CN109969396A - 用于航空器的操纵系统和方法 - Google Patents

用于航空器的操纵系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109969396A
CN109969396A CN201811478107.1A CN201811478107A CN109969396A CN 109969396 A CN109969396 A CN 109969396A CN 201811478107 A CN201811478107 A CN 201811478107A CN 109969396 A CN109969396 A CN 109969396A
Authority
CN
China
Prior art keywords
workpiece
end effector
actuator
hoisting mechanism
joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811478107.1A
Other languages
English (en)
Inventor
W·博斯沃思
D·R·詹森
J-W·蔡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aurora Flight Sciences Corp
Original Assignee
Aurora Flight Sciences Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aurora Flight Sciences Corp filed Critical Aurora Flight Sciences Corp
Publication of CN109969396A publication Critical patent/CN109969396A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0028—Gripping heads and other end effectors with movable, e.g. pivoting gripping jaw surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0206—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers
    • B25J15/0213—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers actuated by gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/106—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links
    • B25J9/1065—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with articulated links with parallelograms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/19—Propulsion using electrically powered motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
    • B64U20/70—Constructional aspects of the UAV body
    • B64U20/77—Constructional aspects of the UAV body the body being formed integrally with wings or rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/25—UAVs specially adapted for particular uses or applications for manufacturing or servicing
    • B64U2101/26—UAVs specially adapted for particular uses or applications for manufacturing or servicing for manufacturing, inspections or repairs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30—UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00—UAVs characterised by their flight controls
    • B64U2201/20—Remote controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/31—Supply or distribution of electrical power generated by photovoltaics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/34—In-flight charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/37—Charging when not in flight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/30—Supply or distribution of electrical power
    • B64U50/39—Battery swapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U60/00—Undercarriages
    • B64U60/50—Undercarriages with landing legs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及用于航空器的操纵系统和方法。提供航空器对工件的高精度操纵的工件操纵系统。该工件操纵系统包括与航空器耦接的提升机构、末端执行器、和处理器。该提升机构包括使提升机构相对于航空器延伸或缩回的一个或多个关节致动器。该末端执行器包括控制末端执行器操纵工件的操作的末端执行器致动器。该处理器与航空器处理器通信地耦接，并且被配置以控制末端执行器致动器和一个或多个关节致动器的操作。在操作中，该处理器向航空器提供反馈。

Description

用于航空器的操纵系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及航空器系统，更具体地涉及能够高精度操纵、运输、和安放工件的航空器和航空器系统。
背景技术
机器人臂已被证实在有限的监管下全天候准确地操作(一般在初始编程之后需要极少操作员交互)。近几十年来，机器人自动化已经发展到能够利用机器人臂高度可靠、毫米精度地拾取和放置工件。虽然机器人臂已发展到高度可靠和有效，但其具有多个缺点。例如，机器人臂还昂贵，占据宝贵的设施不动产，并且由于其局限于被栓接到地板或坐乘在轨道上，单个设施通常需要多个机器人臂彼此相邻安装以服务连续生产线。在某些行业中，工件的精度抓取和安放是重要的。例如，湿实验室(wet-lab)自动化需要能够以毫米精度操纵微平板(例如，微量滴定板)，这传统上利用栓接到地面或布置在刚性线性轨道上的机器人臂进行。
与可能耗资数百或数千美元的高精度机器人臂相比，具有感知和相当运输能力的无人机(“UAV”)便宜一个数量级。事实上，商用低成本UAV开发是活跃且发展中的行业，其中UAV技术已被证明是对于涉及情报、监视、侦察、和有效载荷递送的任务剖面图有价值的工具。UAV公司持续推出具有更多能力的UAV，并且最近，UAV已被用于操纵和运输工件。例如，Amazon最近推出了Amazon Prime AirTM，其是基于UAV的、被设计以给客户安全递送包裹的递送系统。
当前这代的低成本商用现货(COTS)UAV(即，消费UAV(consumer UAVs))已经能够执行相对安全的室内操作。因此，UAV是仓库、工厂、和实验室中代替机器人臂的极好候选者，其可在给定设施内提供工件的自动化和运输。然而，现有的消费UAV具有空气动力不稳定性和不精确性，使得这种UAV不能够精确抓取和安放。事实上，现代消费UAV以大约几十厘米的精度悬停，这还可能因接近墙壁和桌子、臂动作、以及臂与环境之间的机械互动而强烈受到影响。
因此，需要装备有臂和末端执行器、能够在环境(例如，室内环境)中高精度操纵、运输、和安放工件的UAV。还需要能够改装UAV以弥补这种空气动力不稳定性和不精确性以提供增加端点精确性(endpoint-accuracy)的工件操纵系统。如将公开，工件操纵系统(a)增强UAV的有效端点精确性，和(b)制约由末端执行器(例如，抓取器)和环境之间的互动引起的机械力如何反弹到UAV的飞行动力学上。
发明内容
本文公开了能够高精度操纵、运输、和安放工件的航空器和航空器系统，包括用于航空器的工件操纵系统等。
根据第一方面，提供工件高精度操纵的航空工件操纵系统包括：机体；自机体径向延伸的多个旋翼构架；多个推进器，所述多个推进器每一个均定位在所述多个旋翼构架中的一个旋翼构架的远端，并且电耦接到由航空器处理器控制的电子速度控制器(ESC)；耦接于机体的提升机构(提起机构，lifting mechanism)，其中提升机构包括一个或多个关节致动器，以使提升机构相对于机体延伸或缩回；耦接于提升机构的末端执行器，其中末端执行器包括末端执行器致动器，以控制末端执行器操纵工件的操作；以及第二处理器，该第二处理器与航空器处理器通信地耦接并且被配置以控制末端执行器致动器和所述一个或多个关节致动器的操作。
根据第二方面，用于航空器以提供工件高精度操纵的工件操纵系统包括：与航空器耦接的提升机构，其中提升机构包括一个或多个关节致动器，以使提升机构相对于航空器延伸或缩回；耦接于提升机构的末端执行器，其中末端执行器包括末端执行器致动器，以控制末端执行器操纵工件的操作；以及处理器，该处理器与航空器处理器通信地耦接并且被配置以控制末端执行器致动器和所述一个或多个关节致动器的操作。
在某些方面，提升机构是四杆连接体，其具有通过四个连接关节成环连接的四个连接杆。
在某些方面，提升机构经由安装结构在第一连接关节处耦接于机体。
在某些方面，一个或多个关节致动器被配置以使四个连接杆中的至少一个关于(about)第一连接关节的旋转轴枢转。
在某些方面，一个或多个关节致动器包括第一关节致动器和第二关节致动器，其中第一关节致动器被配置以使四个连接杆中的一个关于第一连接关节的旋转轴枢转，并且第二关节致动器被配置以使四个连接杆中另一个关于第一连接关节的旋转轴枢转。
在某些方面，提升机构经由安装结构可拆卸地耦接于机体。
在某些方面，提升机构经由安装结构可旋转地耦接于机体的下侧表面。
在某些方面，安装结构是万向架系统(gimbal system)。
在某些方面，安装结构是U形托架。
在某些方面，末端执行器致动器和一个或多个关节致动器每一个均包括无刷DC可反向驱动马达(brushless DC back-driveable motor)。
在某些方面，末端执行器经由臂构架耦接于提升机构。
在某些方面，臂构架是伸缩式臂构架。
在某些方面，末端执行器包括一个或多个反馈传感器，以向第二处理器提供反馈数据。
在某些方面，末端执行器包括与第二处理器通信地耦接的光学模块。
在某些方面，光学模块包括第一红外(IR)摄影机和IR激光投影仪。
在某些方面，光学模块包括与第一IR摄影机间隔开的第二IR摄影机。
在某些方面，光学模块进一步包括RGB(红/绿/蓝)摄影机。
在某些方面，末端执行器包括与第二处理器通信地耦接的压力传感器。
在某些方面，压力传感器嵌入铸塑橡胶中。
在某些方面，压力传感器定位在末端执行器的下侧表面上。
在某些方面，压力传感器被配置以在工件被定位在稳定表面上时检测稳定表面。
在某些方面，末端执行器包括多个基准标记，以协助确定末端执行器的位置。
在某些方面，第二处理器经由光学模块被配置以跟踪多个基准标记。
在某些方面，末端执行器与提升机构可拆卸地耦接，以使末端执行器能够与另一末端执行器交换。
根据第三方面，用于航空器以提供工件高精度操纵的工件操纵系统包括：末端执行器，其被塑形以将工件朝向末端执行器引导；以及与航空器耦接的提升机构，其中提升机构包括一组接合腿，每一个所述接合腿包括第一连杆(link)，第一连杆枢转地耦接第二连杆，其中末端执行器耦接于每个接合腿，其中提升机构被配置以在末端执行器接触稳定表面时相对于航空器被动地延伸或缩回，其中线性弹性元件(spring element)将第一连杆的一部分与第二连杆的一部分耦接。
50.权利要求49所述的工件操纵系统，其中每个接合腿被配置以独立地移动，以允许航空器从一侧向另一侧移动，同时保持末端执行器和稳定表面之间的接触。
在某些方面，线性弹性元件是橡胶筋。
在某些方面，线性弹性元件是金属弹簧。
在某些方面，末端执行器被塑形以限定漏斗特征，以将工件朝向末端执行器引导。
在某些方面，末端执行器被枢转地耦接于每个接合腿。
本发明的实施方式涉及提供工件高精度操纵的航空工件操纵系统，该航空工件操纵系统可包括机体；自机体径向延伸的多个旋翼构架；多个推进器，所述多个推进器每一个均定位在所述多个旋翼构架中的一个旋翼构架的远端，并且电耦接于可被航空器处理器控制的电子速度控制器(ESC)；耦接于机体的提升机构，其中提升机构包括一个或多个关节致动器，以使提升机构相对于机体延伸或缩回；耦接于提升机构的末端执行器，其中末端执行器包括末端执行器致动器，以控制末端执行器操纵工件的操作；以及第二处理器，第二处理器与航空器处理器通信地耦接并且被配置以控制末端执行器致动器和所述一个或多个关节致动器的操作。提升机构可以是四杆连接体，其具有通过四个连接关节成环连接的四个连接杆。这可以提高可靠性。提升机构可经由安装结构在第一连接关节处耦接于机体，并且其中一个或多个关节致动器可被配置以使四个连接杆中的至少一个关于第一连接关节的旋转轴枢转。一个或多个关节致动器包括第一关节致动器和第二关节致动器，其中第一关节致动器可被配置以使四个连接杆中的一个关于第一连接关节的旋转轴枢转，并且第二关节致动器可被配置以使四个连接杆中的另一个关于第一连接关节的旋转轴枢转。末端执行器致动器和所述一个或多个关节致动器中的至少一者包括无刷DC可反向驱动马达。这将增强操作。末端执行器可包括一个或多个反馈传感器以向第二处理器提供反馈数据。末端执行器可包括光学模块，该光学模块可与第二处理器通信地耦接。末端执行器可包括压力传感器，该压力传感器可与第二处理器通信地耦接。末端执行器可包括多个基准标记，以协助确定末端执行器的位置。
本发明的另一实施方式涉及用于航空器以提供工件高精度操纵的工件操纵系统，该工件操纵系统包括与航空器耦接的提升机构，其中提升机构包括一个或多个关节致动器，以使提升机构相对于航空器延伸或缩回；耦接于提升机构的末端执行器，其中末端执行器包括末端执行器致动器，以控制末端执行器操纵工件的操作；以及处理器，该处理器与航空器处理器通信地耦接并且被配置以控制末端执行器致动器和所述一个或多个关节致动器的操作。提升机构可以是四杆连接体，该四杆连接体具有通过四个连接关节成环连接的四个连接杆。提升机构可被配置以经由安装结构在第一连接关节处与航空器耦接。所述一个或多个关节致动器可被配置以使四个连接杆中的至少一个关于第一连接关节的旋转轴枢转。权利要求12所述的工件操纵系统，其中一个或多个关节致动器包括第一关节致动器和第二关节致动器，其中第一关节致动器可被配置以使四个连接杆中的一个关于第一连接关节的旋转轴枢转，并且第二关节致动器可被配置以使四个连接杆中的另一个关于第一连接关节的旋转轴枢转。权利要求10所述的工件操纵系统，其中提升机构可被配置以经由安装结构可拆卸地耦接于航空器。末端执行器可包括光学模块，该光学模块可与处理器通信地耦接。光学模块包括第一红外(IR)摄影机、IR激光投影仪、和可与第一IR摄影机间隔开的第二IR摄影机。权利要求17所述的工件操纵系统，其中所述光学模块进一步可包括RGB(红/绿/蓝)摄影机。末端执行器可包括压力传感器，该压力传感器可与处理器通信地耦接。末端执行器可与提升机构可拆卸地耦接，以使末端执行器能够与另一末端执行器交换。
用于航空器以提供工件高精度操纵的工件操纵系统，该工件操纵系统可包括：末端执行器，该末端执行器被塑形以将工件朝向末端执行器引导；以及与航空器耦接的提升机构，其中提升机构可包括一组接合腿，每个所述接合腿可包括第一连杆，该第一连杆枢转地耦接第二连杆，其中末端执行器可耦接于每个接合腿，其中提升机构可被配置以在末端执行器接触稳定表面时相对于航空器被动地延伸或缩回，其中线性弹性元件将第一连杆的一部分与第二连杆的一部分耦接。接合腿中的至少一个可被配置以独立地移动，以允许航空器从一侧向另一侧移动，同时保持末端执行器和稳定表面之间的接触。末端执行器可被塑形以限定漏斗特征，以将工件朝向末端执行器引导。这可增强性能。末端执行器可被枢转地耦接于每个接合腿。
附图说明
本文所述的装置、系统、和方法的前述和其他目的、特征、和优点将通过以下对其具体实施方式的描述而显而易见，如附图中示例，其中同样的参考编号指代同样的结构。附图不一定要按比例，而是重点放在示例本文所述的装置、系统、和方法的原理上。
图1a示例实例多旋翼垂直起飞和着陆(VTOL)UAV。
图1b示例用于图1a的VTOL UAV的实例航空器控制系统的框图。
图2a至2c示例装备有实例工件操纵系统的图1a的UAV。
图3示例物理抓取工件的实例末端执行器。
图4示例用于工件操纵系统的集成架构的实例图。
图5a至5c示例在其朝向工件移动(行进，travel)和抓取工件时的UAV的实例操作。
图6a至6d示例与UAV一起使用的实例被动工件操纵系统。
具体实施方式
下文将参考附图描述本发明的优选实施方式。附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点放在清楚地示例本实施方式的原理上。例如，为了清楚和方便描述，元件的尺寸可被夸大。此外，只要有可能，相同的参考编号贯穿附图用于指代实施方式的相同或同样的元件。在以下描述中，没有详细描述公知的功能或构造，因为其可能作为不必要的细节而使本发明难以理解。说明书中的语言都不应被解释为表示任何未主张的要素对实施方式的实践是至关重要的。
除非本文另有说明，本文对数值范围的记载不意图是限制性的，而是个体地指代落入该范围内的任何和所有数值，并且这种范围内的每个单独数值被并入说明书，如同其个体地被记载于本文中。词语“约”、“大约”或类似词语在伴随数值时将被解释为表示本领域普通技术人员将理解的、满足预期目的操作偏差。数值范围和/或数值在本文中仅被提供作为实例，并且不构成对所述实施方式的范围的限制。本文提供的任何实例或示例性语言(“例如”、“如”、或类似语言)的使用，仅旨在更好地说明实施方式，而不是对实施方式的范围造成限制。说明书中语言都不应被解释为表示任何未主张的要素对实施方式的实践是至关重要的。
在以下描述中，理解术语如“第一”、“第二”、“上”、“下”、“侧”、“前”、“后”、和类似术语是方便性用词，并且不应解释为限制性术语。本文提供的各种数据值(例如，电压、秒数等)可被一种或多种其他预定数据值替代，并且因此不应视为是限制性的，而是示例性的。对于本公开，以下术语和定义将适用：
术语“航空运载工具”和“航空器”指代能够飞行的机器，包括但不限于，固定翼航空器、无人机(无人航空运载工具)、可变翼航空器、和垂直起飞和着陆(VTOL)航空器。
术语“和/或”意为列表中由“和/或”连接的项目中的任意一个或多个。作为实例，“x和/或y”意为三元素组{(x)、(y)、(x、y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”意为“x和y中的一个或两个”。作为另一实例，“x、y和/或z”意为七元素组{(x)、(y)、(z)、(x、y)、(x、z)、(y、z)、(x、y、z)}中的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”意为“x、y和z中的一个或多个”。
术语“电路”和“电路系统”指代物理电子部件(例如，硬件)和可配置该硬件、通过该硬件执行，和或以其他方式与该硬件关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所用，例如，具体的处理器和存储器在执行第一组的一行或多行代码时可包括第一“电路”，并且在执行第二组的一行或多行代码时可包括第二“电路”。如本文所用，电路系统是“可操作的”，从而只要电路系统包括执行某个功能所需的硬件和代码(若任一者必要)时就执行该功能——不论该功能的执行是否被禁用或未被启用(例如，通过用户可配置的设置、出厂预设(factory trim)等)。
如本文所用，术语“通信”和“通信的”包括将数据从来源传输到目的地，和将数据递送到通信介质、系统、信道、网络、装置、电线、电缆、纤维、电路、和/或链路以传输到目的地。如本文所用的术语“通信”意为如此传输或递送的数据。如本文所用的术语“通信”包括通信介质、系统、信道、网络、装置、电线、电缆、纤维、电路、和/或链路中的一个或多个。
如本文所用的术语“耦接”、“耦接于”和“与……耦接”均意为两个或更多个装置、设备、文件(file)、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统、和/或工具(means)之间(between或among)的关系，构成下列中的任意一个或多个：(i)连接，无论直接还是通过一个或多个其他装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统、或工具；(ii)通信关系，无论直接还是通过一个或多个其他装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统、或工具；和/或(iii)功能关系，其中任何一个或多个装置、设备、文件、电路、元件、功能、操作、过程、程序、介质、部件、网络、系统、子系统、或工具的操作全部或部分取决于其中任何一个或多个他者(others)的操作。
如本文所用的术语“数据”意为任何标记(indicia)、信号、标志、符号、域、符号集、表示、和表示信息的任何其他一种或多种物理形式——无论是永久的还是暂时的、无论是可见的、可闻的、声学的、电的、磁的、电磁的、还是以其他方式表现的。术语“数据”用于以一种物理形式表示预定的信息，包括相应信息以一种或多种不同物理形式的任何和所有表示。
如本文所用的术语“数据库”意为相关数据的组织体——不论数据或其组织体的表示方式。例如，相关数据的组织体可以是以表格、作图、网格、包(packet)、数据报、框架、文件、电子邮件、消息、文档、报告、列表中的一种或多种为形式，或是任何其他形式。
术语“示例性”意为“充当实例、案例或示例”。本文所述的实施方式不是限制性的，而仅是示例性的。应理解，描述的实施方式不一定被解释为相对于其他实施方式是优选的或有益的。此外，术语“本发明的实施方式”、“实施方式”或“发明”不要求本发明的所有实施方式都包括所讨论的特征、优点或操作模式。
术语“存储器装置”意为存储供处理器使用的信息的计算机硬件或电路系统。存储器装置可以是任何适当类型的计算机存储器或任何其他类型的电子存储介质，如，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、高速缓存存储器(cache memory)、压缩盘只读存储器(CDROM)、电光存储器、磁光存储器、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、计算机可读介质、或类似物。
如本文所用的术语“网络”包括所有类型网络和互联网网络(inter-network)，包括因特网，并且不限于任何具体网络或互联网网络。
术语“处理器”意为处理装置、设备、程序、电路、部件、系统、和子系统，无论是以硬件、有形体现的软件、还是两者实施，并且无论其是否是可编程的。术语“处理器”包括但不限于，一个或多个计算装置、硬连线电路、信号修饰装置和系统、用于控制系统的装置和机器、中央处理单元、可编程装置和系统、现场可编程门阵列、专用集成电路、芯片上系统、包括离散元件和/或电路的系统、状态机、虚拟机、数据处理器、处理设施、和前述任意种的组合。处理器可以例如是任何类型的通用微处理器或微控制器、数字信号处理(DSP)处理器、专用集成电路(ASIC)。处理器可耦接于或集成于存储器装置。
本文公开了被配置以经由工件操纵系统实现工件毫米精度抓取和安放的航空器。工件操纵系统的端点精确性可通过利用末端执行器和静态工件(或其他稳定表面)之间的接触而大幅增强。可以理解，端点精确性指代臂构架206的远端(例如，末端执行器210)在靶向和啮合工件214方面的精确性。例如，工件操纵系统可被设计以安装在万向架上并且能够提供稳定化航空器位置所需的反馈，这减轻了对航空器制造商的依赖并且拓宽了未来的商用能力。该工件操纵系统以多种方式使传统UAV精确性和抓取增强。第一，该工件操纵系统通过造成与稳定表面接触和作用形成(acting as)末端执行器和UAV之间的悬浮(suspension)而减少悬停变动的影响。第二，提升机构和末端执行器通过各种反馈传感器为UAV提供关于环境和工件的信息，以引导UAV接近工件。
如将论述，工件操纵系统可被配置为改装系统以附接到能够承载其系统重量的任何航空器，形成不断改进的可用于未来使用的低成本航空器。工件操纵系统可包括单独的处理器以指挥航空器的控制器进行调度以有助于工件的精确拾取和安置(pick-and-placement)。本公开的工件操纵系统可与各种航空器配置联用，包括多旋翼消费VTOL UAV等。
适用于工件操纵系统的航空器包括图1a中示例的多旋翼VTOL UAV 100。如示，UAV100总体上包括机体102(例如，机身或其他结构)、自机体102径向延伸的多个旋翼构架104(例如，纵向构架)、起落架110、和多个推进器108。虽然贯穿附图示例了多旋翼VTOLUAV，但本公开的教导可同样适用于其他航空器，包括固定翼航空器。
机体102可与多个旋翼构架104中的每一个的近端耦接，使得所述多个旋翼构架104的远端自机体102径向延伸。机体102和多个旋翼构架104可作为一个单元制造，或作为彼此耦接的独立(分离，separate)部件制造。多个旋翼构架104中的每一个的远端可与推进器108耦接，每个推进器108被示例为耦接到螺旋桨108b并且被配置以驱动/旋转螺旋桨108b的升力马达108a。所述多个推进器108中的每一个被定位在旋翼构架104的远端，并且被定向以使推力方向向下(相对于机体102)。升力马达108a可以是经由电子速度控制器(ESC)106控制的电动马达。因此，ESC 106也可被提供于例如邻近升力马达108a以及集成(或以其他方式耦接)于旋翼构架104的远端。虽然UAV 100被示例为具有六个推进器108(即，六旋翼航空器)，但本领域技术人员将理解可采用更多的或更少的推进器108以实现期望的功能，并且例如取决于推力需求。
虽然升力马达108a被示例在每个构架104的远端，但升力马达108a(或单个升力马达108a)可取而代之被定位于机体102并且被配置以经由升力马达108a和一个或多个螺旋桨108b之间的变速箱(gearbox)和/或驱动轴来驱动(旋转)所述一个或多个螺旋桨108b。进一步，虽然各构架104被示例为仅具有单个推进器108，但多个推进器108可被提供在各构架104的远端。例如，横向构件(cross-member)可被定位在各构架104的远端并且被布置以使推进器108彼此间隔(例如，垂直于构架104的长度)或者以其他方式防止螺旋桨108b之间的干涉(例如，交错/重叠配置)。UAV 100的部件可由金属、复合材料、或其组合制造。为了防止机械干涉工件操纵系统，起落架110可包括沿UAV 100的外周定位的多个柱(例如，在每个构架的远端)。起落架110的柱和多个旋翼构架104可作为一个单元制造，或作为彼此耦接的独立部件制造。
图1b示例了用于UAV 100的实例航空器控制系统的框图。航空器控制系统被配置以控制UAV 100的各种航空器部件和功能。如示，UAV 100包括与至少一个存储器装置118通信地耦接的一个或多个航空器处理器116、工件操纵系统114、飞行控制器120、无线收发器122、和导航系统124。航空器处理器116可被配置以至少部分基于存储于存储器装置118(例如，硬盘驱动器、闪存或类似物)的指令(例如，软件)和一个或多个数据库来执行一个或多个操作。
航空器控制系统可进一步包括其他期望的服务装置(services)，如无线收发器122，其与天线112耦接以在UAV 100和远程装置130(例如，便携式电子装置，如智能电话、平板电脑、和笔记本计算机)或其他控制器(例如，基站)之间通信数据。例如，UAV 100可在网络128上与远程装置130通信数据(已处理数据、未处理数据等)。在某些方面，无线收发器122可被配置以利用一个或多个无线标准进行通信，如蓝牙(例如，工业、科学、和医疗(ISM)频带中2.4至2.485GHz的短波长超高频(UHF)无线电波)、近场通信(NFC)、Wi-Fi(例如，Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)的802.11标准)等。远程装置130可促进对UAV 100及其有效载荷(一个或多个)(包括工件操纵系统114和ISR有效载荷126)的监视和/或控制。
航空器处理器116可以可操作地耦接到飞行控制器120，以经由无线收发器122响应于来自操作员、自动驾驶仪、导航系统124、或其他高级系统的指挥来控制各种致动器(例如，控制任何飞行表面的运动的那些)和/或升力马达108a(例如，经由ESC 106)的操作。在某些方面，航空器处理器116和飞行控制器120可集成到单个部件或电路中。在操作中，飞行控制器120可经由ESC 106在飞行各种阶段(例如，起飞、巡航、着陆)过程中动态地(即，实时或近实时)且独立地调节来自各旋翼构架104上的各升力马达108a的推力，以控制UAV 100的滚转、俯仰、或偏航。换句话说，飞行控制器120可独立地控制给定旋翼构架104上的各升力马达108a，以产生各升力马达108a期望的上升推力。例如，当使用具有旋翼桨叶(例如，螺旋桨)的旋翼时，飞行控制器120可改变旋翼的每分钟转数(RPM)和/或在期望时改变旋翼桨叶的俯仰(pitch)。具体地，可通过经由ESC 106调节从电源(例如，电池组(battery pack或battery bank))供给到各电动马达的电力来控制升力马达108a。
航空器处理器116可被可操作地耦接到导航系统124，导航系统124可包括全球定位系统(GPS)124a，全球定位系统(GPS)124a与惯性导航系统(INS)124b和/或惯性测量单元(IMU)124c(其可包括一个或多个陀螺仪和加速度计)通信地耦接。GPS 124a给出绝对无漂移位置值，该值可被用于重置INS方案(INS solution)，或者可通过利用诸如卡尔曼滤波器的数学算法与INS方案混合。导航系统124可将惯性稳定化数据等通信到航空器处理器116，航空器处理器116可用于促进工件操纵系统114的操作。
为了收集数据和/或监视区域，UAV 100可进一步装备有情报监视侦察(ISR)有效载荷126，该ISR有效载荷126包括例如一个或多个摄影机126a(例如，用于记录或捕捉图像和/或视频的光学器件，包括光检测和测距(LIDAR)装置)、音频装置126b(例如，传声器、回声定位传感器等)、和其他传感器126c，以促进ISR功能性和提供ISR数据(例如，照片、视频、音频、传感器测量结果等)。ISR有效载荷126被可操作地耦接到航空器处理器116，以促进ISR数据在ISR有效载荷126和航空器处理器116之间的通信。ISR数据可用于导航UAV 100和/或控制工件操纵系统114的操作。ISR有效载荷126可经由万向架系统被可旋转地和枢转地耦接到例如机体102(或另一个结构部件，如旋翼构架104)的下侧表面，以使ISR有效载荷126能够更容易地向下定向，以监视在地面下方和/或上方的目标(objects)。数据可经由无线收发器122在网络128上被动态地或周期性地从UAV100通信到远程装置130，或者被存储到存储器装置118以备以后访问或处理。
航空器处理器116可被可操作地耦接于室内定位系统132，室内定位系统132基于传感器读取结果和/或已知的导航图(例如，反映障碍物和/或边界的环境图)测量环境中的UAV 100位置，该传感器读取结果和/或已知的导航图可被加载且存储到UAV 100(例如，在存储器装置118处)。室内定位系统132可包括或通信地耦接各种传感器，如动作捕捉传感器、无线电信标、红外传感器、声学传感器等。在某些方面，室内定位系统132可利用来自ISR有效载荷126的ISR数据，确定环境中的UAV 100位置。
航空器处理器116可被可操作地耦接于工件操纵系统114，以在工件操纵系统114(例如，其处理器和/或传感器)和航空器处理器116之间提供双向通信。在操作中，航空器处理器116可将目标相对性稳定化数据通信到工件操纵系统114，并从工件操纵系统114接收精细位置指令/数据。例如，可至少部分基于来自操作员、自动驾驶仪、导航系统124、室内定位系统132、ISR有效载荷126、或其他高级系统的指令，将指令从航空器处理器116通信到工件操纵系统114。进一步，对飞行控制器120的正常定位和姿态/速率(rate)输入，可至少部分基于来自工件操纵系统114与表面接触的反馈和待抓取和安放工件的位置感测(sensing)，以更精细规模的输入，通过航空器处理器116被增进。
装备有实例工件操纵系统114的UAV 100被示例于图2a至2c中。具体地，图2a示例了处于延伸状态的工件操纵系统114，而图2b示例了处于收藏状态(stowed position)的工件操纵系统114(例如，UAV 100导航到航路点时)，并且图2c示例了末端执行器210和稳定表面216之间的接触的侧视图。工件操纵系统114总体上包括安装结构202、提升机构204、臂构架206、一个或多个关节致动器208、和末端执行器210。如示，工件操纵系统114可经由安装结构202被可旋转地且枢转地耦接到UAV 100，安装结构202被耦接到机体102的下侧表面。安装结构202可被固定或配置以相对于机体102旋转(例如，关于垂直于X-Y平面的轴)。安装结构202可以例如是万向架系统或U形托架。
提升机构204被示例为四杆连接体，该四杆连接体是具有通过四个关节(例如，连接关节218a、218b、218c、218d)成环连接的四个主体(例如，连接杆204a、204b、204c、204d)、可活动的闭合链式连接体(linkage)。具体地，如示，第一连接关节218a将第一连接杆204a枢转地耦接到第四连接杆204d。第二连接关节218b将第一连接杆204a枢转地耦接到第二连接杆204b。第三连接关节218c将第二连接杆204b枢转地耦接到第三连接杆204c。最后，第四连接关节218d将第三连接杆204c枢转地耦接到第四连接杆204d。各连接关节可利用例如枢转销，该枢转销通过一个或多个销孔或销槽固定。
四杆连接体可以是平面的四杆连接体，其中连接关节被配置使得连接杆204a、204b、204c、204d在相同(或平行)平面中移动。虽然提升机构204被示例为四杆连接体，但可提供另外的连接杆以减轻提升机构204的卡塞(jamming)或粘结(binding)——在其横贯整个运动范围时。例如，第五连接杆可经由一对肘杆(toggles)枢转地连接到第二和第四连接杆204b、204d，使得第五连接杆平行于第一和第三连接杆204a、204c。
末端执行器210可经由臂构架206耦接到提升机构204，臂构架206可与提升机构204在第二连接关节218b处耦接。在某些方面，臂构架206和第二连接杆204b可作为单一结构形成。臂构架206的功能是增加末端执行器210和提升机构204之间的距离。因此，臂构架206可以是伸缩式构架，其可采用致动器组件，如通过电动马达或其他致动器驱动(例如，调节长度)的滚珠螺杆/螺母组件。各种硬件，如安装结构202、连接杆204a、204b、204c、204d、和臂构架206，可由一种或多种轻质材料制造，该轻质材料包括金属、金属合金、塑料(例如，3d打印塑料)和/或复合材料。工件操纵系统114的大部分质量可归因于定位在UAV 100的机体102附近的关节致动器208。
一对关节致动器208a、208b可在第一连接关节218a处被耦接到安装结构202和提升机构204，以相对于机体102升高和降低臂构架206(和末端执行器210)。例如，第一关节致动器208a可被配置以驱动第四连接杆204d，使得其一端(即，邻近第一连接关节218a的那端)关于第一连接关节218a的旋转轴(以枢轴线A识别)枢转，而第二关节致动器208b可被配置以驱动第一连接杆204a，使得其一端关于第一连接关节218a的旋转轴枢转。
关节致动器208可采用例如无刷DC可反向驱动马达。在操作中，两个关节致动器208a、208b可被独立地控制，以经由提升机构204相对于UAV 100升高和降低末端执行器210和调节臂构架206的角度。为了最小化反弹到提升机构204上的摩擦和惯性，关节致动器208可采用小齿数比(例如，10:1或更小)。各关节致动器208a、208b可包括由工件操纵处理器402控制的马达驱动电路。关节致动器208可通过高带宽电流控制来驱动，高带宽电流控制使关节致动器208能够接近理想转矩源的表现。
工件操纵系统114可采用直接-驱动和阻抗控制。因为提升机构204非常刚性并且具有低惯性，仅利用提升机构204的逆雅克比行列式(Jacobian)将端点力与所需马达转矩关联可以进行臂构架206端点(例如，末端执行器210)的力控制。这使工件操纵系统114能够通过响应于提升机构204的运动反馈给出马达转矩指令来控制提升机构204的机械阻抗。例如，通过作为位置位移(displacement)的函数的指令力(commanded force)控制刚度，同时通过作为速度位移的函数的指令力控制阻尼。臂阻抗的适当选择将使提升机构204能够控制末端执行器210和工件214的接触特性。臂阻抗也可向UAV 100提供稳定力，这将减小由空气流、测量误差、和其他干扰引起的UAV 100位置的变动。
工件操纵系统114的端点精确性可通过利用末端执行器210和稳定表面216之间的接触而大幅增强。例如，考虑到停留于在平坦稳定表面216上的工件214。将末端执行器210直接置于工件214上将需要六个轴——三个Cartesian轴和三个旋转轴——的准确定位。另一方面，工件操纵系统114可在接近工件214之前明确地接触稳定表面216，从而利用稳定表面216定向和稳定化末端执行器210的三个自由度(即，垂直位移和两个旋转自由度)。主动反馈控制可确保在UAV 100朝向工件214移动最后几厘米(以方向A识别)时与稳定表面216恒定接触。
如图2c中示例，工件操纵系统114可使末端执行器210沿稳定表面216(例如，桌子、或其他静态机械表面)相对于UAV 100并且朝向工件214移动。提升机构204担当弹簧阻尼器悬浮体220以提供主动反馈和维持在提升机构204和工件214附近稳定表面216之间的接触。提升机构204的动态能力有效地担当末端执行器210和UAV 100之间的弹簧阻尼器悬浮体220，以维持末端执行器210和稳定表面216之间的接触，同时使UAV 100的动力学与末端执行器210处的互动力脱耦(decoupling)。
提升机构204和末端执行器210中的另外的感测可向UAV 100提供自身相对于工件214定位以及朝向工件214导航和抓取工件214的信息。例如，如将讨论，末端执行器210可配置有深度摄影机和/或一个或多个触觉传感器，以测量末端执行器210相对于工件214的相对定向。来自反映例如工件操纵系统114的运动状态的一个或多个传感器的信息可被通信至航空器处理器116，以提供关于UAV 100相对于稳定表面216和工件214的精确位置的信息。此信息增强UAV 100的定位和导航，以能够精确抓取工件214。例如，在工件214被末端执行器210抓取后，提升机构204可在运输期间稳定化工件214，以防止例如任何潜在的晃动和溢出(spillage)。例如，如果在臂构架206部分延伸的情况下抓持工件214，则臂构架206的末端将具有充分的致动运动范围，从而在UAV 100移动通过环境时最小化对工件214的加速。这种稳定化控制可如下进行：利用例如利用优化而选择并且不主动读取加速计数据的单个弹簧阻尼器增益设置，或者通过读取UAV 100和/或工件214上的加速计数据以进行主动振动识别和抑制。在一个实例中，提升机构204可呈现图2b的收藏位置，由此提升机构204和/或末端执行器210被固定在适当位置。此收藏配置使臂构架206和工件214靠近UAV的质心，这为UAV 100提供最有利的飞行动力学。
末端执行器21是工件操纵系统114的、与工件214和环境互动的部分。适于操纵、运输、和安放工件214的末端执行器210包括抓取器、磁体、和真空杯(vacuum cups)。例如，在UAV 100需要拾起工件214的情况下，可利用抓取器作为末端执行器210。在UAV 100必须执行其他制造操作的情况下，末端执行器210可包括工具，如刷子、切割工具、钻头、砂轮磨光机(sanders)、螺丝刀、喷枪、和焊枪。末端执行器210可进一步包括其他装置以监视环境，如防撞传感器和摄影机。
图3示例了被配置为物理地和可靠地抓取工件214的抓取器的实例末端执行器210。如示，末端执行器210总体上包括基座314和枢转地附接到基座314的一组指状构件302，其中基座314与臂构架206枢转地耦接。末端执行器210包括一个或多个末端执行器致动器212以选择性地控制指状构件302。例如，每个指状构件302可在一端(例如，在此其耦接到基座314)包括齿轮齿(gearing teeth)，该齿轮齿啮合由执行器致动器212驱动的驱动齿轮。末端执行器致动器212可利用例如无刷DC可反向驱动马达驱动(即，旋转)齿轮，该齿轮啮合两个指状构件302在枢转点处的相应齿轮齿(gear teeth)。
末端执行器210(例如，指状构件302)的形状可被设计以利用具体工件214的形状——其被示例为矩形棱柱，以最小化末端执行器210的致动自由度。例如，如示，指状构件302被塑形以相应于工件214的纵长侧，其中末梢向内弯曲以防止工件214向外滑动(即，远离基座314)。在某些方面，指状构件302可包括沿其长度的枢转关节，以提供全铰接式指状构件。
指状构件302和工件214之间的接触面可进一步被塑形以增加摩擦/啮合。例如，工件214可包括一个或多个凸起(或凹陷)以匹配末端执行器210(例如，指状构件302或基座314)上的相应凹陷(或凸起)。指状构件302可衬有或配置有低摩擦表面(例如，橡胶)，以增强其对给定工件214的抓取。指状构件302可进一步包括电磁体以选择性地结合工件214。
在某些方面，末端执行器210可以是可交换的。因此，快速连接装置可被提供在臂构架206的远端，以物理地和通信地啮合定位在末端执行器210的基座314上的相应快速连接装置。因此，快速连接装置可提供两个配合件，主侧和工具侧，其被设计以锁定或耦接在一起，承载有效载荷，和具有传递效用如电信号、气动(pneumatic)、水等的能力。因此，经由快速连接装置，能使操作员快速交换、更换安装在臂构架206上的末端执行器210的类型。
末端执行器210中的感测对提供相对于工件214的毫米精确性定位和定向是必要的。因此，为了与工件214最佳抓取接触，末端执行器210可向工件操纵系统114(例如，工件操纵处理器402)提供传感器反馈，以调节提升机构204的定向。例如，末端执行器210的触觉感应结合距离传感器可协助工件操纵系统114和UAV 100使末端执行器210相对于工件214定向，和确保工件214被牢固地抓取。因此，除了选择性地打开/闭合两个指状构件302的末端执行器致动器212之外，末端执行器210还可包括光学模块304和其他反馈传感器，以向UAV 100提供关于工件214和工件214邻近或附近环境的反馈。
光学模块304可包括例如第一红外(IR)摄影机306、RGB(红/绿/蓝)摄影机308、IR激光投影仪310、第二IR摄影机312等。光学模块304可被定位接近末端执行器210的后部(例如，在基座314上)，并且配置有前向视野以捕捉工件214和环境的图像。光学模块304可利用一种或多种感测技术以实现深度感知、3D成像、内部映射、和特征跟踪。第一和第二IR摄影机306、312与IR激光投影仪310一起提供深度信息，以计算末端执行器210和工件214之间的空间关系。因此，第一IR摄影机306和第二IR摄影机312可彼此间隔开，以捕捉工件214和环境的不同视图(即，角度)。利用此数据，工件操纵系统114(经由其工件操纵处理器402)可以测量工件214相对于末端执行器210的3D位置，达到1mm内的分辨率。
其他反馈传感器可包括例如压力变送器(transducer)、触觉传感器等。触觉感测用于促进提升机构204的阻抗控制，并且可利用嵌入铸塑橡胶中的压力传感器来实现。例如，一个或多个压力传感器可被定位在末端执行器210的下侧表面上，以在接近工件214时接触稳定表面216。例如，触觉(tactile)传感器(例如，压力变送器或应变计)可被布置在一个或多个指状元件302上，末端执行器210的基座的前表面(在此传感器可感测指状构件302上的接触力)上或底表面(在此基座314将接触地面)上；或在构件206处。另外，驱动齿轮304的马达(其可被定位在基座314中)可用于通过马达电路中的电流感测来进行触觉反馈。工件操纵系统114可利用来自光学模块304的信息，计划在工件214的几毫米之内将末端执行器210和接近末端执行器210的其触觉传感器快速移动的“粗略”接近路径。
工件操纵系统114可进一步利用条形码(例如，定位在工件214上)经由RGB摄影机308识别工件214。末端执行器210(例如，指状构件302)上的多个基准标记(例如，April标签或AR标签)可协助确定末端执行器210的精确位置。工件操纵处理器402，经由光学模块304，被配置以跟踪多个基准标记。
虽然末端执行器210被示例为具有两个指状构件302的爪形主动抓取器，但是可考虑其他形式的抓取器以提供期望的抓取力，如夹挤(pinching)、夹带(entrapment)、捕捉、和真空吸力。因此，其他末端执行器可被耦接到臂构架206以啮合工件214。事实上，末端执行器210可以是主动或被动末端执行器。事实上，末端执行器210可利用末端执行器中的主动致动(图3)，或者它可利用与具体工件自动对齐(self-align)的被动机构(图6a至6d)。另外，末端执行器可利用主动感测以仔细地对齐末端执行器附件(attachments)和工件，或者末端执行器可真正地基于不需要广泛对齐或具有自动对齐特征的抓取器。具有“被动感测”的“主动致动”的一个实例利用了粒状介质。例如，在工件214的形状未知或不一致的情况下，末端执行器210可采用可共形于工件214的形状的、填充有粒状材料的柔性空心球体(或部分球体)。在柔性空心球体共形于工件214的形状时，利用真空从柔性空心球体除去空气，导致粒状材料保持其包围工件214的形状。在末端执行器210准备释放时，使空气返回柔性空心球体，导致粒状材料松散并且柔性空心球体恢复其原始形状。2011年11月11日授予HodLipson等并且名为“Gripping and releasing apparatus and method”的美国专利号8,882,165描述了包括装在弹性膜中的大量粒状材料的一个被动感测通用抓取器实例。
图3示例了主动致动型抓取器(指302被基座314内的齿轮马达驱动)，但指302也显示一些自动对齐特征，使得末端执行器210不需要在闭合其指以抓取目标前与工件完全对齐。注意，低惯性和可反向驱动(back drivable)机器人臂设计可协助自动对齐。被动致动和被动感测的实例是与已知形状的刚性工件自动对齐的刚性抓取器，在图6a至6d中示例。例如，如果工件是在上侧上具有凸缘的刚性立方体，则抓取器可通过UAV 100被驱动至工件——其中界面在凸缘下方滑动，并且利用重力使工件在抓取器上保持在适当位置(inplace)。
图4示例了用于工件操纵系统114的实例集成架构400的图。在操作中，UAV 100能够至少部分基于室内定位系统132(或ISR有效载荷126)和来自机载(on-board)IMU 124c的输入进行粗略定位。具体地，这些输入被航空器处理器116用于粗略稳定化。然而，工件操纵系统114向航空器处理器116提供与UAV 100反馈规则(feedback laws)相似类型的另外输入，但分辨率更精细——部分因为工件操纵处理器402(例如，微控制器)从其他反馈传感器(如目标位置感测、压力感测、和关节位置感测)得到的信息保真度更高。因此，粗略的定位和姿态/速率输入可通过来自工件操纵系统114的更精细规模输入而被增进。
可利用工件操纵处理器402促进工件操纵系统114与UAV 100的集成，工件操纵处理器402被设计以与主UAV 100的航空器处理器116通信和控制工件操纵系统114的操作，包括其各种致动器(例如，第一关节致动器208a、第二关节致动器208b、和末端执行器致动器212)。也就是说，关节致动器208a、208b和末端执行器致动器212每一个均可包括例如由工件操纵处理器402控制的马达驱动电路。
一个或多个反馈传感器406被配置以监视第一关节致动器208a、第二关节致动器208b、和末端执行器致动器212的力和位置。该一个或多个反馈传感器406还可包括电流传感器以监视流向各种致动器的电流从而确定载荷。来自一个或多个反馈传感器406的输出信号可由编码器408编码并且作为反馈提供给用于马达控制回路404等的工件操纵处理器402。编码器408可被附接到旋转物(例如，马达或连接关节)以测量旋转，这使工件操纵处理器402能够确定在旋转传感器处的位移、速度、加速度、或角度。事实上，编码器408(一个或多个)可被安装于致动器，或安装于连接关节本身。
所述工件操纵处理器402还可接收来自其他反馈传感器(例如，一个或多个端点压力传感器410)和光学模块304的反馈，其提供目标位置感测数据。因此，工件操纵系统114能够提供：(1)用于臂阻抗控制的严密内环(inner-loop)控制；(2)对UAV 100内环(innerloops)(姿态和速率)的低水平反馈，以提高UAV 100悬停的精确性；以及(3)对航空器处理器116的高水平指令，以指令UAV 100接近工件214。集成架构400实现了拾取和安置操作的高带宽端点控制，其中UAV 100被作为整个拾取和安置系统的元件对待。
可提供第二IMU 412以向工件操纵系统114提供另外的6轴陀螺仪和加速计组合，以增进和补偿UAV100的航空电子技术、室内定位系统132、和导航系统124中的任何潜在的缺点。因此，工件操纵处理器402还可从多余的第二IMU 412接收数据。第二IMU 412可被定位在例如末端执行器210上。
图5a至5c示例了UAV 100在其朝向工件214移动和抓取工件214时的实例操作。图5a示例了UAV 100，其中工件操纵系统114从其收藏位置下降到部署位置，其中端点(例如，末端执行器210)在着陆点处接触稳定表面216。如示，着陆点邻近工件214。在接近目标位置时，UAV 100不需要精确定位，因为臂构架206下降直到末端执行器210接触目标工件214附近的实体稳定表面216。末端执行器210底部的触觉传感器为UAV 100提供闭环反馈，使其保持垂直稳定。光学模块304识别工件214和与UAV 100相关的任何障碍物的位置。
UAV 100在其朝向工件214移动时(以方向A识别)利用稳定表面216滑动末端执行器210，以执行毫米精确度的拾取操作。UAV 100朝向工件214移动直到工件214处于末端执行器210的包围内。虽然稳定表面216被示例很大并且初始着陆点相对远距离工件214，但端点可被配置以利用目视定位和AR标签等着陆于工件214的短距离内(例如，2-10厘米，或正上方)。在此实例中，UAV 100利用水平稳定表面216定向自身，但任何定向的任何稳定表面216可被利用，如工件214附近的垂直壁。工件214本身也可用作稳定表面216——如果其被适当制约。
如图5b中示例，在工件214处于末端执行器210的包围内后，末端执行器致动器212使指状构件302包围工件214闭合。末端执行器210(例如，指状构件302)上的触觉传感器向工件操纵处理器402提供反馈，以确保与工件214建立了牢固的抓取。末端执行器210(经由提升机构204)和稳定表面216之间的接触将有助于UAV 100捕捉工件214且准备飞离时的飞行稳定性。如图5c中示例，UAV 100将提升机构204和工件214收藏到运输位置，相对于系统重心调节臂以提供最有效的飞行动力学。提升机构204也可用于在飞行期间稳定工件214。
虽然上述提升机构204和末端执行器210使用了主动部件(例如，马达、致动器等)，但在某些方面中，被动提升机构600和被动末端执行器610可被使用。某些航空操纵系统使用具有高旋转惯性的非顺从性(non-compliant)机器人肢体；然而，这些系统不提供UAV100与提升机构和环境(例如，稳定表面216、平坦表面、或存放工件214的硬停处(hard stop))之间接触冲击动力学之间的脱耦。相反，这些设计可放大冲击动力学——从UAV100角度来看，这可使现有系统非常容易具有不确定性(brittle to uncertainty)。然而，被动提升机构600可被配置以提供指向顺从性和指向制约，以最小化冲击的负面影响，提供末端执行器610的定向和UAV 100的定向之间的灵活性，并且利用环境中的可靠的制约。被动机构(包括被动踝型件(passive ankle)等)在需要简易和成本的应用中可被采用。
图6a至6d示例了实例被动提升机构600，其采用被动末端执行器610，该被动末端执行器610被设计(例如，设定尺寸和形状)以实现对特定工件214的可靠抓取。因为无致动要求，末端执行器610(被示例为被动抓取器)和工件214之间的交接(interfacing)几何应比致动型末端执行器210(图3)受到更多控制。如同提升机构204，被动提升机构600可被安装到COTS UAV 100上，以实现工件214的可靠抓取——即，航空操纵。
通过具有高度齿轮化RC伺服马达的机器人肢体实现的航空操纵可呈现高旋转惯性和高摩擦性；以及低或零反向驱动性(back-drivability)。然而，被动提升机构600显示，具有低摩擦性、低惯性、和足够顺从性(即，刚性)的机器人肢体可增强UAV 100的航空操纵能力。这种提高的性能源自机器人臂部分地解耦末端执行器610与环境之间接触互动动力学和末端执行器610与UAV 100飞行动力学的能力。
因此，被动末端执行器610给出了两个问题解决方案：(1)具有被动“踝关节616”的轻质末端执行器610使末端执行器610能够维持与稳定表面216(例如，平坦表面/桌子)的表面接触——甚至在UAV 100可以俯仰自由度移动时；以及(2)使用了被动弹簧的铰接肢体可产生有利的顺从性，使得被动提升机构600的远端可维持与稳定表面216的接触——甚至在UAV 100可以俯仰、滚转、和垂直方向移动时。被动末端执行器610显示，通过被动控制的肢体产生的有利顺从性使稳定表面216引起的振动减弱到消失(damps out)，允许在稳定表面216附近的精确高度处操作。
如示，被动提升机构600可包括轻质机器人腿部620，该轻质机器人腿部620在其远端具有被动末端执行器610并且经由基座602耦接到UAV。基座602可以类似于图2a和2b的安装结构202的方式固定到UAV 100的机体102的下侧。如示，机器人腿部620可包括一组(例如，两个)独立的接合腿，每个接合腿总体上包括上连杆604(类似于股骨)、中连杆606(类似于胫骨)、和下连杆608(类似于足)。轻质机器人腿部620的结构部件(例如，上连杆604、中连杆606、下连杆608等)可配置有多个孔，以允许不同的肢体几何和减少结构的重量，但孔可被省略。
如贯穿图6a至6d示例，末端执行器610可由两个独立的/单独的膝关节和髋关节614、616支撑。每个膝关节614可配置有单独的弹性元件618，其可独立地移动。两腿方式为UAV 100提供了更宽的支撑盆地(basin)，同时两腿的独立运动还增强了被动提升机构600对UAV 100的滚转动作的容忍度。两腿方式和末端执行器610设计还允许UAV 100侧向(side-to-side)移动，同时维持末端执行器610和稳定表面216之间的接触。这种能力通过两腿的独立运动被增强，这使末端执行器610能够在飞行运载工具滚转移动时维持与稳定表面216的表面接触。
上连杆604可经由髋(上)关节612在其近端处与基座602枢转地耦接。上连杆604可经由膝(中)关节614在其远端处与中连杆606的近端枢转地耦接。中连杆606可经由踝(下)关节616在其远端处与下连杆608的近端枢转地耦接。下连杆608可在其远端与被动末端执行器610耦接(固定地或枢转地，按需)。虽然下连杆608和末端执行器610总体上被描述为独立的部件，但其可反而作为一个(单个)部件形成，如可以是期望下连杆608和末端执行器610之间固定连接的情况。因此，髋关节612、膝关节614、和踝关节616中的一个或多个可采用枢转关节(例如，关于轴线B、C和/或D旋转)。枢转关节可形成作为具有销的铰接件、具有销的马蹄钩(clevis)等。
一个或多个线性弹性元件618(例如，金属弹簧、弹性/橡胶筋/带等)可被布置在中连杆606和基座602(或上连杆604)的刚性主体之间。在某些方面中，末端执行器610的旋转踝关节616可被设计使得重力被动地使末端执行器610的底部与稳定表面216对齐。在某些方面中，被动提升机构600可配置有内置的(built-in)顺从性，以使UAV 100能够朝向稳定表面216飞行。腿的顺从性允许末端执行器610和稳定表面216之间的冲击一定程度脱耦，并且腿和脚踝的运动范围允许接触维持——即使UAV 100没有精确地处于一个垂直高度或定向。这种顺从性有助于UAV 100的稳定性。处于验证目的，在没有关节运动/顺从性的情况下进行了利用被动提升机构600的实验。具体地，通过紧固用作轴承面的螺杆使旋转关节具有刚性(不能动弹，rigid)。虽然一些航空操纵仍是可能的，但UAV 100控制被减弱并且碰撞更常见。
UAV100接近期望工件214的控制被简化，因为维持末端执行器610与稳定表面216的接触更容易。事实上，全被动提升机构600可在末端执行器610和工件214被设计匹配的情况下实现操纵，如在图6a和6b中最佳示例。具体地，末端执行器610尺寸和形状的被设定成工件214的尺寸(dimensions)。注意，末端执行器610在前部包括漏斗特征610a以将工件214引导到末端执行器610中，而工件214在其上表面上包括凸缘214a。漏斗特征610a和凸缘214a允许末端执行器610和工件214在末端执行器610驱动到工件214中时彼此对齐。进一步，工件214的凸缘214a啮合末端执行器610，从而允许末端执行器610提升工件214。
被动提升机构600可被附接到UAV 100，使得末端执行器610与UAV 100的质心大约对齐。然而，测试已经证实，“拉动”(或“拖拽”)末端执行器610(即，将末端执行器610置于质心略“后方”)，然后驱动UAV 100向前，是更容易的。这可归因于UAV100在向前移动时施加到自身上的转矩。也就是说，为了向前移动，UAV 100必定前倾。因此，末端执行器610的适当布置不会对抗(fight)这个动作。因此，虽然图5a至5c示例了推动配置(即，末端执行器610在质心略前方)，但末端执行器的布置(无论被动末端执行器610还是主动末端执行器210)可被移后，以实现拖拽/拉动配置。
在操作中，UAV 100飞行到工件214的前方。UAV 100被向前驱动(朝向工件214)，而末端执行器610被拖拽到与工件214的交界处。被动提升机构600的顺从性在末端执行器610与稳定表面216接触时提供了UAV 100和稳定表面216之间的悬浮。末端执行器610的旋转顺从性实现了末端执行器610和稳定表面216之间的平坦表面接触，而不需要通过UAV 100进行无瑕疵对齐。髋关节612可以被固定，或被配置以旋转。在膝关节614和髋关节612之间附接的弹性元件618提供了膝关节614的顺从性。踝关节616自由旋转。末端执行器610被设计使得重力将其拉至与稳定表面216平行。踝关节616可对齐成角度的地面。在与稳定表面216接触时，膝关节614可被配置以显著弯曲。具体的肢体几何可被选择以使UAV 100能够在稳定表面216上方移动预定的垂直距离(例如，2至12英寸、2至8英寸、或约4英寸)，同时末端执行器610维持与稳定表面216接触。一旦工件214被捕捉(即，被末端执行器610固定)，UAV100升起并且飞离。
为了提供全天候操作(例如，一天24小时，一周7天)，UAV 100应被配置以提供连续操作。然而，问题在于UAV 100受其电池容量所限。尽管如此，连续操作可以多种方式促进，包括分组方法(tag team approach)、电池更换方法(battery swapping approach)、和/或架空系绳系统(overhead tether system)。
在分组方法中，可部署多个UAV 100，其中一个UAV 100操作，而其余UAV 100进行其电池再充电。可以理解，分组方法中需要的UAV 100的数量是UAV 100操作时间和UAV 100再充电所需时间的函数。例如，如果UAV 100在需要对其电池再充电之前可操作15分钟并且再充电耗费75分钟，则连续操作需要六(6)个UAV 100，每个UAV 100有其自己的充电站。充电站可以是接触式充电站或非接触式充电站(例如，利用一种或多种感应充电技术)。分组方法提供了有多个UAV 100同时可用于执行平行任务的优点(在适当的进度管理下)。然而，整个系统的购买成本将是单个UAV 100的6倍之高，并且运行和维护成本将增加。在电池更换方法中，操作员(或机器人系统)可用于：从UAV 100取出用完的电池组；将其替换成新电池组；和将用完的电池组置于充电器中。电池更换方法提供了免除对若干UAV 100的需求的优点，但引入了操作员更换电池组的时间成本和与机器人电池更换系统相关的复杂性。
架空系绳系统将引入电线系绳(wire tether)以实现对UAV 100的连续不间断供电，并且免除了对电池的需求，释放可贵的提升能力并且造成UAV 100显著更小型。电线系绳还将在故障事件中提供更安全的UAV 100，因为电线系绳可用于抓住UAV 100——如果其偏离正轨或故障。然而，系绳限制了可串联或成群操作的UAV 100的数量，并且限制了各UAV100的运动。在UAV 100可以利用阳光(或其他同等光)操作的情况下，一个或多个太阳能板可被安装在UAV 100上以延长电池寿命。示例性太阳能航空器配置和技术被共同拥有的美国专利申请号15/593,617(提交于2017年5月12日，并且名为“Solar Power System andMethod Thereof”)和美国专利申请号15/134,938(提交于2016年4月21日，并且名为“Solar-Powered Aircraft”)描述。
以上引用的专利和专利公开版本其整体通过引用并入于此。在通过引用并入本文的参考文献中的术语定义或用法与如本文提供的术语定义或理解不一致或相反的情况，以本文提供的术语含义为准，该术语在参考文献中的定义不一定适用。尽管各种实施方式已参考部件、特征和类似物的具体布置被描述，但这些并非意图详尽了所有可能的布置或特征，并且事实上多种其他实施方式、改动、和变动对于本领域技术人员将是可确定的。因此，要理解，本公开的教导可因此以上文具体描述以外的方式实践。

Claims (15)

1.航空工件(214)操纵系统，其提供工件(214)的高精度操纵，所述航空工件(214)操纵系统包括：
机体(102)；
自所述机体(102)径向延伸的多个旋翼构架(104)；
多个推进器，所述多个推进器(108)每一个均定位在所述多个旋翼构架(104)中的一个旋翼构架(104)的远端，并且电耦接到电子速度控制器(ESC)(106)，所述电子速度控制器(ESC)(106)被航空器处理器(116)控制；
耦接到所述机体(102)的提升机构(204)，其中所述提升机构(204)包括一个或多个关节致动器(208、208a)，以使所述提升机构(204)相对于所述机体(102)延伸或缩回；
耦接到所述提升机构的末端执行器(210、610)，其中所述末端执行器(210、610)包括末端执行器(210、610)致动器，以控制所述末端执行器(210、610)操纵所述工件(214)的操作；以及
第二处理器，所述第二处理器与所述航空器处理器(116)通信地耦接，并且被配置以控制所述末端执行器(210、610)致动器和所述一个或多个关节致动器(208、208a)的操作。
2.权利要求1所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述提升机构(204)是四杆连接体，所述四杆连接体具有通过四个连接关节成环连接的四个连接杆(204a、204b、204c、204d)。
3.权利要求2所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述提升机构(204)经由安装结构(202)在第一连接关节处耦接到所述机体(102)，并且其中所述一个或多个关节致动器(208、208a)被配置以使所述四个连接杆(204a、204b、204c、204d)中的至少一个关于所述第一连接关节(218a)的旋转轴枢转。
4.权利要求3所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述一个或多个关节致动器(208、208a)包括第一关节致动器和第二关节致动器，其中所述第一关节致动器被配置以使所述四个连接杆(204a、204b、204c、204d)中的一个关于所述第一连接关节(218a)的旋转轴枢转，并且所述第二关节致动器被配置以使所述四个连接杆(204a、204b、204c、204d)中的另一个关于所述第一连接关节(218a)的旋转轴枢转。
5.权利要求1、权利要求2、权利要求3或权利要求4所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)致动器和所述一个或多个关节致动器(208、208a)每一个均包括无刷DC可反向驱动马达。
6.权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)包括一个或多个反馈传感器，以向所述第二处理器提供反馈数据。
7.权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4、权利要求5或权利要求6所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)包括与所述第二处理器通信地耦接的光学模块。
8.权利要求1所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)包括与所述第二处理器通信地耦接的压力传感器。
9.权利要求7所述的航空工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)包括多个基准标记，以协助确定所述末端执行器的位置。
10.工件(214)操纵系统，用于航空器以提供工件(214)的高精度操纵，所述工件(214)操纵系统包括：
与所述航空器耦接的提升机构(204)，其中所述提升机构(204)包括一个或多个关节致动器(208、208a)，以使所述提升机构(204)相对于所述航空器延伸或缩回；
耦接到所述提升机构的末端执行器(210、610)，其中所述末端执行器(210、610)包括末端执行器(210、610)致动器，以控制所述末端执行器(210、610)操纵所述工件(214)的操作；以及
处理器，所述处理器与所述航空器处理器(116)通信地耦接，并且被配置以控制所述末端执行器(210、610)致动器和所述一个或多个关节致动器(208、208a)的操作。
11.权利要求10所述的工件(214)操纵系统，其中所述提升机构(204)是四杆连接体，所述四杆连接体具有通过四个连接关节成环连接的四个连接杆(204a、204b、204c、204d)。
12.权利要求10或权利要求11所述的工件(214)操纵系统，其中所述提升机构(204)被配置以经由安装结构(202)可拆卸地耦接到所述航空器。
13.权利要求10、权利要求11或权利要求12所述的工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)包括与所述处理器通信地耦接的光学模块。
14.权利要求10、权利要求11、权利要求12或权利要求13所述的工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)包括与所述处理器通信地耦接的压力传感器。
15.权利要求10、权利要求11、权利要求12、权利要求13或权利要求14所述的工件(214)操纵系统，其中所述末端执行器(210、610)与所述提升机构(204)可拆卸地耦接，以使所述末端执行器(210、610)能够与另一末端执行器交换。
CN201811478107.1A 2017-12-28 2018-12-05 用于航空器的操纵系统和方法 Pending CN109969396A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/856,815 US10974830B2 (en) 2017-12-28 2017-12-28 Manipulation system and method for an aircraft
US15/856,815 2017-12-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109969396A true CN109969396A (zh) 2019-07-05

Family

ID=64746265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811478107.1A Pending CN109969396A (zh) 2017-12-28 2018-12-05 用于航空器的操纵系统和方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10974830B2 (zh)
EP (1) EP3505445B1 (zh)
CN (1) CN109969396A (zh)
AU (1) AU2018274986A1 (zh)
IL (1) IL263796B2 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112874769A (zh) * 2021-02-23 2021-06-01 东北电力大学 一种空中作业机器人
CN117885128A (zh) * 2024-03-13 2024-04-16 江苏天一航空工业股份有限公司 基于无人驾驶特殊场景装备运载的控制方法及装置

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180186472A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 Airmada Technology Inc. Method and apparatus for an unmanned aerial vehicle with a 360-degree camera system
US10974830B2 (en) * 2017-12-28 2021-04-13 Auror Flight Scienes Corporation Manipulation system and method for an aircraft
DE112018006334T5 (de) * 2018-01-10 2020-08-20 Ford Global Technologies, Llc Bewegliche anbringungsstruktur für uav
JP6733965B2 (ja) * 2018-03-09 2020-08-05 Thk株式会社 飛行ロボット
JP7120509B2 (ja) * 2018-03-09 2022-08-17 Thk株式会社 飛行ロボット
CN115264352A (zh) 2018-03-23 2022-11-01 深圳市大疆创新科技有限公司 负载增稳装置
US11590647B2 (en) * 2018-04-17 2023-02-28 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Four-bar parallel actuated architecture for exoskeleton
US10717190B2 (en) * 2018-04-19 2020-07-21 Aurora Flight Sciences Corporation End-effector for workpiece manipulation system
US11034030B2 (en) * 2018-06-26 2021-06-15 Venkata Rama Subba Rao Chundi Scissor arm for unmanned robotic system
WO2020081615A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-23 Safe Flight Instrument Corporation Aircraft torque control device
US20200148349A1 (en) * 2018-11-13 2020-05-14 Aurora Flight Sciences Corporation Systems and Methods for Aerial Package Pickup and Delivery
CN109850025B (zh) * 2019-02-26 2020-09-04 浙江大学 一种墙面跳跃的单腿机器人机构及控制方法
US11383931B2 (en) * 2019-03-04 2022-07-12 John Pertschi Apparatus for lifting and positioning a remote-controlled aircraft
WO2021013672A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Signify Holding B.V. System and method for lifting an object
JP6847437B1 (ja) * 2020-07-13 2021-03-24 株式会社福島三技協 飛行体および導通検査方法
JP6952380B1 (ja) * 2020-08-11 2021-10-20 株式会社エアロネクスト 移動体
US20220144425A1 (en) * 2020-11-06 2022-05-12 Baltimore Gas And Electric Company UAV and Cable Towing Attachment
US12012208B2 (en) * 2020-12-23 2024-06-18 Osmose Utilities Services, Inc. Systems and methods for inspecting structures with an unmanned aerial vehicle
CN113352337B (zh) * 2021-06-16 2022-07-15 井冈山大学 一种用于无人机的多功能自动机械手
US11392143B1 (en) * 2021-07-23 2022-07-19 Beta Air, Llc System and method for producing a control signal of an electric vertical take-off and landing (eVTOL) aircraft
CN113459072B (zh) * 2021-07-29 2022-05-17 桂林电子科技大学 一种可切换式串并联多臂抓取无人机设计
DE102021124587B3 (de) 2021-09-22 2023-01-12 Leo Schuhmacher Ausgleichsmechanismus und damit ausgerüstetes Träger-Flugobjekt
US11691721B1 (en) * 2022-04-29 2023-07-04 Beta Air, Llc System for propeller parking control for an electric aircraft and a method for its use

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5231456A (en) * 1975-09-03 1977-03-09 Hitachi Ltd System for controlling articulation type machine hand
US20030066373A1 (en) * 2001-07-30 2003-04-10 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Robot
EP2003057A2 (en) * 2007-06-11 2008-12-17 Honeywell International Inc. Airborne manipulator unmanned aerial vehicle (UAV)
EP2727835A2 (en) * 2012-10-30 2014-05-07 The Boeing Company Aircraft deployment and retrieval of unmanned aerial vehicles
CN104858869A (zh) * 2015-05-05 2015-08-26 上海大学 一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂
CN105014687A (zh) * 2015-08-07 2015-11-04 东北电力大学 一种带有多旋翼无人机的机械臂
DE102015116174A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Gerhard Schubert Gmbh Roboter und daraus bestehende Roboterstraße sowie Verfahren zum Steuern des Roboters
CN205574270U (zh) * 2016-04-28 2016-09-14 南京信息工程大学 一种基于四旋翼飞行器的运载机械手
CN106114854A (zh) * 2016-08-09 2016-11-16 烟台中飞海装科技有限公司 一种无人驾驶航空器
FR3036992A1 (fr) * 2015-06-08 2016-12-09 Asma & Clement Aerial Advanced Tech Systeme de travail a distance
US9527588B1 (en) * 2012-09-28 2016-12-27 Scott B. Rollefstad Unmanned aircraft system (UAS) with active energy harvesting and power management
ES2614994A1 (es) * 2016-11-02 2017-06-02 Fundación Andaluza Para El Desarrollo Aeroespacial Aeronave con dispositivo de contacto
CN106985159A (zh) * 2017-05-10 2017-07-28 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种带有柔性抓取器的飞行机械臂
WO2017184327A1 (en) * 2016-04-17 2017-10-26 Volpi Lucio An unmanned aerial robotic vehicle with mounting mechanism
CN107309872A (zh) * 2017-05-08 2017-11-03 南京航空航天大学 一种带有机械臂的飞行机器人及其控制方法
CN206679256U (zh) * 2017-05-02 2017-11-28 南京乐乐飞电子科技有限公司 飞行机械臂及无人机系统

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7734375B2 (en) * 2004-06-09 2010-06-08 Boston Dynamics Robot and robot leg mechanism
CN102939189B (zh) 2010-04-15 2015-08-05 康奈尔大学 夹持与释放设备及方法
US9108730B2 (en) * 2011-10-11 2015-08-18 Victor A. Grossman Rapid store load system for aircraft and method of operation thereof
US9384668B2 (en) 2012-05-09 2016-07-05 Singularity University Transportation using network of unmanned aerial vehicles
US20150175276A1 (en) 2013-12-19 2015-06-25 Kenneth Lee Koster Delivery platform for unmanned aerial vehicles
CN112429256A (zh) * 2014-04-28 2021-03-02 深圳市大疆创新科技有限公司 手持式支撑件
WO2015179501A1 (en) * 2014-05-20 2015-11-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Surface grasping mechanism using directional adhesives
US9646283B2 (en) 2014-05-20 2017-05-09 Verizon Patent And Licensing Inc. Secure payload deliveries via unmanned aerial vehicles
US10759634B2 (en) * 2014-08-08 2020-09-01 GM Global Technology Operations LLC Electromechanical system for interaction with an operator
US9174733B1 (en) 2014-08-28 2015-11-03 Google Inc. Payload-release device and operation thereof
US9731821B2 (en) 2014-09-10 2017-08-15 International Business Machines Corporation Package transport by unmanned aerial vehicles
US20160272310A1 (en) * 2014-12-04 2016-09-22 Elwha Llc Reconfigurable unmanned aircraft system
US9387928B1 (en) 2014-12-18 2016-07-12 Amazon Technologies, Inc. Multi-use UAV docking station systems and methods
KR20160101809A (ko) * 2015-02-17 2016-08-26 서울대학교산학협력단 추력 발생장치에 의해 움직이는 멀티 링크형 작업장치
US9487356B1 (en) * 2015-03-02 2016-11-08 Amazon Technologies, Inc. Managing low-frequency inventory items in a fulfillment center
US10308346B2 (en) 2015-04-21 2019-06-04 Aurora Flight Sciences Corporation Solar-powered aircraft
US10197392B2 (en) * 2015-06-23 2019-02-05 The Boeing Company Automated resin ridge reduction system
US10336543B1 (en) * 2016-01-21 2019-07-02 Wing Aviation Llc Selective encoding of packages
US20190112048A1 (en) * 2016-03-30 2019-04-18 Matthew CULVER Systems and methods for unmanned aerial vehicles
JP6844097B2 (ja) 2016-04-19 2021-03-17 インダストリーネットワーク株式会社 ドローン飛行体
US10730626B2 (en) * 2016-04-29 2020-08-04 United Parcel Service Of America, Inc. Methods of photo matching and photo confirmation for parcel pickup and delivery
AU2017264948B2 (en) 2016-05-13 2022-04-21 Aurora Flight Sciences Corporation Solar power system and method thereof
CN113311878A (zh) * 2016-05-31 2021-08-27 深圳市大疆灵眸科技有限公司 用于自适应云台的方法和系统
CN109311533B (zh) * 2016-06-22 2022-01-21 深圳市大疆创新科技有限公司 飞行器行走系统的系统和方法
NO343118B1 (en) * 2016-08-05 2018-11-05 Rolls Royce Marine As Unmanned vehicle for rope transfer
EP3500086B1 (en) * 2016-08-18 2023-07-26 Tevel Aerobotics Technologies Ltd System and method for drone fleet management for harvesting and dilution
JP6371959B2 (ja) * 2016-09-02 2018-08-15 株式会社プロドローン ロボットアームおよびこれを備える無人航空機
EP3526119B1 (en) * 2016-10-13 2021-12-01 Alexander Poltorak Apparatus and method for balancing aircraft with robotic arms
DE112017006758B4 (de) * 2017-02-03 2024-04-25 Ford Global Technologies, Llc Starthilfedrohne
CN115649439A (zh) * 2017-02-24 2023-01-31 深圳市大疆创新科技有限公司 多云台组件
US9718564B1 (en) * 2017-03-16 2017-08-01 Amazon Technologies, Inc. Ground-based mobile maintenance facilities for unmanned aerial vehicles
US10464212B2 (en) * 2017-03-28 2019-11-05 Amazon Technologies, Inc. Method and system for tele-operated inventory management system
US11609159B2 (en) * 2017-05-08 2023-03-21 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Systems, devices, and methods for agricultural sample collection
US10778333B2 (en) * 2017-05-17 2020-09-15 RF elements s.r.o. Modular electromagnetic antenna assemblies and methods of assembling and/or disassembling
US10427790B2 (en) * 2017-06-12 2019-10-01 David A. Verkade Adaptive aerial vehicle
US10625427B2 (en) * 2017-06-14 2020-04-21 The Boeing Company Method for controlling location of end effector of robot using location alignment feedback
WO2017178898A2 (en) * 2017-07-27 2017-10-19 Wasfi Alshdaifat Robotic technician drone
US10916151B2 (en) * 2017-08-02 2021-02-09 Microsoft Technology Licensing, Llc En route product delivery by unmanned aerial vehicles
US20190069496A1 (en) * 2017-09-07 2019-03-07 Joseph Wofford Robotic irrigation system and devices
US10717225B2 (en) * 2017-09-07 2020-07-21 The Boeing Company Drape forming end effector
US10427786B2 (en) * 2017-09-14 2019-10-01 At&T Intellectual Property I, L.P. Drone authentication system
US10882613B2 (en) * 2017-09-20 2021-01-05 Verizon Patent And Licensing Inc. Unmanned aerial vehicle-mounted apparatus
US10489649B2 (en) * 2017-09-28 2019-11-26 At&T Intellectual Property I, L.P. Drone data locker system
US10577100B2 (en) * 2017-10-31 2020-03-03 Disney Enterprises, Inc. Drone-based painting system
US10875644B2 (en) * 2017-12-28 2020-12-29 Aurora Flight Sciences Corporation Ground manipulation system and method for fixing an aircraft
US10974830B2 (en) * 2017-12-28 2021-04-13 Auror Flight Scienes Corporation Manipulation system and method for an aircraft
US10773392B2 (en) * 2018-03-07 2020-09-15 Multiply Labs Inc. Flexure gripping device
US11238675B2 (en) * 2018-04-04 2022-02-01 The Boeing Company Mobile visual-inspection system
US10717190B2 (en) * 2018-04-19 2020-07-21 Aurora Flight Sciences Corporation End-effector for workpiece manipulation system

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5231456A (en) * 1975-09-03 1977-03-09 Hitachi Ltd System for controlling articulation type machine hand
US20030066373A1 (en) * 2001-07-30 2003-04-10 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Robot
EP2003057A2 (en) * 2007-06-11 2008-12-17 Honeywell International Inc. Airborne manipulator unmanned aerial vehicle (UAV)
US9527588B1 (en) * 2012-09-28 2016-12-27 Scott B. Rollefstad Unmanned aircraft system (UAS) with active energy harvesting and power management
EP2727835A2 (en) * 2012-10-30 2014-05-07 The Boeing Company Aircraft deployment and retrieval of unmanned aerial vehicles
DE102015116174A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Gerhard Schubert Gmbh Roboter und daraus bestehende Roboterstraße sowie Verfahren zum Steuern des Roboters
CN104858869A (zh) * 2015-05-05 2015-08-26 上海大学 一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂
FR3036992A1 (fr) * 2015-06-08 2016-12-09 Asma & Clement Aerial Advanced Tech Systeme de travail a distance
CN105014687A (zh) * 2015-08-07 2015-11-04 东北电力大学 一种带有多旋翼无人机的机械臂
WO2017184327A1 (en) * 2016-04-17 2017-10-26 Volpi Lucio An unmanned aerial robotic vehicle with mounting mechanism
CN205574270U (zh) * 2016-04-28 2016-09-14 南京信息工程大学 一种基于四旋翼飞行器的运载机械手
CN106114854A (zh) * 2016-08-09 2016-11-16 烟台中飞海装科技有限公司 一种无人驾驶航空器
ES2614994A1 (es) * 2016-11-02 2017-06-02 Fundación Andaluza Para El Desarrollo Aeroespacial Aeronave con dispositivo de contacto
CN206679256U (zh) * 2017-05-02 2017-11-28 南京乐乐飞电子科技有限公司 飞行机械臂及无人机系统
CN107309872A (zh) * 2017-05-08 2017-11-03 南京航空航天大学 一种带有机械臂的飞行机器人及其控制方法
CN106985159A (zh) * 2017-05-10 2017-07-28 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种带有柔性抓取器的飞行机械臂

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112874769A (zh) * 2021-02-23 2021-06-01 东北电力大学 一种空中作业机器人
CN117885128A (zh) * 2024-03-13 2024-04-16 江苏天一航空工业股份有限公司 基于无人驾驶特殊场景装备运载的控制方法及装置
CN117885128B (zh) * 2024-03-13 2024-07-05 江苏天一航空工业股份有限公司 基于无人驾驶特殊场景装备运载的控制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
IL263796A (en) 2019-03-31
AU2018274986A1 (en) 2019-07-18
IL263796B1 (en) 2023-06-01
EP3505445B1 (en) 2021-07-21
IL263796B2 (en) 2023-10-01
US10974830B2 (en) 2021-04-13
EP3505445A1 (en) 2019-07-03
US20190202560A1 (en) 2019-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109969396A (zh) 用于航空器的操纵系统和方法
US10717190B2 (en) End-effector for workpiece manipulation system
US10875644B2 (en) Ground manipulation system and method for fixing an aircraft
EP3653500A1 (en) Systems and methods for aerial package pickup and delivery
US20210237860A1 (en) Thruster based locomotion for perched unmanned aerial vehicles
Danko et al. A parallel manipulator for mobile manipulating UAVs
KR20210110301A (ko) 해제식 크롤러를 구비한 착지 uav
US11136120B2 (en) Ground operations for autonomous object pickup
Paul et al. Landing of a multirotor aerial vehicle on an uneven surface using multiple on-board manipulators
CN104965516A (zh) 一种基于视觉和力反馈的四旋翼飞行器进行空中抓取作业的控制方法
EP3730405A1 (en) Transformable aerial vehicle
BBVL et al. A survey on design and development of an unmanned aerial vehicle (quadcopter)
AU2018392910B2 (en) Delivery-location recharging during aerial transport tasks
Fiaz et al. Passive aerial grasping of ferrous objects
Martynov et al. Morphogear: An UAV with multi-limb morphogenetic gear for rough-terrain locomotion
Wang et al. Autonomous control of micro flying robot
Fiaz Passive magnetic latching mechanisms for robotic applications
Rocha et al. Toward autonomous in-flight docking of unmanned multi-rotor aerial vehicles
Liu et al. A vision-based unmanned aircraft system for autonomous grasp & transport
Naffin et al. A test bed for autonomous formation flying
Xie Development of a bio-inspired UAV perching system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination