CN108791928A - 无人飞行器的电池交换系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于交换无人飞行器(“UAV”)的电池的系统。在一些实施例中，该系统可以包括：电池保持管，其位于UAV上并且包括具有第一开口的第一端和具有第二开口的第二端；以及电池装载器，其用于使得电池通过第一开口在与电池保持管的中心轴线平行的方向上移动到电池保持管中，其中电池的中心轴线与电池保持管的中心轴线平行，并且使得电池通过第二开口在与电池保持管的中心轴线平行的方向上从电池保持管移出，其中电池的中心轴线与电池保持管的中心轴线平行。

Description

无人飞行器的电池交换系统

技术领域

本发明涉及无人飞行器的电池交换系统。

背景技术

电池供电的无人飞行器用于各种目的，诸如摄像、娱乐、监视、军事防御以及产品运输。

发明内容

在一个实施例中，可以提供一种用于交换无人飞行器的电池的系统。该系统可以包括电池保持管，其位于无人飞行器上并且包括具有第一开口的第一端和具有第二开口的第二端；以及电池装载器，其用于使得圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向移入电池保持管，并且使得圆柱形电池通过第二端的第二开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向从电池保持管移出。圆柱形电池的中心轴线可以平行于电池保持管的中心轴线，并且圆柱形电池的中心轴线可以平行于电池保持管的中心轴线。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括对准器，其用于使得电池保持管和电池装载器对准，使得当电池装载器使得圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入电池保持器时，圆柱形电池的中心轴线与电池保持管的中心轴线基本共轴。

在一些这样的实施例中，对准器可以进一步用于使得电池装载器相对于电池保持管移动从而使得电池保持管和电池装载器对准。

在一些实施例中，电池装载器可以进一步用于使得圆柱形电池在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移动通过电池保持管。圆柱形电池的中心轴线可以平行于电池保持管的中心轴线。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括着陆区，其用于接收无人飞行器；以及夹具，其用于固定电池保持管相对于着陆区的位置。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括传感器，其用于检测着陆区中无人飞行器的存在。电池装载器可以用于当在着陆区中检测到无人飞行器时，使得圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入电池保持管，其中圆柱形电池的中心轴线平行于电池保持管的中心轴线。

在一些实施例中，电池保持管可以进一步包括第一盖子和第二盖子。第一盖子可以具有带有第一电接触的第一内表面，并且可以被配置为处于第一打开位置和第一关闭位置。在第一打开位置，第一盖子不会阻挡电池保持管的第一开口，而在第一关闭位置，第一盖子可以固定到电池保持管，使得当沿着电池保持管的中心轴线观察时第一盖子与第一开口重叠，并且第一电接触可以用于与电池保持管内的圆柱形电池电接触。第二盖子可以具有带有第二电接触的第二内表面，并且可以被配置为处于第二打开位置和第二关闭位置。在第二打开位置，第二盖子不会阻挡电池保持管的第二开口，而在第二关闭位置，第二盖子可以固定到电池保持管，使得当沿着电池保持管的中心轴线观察时第二盖子与第二开口重叠，并且第二电接触可以用于与电池保持管内的圆柱形电池电接触。

在一些这样的实施例中，该系统可以进一步包括盖子致动器，其用于使得第一盖子在第一关闭位置和第一打开位置之间移动，并且使得第二盖子在第二关闭位置和第二打开位置之间移动。

在一些实施例中，电池保持管可以是无人飞行器的着陆滑撬(skid)。

在一些这样的实施例中，系统可以进一步包括第二电池保持管，其作为无人飞行器的另一着陆滑撬并且包括具有第三开口的第三端和具有第四开口的第四端。电池保持器可以进一步用于当圆柱形电池平行于第二电池保持管的中心轴线时，使得圆柱形电池通过第三端的第三开口在平行于第二电池保持管的中心轴线的方向上移动进入第二电池保持管，并且当圆柱形电池的中心轴线平行于第二电池保持管的中心轴线时，使得圆柱形电池通过第四端的第四开口在平行于第二电池保持管的中心轴线的方向上从第二电池保持管移出。

在一些实施例中，电池装载器可以用于，当每个圆柱形电池的中心轴线可以平行于电池保持管的中心轴线时，使得多个圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入电池保持管。

在一些实施例中，系统可以进一步包括用于保持多个圆柱形电池的电池储存器，以及用于将圆柱形电池从电池储存器移动到电池装载器的电池运送器。

在一些这样的实施例中，系统可以进一步包括用于对一个或多个圆柱形电池进行充电的电池充电器，以及用于向电池充电器供电的一个或多个光伏电池。

在一些这样的实施例中，电池充电器可以进一步用于对保持在电池储存器中的一个或多个圆柱形电池进行充电。

在一些这样的实施例中，系统可以进一步包括电池收集器，其用于接收通过第二端的第二开口被移出电池保持管的圆柱形电池，并且电池运送器可以进一步用于将圆柱形电池从电池收集器移动到电池充电器。

在一个实施例中，可以提供一种系统。该系统可以包括用于无人飞行器的多个电池交换站，并且每个电池交换站可以包括：用于接收无人飞行器的着陆区，用于从无人飞行器卸载电池并且将电池装载到无人飞行器的电池交换器，用于为无人飞行器存储一个或多个电池的电池储存器，用于将一个或多个电池从电池储存器运送到电池充电器的第一电池运送器，用于对于电池储存器中的一个或多个电池进行充电的电池充电器，用于向电池充电器供电的一个或多个光伏电池，用于接收从无人飞行器卸载的电池的电池接收器，用于将一个或多个电池从电池接收器运送到电池储存器的第二电池运送器，用于与无人飞行器通信的通信装置，以及用于控制电池交换器、第一电池运送器、电池充电器、第二电池运送器以及通信装置的控制器。控制器可以包括用于如下的控制逻辑：使得电池交换器从着陆区中的无人飞行器卸载电池，使得电池交换器将电池装载在着陆区中的无人飞行器，使得第一电池运送器将一个或多个电池从电池储存其运送到电池交换器，使得第二电池运送器将一个或多个电池从电池收集器运送到电池储存器，以及使得电池充电器对于电池储存器中的一个或多个电池充电。

在一些实施例中，每个电池交换站可以进一步包括传感器，其用于检测无人飞行器是否处于着陆区中，并且每个控制器可以进一步如下的控制逻辑：该控制逻辑用于基于来自传感器的一个或多个传感器数据和来自无人飞行器的通信数据，来确定无人飞行器是否处于着陆区。

在一些实施例中，每个电池交换站可以进一步包括用于确定装载在无人飞行器上的每个电池的电池跟踪器，并且每个控制器可以进一步包括存储器，并且还包括控制逻辑，该控制逻辑用于在该存储器上存储与装载在无人飞行器上的每个电池的确定相关联的信息。

在一些这样的实施例中，系统可以进一步包括数据库，并且每个控制器可以进一步包括如下的控制逻辑：用于使用通信装置，向数据库发送与装载在无人飞行器上的每个电池的确定相关联的信息。

在一些这样的实施例中，每个控制器可以进一步包括如下的控制逻辑：用于确定传送到电池储存器中的每个电池的充电量，并且使用通信装置，向数据库发送与传送到电池储存器中的每个电池的充电量相关联的信息。

在一个实施例中，可以提供一种用于执行无人飞行器的电池保持管的电池交换的方法。该方法可以包括：接收执行无人飞行器上的电池保持管的电池交换的指令；使用电池装载器，使得圆柱形电池通过电池保持管的第二端的第二开口，在平行于电池保持管的中心轴线的方向上从电池保持管移出，以使圆柱形电池的中心轴线平行于电池保持管的中心轴线；以及使用电池装载器，使得圆柱形电池通过电池保持管的第一端的第一开口，在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入电池保持管，以使圆柱形电池的中心轴线平行于电池保持管的中心轴线。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括将电池装载器与电池保持管对准，从而当电池装载器使得圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入电池保持器时，圆柱形电池的中心轴线与电池保持管的中心轴线基本共轴。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括：使得电池保持管的第一盖子在第一关闭位置和第一打开位置之间移动，以使在第一关闭位置时，第一盖子固定到电池保持管，使得当沿着电池保持管的中心轴线看去，第一盖子与第一开口重叠，并且第一盖子的电接触用于与电池保持管内的圆柱形电池电接触，并且使得在第一打开位置时，第一盖子不阻挡电池保持管的第一开口；并且使得电池保持管的第二盖子在第二关闭位置和第二打开位置之间移动，以使在第二关闭位置时，第二盖子固定到电池保持管，使得当沿着电池保持管的中心轴线看去，第二盖子与第二开口重叠，并且第二盖子的电接触用于与电池保持管内的圆柱形电池电接触，并且使得在第二打开位置时，第二盖子不阻挡电池保持管的第二开口。

在一些实施例中，接收执行电池保持管的电池交换的指令可以进一步包括接收来自无人飞行器的执行电池交换的指令。

在一些实施例中，接收执行电池保持管的电池交换的指令可以进一步包括接收来自传感器的执行电池交换的指令；该传感器可以用于检测着陆区上无人飞行器的存在。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括在使得圆柱形电池从电池保持管移出之前，将一个或多个圆柱形电池从电池储存器运送到电池装载器。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括对于电池储存器中的一个或多个圆柱形电池进行充电。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括从电池装载器接收一个或多个圆柱形电池，并且将该一个或多个电池从电池装载器运送到电池储存器。

附图说明

图1示出用于交换无人飞行器的电池的系统的一个示例实施例的偏角(off-angle)视图。

图2示出示例电池保持管的侧视图。

图3示出图2的示例电池保持管的偏角视图。

图4示出带有处于关闭位置的盖子的图3的电池保持管。

图5示出图4的示例电池保持管的剖面侧视图。

图6示出电池装载器和电池保持管的剖面侧视图。

图7示出图6的电池装载器和电池保持管的剖面偏角视图。

图8示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图。

图9示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图。

图10示出图6的电池装载器和电池保持管的又一剖面侧视图。

图11示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图。

图12示出电池保持管和电池的示例横截面区域。

图13示出另一示例电池装载器和电池保持管。

图14示出图13的示例电池装载器和电池保持管。

图15示出部分电池交换系统的示例示意图。

图16示出包括多个电池交换站的示例系统。

图17示出与图1中所示的电池交换系统相似的示例电池交换站。

图18示出用于执行电池交换的示例技术的流程图。

图19示出示例电池装载区。

图20示出示例着陆区与夹紧装置的剖面侧视图。

图21示出部分电池交换系统的另一示例示意图。

图22示出电池装载器的示例装载。

具体实施方式

在下面的描述中，为了提供所呈现概念的透彻理解，阐述了大量具体细节。所呈现的概念可以在没有这些具体细节中的一些或者全部的情况下进行实践。在其他示例中，没有详细描述公知的处理操作从而不会不必要地模糊对所描述的概念。虽然结合具体实施方式来描述一些概念，但是应当理解的是这些实施方式旨在是限制性的。

在此描述并示出许多概念和实施方式。虽然描述并示出在此讨论的实施方式的特定特征、属性和优点，但是从描述和图示将清楚的是本发明的其他实施方式以及它们的特征、属性和优点。因此，下面的实施方式仅是本公开的可能示例。它们不旨在穷尽或者将本公开限制到所公开的精确形式、技术、材料或配置。根据本公开可以进行许多修改和变更。应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以采用其他的实施方式并且可以进行操作改变。因此，由于出于说明和描述的目的而呈现下面的实施例，所以本公开的范围不仅仅限于下面的说明。

本公开既不限制于任何单个方面或实施例，也不限制于这些方面或实施例的任何单个组合或置换。然而，本公开或其实施方式的每个方面可以单独或者与一个或多个其他方面或者其实施方式相结合地被使用。为了简洁起见，在此没有单独讨论或示出这些置换或组合中的一些。

无人飞行器(以下称为“UAV”)，有时被称为无人机，其被用于各种目的，诸如摄像和录影、执法和军事进行的监视，以及物品运输。例如，存在一个使用UAV来派送消费者订购的个人货物和其他包裹的新生领域，其不同于传统的派送技术，诸如个人载体派送，如美国邮政(U.S.Mail)。以这种方式使用UAV由于运营成本降低、派送速度提高、能够更直接行进到目的地并且更易于到达遥远位置而有利优于其他运输和派送方法。然而，由于许多UAV由必然具有有限电力的电池供电，所以这种电池供电的UAV能够行进的距离相应地受限。许多UVA还必须有足够的电池电力，从而不但从它们的原点行进到它们的目的地，而且行进到可以获取电池电力的另一位置，例如位于原点的UAV电池充电站。例如，如果必须返回到其原点充电的电池供电的UAV在不充电的情况下具有约10英里的总行进范围，那么UAV被限制只能从其原点行进约5英里，使得它有足够的电力返航到原点。如果UAV行进到又一目的地，那么从原点的允许范围进一步减小。

本公开的一些实施方式包括用于交换UAV电池的系统。这样的系统的特定优点可以包括通过消除UAV返航至其原点进行充电的必要性，降低UAV需要接收电力的停机时间并且增加电池供电UAV可以行进的距离。本系统的一些实施方式允许UAV的放电电池与充电电池进行交换。这种交换可以比电池保持在UAV中的同时对于UAV的电池进行充电更快且更有效。对UAV的电池充电可能在UAV接地且空闲时花费数小时，而将UAV的放电电池与充满电的电池交换可以只花费几分钟。

本公开的一些实施方式包括可以沿UAV的行进路径设置的电池交换系统。这样的系统能够通过允许UAV沿其路线接收充电的电池而不是必须放回到其原点进行充电来扩展UAV的范围。

本公开的用于交换UAV电池的系统的一些实施方式包括：设置在UAV上并且用于保持一个或多个圆柱形电池的电池保持管，以及电池装载器，其用于将圆柱形电池通过电池保持管的一端移动到电池保持管中，并且将圆柱形电池从电池保持管移出的另一端。图1示出用于交换UAV电池的系统的一个示例实施例的偏角视图。如图1中可见，示例电池交换系统100包括电池保持管102、电池装载器104、以及着陆区106。下面讨论图1的系统100的其他方面。

图1的电池保持管102位于在着陆区106示出的无人飞行器108上。电池保持管102可以位于UAV的各个部分，诸如在其主体结构上、在从UAV的主体延伸出去的臂上，或者如UAV 108的着陆滑撬。在图1的示例中，电池保持管102用作UAV 108的着陆滑撬。作为着陆滑撬，电池保持管位于从UAV的主体向下延伸的支撑臂的端部并且用于支撑主体。UAV 108还可以包括多于一个电池保持管102；例如，图1中的UAV 108具有两个电池保持管102和110，分别用作UAV 108的着陆滑撬。

另外，虽然将UAV 108描述为具有四个螺旋桨的四轴飞行器(未标记)，但是配置用于垂直起飞和着陆的任何UAV可以使用图1的系统。在一些实施例中，着陆区106可以位于与地面或跑道齐平的在跑道上或者脱离跑道的位置，使得像飞机一样需要起飞和着陆的跑道的UAV可以不直接着陆在着陆区域106上，而是滑行并且停在着陆区106上。配置为垂直起飞和着陆的UAV也可以使用这样的着陆区。

如上所述，电池保持管包括第一端和第二端。图2示出示例电池保持管的侧视图，图3示出图2的示例电池保持管的偏角视图。如可见，电池保持管102具有第一端112和与第一端112相对的第二端114。电池保持管102的每端还包括开口，以使第一端112具有第一开口(未标识)，第二端114包括在图3中以阴影示出的第二开口118。电池保持管102用于保持一个或多个圆柱形电池(图2或图3中未示出)，电池保持管102的每个开口配置为使得该一个或多个圆柱形电池可以穿过每个开口，如稍后更详细描述。这些开口以及电池保持管的内径具有基本上圆形的横截面区域(在圆的±5％内)。

电池保持管还用于使得能够将来自电池的电力传送到UAV。这样的配置包括与位于电池保持管102内的一个或多个圆柱形电池的电接触进行电接触的电连接。例如，如图2和图3中可见，电池保持管102包括具有第一电接触122的第一盖子和具有第二电接触126的第二盖子。每个电接触可以位于对应盖子的内表面上，诸如图3中，电接触126位于第二盖子124的内表面127上。每个盖子可以配置为在多个位置之间移动，诸如在盖子的电接触与位于电池保持管中的一个或多个电池之间建立电接触并且将电池固定在电池保持管102内的一个位置，以及允许圆柱形电池通过电池保持管的每个开口移动的另一位置。每个盖子可以物理上连接到电池保持管，例如通过铰链型装置、通过螺纹连接，或者通过磁体。例如，盖子上的螺纹可以与电池保持管内的螺纹接合。

在一些实施方式中，每个盖子可以配置为被置于打开位置，其中每个盖子不阻挡其相应的开口，使得圆柱形电池可以穿过电池保持管102的相应开口。参考图2和图3，第一盖子120位于第一打开位置以致它不阻挡第一端112的第一开口，因此没有阻塞或妨碍圆柱形电池穿过第一端112的第一开口(例如，进入或离开电池保持管102)。类似地，第二盖子122位于第二打开位置以致它不阻挡第二端114的第二开口118，因此没有阻塞或妨碍圆柱形电池穿过第二端114的第二开口118。如上所述，第一盖子120和第二盖子124可以铰链连接到电池保持管102；图2和图3将第一盖子120和第二盖子124描绘为通过铰链装置连接到电池保持管，虽然这些图中未示出铰链装置。

每个盖子还可以配置为置于关闭位置，其中盖子在物理上固定到电池保持管并且该盖子与其相应的电池保持管的开口重叠从而覆盖开口。图4示出带有处于关闭位置的盖子的图3的电池保持管。这样的关闭位置可以使得电池固定在电池保持管102内。如可见，第一盖子120处于第一关闭位置，第二盖子124处于第二关闭位置，其中当沿电池保持管102的中心轴线看去时，每个盖子固定到电池保持管102并且与其相应的开口重叠。在图4以及下面的图6-11中示出中心轴线132。另外，在第一关闭位置，盖子上的第一电接触(未示出)用于电接触电池保持管102内的圆柱形电池，并且第二电子接触也用于电接触电池保持管102内的圆柱形电池。图5示出图4的示例电池保持管的剖面侧视图。在此，四个圆柱形电池528A-528D位于电池保持管102内，第一盖子120处于第一关闭位置，使得第一电接触122与圆柱形电池528A电接触，并且第二盖子124处于第二关闭位置，使得第二电接触126与圆柱形电池528D电接触。该配置因此可以使得在电接触122和126，以及位于电池保持管102内的圆柱形电池528A-528D之间进行至少部分电接触。另外，盖子120和124将电池528A-528D固定在电池保持管102内。

电池保持管的配置还可以包括使得来自电池的电能够从电池运送到UAV的电机和其他电学组件的电布线、特征以及连接。

当UAV到达示例电池交换系统时，电池保持管的盖子可以处于关闭位置，并且电池交换系统可以配置为使得盖子处于它们相应的打开位置从而可以发生电池交换。相应地，该示例电池交换系统可以包括盖子致动器，其用于使得第一盖子120在第一关闭位置和第一打开位置之间移动，并且使得第二盖子124在第二关闭位置和第二打开位置之间移动。盖子致动器可以是包括多个部件的装置。例如，盖子致动器可以包括附接到电池保持管102的一部分或者每个盖子并且用于机械地使得(例如，利用弹簧或活塞的能量)每个盖子在多个位置之间移动的弹簧或活塞；该示例盖子致动器装置可以很好地适用于铰链连接到电池保持管的盖子。另外，对于使用螺纹连接到电池保持管的盖子，盖子致动器可以是如下的装置，其用于将盖子从电池保持管拧紧或拧松并且将每个盖子从电池保持管移开，使得圆柱形电池可以移动通过电池保持管的每一端。

再参考图1，电池交换系统100包括电池装载器104，其用于如图6-11所示将电池移入电池保持管102和从电池保持管102移出。电池进入电池保持管102的移动被称为电池的“装载”，而电池离开电池保持管102的移动被称为电池的“卸载”。在一些实施例中，电池装载器用于，当圆柱形电池的中心轴线平行于电池保持管的中心轴线时，通过使得圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入电池保持管，来将电池装载到电池保持管中。这样的电池装载器还用于，当圆柱形电池的中心轴线平行于电池保持管的中心轴线时，通过使得圆柱形电池通过第二端的第二开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上从电池保持管移出，来从电池保持管卸载电池。在这些实施例方式中，圆柱形电池移入、通过、离开电池保持管的移动在电池保持管的一个或两个开口打开的同时，沿着电池保持管的中心轴线以线性平移运动的方式执行。圆柱形电池可以通过一个开口移入电池保持管中，并且圆柱形电池可以通过另一个开口从电池保持管移出。线性推运动可以用于在装载一个或多个充电电池的同时，将一个或多个放电电池推出。电池管的两端都保持打开。在替代实施例中，电池保持管的一端关闭，而电池由推运动从电池保持管的另一端卸载出来。充电电池可以适当地通过任一端装载到电池保持管中。

图6示出电池装载器和电池保持管的剖面侧视图，图7示出图6的示例电池装载器和电池保持管的偏角视图。如可见，电池装载器104包括电池装载装置，这里是活塞130，其用于将圆柱形电池628推出电池装载器104并且通过第一端112的第一开口进入电池保持管102。在图7中，电池保持管102的第一开口116和第二开口118以阴影标出。圆柱形电池628的所示移动是在图6中的箭头所示的平行于电池保持管102的中心轴线132的方向，并且在此移动期间，圆形电池628的中心轴线634平行于电池保持管102的中心轴线132。电池保持管102和圆柱形电池628各自的中心轴线132和634因此在圆柱形电池128进入和通过电池保持管102的移动中相互平行。

在一些实施例方式中，在圆柱形电池628通过电池保持管102的第一开口的一些移动期间，电池装载器104和电池保持管102可以并不完美地对准。因此，应当理解的是，在一些实施方式中，电池装载器104用于使得圆柱形电池628在基本平行于电池保持管的中心轴线132的方向上，例如相互平行的±5％内，通过第一端112的第一开口移入电池保持管102中，同时圆柱形电池628的中心轴线634也可以基本平行于电池保持管102的中心轴线132，例如相互平行的±5％内。

另外，在一些实施方式中，在一些或者全部的移入电池保持管102和/或通过电池保持管102的移动期间，电池保持管102的中心轴线132和圆柱形电池628的中心轴线634可以基本共轴，例如相互共轴的10％内。为了圆柱形电池628能够移入并且通过电池保持管102，电池保持管102的内径大小被设置为大于圆柱形电池628的外径，这样的间距可以使得圆柱形电池628和电池保持管102的中心轴线基本共轴。这里，轴可以以各种方式不是共轴，诸如它们可以不是相互平行或者可以相互偏移一段距离或者两者都有。

在一些实施方式中，如图6和图7中所示，电池装载器104也可以包括滑块136，在电池装载器104保持与电池保持管102之间存在间隙的情况下，该滑块136使得圆柱形电池628能够从电池装载器104行进到电池保持管102。为了考虑到电池装载器104和电池保持管102之间距离的变化，滑块136可以是可移动的，使得其用于从电池装载器104延伸和缩回到电池装载器104中。

电池装载器104也可以用于使得圆柱形电池628在与电池保持管102的中心轴线平行的方向上，移动通过电池保持管102，并且在该移动期间，如上所述，圆柱形电池628的中心轴线634平行于电池保持管102的中心轴线。该移动可见于图8，其示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图。在图8中，电池装载器104正在使得圆柱形电池628在箭头所示的与电池保持管102的中心轴线132平行的方向上，移动通过电池保持管102。而且，电池保持管102的中心轴线132与圆柱形电池628的中心轴线634平行且共轴。如上所述，在一些实施方式中，电池保持管102的中心轴线132可以与圆柱形电池628的中心轴线634基本平行(例如，在平行的±5％)，和/或与之基本共轴(例如，在共轴的±5％)。电池装载器104的这种配置提供了将先前位于电池保持管中的圆柱形电池移动通过电池保持管102的能力，即从电池保持管102卸载电池，并且该配置也包括将电池在其移入并且通过第一端的第一开口之后移动通过电池保持管的能力，即，将电池装载入电池保持管102。

如上所述，电池装载器也可以用于从电池保持管卸载电池。这样的卸载配置可以随图9-11中所述的示例配置而改变。例如，图9示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图，并且如可见，活塞130直接接触一个圆柱形电池628并且将其移动(即，推动)出电池保持管102的第二端114的第二开口。在图10中，其示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图，电池装载器104正在通过以下方式使得多个圆柱形电池移出第二端的第二开口：使得活塞130直接接触并且移动(即，推动)一个圆柱形电池628A，该电池628A依次分别推动其他的圆柱形电池628B–628D离开电池保持管102的第二端114的第二开口。

与图10相似，电池装载器104可以用于使得同时进行电池装载入电池保持管102和电池卸载出电池保持管102。在装载和卸载之前，电池保持管通常包含待卸载的电池(例如，完全或部分放电的电池)。电池装载器可以使得新的、新鲜的电池被装载到电池保持管中，这些电池依次接触并且将旧电池推出电池保持管，从而卸载旧电池。这种电池的同时装载和卸载由图11示出，其示出图6的电池装载器和电池保持管的另一剖面侧视图。在此，例如，电池装载器104将圆柱形电池628A装载入并且通过电池保持圆柱102的第一端112，这反过来将圆柱形电池628B-628E卸载出第二端114的第二开口。

图9-11中圆柱形电池的移动与图8类似，其中圆柱形电池在与电池保持管102的中心轴线132平行的方向上移动，同时每个圆柱形电池的中心轴线634平行于电池保持管102的中心轴线132。

根据各个实施方式，电池保持管可以用于一次将一个电池装载入电池保持管中(如图8中)，将多个电池同时装载入电池保持管(如图10中，如果电池628A、628B和628C正在被装载入电池保持管102中)，一次将一个电池卸载出电池保持管(如图9中)，同时将多个电池卸载出电池保持管(如上述图10中)，以及将一个或多个电池装载入电池保持管时，同时将一个或多个电池卸载出电池保持管(如图11中，如果圆柱形电池628A和628B正在被装载而圆柱形电池628C-628E同时被卸载)。

在一些实施方式中，例如上面在图6-11中讨论的那些实施方式中，该系统使用圆柱形电池保持管，并且圆柱形电池的尺寸被设计成首尾相接以安装在圆柱形电池保持管内。待插入电池保持管中的圆柱形电池的外圆柱表面的直径的尺寸被设计为小于电池保持管的内管状表面的直径，这使得圆柱形电池能够插入电池保持管中。圆柱形电池的外圆柱表面的直径可以变化，使得在圆柱形电池的圆柱形表面和电池保持管的内管形表面之间可以存在不同尺寸的间隙。此外，使用这些形状使得圆柱形电池能够以有限的对准问题和复杂性装载到电池保持管中。虽然电池装载器和电池保持管的对齐可以如下所述执行，但圆柱形电池不必绕其圆柱轴进行旋转对齐。这是因为沿着圆柱形电池的中心轴线(例如，图6的中心轴线634)观察的圆柱形电池的横截面区域和沿着电池保持管中心轴线观察的电池保持管的内部管状表面的横截面区域(例如，图6的中心轴线132)均为圆形或基本为圆形并且旋转对齐。基本上圆形是指圆形的±5％内的标称圆形横截面。

另外，在一些其他实施方式中，具有非圆形横截面形状的电池可以与具有内部圆形横截面区域的电池保持管相结合使用。在这样的实施方式中，每个电池的横截面区域的边界可容纳在电池保持管的内部圆形横截面区域内。例如，图12示出电池保持管和电池的示例性横截面区域。图12的视图沿着垂直于页面的电池保持管102的中心轴线(未示出)。可以看出，电池保持管102具有以黑色交叉影线显示的圆形横截面区域150，具有圆形横截面的圆柱形电池1228位于电池保持管102内，具有正方形横截面区域的电池1252位于电池保持管102内，该正方形横截面区域的外围容纳在电池保持管102的内部圆形横截面区域150内，并且具有矩形横截面区域的电池1254类似地位于电池保持管102内。如上所述，圆柱形电池1228不需要围绕其中心轴线(垂直于页面)线在图12左边第二次在电池保持管102外侧的箭头方向上旋转。类似地，电池1252和1254围绕它们的中心轴线不需要旋转。

如果电池和电池保持管的横截面积都是非圆形形状，例如正方形，那么电池绕其中心轴线的旋转可能是必要的，使得其非圆形横截面积对齐具有电池保持管的非圆形截面区域。例如，具有正方形横截面的管和也具有正方形横截面的电池必须对齐，使得相应的正方形横截面相互匹配。

在本公开的另一实施例中，在从电池保持管装载和卸载电池期间，电池保持管可以以垂直角度或至少部分垂直角度定向。图13示出另一示例电池装载器和电池保持管。如在图13中可见，电池保持管1302被定向在部分竖直的位置，使得其中心轴线1332具有在竖直方向或z轴上的分量；在一些实施方式中，这可能意味着中心轴线1332不平行于着陆区域。可以认为z轴垂直于可以与图13的x轴共面的着陆区(未示出)。在一些实施例中，电池保持管1302可以是垂直的，使得其中心轴线1332与z轴基本平行(在平行的±10％内)。当电池保持管1302以这种方式定向时，位于电池保持管内的电池可以由于重力而从电池保持管1302的第二端1314的第二开口(未示出)移出。电池装载器1304可以用于通过使电池保持管1302的第二盖子1324打开或移动到如上所述第二打开位置来引起该移动(即，卸载)。一旦第二盖子处于第二打开位置，电池1328就能够沿着箭头所示的方向从电池保持管1302移出。在一些这样的实施方式中，电池装载器1304可以不直接物理接触并且将电池1528从电池保持管移出1302的第二端1314，而在其他实施例中，电池装载器1304可以接触电池并且使得电池移动。此外，在该卸载期间，第一盖子(未示出)可以或可以不处于第一打开位置。

在装载期间，电池装载器1304用于使得位于电池装载器1304中的电池移动通过电池保持管1302的第一端1314的第一开口并进入电池保持管1302，这可以是由于重力。图14示出图13的示例电池装载器和电池保持管。再次，如上所述并且在图14中看见，电池装载器1304用于与电池保持管1302对准，例如进行对齐使得圆柱形电池1328可以通过第一端1312的第一开口在平行于电池保持管1302的中心轴线1332的方向上移动到电池保持管1302中，而圆柱形电池1328的中心轴线1334平行于电池保持管1302的中心轴线1332。这里，电池1328可以在重力的作用下在箭头的方向移入并穿过电池保持管1302的第一端1312。电池装载器1304可以具有能够防止电池1328掉落的释放机构，但是在启动时，使一个或多个电池1328移动(例如，掉落)到电池保持管1302中。在该装载过程中，第一盖子1320处于第一打开位置，而第二盖子1324处于第二关闭位置，使得电池保持管1302中的电池不会掉出电池保持管1302。

当UAV到达着陆区域时，UAV的电池装载器和电池保持管可以不相互对准。例如，一些UAV的着陆精度可能只有3到30英尺，系统着陆区的大小可以设计为适应UAV的不同着陆精度，例如6英尺乘6英尺。在一些实施方式中，电池交换系统因此可以包括用于使电池装载器对准的对准器，使得电池装载器可以将电池装入电池保持管和从电池保持管卸载电池。该对准可以包括待装载到电池保持管中的圆柱形电池的中心轴线的对准，使得其平行于电池保持管的中心轴线并且与电池保持管的中心轴线基本上同轴(在同轴对准的10％内)。这种对准也可以被认为是待装载到电池保持管中的圆柱形电池的外部圆柱形表面的对准，使得其与电池保持管的内部圆柱形表面同心。

这种对准可以通过使电池装载器和电池保持管中的一个或两者沿各个方向移动来实现。这些移动可以包括围绕垂直于电池保持管的中心轴线的一个或多个旋转轴的旋转运动和线性运动中的一个或两个。例如，返回参照图1，电池更换系统100的对准器(未标识)用于使电池装载器104沿着轴138线性地移动和围绕轴138旋转地移动，以及沿着垂直于轴138的另一个轴140线性地移动，该轴138可以垂直于着陆区106或垂直于电池保持管102的中心轴线132；这些运动由图1中靠近电池装载器104的三个实线箭头表示。电池更换系统的对准器还用于使电池装载器104围绕另一轴线140旋转。此处的对准器可以包括实现这种对准所必需的元件和装置，诸如支撑臂144、电机、齿轮、插座和引脚。

在一些其他实施方式中，对准器可以用于使得UAV移动以使其与电池装载器对准。这可以包括在一个或多个运动轴上或绕其移动UAV。在一些这样的实施方式中，对准器可以用于使电池保持管和电池装载器两者相互对准。

在一些实施方式中，如上所述，着陆区可以用于接收UAV，使得合适的一个或多个表面支撑UAV。例如，如在图1可见，着陆区106是平坦的平面，其具有足够大的直径以支撑UAV结构。在一些实施方式中，系统用于在UAV位于着陆区域的同时执行电池交换，而在一些其他实施方式中，系统可以包括着陆区和单独的电池装载区，使得UAV着陆在着陆区上并且电池在电池装载区进行交换。

在一些实施方式中，电池更换系统可以包括一个或更多个夹具，其用于固定电池保持管相对于着陆区或电池装载区域的位置，从而防止电池保持管在电池卸载和装载期间移动。例如，在图1中，夹具146用于将电池保持管102相对于着陆区106固定。夹具146包括用于接触电池保持管102的半圆形表面。夹具146还可以用于与上述电池装载器104类似地在各种方向上和沿着的各种旋转轴移动，诸如沿着轴线142(其垂直于着陆区106)线性移动和围绕轴线142旋转移动以及沿着垂直于轴线142的轴线性移动。夹具146是夹具的说明性示例，并且一个或多个夹具的配置可以变化。

夹具的另一示例包括位于着陆区或电池装载区域下方的一个或多个磁体，其用于使用磁力来固定UAV。图20示出示例着陆区与夹紧装置的剖面侧视图。如可见，多个磁体20108位于着陆区域2006下方并用作夹具。当UAV着陆在着陆区2006上时，磁体20108用于与UAV上的对应磁性表面(例如UAV上的其他磁体或磁性材料)接合；着陆区还被配置为足够薄以使得磁体20108的磁力到达位于着陆区2006上的UAV。如垂直双头箭头所示，多个磁体20108可构造为可移动，使得为了防止磁体20108的磁力从与UAV接合，磁体可以移动离开着陆区域2006的表面。这种移动允许UAV可以在着陆区上、周围和从着陆区移动，并且还可以固定到着陆区，例如在恶劣天气或电池交换期间。图20的配置也适用于电池装载区。

在包括着陆区和单独的电池装载区的一些实施方式中，着陆区可以仅专用于UAV着陆。在一些这样的实施方式中，UAV可以着陆在着陆区上，然后由人或者由诸如机器人手臂(例如，拾放机器人手臂)的机器人装置移动到电池装载区。电池装载区可以是用于在电池交换期间支持UAV的结构，如在此描述的那些交换。该配置可以包括支撑表面以及用于与UAV上的特征接合的对准特征，诸如，凹槽、通道、插槽或孔口。例如，图19示出示例电池装载区。如可见，电池装载区19102包括两个半圆形通道19104，其用于接收和支撑UAV的电池保持管，以及四个孔19106，其用于接收位于电池保持管上的销或其他对准特征。

电池更换系统还可以包括如下的各种传感器：用于检测着陆区域附近或着陆区域上的UAV的存在的传感器，在电池装载器和电池保持管的对准过程期间由对准器使用的传感器，以及由夹具使用的传感器。例如，为了检测在着陆区域上存在UAV，可以使用各种传感器和检测器(例如，图1中着陆区106上的传感器150)，诸如着陆区域上的压力传感器、RFID读取器、热辐射传感器、一个或多个相机或一个或多个激光器。另外，系统可以进一步用于使用传感器来检测UAV是否位于着陆区上；如果在着陆区域上检测到UAV，则该系统可以用于在这样的检测之后执行该UAV的电池保持管的装载和卸载。例如，对于对准过程，可以使用激光器和其他位置传感器，使得系统可以检测电池保持管的位置和方向，并且因此将电池装载器移动至与电池保持管对准。

在一些实施方式中，系统还可以用于检测靠近着陆区的UAV，例如，可以使用传感器以及其他通信设备，诸如短波无线电、RFID、红外或可见光发射器和传感器(例如，已知频率的中央闪光灯和已知颜色或已知闪烁的光，诸如100Hz闪烁的红光和30Hz闪烁的绿色光)、卫星通信、蓝牙、雷达等，使得UAV和系统可以相互通信，并且UAV可以向系统警告UAV正在接近并且将要执行电池交换。这些通信设备还可以使得UAV能够被系统识别，可以提供着陆引导以及着陆区的着陆条件，诸如风和温度，并且可以向UAV传达其被固定到着陆区并且发生电池交换以及UAV可以离开着陆区。

在一些实施例中，电池更换系统还可以包括电池储存器、电池运送器、电池充电器、光伏电池以及电池收集器中的至少一个。图15示出部分电池交换系统的示例示意图；图15旨在是本系统的一些方面的说明性表示。如可见，该系统包括位于着陆区1506上的电池保持管1502、电池装载器1504、电池储存器1556，电池运送器1558，电池充电器1560，光伏电池1562和电池收集器1564。电池储存器1556被配置为容纳并存储可由电池装载器1504装载到电池保持管1502中的一个或多个电池。电池储存器可以用于存储多种类型和尺寸的电池，并且用于检测位于着陆区上的UAV的电池保持管的兼容和适合的电池类型(例如，正确的尺寸和电压)，并将兼容电池装入该UAV的电池保持管中。

电池运送器1558用于将一个或多个电池从电池储存器1556运送到电池装载器1504，如图15中由代表性电池1528和电池运送器1558中的方向箭头所示。电池运送器1558可以包括使得其能够选择一个或多个电池并将其运送到电池装载器1504的各种装置和特征，例如电梯、皮带馈送运输系统或选择器臂。

电池收集器1564用于接收从电池保持管1502卸载出的一个或多个电池。这样的电池收集器可以以各种方式进行配置，并且可以是孔或槽、篮、捕集器(catcher)、圆柱体或不仅用于装载而且用于接收电池的相同的双重电池装载器。返回参考图1，系统100包括电池收集器164，其用于接收被卸载的电池。该电池收集器164与上述电池装载器104的相似之处在于其包括滑块136并且以类似的方式配置为使电池在平行于其中心轴线的方向移动通过其管。如图15所示，电池运送器1558还可以用于将电池1528从电池收集器1564移动到电池储存器1556。电池收集器1564也可以用于与电池保持管102对准，使得电池收集器1564可以接收从电池保持管102卸载的电池。这种对准可以如上所述进行。

电池充电器1560用于对系统的一个或多个电池进行充电。在一些实施例中，例如图15所示的实施例中，电池充电器1560用于对保持在电池储存器1556中的一个或多个电池进行充电。电池充电器1560可以包括对电池充电所必需的电接触、逆变器和其他电学部件。电池充电器1560可以从各种源(例如，一个或多个光伏电池1562、风力涡轮机、电池或电网)接收其电力。

在一些实施方式中，电池收集器可以是电池运送器和电池储存器的一部分。例如，电池收集器可以是电池收集管，其用于从电池保持管接收电池、被传送到电池储存器、并且位于电池储存器中，使得电池在电池收集器中时被充电并且将其输送到电池装载器，以使得充电的电池可以从电池收集管卸载并装载到电池装载器中。图21示出部分电池更换系统的另一示例示意图；这与图15类似，仅旨在作为代表性说明。如可见，电池收集器2164是用于如上所述从电池保持管接收电池的电池收集管。例如，电池装载器2104可以将充电电池装载到电池保持管2102中，由此同时卸载已经在电池保持管2102中的电池并且将这些电池推入电池收集管2164中。一旦电池2128被装载到电池收集管2164中，电池运送器(未示出)然后可以将电池收集管2164运送到电池储存器2156；电池运送器可以是在此如上所述的机器人手臂或其他输送型系统。

电池收集管2164可以被移动并定位在电池储存器2156内，使得电池充电器2160可以对位于电池收集管2164内的电池进行充电，而无需将电池从电池收集管2164中取出。电池收集管2164可以具有与上述电池保持管类似的电接触，其与电池收集管2164内部的电池进行电接触，以便电路可以在电池收集管2164中的电池之间完成。电池充电器2160可以具有多个槽或位置，这些槽或位置用于例如通过具有与电池收集管2164上的电连接点进行电连接的对应点接触点，并且与电池充电器2160完成电路，来接收电池收集管2164中的电池并且对电池充电。如图21所示，电池充电器2160包括四个槽，每个槽分别具有与电池收集管2164上的电连接点(未标识)电连接的正电连接器2161和负电连接器2163。

在充电之后，电池收集管2164内的电池可以被装载到电池装载器2104中。为此，系统可以将电池收集管输送出电池储存器并且使电池收集管内的电池移动到电池装载器中。例如，类似于上述的电池装载和卸载(例如，类似于从电池装载器到电池保持管，但是在这里从电池集管到电池装载器)，该系统可以使电池收集管2164与电池装载器2104对准，使得电池可以移动通过电池收集管2164并进入电池装载器。图22示出电池装载器的示例装载。可以看出，电池收集管2164与电池装载器2104对准，并且被配置为使得电池2128可以被电池推动器22112沿着电池收集管2233的中心轴线推动通过电池收集管2164并且进入电池装载器2104。电池收集管2164还可以具有带有第一开口的第一端2213和带有第二开口的第二端2215以促进该移动；电池收集管2164可以另外具有如上关于电池保持管所述的盖子。

在本公开的一些实施例中，系统可以包括多个电池交换站，该多个电池交换站用于如上所述交换一个或移动UAV的电池，这使得UAV能够行进的距离比如果它必须返回到其用于充电的起点更远，并且可以减少无线电在充电时可以处于空闲状态的时间。多个电池交换站可以位于不同的地理位置，使得UAV可以在站之间和站周围行进，类似于位于整个城市或沿着高速公路的加油站。

该系统可以包括特征和利用技术来跟踪系统内电池的位置，跟踪哪些电池位于哪个UAV中，跟踪UAV的位置，以及跟踪提供给系统内每个电池的电量。例如，该系统可以用于跟踪哪些电池已经被装载到特定的UAV中，该UAV的位置，电池从该UAV卸载的位置以及由该UAV消耗的电荷。拥有或操作该UAV的公司可以因使用电池交换站以及该UAV使用的电量而被收取费用。另外，本系统的UAV可以包括一个或多个标准化的电池保持管，如上所述，使得与该系统兼容的任何UAV可以在任何电池交换站处交换其电池。

图16示出包括多个电池交换站的示例系统。系统1674示出了两个电池交换站1768A和1768B、数据库1678和UAV 1608。UAV 1608与电池交换站1768A和GPS卫星1680进行无线通信，电池交换站1768A和1768B彼此无线通信以及与数据库1678无线通信，并且电池交换站1768A与GPS卫星通信1680进行通信。该无线通信使得UAV能够提醒电池交换站1768其到达并请求电池交换，使UAV能够定位电池交换站，使得电池交换站能够向数据库传送各种信息，该信息可以包括维护和服务信息、电池储存器中的电池数量、在特定时间段内已经经历电池交换的UAV的数量、电池储存器中每个电池的充电信息、以及装载到UAV的电池数量(包括到哪些UAV中，如由A公司和B公司运营的那些)。

每个电池交换站可以包括上面关于图1-14描述的电池交换系统的部分或全部特征；因此其中描述的电池交换系统可以被认为是电池交换站。图17示出与图1中所示的电池交换系统相似的示例电池交换站。如可见，电池交换站1768可以包括着陆区1706、用于将电池装载到和从UAV卸载电池的电池交换器1770(像电池装载器104)、用于存储一个或多个UAV的电池的电池储存器1756、第一电池运送器1758(包括支撑臂1744)、电池充电器1760(在电池储存器1756内示意性地示为虚线框)、用于向电池充电器1760供电的一个或多个光伏电池1762、电池收集器1764和第二电池运送器1772(其可以是另一支撑臂，如支撑臂1744)；这些元件与上文所述的元件相似，包括图15的系统。

该系统可以被配置为每个电池交换站能够使用用于与UAV通信的通信装置来与UAV通信，以便于交换UAV的电池，包括使得UAV能够定位电池交换站。通信装置可以包括天线1766并且用于经由任何合适的无线或有线通信方法和/或协议(诸如，经由无线电波、蓝牙或卫星)进行通信。每个电池交换站的通信装置还可以用于经由有线和/或无线连接和协议与其他电池交换站和其他电子设备(诸如，移动设备、计算机、GPS卫星和数据库)进行通信。

每个电池交换站还可以包括控制器1776，控制器1776可以用于控制电池交换器1770、第一电池运送器1758、电池充电器1760、第二电池运送器1772和通信装置。控制器1776可以包括存储器和一个或多个处理器，其可以存储用于控制电池控制站的各方面的控制逻辑，诸如使电池交换器1770在装载区1706中卸载电池并将电池装载到UAV中，使第一电池运送器1758将一个或多个电池从电池存储器1756运送到电池交换器1770，使第二电池运送器1772将一个或多个电池从电池收集器1764运送到电池存储器1756，并使电池充电器1760为电池存储器1756中的一个或多个电池充电。

控制器1776可以包括至少一个存储器设备，一个或多个大容量存储设备，以及一个或多个处理器，其可以包括一个或多个CPU、ASIC、(多个)通用计算机和/或(多个)特定用途计算机的、一个或多个模拟和/或数字输入/输出连接、一个或多个步进电机控制器板等。控制器1776还可以在处理器上执行机器可读系统控制指令，并且系统控制指令可以包括用于如上所述地控制电池交换站的指令，并且可以以任何合适的方式进行配置，并且可以通过软件来实现；在其他实施方式中，指令可以实现在硬件中-例如，硬编码为ASIC(专用集成电路)中的逻辑，或者在其他实施方式中，实现为软件和硬件的组合。在一些实现中，系统控制软件可以包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制指令。在一些实施方式中，可以存在与控制器1776相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕，图形软件显示器，以及诸如指向设备、键盘和触摸屏的用户输入设备。

在一些实施方式中，如上所述，电池交换站1768还可以包括传感器1750，该传感器1750用于检测UAV是处于着陆区1706中或者在着陆区1706附近。控制器1776可以包括用于接收来自传感器1750的传感器数据并且基于该传感器数据来确定UAV处于着陆区中的控制逻辑以及用于基于该传感器数据使得UAV的电池保持管装载和卸载的控制逻辑。

系统的每个电池交换站1768还可以包括电池跟踪器，其用于确定装载到UAV上的每个电池。这可以使系统能够跟踪每个电池和/或拥有该电池的UAV的位置。电池跟踪器可以具有各种配置，诸如读取位于每个电池上的RFID标签的RFID读取器或读取位于每个电池上的条形码的条形码扫描器。控制器1776还包括用于在存储器上存储与确定装载在UAV上的每个电池的确定相关联的信息的控制逻辑(例如，装载的电池的类型、装载的电池的品牌和型号、每个电池的电量级别、装载的电池数量、电池的拥有者、UAV的拥有者、无人飞行器的目的地以及UAV的品牌和型号)。控制器1776还可以包括用于将该信息发送到数据库的控制逻辑，使得可以存储和跟踪该信息。

控制器1776也可以包括如下的控制逻辑：用于确定传送到电池储存器1756中的每个电池的充电量，并且向数据库1678发送与递送到电池储存器1758中的每个电池的充电量相关联的信息。该信息可以是递送的电量、该充电的电力来源(例如，太阳能、风能、电网)、电池的拥有者、被卸载电池来自的UAV的拥有者、与卸载电池来自的UAV相关联的账户。

控制器1776还可以用于使得对从UAV卸载的电池执行诊断，诸如对使用的电荷的分析以及该电荷是高于还是低于特定的电池使用阈值。例如，在一些实施方式中，控制器1776可以用于基于UAV的操作诊断，并基于与位于UAV上的其他电池进行使用比较，来确定来自UAV的每个电池使用的电量的量以及电池是否损失比预期的更多的电量。此外，这些信息可以存储在数据库中，也可以传送给该特定UAV的拥有者或操作员的账户。

在一些实施方式中，系统还可以包括固定或安全特征以在恶劣天气期间固定和保护UAV。例如，当天气条件可能禁止UAV的安全飞行时，UAV可以着陆在着陆区上，并且可以通过如上所述的夹具将UAV固定到着陆区，以防止UAV在恶劣的天气期间被移动。

在一些实施方式中，着陆区还可以包括用于保护UAV免受恶劣天气影响的安全特征，例如围绕UAV的一些或全部的穹顶或障碍墙。

还应该注意的是，包括图1-14的电池交换系统的每个电池交换站可以包括多于一个的着陆区，使得多个UAV可以位于该电池交换站处。在这样的实施方式中，电池交换站可以用于将具有不同尺寸的电池装入和卸载可以具有不同直径和长度的电池保持管的UAV。

在一些实施方式中，上述系统可以采用各种技术来执行电池交换。图18示出用于执行电池交换的示例技术的流程图。在框1890中，由电池交换站接收执行UAV上的电池保持管的电池交换的指令。该指令可以从已经检测到着陆区上存在UAV的传感器或从UAV或者两者接收。在框1892中，位于电池保持管内的一个或多个电池被卸载，并且在框1894中，如上所述，将一个或多个电池装载到电池保持管中。装载和卸载技术可以改变，甚至可以同时发生，如上面在图6-14中所讨论的。

在可选框1896中，也可以如上所述在电池装载器和电池保持管之间进行对准。例如，这可能涉及在电池保持管保持静止时移动电池装载器与电池保持管对准。在另一可选框1898中，为了卸载电池，电池保持管的一个或多个盖子可以打开，并且类似地，在可选块18100中，在将电池装入电池保持管之后电池保持管的一个或多个盖子可以关闭，如上所述。

在一些实施方式中，电池交换技术还可以包括上面包括的那些动作和描述，诸如从电池保持管接收电池并将电池从电池保持管运送到电池存储器，对电池储存器中的电池充电，将电池从电池储存器运送到电池保持管，与UAV通信以接收来自UAV的信息(诸如，执行电池交换的指令)并向UAV传送信息(诸如着陆区是否可用)，与数据库通信以传送和接收信息(例如，无人飞行器的拥有者、电池的拥有者、装载到UAV和从UAV卸载的电池的数量、提供给装入UAV和从UAV卸载的电池的电量、以及提供给UAV电量的电源电池；该信息可以由电池交换站收集和存储)，并与其他电池交换站通信。

本发明既不限制于任何单个方面或实施例，也不限制于这些方面和实施例的任何单个组合或置换。然而，本发明或其实施方式的每个方面可以单独或者与一个或多个其他方面和其实施方式相结合地被使用。为了简洁起见，这些置换和组合中的许多将不在本文中单独讨论或说明。

Claims (10)

1.一种用于交换无人飞行器的电池的系统，所述系统包括：

电池保持管，所述电池保持管位于所述无人飞行器上并且包括具有第一开口的第一端和具有第二开口的第二端；以及

电池装载器，其用于：

使得圆柱形电池通过所述第一端的第一开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上移入所述电池保持管，其中所述圆柱形电池的中心轴线平行于所述电池保持管的中心轴线，以及

使得所述圆柱形电池通过所述第二端的第二开口在平行于电池保持管的中心轴线的方向上从所述电池保持管移出，其中所述圆柱形电池的中心轴线平行于所述电池保持管的中心轴线。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括对准器，所述对准器用于使得所述电池保持管和所述电池装载器对准，从而当所述电池装载器使得所述圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于所述电池保持管的中心轴线的方向上移入所述电池保持管时，所述圆柱形电池的中心轴线与所述电池保持管的中心轴线基本共轴。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述对准器进一步用于使得所述电池装载器相对于所述电池保持管移动从而使得所述电池保持管和所述电池装载器对准。

4.根据权利要求1所述的系统，所述电池装载器进一步用于使得所述圆柱形电池在平行于所述电池保持管的中心轴线的方向上移动通过所述电池保持管，其中所述圆柱形电池的中心轴线平行于所述电池保持管的中心轴线。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

着陆区，其用于接收所述无人飞行器；以及

夹具，其中所述夹具用于固定所述电池保持管相对于所述着陆区的位置。

6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括传感器，所述传感器用于检测所述着陆区中的无人飞行器的存在，其中所述电池装载器用于当在所述着陆区中检测到无人飞行器时，使得所述圆柱形电池通过第一端的第一开口在平行于所述电池保持管的中心轴线的方向上移入所述电池保持管中，其中所述圆柱形电池的中心轴线平行于所述电池保持管的中心轴线。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池保持管还包括第一盖子和第二盖子，其中：

第一盖子具有带有第一电接触的第一内表面，并且配置为处于第一打开位置和第一关闭位置。

在所述第一打开位置，第一盖子不阻挡所述电池保持管的第一开口，

在所述第一关闭位置，第一盖子被固定到所述电池保持管，从而当沿着所述电池保持管的中心轴线观察时，第一盖子与第一开口重叠，并且第一电接触用于与所述电池保持管内的圆柱形电池进行电接触，

第二盖子具有带有第二电接触的第二内表面，并且配置为处于第二打开位置和第二关闭位置，

在所述第二打开位置，第二盖子不会阻挡所述电池保持管的第二开口，

在所述第二关闭位置，第二盖子被固定到所述电池保持管，从而当沿着所述电池保持管的中心轴线观察时，第二盖子与第二开口重叠，并且第二电接触用于与所述电池保持管内的圆柱形电池进行电接触。

8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括盖子致动器，其用于：

使得所述第一盖子在所述第一关闭位置和所述第一打开位置之间移动，以及

使得所述第二盖子在所述第二关闭位置和所述第二打开位置之间移动。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池保持管是所述无人飞行器的着陆滑撬。

10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括第二电池保持管，所述第二电池保持管作为所述无人飞行器的另一着陆滑撬，并且包括具有第三开口的第三端和具有第四开口的第四端，其中所述电池装载器进一步用于：

使得所述圆柱形电池通过所述第三端的第三开口在平行于所述第二电池保持管的中心轴线的方向上移入所述第二电池保持管中，其中所述圆柱形电池的中心轴线平行于所述第二电池保持管的中心轴线，以及

使得所述圆柱形电池通过所述第四端的第四开口在平行于所述第二电池保持管的中心轴线的方向上将所述圆柱形电池移出所述第二电池保持管，其中所述圆柱形电池的中心轴线平行于所述第二电池保持管的中心轴线。