。在拾取要被投递的有效载荷的过程期间，且在UAV位于拾取位置上方或附近时，控制系统可以确定有效载荷联接设备被机械地联接到有效载荷(例如基于针对方法1700如上所述的马达电流)且可以响应地操作马达以收回绳索和朝向UAV提升有效载荷，如图块3604所示。
在收回绳索时，控制系统可以检测绳索和/或有效载荷被卡住时的错误情况。为了检测卡住，控制系统可以监测马达电流。如上所述，对绳索增加向下力可以使得马达电流增加，以便抵抗向下力和维持通过速度控制器设定的马达速度。由此，在绳索和/或有效载荷被卡住时，由于马达试图维持通过速度控制器设定的旋转速度，马达电流可以增加。然而，还如上针对方法1700所述的，增加马达电流可以表示在卷绕完成之后有效载荷到达UAV。因而，控制系统还可以监测和考虑在检测到卡住时绳索解卷绕长度。例如，如果绳索解卷绕长度表示有效载荷尚未到达UAV，则控制系统可以检测到卡住。另一方面，如果绳索解卷绕长度表示有效载荷已经到达UAV，则控制系统可以不检测到卡住。由此，在将具有与之联接的有效载荷的绳索收回时，控制系统可以在(a)绳索解卷绕长度大于临界长度时、和(b)马达的马达电流大于临界电流时检测出错误情况，如图块3606所示。
在任何情况下，在检测到错误情况之后，控制系统可以试图通过操作马达以解卷绕绳索(例如通过解卷绕预定长度)而修正错误情况，且可以随后继续收回绳索，如图块3608所示。解卷绕绳索可以对绳索增加松弛性，可允许有效载荷的重量消除检测到的卡住。在一些例子中，控制系统可以在继续收回绳索之前使得UAV将其本身重新定位，以便提高消除卡住的机会和/或降低经历相同卡住的风险。
如果在继续收回绳索之后，控制系统检测到错误情况仍然存在(例如如图块3606所示)，则控制系统可以通过重复图块3608而重复修正错误情况的尝试，且控制系统可以监测重复的修正尝试的次数。一旦控制系统确定已经做出了用于修正错误情况的预定数量的尝试但没有成功地修正错误情况，则控制系统可以响应地结束拾取有效载荷的过程，并开始有效载荷投递过程以将有效载荷返回到拾取位置处或附近的地面，如图块3610所示。更具体地，控制系统可以操作马达以将有效载荷下降到地面，就像其在执行根据方法1800的有效载荷投递那样。
C.无法拾取有效载荷
偶尔地，在UAV试图拾取有效载荷以用于绳索投递(例如通过执行方法1700)时，UAV可以在有效载荷已经附接到绳索之前收回绳索。例如，在执行方法1700时，UAV的控制系统可能会错误地在图块1708和1710确定有效载荷附接到绳索(例如由于有人或物在预定附接确认时间段期间在绳索上拉动)并响应地操作马达以收回绳索。因而，控制系统可以配置为在绳索收回期间确定有效载荷为实际附接到绳索。
图37是检测UAV未成功拾取有效载荷的方法3700的流程图。方法3700可以通过例如本文其他位置所述的UAV执行。例如，方法3700可以通过具有绞盘系统的UAV的控制系统执行。进一步地，绞盘系统可以包括设置在心轴上的绳索、可在第一模式和第二模式运行的马达(所述模式分别对由于重力造成的绳索解卷绕进行抵抗和协助(例如通过向前或反向驱动心轴))、机械地将绳索联接到有效载荷的有效载荷联接设备、和可在关闭位置和打开位置之间切换的有效载荷闩锁，所述关闭位置防止有效载荷从UAV下降，所述打开位置允许有效载荷从UAV下降。
如图块3702所示，方法3700涉及UAV的控制系统操作马达以执行有效载荷的经绳索投递(例如通过执行方法1700)。在拾取要被投递的有效载荷的过程期间，且在UAV位于拾取位置的上方或附近时，控制系统可以操作马达以解卷绕绳索并将有效载荷联接设备下降到期望的有效载荷附接飞行高度，如图块3704所示。如上所述，有效载荷附接飞行高度可以是人或机器人装置可以抓取有效载荷联接设备以用于将联接设备附接到有效载荷的飞行高度。例如，有效载荷附接飞行高度可以是小于地面高度上方两米的飞行高度。
在下降绳索之后，控制系统可以等待预定有效载荷附接时间段，如图块3706所示。该附接时间段给出允许用于人或机器人装置将有效载荷附接到有效载荷联接设备的时间。
在有效载荷附接时间段结束时，控制系统可以执行附接确认过程，如进一步通过图块3706所示的。具体说，附接确认过程可以涉及控制系统操作马达以便抵抗绳索的解卷绕并经过预定附接确认时间段(例如通过在绳索上向上拉以便保持绳索就位或以一定速率收回绳索)，如图块3706a所示。在有效载荷被附接时保持绳索就位或以一定速率收回绳索所需的马达电流将更大，其至少因为有效载荷的增加重量造成。如此，附接确认过程可以进一步涉及控制系统至少部分地基于预定附接确认时间段期间的马达电流而确定有效载荷联接设备是否被机械地联接到有效载荷，如图块3706b所示。例如，如上所述，控制系统可以基于从马达的电流传感器或UAV的功率系统而来的数据确定马达电流。如果在附接确认过程期间，马达电流超过临界电流值，则控制系统可以确定有效载荷联接到有效载荷联接设备。另一方面，如果马达电流低于临界电流值，则控制系统可以确定有效载荷联接设备未联接到有效载荷。
进一步地，在控制系统确定有效载荷联接设备未机械地联接到有效载荷时，控制系统可使得UAV重复有效载荷联接设备的下降和附接确认过程，以便重复尝试拾取有效载荷，且在一些实施例中这些过程可以仅重复预定次数，如图块3706所示。此时，并非试图再次拾取有效载荷，控制系统可以使得UAV放弃拾取并导航离开。例如，在实践中，控制系统可以确定附接确认过程已经重复了预定次数而没有成功将有效载荷联接设备联接到有效载荷，且响应地开始取消有效载荷拾取并开始让UAV飞行到下一个不同位置的过程，如图块3708所示。不同位置可以是另一拾取位置，或其可以是一些其他位置，例如用于对接和/或存储UAV的UAV对接站。其他例子也是可以的。
如上所述，会存在一些情况，其中控制系统在有效载荷确认时间段期间错误地确定有效载荷附接，且控制系统可以响应地使得马达进入到卷绕状态以将绳索朝向UAV收回。因而，为了减少这种错误确定，如上所述的预定附接确认时间段的持续时间可以增加。另外或替换地，控制系统可以进一步配置为在运行于卷绕状态的同时执行附接确认过程和通过图块3706所示的绳索下降过程。
D.有效载荷闩锁故障
如上针对方法1800所述的，在UAV成功地拾取有效载荷且将有效载荷或有效载荷联接设备拉动到UAV的接收座中时，控制系统可以关闭有效载荷闩锁以将有效载荷固定到UAV。然而，可以存在的情况是控制系统无法关闭闩锁(例如由于障碍或一些其他问题)或控制系统关闭闩锁但是关闭的闩锁无法将有效载荷固定到UAV。因而，控制系统可以配置为确定有效载荷闩锁是否已经成功地将有效载荷固定到UAV。
在一些实施例中，控制系统可以在试图关闭有效载荷闩锁之前操作马达以将绳索向上拉动。如果有效载荷和/或有效载荷联接设备已经到达UAV接收座，则有效载荷联接设备被向上压靠UAV，使得马达不能进一步收回绳索。此时，关闭有效载荷闩锁可以成功地将有效载荷和/或有效载荷联接设备固定到UAV。另一方面，如果有效载荷和/或有效载荷联接设备尚未到达UAV接收座，则马达可仍然在收回绳索，且在此时关闭有效载荷闩锁将不能成功固定有效载荷。因而，在关闭有效载荷闩锁时和/或关闭有效载荷闩锁之后经过一段持续时间，控制系统可以配置为监测马达速度以确定有效载荷闩锁是否成功地关闭并将有效载荷固定到UAV。例如，响应于检测到马达速度高于临界速度，控制系统可以确定有效载荷闩锁没有成功地关闭和/或将有效载荷固定到UAV。
在其他实施例中，在试图关闭有效载荷闩锁之后，控制系统可以通过操作马达以将绳索解卷绕预定长度而检测有效载荷闩锁故障。如果有效载荷闩锁被成功地关闭以接合有效载荷或有效载荷联接设备，则有效载荷或有效载荷联接设备可以布置在UAV接收座中，有效载荷重量的全部或一部分位于有效载荷闩锁上而不是绳索上，且马达电流可低于临界电流(例如大约零)。另一方面，如果有效载荷闩锁无法关闭，则有效载荷的重量可被绳索支撑，且支撑有效载荷的重量所需的马达电流可高于临界电流。因而，控制系统可以基于UAV马达电流确定有效载荷闩锁是否成功地关闭。
在任意情况下，响应于检测到有效载荷闩锁没有关闭，控制系统可以操作马达以将有效载荷向回朝向UAV卷绕并重新试图关闭闩锁。该过程可以重复预定次数或直到有效载荷闩锁成功地关闭。在非成功地重复该过程预定次数之后，控制系统可以响应地操作马达以将有效载荷降低回到地面并将有效载荷从绳索分离(例如通过执行方法1800)。
下表提供了用于检测和解决如上所述错误的各种方法的概要：
XIII.UAV的示例性状态图
图38A-38C示出了UAV的示例性状态图3800，其执行本文所述的一个或多个各种过程。如所示的，UAV可以偶尔地以IDLE状态3802运行。在IDLE状态，有效载荷闩锁可以处于关闭位置，使得绳索被防止解卷绕。进一步地，为了保持马达静止，速度控制器可以设定期望的马达运行速度，其对应于0m/s的绳索降落速率，且控制系统可以在调整马达电流以匹配期望运行速度时忽略随时间累积的误差。马达电流可以限制到非常高的值或可以完全没有限制，因为不期望马达在该状态期间旋转。在一些例子中，在将有效载荷从源位置运输到目标位置时或在导航到源位置用于拾取时，UAV可以进入IDLE状态3802。另外，UAV可以响应于接收到停止命令而从任何状态进入IDLE状态3802。其他例子也是可以的。
一旦UAV到达源位置用于拾取有效载荷，则控制系统可以接收命令以拾取有效载荷且可以响应地进入有效载荷拾取模式(例如通过执行方法1700)。如通过状态图3800所示，有效载荷拾取模式可以包括下降钩状物状态3804，在该状态期间控制系统操作马达以将绳索从心轴解卷绕并将有效载荷联接设备朝向地面降低。尽管状态3804将有效载荷联接设备认为是钩状物，但是有效载荷联接设备可采取各种形式，如上所述。有效载荷联接设备可以基于UAV的飞行高度下降到预定有效载荷附接飞行高度。一旦有效载荷联接设备到达有效载荷附接飞行高度(例如在控制系统确定解卷绕绳索的长度至少为临界长度时)，控制系统可以使得UAV进入等待有效载荷状态3806并经过一时间延迟，在此期间控制系统操作马达以将有效载荷联接设备保持在基本上恒定的飞行高度，由此允许有效载荷附接到有效载荷联接设备。另外，如果控制系统没有在设定的时间段内(例如超时时间段)确定有效载荷联接设备已经下降到预定的有效载荷附接飞行高度，则控制系统可以响应地前进到等待有效载荷状态3806。
从等待有效载荷状态3806开始，一旦时间延迟逝去，则控制系统进入确认有效载荷状态3808。在该状态期间，在马达试图将有效载荷联接设备保持在恒定飞行高度或开始朝向UAV收回绳索时，控制系统基于供应到马达的马达电流而确定有效载荷是否附接到有效载荷联接设备。如果在确认有效载荷状态3808期间马达电流低于临界电流，则控制系统返回到下降钩状物状态3804以重新试图附接有效载荷。如上针对方法3700所述的，这种重复可以重复数次直到到达极限。一旦到达极限，控制系统可以使得UAV收回绳索，上升，且可能返回到IDLE状态3802，UAV可以从该状态导航到一些其他位置。
另一方面，如果在确认有效载荷状态3808期间控制系统确定有效载荷已经附接到有效载荷联接设备(例如通过在时间延迟之后确定马达电流至少为临界电流)，则控制系统可以进入卷起有效载荷状态3810。在该状态期间，控制系统可以操作马达以收回绳索并朝向UAV拉动有效载荷。如上针对方法3700所述的，控制系统还在该状态下可以监测马达电流，以确定是否在确认有效载荷状态3808期间获得误报(例如通过检测马达电流为临界低值)。另外，如上针对方法3600所述的，控制系统可以在卷起有效载荷状态3810期间监测马达电流，以便检测绳索何时被卡住(例如通过检测马达电流为临界高值)。响应于检测到卡住，控制系统可以操作马达以将有效载荷降低预定长度并重新试图卷绕有效载荷。在尝试去除卡住达临界次数之后，控制系统可以操作马达以将有效载荷降低到地面并放弃有效载荷的拾取。这可以涉及前进到下降状态3822，对其在下文更详细地描述。
在运行于卷起有效载荷状态3810时，如果没有检测到卡住，或如果所有检测到的卡住都被解决，则控制系统可以检测到有效载荷处于UAV的临界距离内(例如通过测量绳索心轴的多个旋转)且响应地进入接合有效载荷状态3812。在该状态期间，控制系统可以增加供应到马达的电流并经过预定时间段，以便试图拉动有效载荷进入UAV的接收座中并在该接收座对有效载荷进行定向。如果在该状态期间控制系统检测到马达电流低于临界电流和/或绳索解卷绕至少临界长度，则控制系统可以响应地确定距UAV太远且可以再次进入卷起有效载荷状态3810，直到控制系统再次检测到有效载荷被充分关闭到UAV，以前进到接合有效载荷状态3812。
另一方面，如果在接合有效载荷状态3812期间马达电流保持临界高值且绳索解卷绕长度表示有效载荷已经到达UAV，则控制系统进入闩锁有效载荷状态3814。在该状态期间，控制系统将有效载荷闩锁切换到关闭位置，由此防止绳索和/或有效载荷从UAV下降。如上所述，控制系统可以通过监测马达速度和/或通过运行马达以试图降低有效载荷并监测马达电流而确定有效载荷闩锁是否被成功地关闭。如果控制系统确定有效载荷闩锁未被成功地关闭，则控制系统可以返回到卷起有效载荷状态3810并重新试图提升和接合有效载荷。但是如果控制系统确定有效载荷闩锁被成功地关闭，则控制系统可以进入等待投递状态3816。
等待投递状态3816可以类似于IDLE状态3802，其中有效载荷被固定到UAV，且控制系统操作马达以保持有效载荷静止。如果，在一时间延迟之后，控制系统检测到马达速度大于临界速度，则这可以表示有效载荷未充分固定到UAV，且控制系统可以响应地返回到卷起有效载荷状态3810。以其他方式，进入等待投递状态3816能发出信号表明拾取模式结束。
在处于等待投递状态3816时，控制系统可以接收命令，以投递有效载荷且可以响应地进入投递模式(例如通过执行方法1800)。投递模式可以包括下落前拉张状态3818。在该状态，有效载荷闩锁关闭，控制系统可以操作马达以提升有效载荷(例如通过将期望绳索速度设定为沿向上方向的1m/s或一些其他速度，或通过将马达电流设定到预定值)，由此从有效载荷闩锁去除有效载荷重量且使得更容易打开有效载荷闩锁。在处于下落前拉张状态3818时，控制系统可以在一时间延迟之后打开有效载荷闩锁且前进到下落后拉张状态3820。在该状态下，控制系统可以操作马达以将绳索保持在恒定位置并经过预定量时间以允许有效载荷的重量将有效载荷拉动以牢固地抵靠有效载荷联接设备，由此降低有效载荷可能从有效载荷联接设备滑开并分离的任何可能性。在已经经过预定量时间之后，控制系统可以进入下降状态3822。
在下落前拉张状态3818和下落后拉张状态3820二者下，如果控制系统检测到有效载荷已经行进至少临界距离(例如通过测量心轴的旋转)，则这可以表示已经发生错误(例如有效载荷从有效载荷联接设备过早分离或绳索卡住)，因为心轴应该在这些状态期间保持基本上不动。作为检测到这种错误的结果，控制系统可以返回到IDLE状态3802且使得UAV导航到其可以被维修的位置。
在下降状态3822，控制系统可以操作马达以根据预定降落模式解卷绕绳索，所述预定降落模式设定恒定或变化的马达运行速度。在检测到绳索已经至少解卷绕预定量(例如基于UAV的飞行高度检测到有效载荷处于距地面的临界距离内)时，控制系统可以进入等待触地状态3824。在一些例子中，控制系统还可以被配置为，如果在下降状态3822逝去了临界时间量而没有前进到等待触地状态3824，则从下降状态3822前进到等待触地状态3824。
在等待触地状态3824，控制系统可以监测马达电流和其操作速度，以便检测有效载荷是否已经到达地面。具体地，在确定马达电流和马达速度为临界低值时，控制系统可以进入可能触地状态3826以确认有效载荷事实已经到达地面。控制系统可以配置为保持在可能触地状态3826并经过预定量时间。如果，在该时间期间，马达电流或马达速度变为临界高值，则这可以表示有效载荷尚未到达地面，且控制系统可以返回到等待触地状态3824。然而，如果在可能触地状态3826的持续时间期间马达电流和马达速度保持临界低值，则这可以表示有效载荷事实上已经到达地面，且控制系统可以响应地前进到已经触地状态3828。在一些例子中，控制系统还可以被配置为，如果在等待触地状态3824中逝去了临界时间量而没有前进到可能触地状态3826，则从等待触地状态3824前进到已经触地状态3828。
一旦处于已经触地状态3828，则控制系统可以操作马达以使得绳索过度释放，使得在有效载荷保持静止在地面上的同时让有效载荷联接设备继续下降。继续下降有效载荷联接设备可以使得有效载荷联接设备从有效载荷分离。在使得绳索过度释放并经过预定量时间之后，控制系统可以进入验证释放状态3830，以便确定有效载荷联接设备是否真的从有效载荷分离。
在验证释放状态3830，控制系统可以操作马达以在绳索上向上拉动。基于在绳索上向上拉动时的马达电流，控制系统可以确定有效载荷是否已经从有效载荷联接设备释放。如果马达电流为临界高值，则这可以表示有效载荷仍然被附接，且控制系统可以返回到已经触地状态3828。该过程可以重复预定次数，此时，控制系统可以进入自由旋转状态3832。
在自由旋转状态3832，控制系统可以操作马达以允许绳索完全解卷绕，使得绳索从UAV断开并掉落。这可以通过将马达电流限制为足够低的值而实现，该足够低的值使得马达不能抵抗由有效载荷上的重力牵引力造成的绳索上的向下力。替换地，马达可完全关闭(例如将马达电流限制为0A)。
回来参见验证释放状态3830，如果在整个预定持续时间内马达电流保持临界低值，则这可以表示有效载荷事实上已经从有效载荷联接设备分离，且控制系统可以响应地前进到上升状态3834。
在上升状态3834，控制系统可以根据预定上升模式操作马达，以向上朝向UAV收回绳索和有效载荷联接设备，所述预定上升模式指定马达的恒定或变化运行速度。一旦控制系统确定绳索解卷绕长度低于临界长度以使得有效载荷联接设备足够靠近UAV(例如基于测量的心轴的转数)，则控制系统可以进入上升暂停状态3836。
在上升暂停状态3836，控制系统可以操作马达以停止绳索的收回。一旦绳索的收回停下，则控制系统可以控制UAV的运动，以便对上升状态3834期间可能已经发生的任何绳索振荡进行缓冲。在对绳索振荡进行缓冲之后，控制系统可以进入最终上升状态3836。
在最终上升状态3836，控制系统可以操作马达以继续收回绳索。然而，在该状态下，绳索可以以比状态3834更慢的速率收回。该更慢的速率可以在绳索上引起更弱的振荡。也是在最终上升状态3836期间，控制系统可以监测马达电流以确定有效载荷联接设备何时到达UAV。实践中，在有效载荷联接设备到达UAV时，设备压靠UAV，马达速度下降到零，且马达电流增加以试图增加马达速度。因而，控制系统可以基于超过临界电流的马达电流而确定有效载荷联接设备已经到达UAV。响应地，控制系统可以进入接合状态3840。
在接合状态3840下，控制系统可以增加最大马达电流，以便允许马达将有效载荷联接设备拉入UAV的接收座中，且在该接收座中定向。一旦有效载荷联接设备被固定在接收座中，控制系统可以返回到IDLE状态3802。如果，在接合状态3840期间，马达电流低于临界电流，则这可以表示有效载荷联接设备实际上并未在UAV附近，且检测到的电流增加可能是其他事物造成的(例如临时的绳索卡住)。在这种情况下，控制系统可以回到最终上升状态3838。
如通过状态图3800所示，一旦控制系统进入上升状态3834，则控制系统可以在确定已经逝去了临界时间量而没有前进状态时重复地前进到下一状态。
在一些例子中，在与下降绳索相比时(如通过状态3818到3828所示)，在收回绳索时，如通过状态3834到3840所示，可以对UAV马达赋予更低的最大电流极限。这是因为绳索更可能在收回绳索时遭遇卡住。赋予更低的电流极限能减少马达可能施加在绳索上的力的量。这可以通过继续让UAV朝向卡住部卷绕而防止马达使得UAV坠落。如上所述，如果电流极限足够低使得马达的最大力比绳索上的向下力更弱，则马达上的电流极限可以允许绳索完全解卷绕并从其心轴分离，则在绳索卡住时UAV能飞离。相似的方法可以在状态3806到3814期间在最初拾取有效载荷时采用。
XIV.额外的方面
在一些实施例中，UAV的控制系统可以配置为在系统启动时校准马达的旋转编码器和速度控制器。实践中，在UAV系统被最初供电时，马达应该是静止的。因而，编码器数据也应该指示马达静止。如果编码器数据表示其他情况，则可以对编码器数据施加偏差量，以计入任何不一致性。
控制系统可以进一步测试UAV系统启动时马达上的摩擦。基于测量的马达摩擦，可以对各种马达电流设定施加偏差量，以计入测量的马达摩擦。随时间推移，DC马达的摩擦会变化。因此，在每次启动时测量摩擦并调整马达电流设定则可以在马达的寿命期间确保一致的操作。
XV.结论
附图中示出的具体结构不应该被视为是限制性的。应理解，其他实施方式可包括给定图中所示的更多或更少的每一个元件。进一步地，示出元件中的一些可以组合或省略。进一步地，示例性实施方式包括图中未示出的元件。
另外，尽管已经在本文公开了各种方面和实施例，但其他方面和实施例对本领域技术人员来说是明显的。公开本文的各种方面和实施例用于展示的目的而不是限制性的，实际范围和精神通过之后的权利要求给出。在不脱离本文主题的精神或范围的情况下可以利用其他实施方式，且可以造成其他改变。容易理解，本文一般地描述且在图中示出的本发明的一些方面可以以各种不同构造布置、代替、组合、分离和设计，所有这些都属于本文的构思。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月9日提交的美国临时申请No62/385,856和2016年12月22日提交的美国专利申请No.15/389,290的优先权，其内容通过引用全部合并于本文。
Claims (48)
1.一种系统，包括：
绞盘系统，用于航空载具，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索，(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达，和(c)有效载荷联接设备，其联接到绳索的前端且构造为将有效载荷机械地联接到绳索；和
控制系统，可操作为：
在航空载具处于盘旋飞行模式时，切换成以绳索收回模式操作；和
在以绳索收回模式操作时，执行缓冲程序以缓冲有效载荷联接设备的振荡。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示在绳索被至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
在以绳索收回模式操作时，至少部分地基于传感器数据检测有效载荷联接设备的振荡；和
确定检测到的振荡超过临界值，其中响应于确定检测到的振荡超过临界值而执行缓冲程序。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述至少一个传感器包括以下传感器中的一个或多个：(i)电流传感器，布置为产生表示马达电流特点的数据，(ii)影像捕获装置，布置为产生表示有效载荷联接设备相对于航空载具的运动的影像数据，(iii)惯性测量单元，布置为产生表示有效载荷联接设备相对于航空载具的运动的运动数据，(iv)编码器，布置为产生表示绳索解卷绕长度的位置数据，和(v)张力传感器，布置为产生表示绳索张力的张力数据。
4.如权利要求1所述的系统，其中缓冲程序包括使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式，在所述向前飞行模式中航空载具的运动导致在有效载荷联接设备上的拖曳，其中所述拖曳能缓冲有效载荷联接设备的振荡。
5.如权利要求4所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示在绳索被至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
暂停绳索的收回；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷联接设备的振荡已经被拖曳充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷联接设备的振荡已经被拖曳充分缓冲，继续绳索的收回以将有效载荷联接设备提升到航空载具。
6.如权利要求4所述的系统，其中控制系统进一步可操作为：
暂停绳索的收回；
在使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；和
检测计时器在所述具体持续时间之后的到期，且响应地继续绳索的收回以将有效载荷联接设备提升到航空载具。
7.如权利要求1所述的系统，
其中航空载具可以位置保持模式操作，在该位置保持模式中航空载具通过实施在物理空间中沿三个维度的飞行稳定化而在盘旋飞行期间基本上保持一物理位置，且
其中缓冲程序包括，在航空载具处于位置保持模式时，使得航空载具沿三个维度中的至少一个降低飞行稳定化程度，由此由于在航空载具沿至少一个维度运动期间的能量消散而实现振荡的缓冲。
8.如权利要求7所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示在绳索被至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷联接设备的振荡；和
至少基于检测到的振荡，确定沿所述至少一个维度的飞行稳定化的目标程度，和
其中，使得航空载具降低沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度包括：使得航空载具将沿至少一个维度的飞行稳定化程度降低到经确定的目标程度。
9.如权利要求7所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示在绳索被至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
至少部分地基于传感器数据，检测在沿所述至少一个维度降低飞行稳定化程度之后有效载荷联接设备的振荡已经被充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷联接设备的振荡已经被充分缓冲，使得航空载具增加沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度。
10.如权利要求7所述的系统，其中控制系统进一步可操作为：
在使得航空载具降低沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；和
检测计时器在所述具体持续时间之后的到期，且响应地使得航空载具增加沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度。
11.如权利要求7所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示在绳索被至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
暂停绳索的收回；
至少部分地基于传感器数据，检测在沿所述至少一个维度降低飞行稳定化程度之后有效载荷联接设备的振荡已经被充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷联接设备的振荡已经被充分缓冲，继续绳索的收回以将有效载荷联接设备提升到航空载具。
12.如权利要求7所述的系统，其中控制系统进一步可操作为：
暂停绳索的收回；
在使得航空载具降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；和
检测计时器在所述具体持续时间之后的到期，且响应地继续绳索的收回以将有效载荷联接设备提升到航空载具。
13.如权利要求1所述的系统，
其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，
其中以绳索收回模式操作包括至少以第一模式操作马达，从而以收回速率收回绳索，且
其中缓冲程序包括，在以绳索收回模式操作时，操作马达以基于检测到的振荡改变收回速率。
14.如权利要求1所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示绳索至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，其中控制系统进一步操作为至少部分地基于传感器数据检测有效载荷联接设备的振荡，其中以绳索收回模式操作包括确定绳索收回期间有效载荷联接装置的目标上升路径，且其中缓冲程序包括：
基于检测到的振荡，确定有效载荷联接设备相对于目标上升路径的位置；
基于经确定的有效载荷联接设备相对于目标上升路径的位置，确定要通过航空载具执行的、以便让有效载荷联接设备运动为更接近目标上升路径的运动；和
使得航空载具执行经确定的运动。
15.如权利要求1所述的系统，其中控制系统进一步可操作为：
使得绳索解卷绕并将有效载荷降低到地面，使得有效载荷从有效载荷联接设备释放，其中在有效载荷释放之后发生切换成以绳索收回模式操作。
16.如权利要求1所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示绳索被至少部分地解卷绕时有效载荷联接设备的振荡，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中以绳索收回模式操作包括：
最初以第一模式操作马达，以根据预定上升模式收回绳索；
在根据预定上升模式收回绳索时，确定绳索解卷绕长度小于临界长度，且响应地：
操作马达以将绳索保持在基本上固定的长度；和
在将绳索保持在基本上固定的长度时，分析传感器数据以检测有效载荷联接设备的振荡。
17.如权利要求16所述的系统，
其中控制系统进一步可操作为确定检测到的振荡是否超过临界值；
其中在检测到的振荡超过临界值时，开始缓冲过程；和
其中在检测到的振荡小于或等于临界值时，马达根据预定上升模式收回绳索的操作继续。
18.一种系统，包括：
绞盘系统，用于航空载具，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索，和(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达；和
控制系统，可操作为：
在航空载具处于盘旋飞行模式时，使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式，在所述向前飞行模式中航空载具的运动导致在联接到绳索的有效载荷上的拖曳，其中在绳索被至少部分地解卷绕时拖曳缓冲有效载荷的振荡。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述有效载荷是联接到绳索前端、且构造为机械地联接另一有效载荷的有效载荷联接设备。
20.如权利要求18所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
在航空载具处于盘旋飞行模式时，至少部分地基于传感器数据检测有效载荷的振荡；和
确定检测到的振荡超过临界值，其中响应于确定出检测到的振荡超过临界值而使得航空载具切换到向前飞行模式。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述至少一个传感器包括以下传感器中的一个或多个：(i)电流传感器，布置为产生表示马达的电流特点的数据，(ii)影像捕获装置，布置为产生表示有效载荷相对于航空载具的运动的影像数据，(iii)惯性测量单元，布置为产生表示有效载荷联接设备相对于航空载具的运动的运动数据，(iv)编码器，布置为产生表示绳索解卷绕长度的位置数据，和(v)张力传感器，布置为产生表示绳索张力的张力数据。
22.如权利要求18所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第一模式操作马达而收回绳索；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷的振荡超过临界值；
在检测到的振荡超过临界值时，操作马达以暂停绳索的收回；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷的振荡已经被拖曳充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷的振荡已经被拖曳充分缓冲，以第一模式操作马达以继续绳索的收回。
23.如权利要求18所述的系统，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第一模式操作马达而收回绳索；
操作马达以暂停绳索的收回；
在使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；
检测计时器在具体持续时间之后的到期；和
响应于检测到计时器在具体持续时间之后的到期，以第一模式操作马达以继续绳索的收回。
24.如权利要求18所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第二模式操作马达而展开绳索；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷的振荡超过临界值；
在检测到的振荡超过临界值时，操作马达以暂停绳索的展开；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷的振荡已经被拖曳充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷的振荡已经被拖曳充分缓冲，以第二模式操作马达以继续绳索的展开。
25.如权利要求18所述的系统，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第二模式操作马达而展开绳索；
操作马达以暂停绳索的展开；
在使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；
检测计时器在具体持续时间之后的到期；和
响应于检测到计时器在具体持续时间之后的到期，以第二模式操作马达以继续绳索的展开。
26.一种系统，包括：
绞盘系统，用于航空载具，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索，和(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达，且其中航空载具能以位置保持模式操作，在所述位置保持模式中，航空载具通过在物理空间中沿三个维度实施飞行稳定化而在盘旋飞行期间基本上保持一物理位置；和
控制系统，可操作为：
在航空载具处于位置保持模式时，使得航空载具降低沿三个维度中至少一个的飞行稳定化程度，由此由于在航空载具沿所述至少一个维度运动期间的能量消散而实现振荡缓冲，其中有效载荷联接到绳索，且其中在绳索至少部分地解卷绕时发生振荡。
27.如权利要求26所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
至少部分地基于传感器数据检测有效载荷的振荡；和
确定检测到的振荡超过临界值，其中响应于确定出检测到的振荡超过临界值而使得航空载具降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度。
28.如权利要求27所述的系统，其中至少一个传感器包括以下传感器中的一个或多个：(i)电流传感器，布置为产生表示马达的电流特点的数据，(ii)影像捕获装置，布置为产生表示有效载荷相对于航空载具的运动的影像数据，(iii)惯性测量单元，布置为产生表示有效载荷相对于航空载具的运动的运动数据，(iv)编码器，布置为产生表示绳索解卷绕长度的位置数据，和(v)张力传感器，布置为产生表示绳索张力的张力数据。
29.如权利要求26所述的系统，其中所述有效载荷是联接到绳索前端、且构造为机械地联接另一有效载荷的有效载荷联接设备。
30.如权利要求26所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
至少部分地基于传感器数据检测有效载荷的振荡；
至少基于检测到的振荡，确定沿所述至少一个维度的飞行稳定化的目标程度；和
使得航空载具将沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度降低到经确定的目标程度。
31.如权利要求26所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，且其中控制系统进一步可操作为：
至少部分地基于传感器数据，检测在降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度之后有效载荷的振荡已经被充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷的振荡已经被充分缓冲，使得航空载具增加沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度。
32.如权利要求26所述的系统，其中控制系统进一步可操作为：
在使得航空载具降低飞行稳定化程度时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；和
检测计时器在具体持续时间之后的到期，且响应地使得航空载具增加沿所述至少一个维度的飞行稳定化程度。
33.如权利要求26所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第一模式操作马达而收回绳索；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷的振荡超过临界值；
在检测到的振荡超过临界值时，操作马达以暂停绳索的收回；
至少部分地基于传感器数据，检测在降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度之后有效载荷的振荡已经被充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷的振荡已经被拖曳充分缓冲，以第一模式操作马达以继续绳索的收回。
34.如权利要求26所述的系统，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第一模式操作马达而收回绳索；
操作马达以暂停绳索的收回；
在使得航空载具降低飞行稳定化程度时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；
检测计时器在具体持续时间之后的到期；和
响应于检测到计时器在具体持续时间之后的到期，以第一模式操作马达以继续绳索的收回。
35.如权利要求26所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第二模式操作马达而展开绳索；
至少部分地基于传感器数据，检测有效载荷的振荡超过临界值；
在检测到的振荡超过临界值时，操作马达以暂停绳索的展开；
至少部分地基于传感器数据，检测在降低沿至少一个维度的飞行稳定化程度之后有效载荷的振荡已经被充分缓冲；和
响应于检测到有效载荷的振荡已经被拖曳充分缓冲，以第二模式操作马达以继续绳索的展开。
36.如权利要求26所述的系统，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，且其中控制系统进一步可操作为：
通过以第二模式操作马达而展开绳索；
操作马达以暂停绳索的展开；
在使得航空载具降低飞行稳定化程度时，启动计时器，所述计时器设置为在一具体持续时间之后到期；
检测计时器在具体持续时间之后的到期；和
响应于检测到计时器在具体持续时间之后的到期，以第二模式操作马达以继续绳索的展开。
37.一种系统，包括：
绞盘系统，用于航空载具，其中绞盘系统包括：(a)设置在心轴上的绳索，和(b)可操作为对绳索施加扭矩的马达；和
控制系统，可操作为：
在绳索至少部分地解卷绕时，从多个可用缓冲程序中选择一个或多个缓冲程序，以缓冲联接到绳索的有效载荷的振荡；和
执行一个或多个所选择的缓冲程序。
38.如权利要求37所述的系统，其中所述多个可用缓冲程序包括具有以下特征的缓冲程序：
使得航空载具从盘旋飞行模式切换到向前飞行模式，在所述向前飞行模式中航空载具的运动导致在有效载荷上的拖曳，其中所述拖曳缓冲有效载荷的振荡。
39.如权利要求37所述的系统，其中航空载具能以位置保持模式操作，在所述位置保持模式中，航空载具通过实施在物理空间中沿三个维度的飞行稳定化而在盘旋飞行期间基本上保持一物理位置，且其中所述多个可用缓冲程序包括具有以下特征的缓冲程序：
使得航空载具降低沿三个维度中的至少一个的飞行稳定化程度，由此由于在航空载具沿所述至少一个维度运动期间的能量消散而导致对振荡的缓冲。
40.如权利要求37所述的系统，其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，其中马达可以第一模式操作以便以收回速率收回绳索，其中马达可以第二模式操作以便以展开速率展开绳索，且其中所述多个可用缓冲程序包括具有以下特征的缓冲程序：
操作马达以改变收回速率和展开速率中的一个或多个。
41.如权利要求37所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，其中控制系统能进一步操作为在绳索的解卷绕和卷绕中的一个或多个期间确定有效载荷的目标路径，且其中所述多个可用缓冲程序包括具有以下特征的缓冲程序：
至少部分地基于传感器数据，确定有效载荷相对于目标路径的位置；
基于所确定的有效载荷相对于目标路径的位置，确定要通过航空载具执行以便使有效载荷运动为更接近目标路径的运动；和
使得航空载具执行所确定的运动。
42.如权利要求37所述的系统，进一步包括布置为产生传感器数据的至少一个传感器，所述传感器数据表示有效载荷的振荡，其中控制系统进一步可操作为：
在绳索被至少部分地解卷绕时，至少部分地基于传感器数据检测有效载荷的振荡，
其中基于所检测的振荡的一个或多个特点选择一个或多个缓冲程序。
43.如权利要求42所述的系统，其中至少一个传感器包括以下传感器中的一个或多个：(i)电流传感器，布置为产生表示马达的电流特点的数据，(ii)影像捕获装置，布置为产生表示有效载荷相对于航空载具的运动的影像数据，(iii)惯性测量单元，布置为产生表示有效载荷相对于航空载具的运动的运动数据，(iv)编码器，布置为产生表示绳索解卷绕长度的位置数据，和(v)张力传感器，布置为产生表示绳索张力的张力数据。
44.如权利要求42所述的系统，
其中控制系统可操作为，至少部分地基于传感器数据，确定检测到的振荡的幅度，且
其中控制系统可操作为基于检测到的振荡的一个或多个特点选择一个或多个缓冲程序包括：控制系统可操作为至少基于检测到的振荡的经确定幅度而选择一个或多个缓冲程序。
45.如权利要求37所述的系统，
其中马达可操作为施加扭矩到绳索包括：马达能以第一模式和第二模式二者操作以分别沿卷绕方向和解卷绕方向对绳索施加扭矩，
其中控制系统可操作为从第一和第二模式中确定马达的操作模式，且
其中控制系统可操作为选择一个或多个缓冲程序包括：控制系统可操作为至少基于经确定的马达操作模式选择一个或多个缓冲程序。
46.如权利要求37所述的系统，
其中控制系统可操作为从有效载荷拾取模式和有效载荷投递模式中确定航空载具的操作模式，且
其中控制系统可操作为选择一个或多个缓冲程序包括：控制系统可操作为至少基于经确定的航空载具操作模式选择一个或多个缓冲程序。
47.如权利要求37所述的系统，
其中控制系统可操作为确定有效载荷的价值，且
其中控制系统可操作为选择一个或多个缓冲程序包括：控制系统可操作为至少基于经确定的有效载荷的价值而选择一个或多个缓冲程序。
48.如权利要求37所述的系统，
其中控制系统可操作为确定航空载具所在的环境的状态，且
其中控制系统可操作为选择一个或多个缓冲程序包括：控制系统可操作为至少基于经确定的航空载具所在环境的状态而选择一个或多个缓冲程序。
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