CN111806676A - 混合多旋翼载具和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了混合多旋翼载具和相关方法。示例飞行器包括电池、联接到机翼的旋翼、在操作时联接到旋翼的电机以及在操作时联接到电机的处理器。处理器使得电机在第一电机操作状态下操作。当电机在第一电机操作状态下操作时旋翼在第一旋翼操作状态下操作。处理器使得电机从在第一电机操作状态下操作切换为第二电机操作状态。当电机在第二电机操作状态下时旋翼在第二旋翼操作状态下操作。电机在第二电机操作状态下向电池提供电能并且旋翼在第二旋翼操作状态下自动旋转。

Description

混合多旋翼载具和相关方法
技术领域
本公开总体上涉及空中载具，更具体地，涉及混合多旋翼载具和相关方法。
背景技术
诸如四旋翼的一些多旋翼飞行器是包括用于向载具供电的电池的电动载具。载具的操作(例如，载具可飞行的距离)可基于电池容量而变化。再生制动提供在载具操作期间为载具的电池充电的装置。具体地，在再生制动中，电机将机械能转换为提供给电池的电能。
关于这些和其它考虑提出了本文所作的公开。
发明内容
示例飞行器包括：框架，其包括机翼；电池，其由框架承载；旋翼，其联接到机翼；电机，其在操作时联接到旋翼；以及处理器，其在操作时联接到电机。处理器使得电机在第一电机操作状态下操作，当电机在第一电机操作状态下操作时旋翼在第一旋翼操作状态下操作，并且使得电机从在第一电机操作状态下操作切换为第二电机操作状态。当电机在第二电机操作状态下操作时旋翼在第二旋翼操作状态下操作。在飞行器的飞行期间，电机在第二电机操作状态下向电池提供电能并且旋翼在第二旋翼操作状态下自动旋转。
另一示例飞行器包括联接到飞行器的第一机翼的第一旋翼。第一旋翼在飞行器的飞行期间自动旋转。示例飞行器包括在操作时联接到第一旋翼的第一电机。示例飞行器包括联接到飞行器的第二机翼的第二旋翼。第二旋翼在飞行器的飞行期间自动旋转。示例飞行器包括在操作时联接到第二旋翼的第二电机。示例飞行器包括旋翼操作管理器，其在第一旋翼自动旋转时使得第一电机电控制第一旋翼的旋转速度，并且在第二旋翼自动旋转时使得第二电机电控制第二旋翼的旋转速度。
另一示例飞行器包括第一旋翼、第二旋翼、推力提供装置和第一发电装置。第一发电装置选择性地控制第一旋翼的旋转速度。示例飞行器包括第二发电装置。第二发电装置选择性地控制第二旋翼的旋转速度。推力提供装置、第一发电装置和第二发电装置调节飞行器相对于一个或更多个轴线的旋转。
另一示例飞行器包括：框架，其包括机翼；电池，其由框架承载；旋翼，其联接到机翼；电机，其在操作时联接到旋翼；以及处理器，其在操作时联接到电机。处理器在飞行器的飞行的第一时间段期间使得电机使旋翼旋转，并且在飞行器的飞行的与第一时间段不同的第二时间段期间使得电机自由自旋或向电池提供电能。
附图说明
图1示出根据本公开的教导的示例多旋翼载具，其包括旋翼操作管理器以选择性地控制载具的旋翼的操作。
图2是图1的旋翼操作管理器的示例实现方式的框图，其中与图1的载具的旋翼关联的电机处于第一电机操作状态。
图3是图1的旋翼操作管理器的示例实现方式的框图，其中与图1的载具的旋翼关联的电机处于第二电机操作状态。
图4是图1的示例多旋翼载具的飞行剖面的示意性例示。
图5是图1的示例多旋翼载具的操作的示例状态图。
图6A和图6B包括表示可被执行以实现图2的示例旋翼操作管理器的机器可读指令的流程图。
图7是被构造为执行图6A和图6B的指令以实现图2的旋翼操作管理器的示例处理平台的框图。
附图未按比例。相反，在附图中层或区域的厚度可能被放大。通常，贯穿附图和所附的书面描述将使用相同的标号来表示相同或相似的部分。
本文中当标识可单独地提及的多个元件或组件时使用描述符“第一”、“第二”、“第三”等。除非另外指明或基于其使用上下文来理解，否则这些描述符并非旨在赋予优先级、列表中的物理次序或安排或者时间排序的任何含义，而是仅用作用于单独地提及多个元件或组件的标签，以易于理解所公开的示例。在一些示例中，可在具体实施方式中使用描述符“第一”来提及元件，而在权利要求中可利用诸如“第二”或“第三”的不同描述符提及相同的元件。在这样的情况下，应该理解，这些描述符仅用于易于引用多个元件或组件。
具体实施方式
由载具上的电池供电的诸如四旋翼的电动多旋翼载具可改进载具的操纵性，同时降低来自载具的操作的环境影响。然而，由于电池的容量有限(在飞行期间变得耗尽)，电动多旋翼飞行器常常在飞行器可飞行的距离方面受限。增加发电机(例如，燃气发电机)以在飞行期间对电池进行充电增加了载具的重量，因此可影响载具的效率。
本文公开了示例混合多旋翼载具，其包括联接到载具的固定翼的旋翼和燃料燃烧推进器。本文所公开的示例混合多旋翼载具包括电机以针对例如旋翼的旋转速度控制飞行器的旋翼的操作。本文所公开的示例包括旋翼操作管理器以选择性地控制电机的操作以使得电机在电机驱动旋翼的旋转的第一电机操作模式或者电机经由再生制动控制旋翼的旋转速度的第二电机操作模式下操作。在本文所公开的示例中，在第二电机操作模式下操作时经由电机生成的电能用于为载具的电池充电。载具的电池可用于在起飞(例如，垂直起飞)和/或着陆期间为载具供电，并且/或者可在例如引擎故障期间用作备用电源。由于在飞行期间电机用作用于为电池充电的发电装置，所以载具可飞行的距离可增加，而不必担心电池在飞行期间耗尽。另外，与不包括用于在飞行期间为电池充电的装置的载具相比，电池的大小可减小。此外，通过用于驱动旋翼并为电池生成电能的旋翼的电机的双重用途，飞行器的重量进一步最小化。因此，电机对多旋翼飞行器的重量的贡献由电机在飞行器飞行期间的双重用途抵消。
在本文所公开的一些示例中，当载具处于飞行的巡航阶段时，旋翼操作管理器指示电机在第二操作模式下操作。在这样的示例中，载具的旋翼自动旋转，或者由于空气穿过旋翼的桨叶而旋转(例如，如自动旋转旋翼机中一样)。示例旋翼操作管理器选择性地指示与相应旋翼关联的电机增加自动旋转旋翼上的拖曳力，从而降低旋翼的旋转速度。在降低旋翼的旋转速度时由电机生成的电力用于经由再生制动为载具的电池充电。在本文所公开的示例中，旋翼操作管理器选择性地指示一个或更多个电机增加相应旋翼上的拖曳力以控制载具在飞行期间的偏航、俯仰或横滚。在一些这样的示例中，燃料燃烧推进器被定位成使得与推进器关联的推力矢量在两个或更多个旋翼之间基本上居中。在这样的示例中，旋翼操作管理器相对与推进器关联的推力矢量平衡与旋翼关联的拖曳力。
在一些示例中，载具的旋翼是可变桨距旋翼。在这样的示例中，旋翼操作管理器可选择性地调节旋翼的桨叶的桨距角(pitch angle)，以例如增加在巡航阶段期间飞行器的速度。因此，本文所公开的示例提供多旋翼载具在飞行期间的高效操作以扩展载具的飞行能力。
图1示出根据本公开的教导的示例多旋翼载具或飞行器100。示例多旋翼飞行器100包括框架102，其具有第一端104以及与第一端104相反的第二端106。第一机翼108和第二机翼110联接到框架102的第一端104，并且第三机翼112和第四机翼114联接到框架102的第二端106。因此，图1的飞行器100的示例包括固定翼飞行器的组件或特征。在一些示例中，飞行器100是客机。
在图1的示例中，包括一个或更多个桨叶118的第一旋翼116联接到第一机翼108。第一旋翼116可包括固定桨距旋翼。在一些示例中，第一旋翼116是可调节第一旋翼116的桨叶118的桨距角的可变桨距旋翼。第一旋翼116包括第一电机120以控制例如桨叶118旋转的速度。在图1的示例中，第一电机120是电机。在图1中，第一电机120在通信时联接到第一电机控制器122(例如，处理器)，其生成指令以控制第一电机120的操作。
图1的示例多旋翼飞行器100包括第二旋翼124，其联接到第二机翼110并且包括桨叶126。第二旋翼124包括第二电机128以控制桨叶126的旋转。示例多旋翼飞行器100包括第二电机控制器130，其与第二电机128通信以控制第二电机128的操作。
类似地，图1的示例多旋翼飞行器100包括联接到第三机翼112并具有桨叶134的第三旋翼132、控制桨叶134的第三电机136以及与第三电机136通信的第三电机控制器138。图1的示例多旋翼飞行器100包括联接到第四机翼114并具有桨叶142的第四旋翼140、控制桨叶142的第四电机144以及与第四电机144通信的第四电机控制器146。因此，示例飞行器100包括四旋翼的特征或组件。然而，示例飞行器100可包括比图1所示更多或更少的旋翼116、124、132、140。
在一些示例中，第一旋翼116、第二旋翼124、第三旋翼132和第四旋翼140中的每一个包括相同数量和/或类型(例如，大小)的桨叶118、126、134、142。在一些其它示例中，在旋翼116、124、132、140中的两个或更多个之间桨叶118、126、134、142的大小和/或类型不同。另外，在一些示例中，第一旋翼116、第二旋翼124、第三旋翼132和第四旋翼140是固定桨距旋翼。在其它示例中，第一旋翼116、第二旋翼124、第三旋翼132和第四旋翼140是可变桨距旋翼，或者可调节相应桨叶118、126、134、142的桨距角的旋翼。在旋翼116、124、132、140包括可变桨距旋翼的示例中，示例旋翼116、124、132、140包括相应第一旋翼桨距控制器148、第二旋翼桨距控制器150、第三旋翼桨距控制器152和第四旋翼桨距控制器154以生成控制旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的桨距角的指令。第一旋翼桨距控制器148、第二旋翼桨距控制器150、第三旋翼桨距控制器152和第四旋翼桨距控制器154与对应第一电机120、第二电机128、第三电机136和第四电机144通信。
多旋翼飞行器100的机翼108、110、112、114和旋翼116、124、132、140在飞行期间为载具提供升力。图1的示例多旋翼飞行器100还包括燃料燃烧推进器153。因此，飞行器100是包括燃料燃烧推进器153和电机120、128、136、144的混合多旋翼载具。在图1的示例中，推进器153设置在第三机翼112和第四机翼114之间。图1的飞行器100的示例推进器153在飞行期间为飞行器100提供水平推力。在图1中，推进器153相对于飞行器100的框架102定位，使得与推进器153关联的水平推力矢量在第一旋翼116、第二旋翼124、第三旋翼132和第四旋翼140之间基本上居中(例如，水平和垂直居中)。然而，推进器153可与图1中所示不同地相对于框架102定位。在一些示例中，推进器153是推动型推进器。在其它示例中，推进器153是牵引型推进器。
图1的示例多旋翼飞行器100包括一个或更多个电池155。在图1的示例中，电池155可用于在一个或更多个飞行阶段期间为飞行器100供电。例如，电池155可用于在垂直起飞期间为飞行器100供电，其中旋翼116、124、132、140由电机120、128、136、144驱动以旋转并为载具生成升力。另外地或另选地，电池155可用于在短距离飞行期间和/或在着陆期间为飞行器100供电。在一些示例中，电池155用于在例如推进器153故障的情况下为飞行器100供电。
图1的示例多旋翼载具100包括旋翼操作管理器156以控制旋翼116、124、132、140的操作。旋翼操作管理器156可由多旋翼载具100的一个或更多个处理器实现。在图1的示例中，第一电机控制器122、第二电机控制器130、第三电机控制器138和第四电机控制器146中的每一个经由一个或更多个有线或无线连接在通信时联接到旋翼操作管理器156。
图1的示例旋翼操作管理器156生成指令以选择性地控制第一电机120、第二电机128、第三电机136和第四电机144的操作，因此与电机关联的相应旋翼116、124、132、140的操作。例如，旋翼操作管理器156可生成指令以便电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作，其中电机120、128、136、144将电能转换为机械能以使得旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142旋转。在例如飞行器100垂直起飞期间，示例旋翼操作管理器156可生成指令以便于电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作以驱动旋翼116、124、132、140的旋转。当电机驱动桨叶118、126、134、142时，旋翼116、124、132、140可被视为在第一旋翼操作状态下操作。
在飞行器飞行期间(例如，在飞行器100的巡航阶段期间)，图1的示例旋翼操作管理器156生成指令以便于旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142自动旋转(例如，通过指示电机120、128、136、144关闭或暂时避免驱动桨叶118、126、134、142的旋转)。因此，在飞行器100的飞行的至少一些部分期间，旋翼116、124、132、140在第二旋翼操作状态下操作，其中通过气流来驱动旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的旋转。当旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142自动旋转时，示例旋翼操作管理器156生成指令以便于电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作，其中电机120、128、136、144中的一个或更多个经由再生制动降低对应旋翼116、124、132、140的旋转速度(例如，每分钟转数(RPM))。具体地，旋翼操作管理器156经由电机控制器122、130、138、146指示电机120、128、136、144增加在旋翼116、124、132、140上的拖曳力，例如在旋翼的相应轴上生成制动转矩(例如，负驱动轴转矩)。结果，旋翼116、124、132、140的旋转速度降低。另外，在飞行期间，由电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作的同时生成的电能可被提供给电池155以为电池155充电。因此，在第二电机操作状态下，电机120、128、136、144充当电池155的发电机。
在图1的示例中，旋翼操作管理器156选择性地指示电机120、128、136、144中的一个或更多个降低对应旋翼116、124、132、140的旋转速度以控制飞行器100的俯仰、偏航或横滚。示例多旋翼飞行器100包括一个或更多个传感器158以生成由旋翼操作管理器156用来控制在第二电机操作状态下的电机120、128、136、144，因此控制飞行器100相对于俯仰轴157、横滚轴159和/或偏航轴161的移动的数据。传感器158可包括例如加速度计(例如，3轴加速度计)和陀螺仪(例如，3轴陀螺仪)。在一些示例中，传感器158包括测量由推进器153生成的推力的传感器(例如，应变计)。
旋翼操作管理器156还可从飞行器100的一个或更多个载具管理控制系统160接收输入。载具管理控制系统160可包括用于监视和/或控制飞行器100的一个或更多个组件(例如，飞行器100的起落架)的传感器、处理器等。在一些示例中，旋翼操作管理器156从载具管理控制系统160接收指示例如飞行器100的高度、航向和/或速度的改变的数据。由载具管理控制系统160发送到旋翼操作管理器156的数据可基于用户输入。
示例旋翼操作管理器156使用来自传感器158和/或载具管理控制系统160的数据来生成对电机120、128、136、144的指令。例如，基于来自载具管理控制系统160的高度数据，旋翼操作管理器156检测到飞行器100正在进入巡航阶段。在这样的示例中，旋翼操作管理器156生成指令以便于旋翼116、124、132、140自动旋转并且电机120、128、136、144从在第一电机操作状态下操作转变或切换为第二电机操作状态。作为另一示例，当电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作时，旋翼操作管理器156可基于来自传感器158的指示飞行器相对于俯仰轴157、横滚轴159或偏航轴161的旋转的传感器数据生成指令以便于电机120、128、136、144中的一个或更多个增加对应旋翼116、124、132、140上的拖曳力以降低旋转速度。在一些示例中，旋翼操作管理器156选择性地指示电机120、128、136、144中的一个或更多个降低对应自动旋转旋翼116、124、132、140的旋转速度以相对于推进器153所生成的推力平衡旋翼116、124、132、140上的拖曳力。具体地，当旋翼正在自动旋转时，与旋翼关联的力矢量被视为拖曳力矢量(与在垂直起飞期间的升力矢量相比)。旋翼操作管理器156相对与推进器153关联的推力矢量平衡旋翼拖曳力。
基于来自传感器158的数据和/或来自载具管理控制系统160的数据，旋翼操作管理器156生成指令以便于电机120、128、136、144降低旋翼116、124、132、140的旋转速度，从而增加各个旋翼116、124、132、140上的拖曳以控制飞行器100的俯仰、横滚和/或偏航。如上面所公开的，在一些示例中，旋翼116、124、132、140是可变桨距旋翼，或者可调节旋翼的桨叶的桨距角的旋翼。在这样的示例中，旋翼操作管理器156生成指令以便于旋翼桨距控制器148、150、152、154中的一个或更多个限定与旋翼桨距控制器148、150、152、154通信的相应旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的桨距角。通过调节桨叶118、126、134、142的桨距角，可在飞行器100飞行期间进一步控制各个旋翼116、124、132、140上的拖曳。例如，在巡航阶段期间通过调节旋翼116、124、132、140中的一个或更多个的桨叶118、126、134、142的桨距角以降低拖曳，拖曳力可降低并且飞行器100的速度增大。在一些这样的示例中，旋翼操作管理器156选择性地生成指令以便于电机控制器122、130、138、146和旋翼桨距控制器148、150、152、154调节特定旋翼116、124、132、140上的拖曳力，同时旋翼116、124、132、140自动旋转以影响飞行器100的位置和/或速度。
在一些示例中，在飞行器100飞行期间，旋翼操作管理器156指示电机120、128、136、144在第三电机操作状态下操作。在这样的示例中，电机120、128、136、144在空档状态下操作，其中电机120、128、136、144自由自旋(即，在电机自旋期间既不增加也不减少转矩；例如，电机轴上没有负载)。在这样的示例中，电池155不向电机120、128、136、144供电，电机120、128、136、144也不生成提供给电池155以为电池155充电的电力。相反，当在空档状态下操作时，电机120、128、136、144充当轴承。
在电机120、128、136、144在第三电机操作状态或空档状态下操作的示例中，旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142自动旋转。在一些这样的示例中，当电机120、128、136、144在第三电机操作状态或空档状态下操作时，旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142可被顺桨，以例如增加飞行器100的速度。在一些示例中，当电机120、128、136、144例如在电机120、128、136、144驱动相应旋翼116、124、132、140旋转的第一操作状态和电机120、128、136、144充当发电机的第二操作状态下操作之间转变时，旋翼操作管理器156指示电机120、128、136、144在第三电机操作状态下操作。在一些其它示例中，在巡航期间，旋翼操作管理器156指示电机120、128、136、144在第三电机操作状态下操作，可避免指示电机120、128、136、144在第二操作状态下操作。
图2是图1的旋翼操作管理器156的示例实现方式的框图。如上所述，旋翼操作管理器156从传感器158(例如，加速度计、陀螺仪)接收指示例如飞行器100相对于俯仰轴、偏航轴和/或横滚轴的位置的传感器数据200。可基于例如传感器类型以及对传感器158和/或旋翼操作管理器156的用户设置基本上连续地或以预定义的采样间隔将传感器数据200从传感器158发送到旋翼操作管理器156。传感器数据200被存储在数据库202中。在一些示例中，旋翼操作管理器156包括数据库202。在其它示例中，数据库202位于旋翼操作管理器156外部旋翼操作管理器156可访问的位置，如图2所示。
示例旋翼操作管理器156还访问来自载具管理控制系统160的飞行控制数据204。飞行控制数据204可包括例如高度数据、速度数据、航向等。在一些示例中，飞行控制数据204数据包括请求例如改变飞行器速度、航向和/或高度的用户输入。在一些示例中，飞行控制数据204包括关于推进器153的操作的数据，例如由推进器153生成的推力量。飞行控制数据204被存储在数据库202中。
如图2所示，示例旋翼操作管理器156与第一旋翼116的第一电机控制器122通信。如上所述，第一电机控制器122在通信时联接到第一旋翼116的第一电机120。第一电机控制器122基于从旋翼操作管理器156接收的指令来生成指令以控制第一旋翼116的操作。例如，在图1的多旋翼载具100起飞期间，第一电机控制器122可生成指令以使得第一旋翼116的桨叶118旋转。
如上所述，在一些示例中，第一旋翼116是固定桨距旋翼。在其它示例中，第一旋翼116是可变桨距旋翼。在第一旋翼116是可变桨距旋翼的示例中，示例旋翼操作管理器156与第一旋翼桨距控制器148通信。
如图2所示，示例旋翼操作管理器156与图1的示例多旋翼载具100的相应旋翼124、132、140所关联的电机控制器130、138、146中的每一个通信。另外，在第二旋翼124、第三旋翼132和第四旋翼140是可变桨距旋翼的示例中，旋翼操作管理器156与第二旋翼桨距控制器150、第三旋翼桨距控制器152和第四旋翼桨距控制器154通信。
图2的示例旋翼操作管理器156包括数据分析仪206。数据分析仪206分析从传感器158接收的传感器数据200和/或从载具管理控制系统160接收的飞行控制数据204以确定飞行器100的活动。例如，基于高度数据的分析，数据分析仪206确定飞行器100的飞行阶段(例如，起飞或巡航)。在一些示例中，数据分析仪206基于传感器数据200确定飞行器100相对于俯仰轴157、横滚轴159和/或偏航轴161的位置。
图2的示例旋翼操作管理器156包括电机操作控制器208。电机操作控制器208生成使得旋翼116、124、132、140的电机120、128、136、144在以下状态下操作的指令：(a)电机将电能转换为机械能以驱动旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142旋转的第一电机操作状态，或者(b)电机120、128、136、144充当发电机并且当旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142自动旋转时影响旋翼116、124、132、140上的拖曳力的第二电机操作状态。在图2的示例中，电机操作控制器208基于数据分析仪206对传感器数据200和/或飞行控制数据204的分析以及一个或更多个电机操作规则210来选择性地指示电机120、128、136、144在第一或第二电机操作状态下操作。电机操作规则210定义用于在第一电机操作状态或第二电机操作状态下操作电机120、128、136、144的标准。电机操作规则210可定义应该指示电机120、128、136、144中的哪一个控制特定旋翼116、124、132、140上的拖曳力以影响多旋翼载具100的俯仰、偏航或横滚。可基于用户输入的电机操作规则210被存储在数据库202中。
例如，如果数据分析仪206确定飞行器100处于起飞或初始上升阶段，则电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作以驱动旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142旋转以使得旋翼能够生成升力。如本文所公开的，在一些示例中，如果数据分析仪206确定飞行器100处于巡航阶段，则电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作以在旋翼116、124、132、140自动旋转的同时控制旋翼116、124、132、140上的拖曳力。例如，如本文进一步讨论的，基于数据分析仪206对指示飞行器100绕俯仰轴、偏航轴和/或横滚轴的移动的传感器数据200的分析，电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144中的一个或更多个在第二电机操作状态下操作以降低旋翼116、124、132、140的旋转速度以控制飞行器100的俯仰、偏航或横滚。如本文中还公开的，在一些示例中，如果数据分析仪206确定飞行器100处于巡航阶段，则电机操作控制器208可生成指令以便于电机120、128、136、144在第三电机操作状态或空档自由自旋状态下操作。
图2的示例旋翼操作管理器156包括通信器212。通信器212经由一个或更多个有线或无线连接向电机控制器122、130、138、146发送用于控制电机120、128、136、144的指令。
如上所述，在一些示例中，旋翼116、124、132、140是包括可针对桨叶的桨距角进行调节的桨叶118、126、134、142的可变桨距旋翼。在这样的示例中，旋翼操作管理器156包括旋翼桨距指示器214或者用于控制桨叶的桨距角的装置。在巡航期间，旋翼桨距指示器214生成指令以便于调节桨叶118、126、134、142的桨距角，以例如降低拖曳并增加速度。在图2的示例中，旋翼桨距指示器214可基于数据分析仪206对数据200、204的分析以及旋翼桨距规则216来生成指令以调节可变桨距旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的桨距角。旋翼桨距规则216定义桨叶118、126、134、142的桨距角以影响例如飞行器100的速度。可基于用户输入的旋翼桨距规则216被存储在数据库202中。在一些示例中，当电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作并且旋翼116、124、132、140由电机120、128、136、144电驱动以旋转时，旋翼桨距指示器214生成指令以便于调节桨叶118、126、134、142的桨距。
在图2的示例中，电机操作控制器208指示电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作，其中电机120、128、136、144驱动旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142旋转。如箭头218所表示的，当电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作时，在飞行器100操作期间消耗来自飞行器100的电池155的电力。
如上所述，在一些示例中，电机操作控制器208指示电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作，其中电机120、128、136、144充当发电机并且在旋翼自动旋转时(例如，在巡航阶段期间)控制旋翼116、124、132、140的旋转速度。图3是图1和图2的旋翼操作管理器156的示例实现方式的框图，其中电机操作控制器208指示电机控制器122、130、138、146在第二电机操作状态下操作电机120、128、136、144。
在图2和图3的示例中，当数据分析仪206确定飞行器100进入巡航阶段时，电机操作控制器208指示电机120、128、136、144关闭或暂时避免驱动旋翼以使得旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142能够由于空气穿过桨叶118、126、134、142而自动旋转。在巡航期间，飞行器100的机翼108、110、112、114(图1)和自动旋转旋翼116、124、132、140为飞行器100生成升力。另外，推进器153生成水平推力以使飞行器100向前移动。
在一些示例中，与桨叶118、126、134、142由电机120、128、136、144驱动旋转相比，桨叶118、126、134、142的旋转速度(例如，RPM)由于空气穿过桨叶118、126、134、142移动而增加。因此，在一些示例中，在飞行器100的巡航阶段期间旋翼116、124、132、140的自动旋转可增加飞行器100的速度。
在图3的示例中，旋翼操作管理器156的电机操作控制器208指示电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作以控制自动旋转旋翼116、124、132、140的旋转速度，并且结果，影响飞行器100的俯仰、偏航和横滚。具体地，电机操作控制器208生成指令，所述指令使得电机120、128、136、144选择性地增加旋翼116、124、132、140上的拖曳力，从而影响(即，减小)自动旋转旋翼116、124、132、140的旋转速度。基于经由相应电机120、128、136、144选择性调节各个旋翼116、124、132、140上的拖曳力，旋翼操作管理器156控制飞行器100的偏航、俯仰和横滚。
例如，为了降低旋翼116、124、132、140的旋转速度，电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144中的一个或更多个生成制动转矩(例如，负转矩)。制动转矩的生成增加了自动旋转旋翼116、124、132、140所经历(例如，旋翼116、124、132、140的轴上)的拖曳或阻力。结果，旋翼116、124、132、140的旋转速度(例如，RPM)降低。
如上面所公开的，旋翼操作管理器156的数据分析仪206分析来自测量例如在飞行期间飞行器100的速度、旋转运动、推进器153所生成的推力等的传感器158和/或载具管理控制系统160的数据200、204。基于数据分析仪206对数据200、204的分析，示例电机操作控制器208选择性地指示电机120、128、136、144调节旋翼116、124、132、140中的一个或更多个的旋转速度以控制例如在巡航期间飞行器100的俯仰和偏航。在图3的示例中，电机操作控制器208选择性地指示电机120、128、136、144增加对应旋翼116、124、132、140上的拖曳力以相对与推进器153关联的推力矢量平衡旋翼拖曳力，以控制飞行器100相对于偏航轴、俯仰轴或横滚轴的移动。
例如，电机操作控制器208可选择性地指示第二电机128和第四电机144增加拖曳力以相对于第一旋翼116和第三旋翼132上的拖曳力降低相应第二旋翼124和第四旋翼140的旋转速度。结果，可调节多旋翼飞行器100相对于横滚轴的移动。作为另一示例，为了调节飞行器100的俯仰，电机操作控制器208可生成指令以便于第一旋翼116和第二旋翼124的旋转速度相对于第三旋翼132和第四旋翼140的旋转速度变化。在这样的示例中，电机操作控制器208可例如向第一电机控制器122和第二电机控制器130发送指令以增加拖曳力，以降低第一旋翼116和第二旋翼124的旋转速度。在其它示例中，电机操作控制器208基于飞行器100相对于俯仰轴移动的方向向例如第三电机控制器138和第四电机控制器146发送指令以增加拖曳并降低第三旋翼132和第四旋翼140的旋转速度。因此，图2和图3的示例电机操作控制器208选择性地调节施加到自动旋转旋翼116、124、132、140的拖曳以控制旋翼116、124、132、140的速度。换句话说，旋翼操作管理器156的电机操作控制器208使用拖曳矢量化来调节旋翼116、124、132、140中的一个或更多个上的拖曳力(例如，相对于与推进器153关联的推力矢量)以控制飞行器100的偏航、俯仰和横滚。
在图3的示例中，电机120、128、136、144将通过旋翼116、124、132、140的自动旋转生成的机械能转换为电能以降低旋翼116、124、132、140的旋转速度。因此，在第二电机操作状态下，电机120、128、136、144是发电机。此外，自动旋转旋翼116、124、132、140可被视为充当风力涡轮机，因为它们用于将来自移动空气的能量转换为电能。如图3中的箭头300所表示的，由电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作时生成的电力被提供给电池155以对电池155充电。因此，图1的示例多旋翼飞行器100采用再生制动原理通过在飞行期间对飞行器100的电池155进行充电来高效地操作飞行器100。
在旋翼116、124、132、140是可变桨距旋翼，使得相应旋翼的桨叶118、126、134、142的桨距可调节的示例中，当电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作并且旋翼116、124、132、140自动旋转时，示例旋翼操作管理器156的旋翼桨距指示器214生成指令以选择性地控制桨叶118、126、134、142的桨距角。在一些示例中，旋翼桨距指示器214基于飞行器100的飞行阶段的确定来生成指令以调节桨叶118、126、134、142的桨距角。例如，如果数据分析仪206确定飞行器100处于巡航阶段，则旋翼桨距指示器214可生成发送到第一旋翼桨距控制器148、第二旋翼桨距控制器150、第三旋翼桨距控制器152和第四旋翼桨距控制器154以使桨叶118、126、134、142顺桨的指令。在旋翼116、124、132、140自动旋转期间，桨叶118、126、134、142的顺桨可降低旋翼116、124、132、140所经历的拖曳并增加飞行器100的速度。除了电机操作控制器208的拖曳矢量化的效果之外，旋翼桨距指示器214还可选择性地调节旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的桨距角以进一步控制旋翼116、124、132、140的旋转速度。
因此，在电机120、128、136、144作为发电机在第二电机操作状态下操作并且旋翼116、124、132、140自动旋转的同时，示例旋翼操作管理器156相对于俯仰、偏航和横滚选择性地控制飞行器100。通过选择性地控制旋翼116、124、132、140上的拖曳力，以及在一些示例中，旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的桨距角，示例旋翼操作管理器156控制多旋翼载具100的旋转运动。此外，通过使用再生制动来控制旋翼116、124、132、140的旋转速度，电机120、128、136、144生成用于在飞行期间为飞行器100的电池155充电的电能。因此，由于在飞行期间电机120、128、136、144用作发电装置，所以不需要为电池155充电的单独的(例如，燃气)发电机。此外，与飞行器100承载无法在飞行期间充电的电池155相比，电池155的大小可减小。因此，通过使用重量较小的电池和/或通过消除用于电池的单独发电机来抵消电机120、128、136、144和/或燃料燃烧推进器153的重量。
如本文所公开的，在一些示例中，旋翼操作管理器156生成指令以便于电机120、128、136、144在电机120、128、136、144自由自旋的第三电机操作模式或空档状态下操作。在一些示例中，电机操作控制器208生成发送到电机控制器122、130、138、146以使得电机120、128、136、144在空档状态下操作的指令。例如，当数据分析仪206确定飞行器100进入巡航阶段时，电机操作控制器208可生成指令以便于电机120、128、136、144在第三操作状态下操作。在一些示例中，电机操作控制器208指示电机120、128、136、144在巡航阶段期间在至少一些时间段内在第三电机操作状态下操作以增加飞行器100的巡航速度和/或在电机120、128、136、144切换为作为发电机在第二电机操作状态下操作之前在第三电机操作状态下操作。在一些示例中，电机操作控制器208基于从传感器158和/或载具管理控制系统160接收的指示例如飞行器速度、飞行器100沿着飞行路径的位置、环境条件等的数据200、204来指示电机120、128、136、144在第三电机操作状态下操作。
在电机120、128、136、144在第三电机操作状态下操作的示例中，旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142自动旋转。在一些示例中，在电机120、128、136、144在第三电机操作状态下操作的同时，旋翼桨距指示器214生成发送到相应旋翼桨距控制器148、150、152、154以使得桨叶118、126、134、142顺桨的指令。在旋翼116、124、132、140自动旋转期间桨叶118、126、134、142顺桨可降低旋翼116、124、132、140所经历的拖曳并增加在飞行期间飞行器100的速度。
在一些示例中，电机操作控制器208生成指令以便于例如电机120、128、136、144从在第三操作模式下操作切换为在电机120、128、136、144增加拖曳并降低旋翼116、124、132、140的旋转速度的第二操作模式下操作以控制飞行器100的偏航、俯仰和横滚。在一些示例中，电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144从在第二操作模式下操作切换为在第三操作模式或空档状态模式下操作以增加飞行器100的巡航速度。在一些示例中，电机操作控制器208基于例如从传感器158和/或载具管理控制系统160接收的数据200、204来生成指令以便于电机120、128、136、144从(例如，在起飞期间)在电机120、128、136、144驱动旋翼116、124、132、140旋转的第一电机操作模式下操作切换为在第三电机操作模式下操作。因此，旋翼操作管理器156考虑飞行器100的飞行阶段选择性地确定电机120、128、136、144的操作模式以优化飞行器速度和/或位置。
尽管图2和图3中示出了实现图1的旋翼操作管理器156的示例方式，但是图2和图3中所示的一个或更多个元件、过程和/或装置可被组合、划分、重新布置、省略、消除和/或以任何其它方式实现。此外，示例数据库202、示例数据分析仪206、示例电机操作控制器208、示例通信器212、示例旋翼桨距指示器214和/或更一般地，图2和图3的示例旋翼操作管理器156可通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合来实现。因此，例如，示例数据库202、示例数据分析仪206、示例电机操作控制器208、示例通信器212、示例旋翼桨距指示器214和/或更一般地，示例旋翼操作管理器156中的任一个可由一个或更多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、可编程控制器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)实现。当阅读本专利的涵盖纯软件和/或固件实现方式的任何装置或系统权利要求时，示例数据库202、示例数据分析仪206、示例电机操作控制器208、示例通信器212和/或示例旋翼桨距指示器214中的至少一个由此被明确地定义为包括非暂时性计算机可读存储装置或存储盘，例如包括软件和/或固件的存储器、数字多功能盘(DVD)、紧凑盘(CD)、蓝光盘等。此外，除了图2和图3所示那些之外或者代替图2和图3所示那些，示例旋翼操作管理器156可包括一个或更多个元件、过程和/或装置，和/或可包括任何或所有示出的元件、过程和装置中的不止一个。如本文所用，短语“与…通信”包括其变体涵盖了通过一个或更多个中间组件的直接通信和/或间接通信，并且不需要直接物理(例如，有线)通信和/或持续通信，而是另外包括按照周期性间隔、预定的间隔、非周期性间隔和/或一次性事件的选择性通信。
图4是图1至图3的示例多旋翼载具或飞行器100的示例飞行剖面的图。在图4的示例中，在时间t1，图1的多旋翼飞行器100的旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142开始旋转以便于垂直起飞。在图4的示例中，桨叶118、126、134、142的旋转基于来自图1至图3的旋翼操作管理器156的电机操作控制器208的指令由在第一电机操作状态下操作的电机120、128、136、144驱动。因此，可不依赖于燃料燃烧推进器153而生成用于飞行器100垂直起飞的升力。
如图4所示，在一些示例中，机翼108、110、112、114相对于飞行器100的框架102取向，使得在起飞期间旋翼116、124、132、140的旋转平面相对于地面400是水平的(其中图4示出第二机翼110和第四机翼114)。旋翼116、124、132、140的水平旋转平面用于飞行器100的垂直起飞。另外，在垂直起飞期间，飞行器100的机头402指向地面400，这与飞行器100的机头402基本上水平相比，为飞行器100的飞行员增加了周围环境的可见性。例如，飞行器100起飞的环境可包括例如树冠404，飞行器100的机头402向下倾斜改进了飞行员穿过树冠404的可见性。
在起飞之后，在时间t2(发生在时间t1之后某时)，启用飞行器100的推进器153以提供飞行器100的向前水平加速度。随着飞行器100获得向前速度，电机120、128、136、144收油门以减小拖曳并允许飞行器100水平加速。因此，在起飞和初始上升期间，电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作以驱动旋翼116、124、132、140旋转。
在时间t3(发生在时间t1和t2之后某时)，飞行器100开始进入巡航阶段。旋翼操作管理器156的数据分析仪206基于传感器数据200检测到飞行器100已达到巡航高度或在其范围内。旋翼操作管理器156的电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144关闭以使得旋翼116、124、132、140能够在巡航期间自动旋转。在一些示例中，电机操作控制器208生成指令以便于电机120、128、136、144在巡航阶段期间在空档或自由自旋状态(例如，第三电机操作状态)下操作。在一些示例中，当电机120、128、136、144要例如增加飞行器100的巡航速度时，旋翼桨距指示器214生成指令以便于旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142顺桨。
在巡航阶段期间，电机操作控制器208生成指令以通过经由电机120、128、136、144选择性地调节旋翼116、124、132、140上的拖曳力来控制飞行器100的偏航、俯仰和横滚。如本文所公开的，电机操作控制器208生成指令以便于相应电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作以经由电制动调节自动旋转旋翼116、124、132、140中的一个或更多个的旋转速度。电机操作控制器208针对推进器153所生成的推力平衡旋翼116、124、132、140上的拖曳力以调节飞行器100相对于俯仰、偏航或横滚轴的旋转。
如上面所公开的，在再生制动期间由电机120、128、136、144生成的电能用于为飞行器100的电池155充电。在例如飞行器100垂直着陆期间(例如，发生在时间t3之后某时)，飞行器100的电机120、128、136、144可由充电的电池155供电。作为另一示例，在例如推进器153故障的情况下，飞行器100的电机120、128、136、144可由充电的电池155供电并用于使飞行器100飞行并着陆。因此，在飞行期间使用由电机120、128、136、144生成的电能为电池155充电在燃料燃烧推进器153故障的情况下为飞行器100提供了备用电源。此外，飞行器100不再需要携带用于为电池155充电的单独发电机。
图5是示出在图1和图4的示例飞行器或载具100的不同飞行阶段期间旋翼116、124、132、140和电机120、128、136、144的示例操作状态的状态图。如本文所公开的，在一些示例中，示例飞行器100经由垂直起飞来起飞，其中飞行器100的电机120、128、136、144由飞行器100的电池155供电(例如，电机120、128、136、144在第一电机操作状态下操作)并且由对应电机120、128、136、144驱动相应旋翼116、124、132、140旋转以为飞行器100生成升力。在一些示例中，当从例如直升机停机坪起飞时，飞行器100采用垂直起飞。在一些示例中，当由电机120、128、136、144(例如，经由图2和图3的旋翼桨距指示器214)驱动旋翼116、124、132、140旋转时，可调节旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142的桨距。
也如图5所示，在飞行期间，飞行器100进入巡航阶段。在一些示例中，在巡航阶段期间的至少一些时间，电机120、128、136、144基于来自图2和图3的电机操作控制器208的指令在空档状态或自由自旋状态(例如，第三电机操作状态)下操作。在这样的示例中，旋翼116、124、132、140自动旋转。在一些这样的示例中，在巡航期间，旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142顺桨(例如，基于来自旋翼桨距指示器214的指令)以增加飞行器100的速度。
如图5所示，在一些示例中，在巡航阶段期间的至少一些时间，电机120、128、136、144作为发电机(例如，在第二电机操作状态下)操作。在这样的示例中，电机120、128、136、144通过考虑飞行器100的推进器153所生成的推力矢量控制旋翼116、124、132、140上的拖曳力来控制飞行器100的俯仰、偏航和横滚。如图5所示，当电机120、128、136、144充当发电机时，经由发电机为电池155充电。在一些示例中，调节桨叶118、126、134、142的桨距(例如，通过旋翼桨距指示器214)以影响飞行器100的速度。
如图5中的箭头500、502所示，在飞行器100操作期间，飞行器100以及因此飞行器100的旋翼116、124、132、140和电机120、128、136、144可选择性地在操作状态之间移动。例如，在飞行器100垂直着陆期间，电机120、128、136、144可从在空档状态或第二电机操作状态下操作切换为在第一电机操作状态下操作。在其它示例中，在飞行器100利用推进器153所生成的推力从机场奔跑起飞并进入巡航阶段之后，电机可作为发电机在第二操作模式下操作。在这样的示例中，如果例如飞行器100采用垂直着陆来着陆，则电机可在第一操作模式下操作。
图6A和图6B中示出表示用于实现图1至图3的示例旋翼操作管理器156的示例硬件逻辑、机器可读指令、硬件实现状态机和/或其任何组合的流程图。机器可读指令可以是用于由计算机处理器(例如，下面结合图7讨论的示例处理器平台700中所示的处理器712)执行的一个或更多个可执行程序或可执行程序的部分。该程序可在存储在非暂时性计算机可读存储介质(例如，CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、DVD、蓝光盘或者与处理器712关联的存储器)上的软件中具体实现，但是整个程序和/或其部分可另选地由处理器712以外的装置执行和/或在固件或专用硬件中具体实现。此外，尽管参照图6A和图6B所示的流程图描述了示例程序，可另选地使用实现示例旋翼操作管理器156的许多其它方法。例如，方框的执行次序可改变，和/或所描述的一些方框可被改变、消除或组合。另外地或另选地，任何或所有方框可在不执行软件或固件的情况下由被构造为执行对应操作的一个或更多个硬件电路(例如，分立和/或集成的模拟和/或数字电路、现场可编程门阵列(FPGA)、ASIC、比较器、运算放大器(op-amp)、逻辑电路等)实现。
本文所描述的机器可读指令可按压缩格式、加密格式、碎片格式、打包格式等中的一种或更多种来存储。如本文所描述的机器可读指令可被存储为数据(例如，部分指令、代码、代码表示等)，这些数据可用于创建、制造和/或生成可执行指令的机器。例如，机器可读指令可被分段并存储在一个或更多个存储装置和/或计算装置(例如，服务器)上。机器可读指令可能需要安装、修改、改编、更新、组合、补充、配置、解密、解压缩、解包、分发、重新分配等中的一个或更多个，以便使得它们可由计算装置和/或其它装置直接读取和/或执行。例如，机器可读指令可按多个部分存储，这些部分被单独地压缩、加密并存储在单独的计算装置上，其中，这些部分在被解密、解压缩和组合时形成实现诸如本文所描述的程序的可执行指令集合。在另一示例中，机器可读指令可在这样的状态下存储：它们可由计算机读取，但是需要添加库(例如，动态链接库(DLL))、软件开发套件(SDK)、应用编程接口(API)等，以便在特定计算装置或其它装置上执行指令。在另一示例中，机器可读指令可能需要被配置(例如，存储设置、输入数据、记录网络地址等)，然后才可整体或部分地执行机器可读指令和/或对应程序。因此，所公开的机器可读指令和/或对应程序旨在涵盖这样的机器可读指令和/或程序，而不管在存储或者静止或运输中时机器可读指令和/或程序的特定格式或状态。
如上所述，图6A和图6B的示例过程可利用存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质上的可执行指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现，例如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、紧凑盘、数字多功能盘、高速缓存、随机存取存储器和/或存储信息达任何持续时间(例如，达延长的时间段、永久地、短暂地、暂时地缓冲和/或信息的高速缓存)的任何其它存储装置或存储盘。如本文所用，术语非暂时性计算机可读介质被明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储装置和/或存储盘并且不包括传播信号且不包括传输介质。
图6A和图6B包括经由与在第一电机操作状态或第二电机操作状态下操作的多旋翼载具(例如，图1的包括旋翼116、124、132、140的多旋翼载具100)的一个或更多个旋翼关联的电机来选择性地控制所述旋翼的操作的示例方法600的流程图。图6A和图6B的示例方法600可由图1至图3的示例旋翼操作管理器156实现。
示例方法600开始于检测到多旋翼载具处于起飞飞行阶段(方框602)。例如，旋翼操作管理器156的数据分析仪206可基于传感器158所生成的传感器数据200和/或从载具管理控制系统160接收的飞行控制数据204检测到图1的多旋翼载具100处于起飞飞行阶段。
图6A和图6B的示例方法600包括指示与多旋翼载具100的旋翼关联的电机在第一电机操作状态下操作以驱动旋翼的桨叶旋转(方框604)。例如，旋翼操作管理器156的电机操作控制器208基于电机操作规则210指示与多旋翼载具100的相应旋翼116、124、132、140关联的电机120、128、136、144驱动旋翼116、124、132、140的桨叶118、126、134、142旋转。电机操作控制器208经由旋翼操作管理器156的通信器212以及与相应电机120、128、136、144通信的电机控制器122、130、138、146来指示电机120、128、136、144。当电机120、128、136、144在电机120、128、136、144驱动旋翼116、124、132、140旋转的第一电机操作状态下操作时，旋翼116、124、132、140在例如垂直起飞期间为载具100生成升力。当由电机120、128、136、144驱动旋翼116、124、132、140旋转时，旋翼在第一旋翼操作状态下操作。
示例方法600包括确定多旋翼载具是否处于巡航飞行状态(方框606)。例如，旋翼操作管理器156的数据分析仪206可基于载具管理控制系统160所发送的高度数据确定多旋翼载具100处于飞行巡航阶段。
如果多旋翼载具处于飞行的巡航阶段，则示例方法600包括使得旋翼能够自动旋转或者由于空气通过旋翼的桨叶而旋转(方框608)。例如，电机操作控制器208可基于电机操作规则210指示电机120、128、136、144关闭或暂时避免驱动旋翼116、124、132、140旋转。
在图6A和图6B中，当旋翼正在自动旋转时，示例方法600包括指示电机在空档或自由自旋状态下操作(方框610)。例如，电机操作控制器208指示电机120、128、136、144在电机120、128、136、144自由自旋并且既不增加也不减小转矩的空档状态下操作。
在图6A和图6B中，如果多旋翼载具的旋翼是可变桨距旋翼，则示例方法600包括确定是否应该调节旋翼的桨叶的桨距角，如果应该，则指示与旋翼关联的旋翼桨距控制器调节桨距角(方框612、614、616)。在图6A和图6B的示例中，在飞行期间，可调节桨叶的桨距角以例如降低旋翼上的拖曳并增加飞行器的速度。例如，旋翼操作管理器156的旋翼桨距指示器214基于旋翼桨距规则216指示与电机120、128、136、144通信的旋翼桨距控制器148、150、152、154中的一个或更多个调节桨叶118、126、134、142的桨距角。
图6A和图6B的示例方法600包括确定在巡航阶段期间是否应该调节多旋翼载具的偏航、俯仰和/或横滚(方框618)。例如，旋翼操作管理器156的数据分析仪206可基于指示例如载具100的航向改变的来自传感器158(例如，加速度计、陀螺仪)的传感器数据200和/或来自载具管理控制系统160的飞行控制状态数据204确定应该相对于俯仰轴157、横滚轴159和/或偏航轴161调节多旋翼载具100的位置
如果要调节多旋翼载具的偏航、俯仰和/或横滚，则示例方法600指示电机作为发电机在第二电机操作状态下操作(方框620)。例如，电机操作控制器208指示电机120、128、136、144在第二电机操作状态下操作，使得电机120、128、136、144经由生成负转矩来控制旋翼116、124、132、140的旋转速度，这导致电机120、128、136、144生成电能。电机操作控制器208基于电机操作规则210使得电机120、128、136、144从在空档状态下操作切换为第二电机操作状态。
如果要调节多旋翼载具的偏航、俯仰和/或横滚，则示例方法600包括选择性地指示电机中的一个或更多个在第二电机操作状态下操作以经由再生制动来调节旋翼的旋转速度(方框622)。例如，电机操作控制器208选择性地指示第一电机120、第二电机128、第三电机136和/或第四电机144生成增加对应旋翼116、124、132、140上的拖曳力并减小旋翼116、124、132、140的旋转速度的制动转矩。电机操作控制器208可基于电机操作规则210来选择性地指示电机120、128、136、144控制旋翼116、124、132、140上的拖曳力，电机操作规则210定义了应该影响哪些旋翼以调节载具100绕俯仰、偏航和/或横滚轴的移动以及燃料燃烧推进器153所生成的推力矢量。在一些示例中，电机操作控制器208针对燃料燃烧推进器153所生成的推力矢量平衡旋翼116、124、132、140上的拖曳力，以控制载具相对于一个或更多个旋转轴线的位置。如本文所公开的，由电机120、128、136、144生成的电能可用于为多旋翼载具100的电池155充电。
示例方法600继续确定是否应该对多旋翼载具的俯仰、偏航和/或横滚进行进一步调节并继续经由控制自动旋转旋翼上的拖曳力来实现那些改变(方框624)。如果不执行进一步调节，则图6A和图6B的示例方法600包括确定多旋翼载具是否已经历飞行阶段的改变(方框626)。例如，数据分析仪206可基于来自传感器158和/或载具管理控制系统160的数据200、204确定多旋翼载具100正在着陆。
图6A和图6B的示例方法600包括基于飞行阶段和/或用户输入来调节电机的操作(方框628)。例如，电机操作控制器208可基于经由载具管理控制系统160接收的用户输入指示电机120、128、136、144返回到在第一电机操作状态下操作以控制旋翼116、124、132、140的旋转(方框604)。在一些示例中，电机操作控制器208可指示电机120、128、136、144在第三电机操作模式或空档电机状态下操作(例如，方框610)。示例方法600最后监视多旋翼载具的飞行活动(方框630)。
图7是能够执行指令以实现图6A和图6B的方法和/或实现图1至图3的旋翼操作管理器156的示例处理器平台700的框图。处理器平台700可以是例如服务器、个人计算机、工作站、自学习机(例如，神经网络)、移动装置(例如，蜂窝电话、智能电话、诸如iPadTM的平板)、个人数字助理(PDA)、互联网家电或者任何其它类型的计算装置。
所示示例的处理器平台700包括处理器712。所示示例的处理器712是硬件。例如，处理器712可由来自任何期望的家族或制造商的一个或更多个集成电路、逻辑电路、微处理器、GPU、DSP或控制器来实现。硬件处理器可以是基于半导体(例如，基于硅)的器件。在此示例中，处理器实现示例数据分析仪206、示例电机操作控制器208、示例通信器212和示例旋翼桨距指示器214。
所示示例的处理器712包括本地存储器713(例如，高速缓存)。所示示例的处理器712经由总线718与包括易失性存储器714和非易失性存储器716的主存储器通信。易失性存储器714可由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、
Figure BDA0002448153850000221
动态随机存取存储器
Figure BDA0002448153850000222
和/或任何其它类型的随机存取存储器装置实现。非易失性存储器716可由闪存和/或任何其它期望类型的存储器装置实现。对主存储器714、716的访问由存储器控制器来控制。
所示示例的处理器平台700还包括接口电路720。接口电路720可由任何类型的接口标准实现，例如以太网接口、通用串行总线(USB)、
Figure BDA0002448153850000223
接口、近场通信(NFC)接口和/或外围组件互连(PCI)express接口。
在所示的示例中，一个或更多个输入装置722连接到接口电路720。输入装置722允许用户将数据和/或命令输入到处理器712中。输入装置可由例如音频传感器、麦克风、相机(静止或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、轨迹板、轨迹球、isopoint和/或语音识别系统来实现。
一个或更多个输出装置724也连接到所示示例的接口电路720。输出装置724可例如由显示装置(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器(LCD)、阴极射线管显示器(CRT)、面内切换(IPS)显示器、触摸屏等)、触觉输出装置、打印机和/或扬声器来实现。因此，所示示例的接口电路720通常包括图形驱动卡、图形驱动芯片和/或图形驱动处理器。
所示示例的接口电路720还包括诸如发送器、接收器、收发器、调制解调器、住宅网关、无线接入点和/或网络接口的通信装置，以方便经由网络726与外部机器(例如，任何类型的计算装置)交换数据。通信可经由例如以太网连接、数字订户线(DSL)连接、电话线连接、同轴线缆系统、卫星系统、直线对传无线系统、蜂窝电话系统等。
所示示例的处理器平台700还包括用于存储软件和/或数据的一个或更多个大容量存储装置728。这些大容量存储装置728的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、紧凑盘驱动器、蓝光盘驱动器、独立磁盘冗余阵列(RAID)系统和数字多功能盘(DVD)驱动器。
图7的编码的指令732可被存储在大容量存储装置728中、易失性存储器714中、非易失性存储器716中和/或可移除非暂时性计算机可读存储介质(例如，CD或DVD)上。
从前述内容，将理解，本文公开了在载具的不同飞行阶段期间选择性地控制旋翼的操作的示例混合多旋翼载具。本文所公开的示例多旋翼载具包括旋翼操作管理器，其指示与旋翼关联的电机在电机驱动旋翼旋转的第一操作模式以及电机在旋翼自动旋转的同时经由再生制动控制旋翼的旋转速度的第二操作模式下操作。通过选择性地控制自动旋转旋翼上的拖曳力以影响旋翼的旋转速度，在例如飞行的巡航阶段期间示例旋翼操作管理器调节载具的俯仰、偏航和/或横滚。在本文所公开的示例中，电机在第二操作模式下操作时生成的电能可用于为载具的电池充电。与混合载具的燃料燃烧推进器组合，在载具飞行期间充电的电池可用于增加载具可飞行的距离。此外，电机的驱动旋翼和充当发电机的双重作用使载具所承载的为电池充电的附加重量最小化。
一种示例飞行器包括电池、联接到机翼的旋翼、在操作时联接到旋翼的电机以及在操作时联接到电机的处理器。处理器使得电机在第一电机操作状态下操作。当电机在第一电机操作状态下操作时旋翼在第一旋翼操作状态下操作。处理器使得电机从在第一电机操作状态下操作切换为第二电机操作状态。当电机在第二电机操作状态下时旋翼在第二旋翼操作状态下操作。电机在第二电机操作状态下向电池提供电能并且旋翼在第二旋翼操作状态下自动旋转。
在一些示例中，当电机在第二电机操作状态下操作并且旋翼在第二旋翼操作状态下操作时，处理器使得电机调节旋翼的速度。在一些这样的示例中，旋翼是固定桨距旋翼。
在一些示例中，旋翼是可变桨距旋翼，并且当旋翼在第一旋翼操作状态或第二旋翼操作状态下操作时处理器调节旋翼的桨距。
电机是第一电机，旋翼是第一旋翼，并且飞行器还包括联接到机翼的第二旋翼以及在操作时联接到第二旋翼的第二电机。在这样的示例中，当第一旋翼在第二旋翼操作状态下操作时处理器使得第二电机在第二电机操作状态下操作并且第二旋翼在第二旋翼操作状态下操作。
在一些这样的示例中，飞行器还包括设置在第一旋翼和第二旋翼之间的推进器，在飞行期间该推进器、第一电机和第二电机调节飞行器的偏航。
在一些这样的示例中，机翼是第一机翼，并且飞行器还包括第二机翼，第二旋翼联接到该第二机翼，并且推进器设置在第一机翼和第二机翼之间。
在一些示例中，旋翼是第一旋翼并且机翼是第一机翼，并且飞行器还包括联接到第一机翼的第二旋翼、第二机翼、联接到第二机翼的第三旋翼以及联接到第二机翼的第四旋翼。
在一些示例中，当飞行器处于飞行的巡航阶段时，电机在第二电机操作状态下操作。
另一示例飞行器包括联接到飞行器的第一机翼的第一旋翼。该第一旋翼在飞行器的飞行期间自动旋转。示例飞行器包括在操作时联接到第一旋翼的第一电机。示例飞行器包括联接到飞行器的第二机翼的第二旋翼。该第二旋翼在飞行器飞行期间自动旋转。示例飞行器包括在操作时联接到第二旋翼的第二电机。示例飞行器包括旋翼操作管理器，其当第一旋翼自动旋转时使得第一电机电控制第一旋翼的旋转速度，并且当第二旋翼自动旋转时使得第二电机电控制第二旋翼的旋转速度。
在一些示例中，飞行器还包括设置在第一机翼和第二机翼之间的推进器。
在一些示例中，旋翼操作管理器控制飞行器的俯仰和偏航中的一个或更多个。
在一些示例中，在飞行器的飞行的巡航阶段期间第一旋翼和第二旋翼自动旋转。
在一些示例中，当第一电机电控制第一旋翼的旋转速度时，第一电机作为发电机操作。
另一示例飞行器包括第一旋翼、第二旋翼、推力提供装置和第一发电装置。第一发电装置选择性地控制第一旋翼的旋转速度。示例飞行器包括第二发电装置。该第二发电装置选择性地控制第二旋翼的旋转速度。推力提供装置、第一发电装置和第二发电装置调节飞行器相对于一个或更多个轴线的旋转。
在一些示例中，飞行器还包括第一机翼和第二机翼。第一旋翼联接到第一机翼并且第二旋翼联接到第二机翼。
在一些示例中，推力提供装置设置在第一机翼和第二机翼之间。
在一些示例中，在飞行器的飞行期间第一旋翼自动旋转。在第一旋翼自动旋转的同时第一发电装置选择性地控制第一旋翼的旋转速度。
在一些示例中，第一发电装置是在操作时联接到第一旋翼的电机。
在一些示例中，飞行器还包括用于控制第一旋翼的桨叶的桨距角的装置。
另一示例飞行器包括：包括机翼的框架；由框架承载的电池；联接到机翼的旋翼；在操作时联接到旋翼的电机；以及在操作时联接到电机的处理器。该处理器在飞行器的飞行的第一时间段期间使得电机导致旋翼旋转，并且在飞行器的飞行的不同于第一时间段的第二时间段期间使得电机自由自旋或向电池提供电能。
在一些示例中，在第二时间段期间电机自由自旋，并且在第三时间段期间处理器使得电机向电池提供电能。
在一些示例中，在第一时间段期间旋翼自动旋转。
在一些示例中，旋翼是可变桨距旋翼。在第一时间段和第二时间段中的一个或更多个期间处理器调节旋翼的桨距。
“包括”和“包含”(及其所有形式和时态)在本文中用作开放式术语。因此，每当权利要求作为前序部分或在任何类型的权利要求叙述内采用任何形式的“包括”或“包含”时，将理解在不落在对应权利要求或叙述的范围之外的情况下，可存在附加元素、术语等。如本文所使用的，当在例如权利要求的前序部分中使用短语“至少”作为过渡术语时，其按照与术语“包括”和“包含”为开放式的相同方式也为开放式的。当以例如A、B和/或C的形式使用时，术语“和/或”是指A、B、C的任何组合或子集，例如(1)仅A、(2)仅B、(3)仅C、(4)A与B、(5)A与C，(6)B与C、以及(7)A与B与C。如本文中在描述结构、组件、项目、对象和/或事物的上下文中所使用的，短语“A和B中的至少一个”旨在指包括(1)至少一个A、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B中的任一个的实现方式。类似地，如本文中在描述结构、组件、项目、对象和/或事物的上下文中所使用的，短语“A或B中的至少一个”旨在指包括(1)至少一个、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B中的任一个的实现方式。如本文中在描述处理、指令、动作、活动和/或步骤的执行的上下文中所使用的，短语“A和B中的至少一个”旨在指包括(1)至少一个A、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B中的任一个的实现方式。类似地，如本文中在描述处理、指令、动作、活动和/或步骤的执行的上下文中所使用的，短语“A或B中的至少一个”旨在指包括(1)至少一个、(2)至少一个B和(3)至少一个A和至少一个B中的任一个的实现方式。
尽管本文已公开了特定示例方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (15)

1.一种飞行器(100)，该飞行器(100)包括：
包括机翼(108,110,112,114)的框架(102)；
由所述框架承载的电池(155)；
联接到所述机翼的旋翼(116,124,132,140)；
在操作时联接到所述旋翼的电机(120,128,136,144)；以及
在操作时联接到所述电机的处理器(156,712)，该处理器：
使得所述电机在第一电机操作状态下操作，当所述电机在所述第一电机操作状态下操作时所述旋翼在第一旋翼操作状态下操作；并且
使得所述电机从在所述第一电机操作状态下操作切换为第二电机操作状态，当所述电机在所述第二电机操作状态下操作时所述旋翼在第二旋翼操作状态下操作，在所述飞行器的飞行期间所述电机在所述第二电机操作状态下向所述电池提供电能并且所述旋翼在所述第二旋翼操作状态下自动旋转。
2.根据权利要求1所述的飞行器(100)，其中，当所述电机在所述第二电机操作状态下操作并且所述旋翼在所述第二旋翼操作状态下操作时，所述处理器(156,712)使得所述电机(120,128,136,144)调节所述旋翼(116,124,132,140)的速度，并且其中，所述旋翼是固定桨距旋翼。
3.根据权利要求1所述的飞行器(100)，其中，所述旋翼(116,124,132,140)是可变桨距旋翼，当所述旋翼在所述第一旋翼操作状态或所述第二旋翼操作状态下操作时，所述处理器(156,712)调节所述旋翼的桨距。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的飞行器(100)，其中，所述电机(120,128,136,144)是第一电机，所述旋翼(116,124,132,140)是第一旋翼，并且所述飞行器还包括联接到所述机翼(108,110,112,114)的第二旋翼以及在操作时联接到所述第二旋翼的第二电机，当所述第一旋翼在所述第二旋翼操作状态下操作时所述处理器(156,712)使得所述第二电机在所述第二电机操作状态下操作并且所述第二旋翼在所述第二旋翼操作状态下操作，所述飞行器还包括设置在所述第一旋翼和所述第二旋翼之间的推进器(153)，在飞行期间所述推进器、所述第一电机和所述第二电机调节所述飞行器的偏航，其中，所述机翼是第一机翼并且所述飞行器还包括第二机翼，所述第二旋翼联接到所述第二机翼，并且其中，所述推进器设置在所述第一机翼和所述第二机翼之间。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的飞行器(100)，其中，所述旋翼(116,124,132,140)是第一旋翼并且所述机翼(108,110,112,114)是第一机翼，并且所述飞行器还包括：
联接到所述第一机翼的第二旋翼；
第二机翼；
联接到所述第二机翼的第三旋翼；以及
联接到所述第二机翼的第四旋翼。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的飞行器(100)，其中，当所述飞行器处于飞行的巡航阶段时，所述电机(120,128,136,144)在所述第二电机操作状态下操作。
7.一种飞行器(100)，该飞行器(100)包括：
联接到所述飞行器的第一机翼(108,110,112,114)的第一旋翼(116,124,132,140)，该第一旋翼在所述飞行器的飞行期间自动旋转；
在操作时联接到所述第一旋翼的第一电机(120,128,136,144)；
联接到所述飞行器的第二机翼的第二旋翼，该第二旋翼在所述飞行器的飞行期间自动旋转；
在操作时联接到所述第二旋翼的第二电机；以及
旋翼操作管理器(156)，该旋翼操作管理器(156)：
当所述第一旋翼自动旋转时，使得所述第一电机电控制所述第一旋翼的旋转速度；并且
当所述第二旋翼自动旋转时，使得所述第二电机电控制所述第二旋翼的旋转速度。
8.根据权利要求7所述的飞行器(100)，该飞行器(100)还包括设置在所述第一机翼(108,110,112,114)和所述第二机翼之间的推进器(153)。
9.根据权利要求7或8所述的飞行器(100)，其中，所述旋翼操作管理器(156)控制所述飞行器的俯仰和偏航中的一个或更多个，并且其中，在所述飞行器的飞行的巡航阶段期间所述第一旋翼(116,124,132,140)和所述第二旋翼自动旋转。
10.根据权利要求7或8所述的飞行器(100)，其中，当所述第一电机电控制所述第一旋翼(116,124,132,140)的旋转速度时，所述第一电机(120,128,136,144)作为发电机操作。
11.一种飞行器(100)，该飞行器(100)包括：
第一旋翼(116,124,132,140)和第二旋翼；
推力提供装置；
第一发电装置，该第一发电装置选择性地控制所述第一旋翼的旋转速度；以及
第二发电装置，该第二发电装置选择性地控制所述第二旋翼的旋转速度，其中，所述推力提供装置、所述第一发电装置和所述第二发电装置调节所述飞行器相对于一个或更多个轴线的旋转。
12.根据权利要求11所述的飞行器(100)，该飞行器(100)还包括第一机翼(108,110,112,114)和第二机翼，所述第一旋翼(116,124,132,140)联接到所述第一机翼并且所述第二旋翼联接到所述第二机翼，其中，所述推力提供装置设置在所述第一机翼和所述第二机翼之间。
13.根据权利要求11或12所述的飞行器(100)，其中，在所述飞行器的飞行期间所述第一旋翼(116,124,132,140)自动旋转，在所述第一旋翼自动旋转的同时所述第一发电装置选择性地控制所述第一旋翼的旋转速度，其中，所述第一发电装置是在操作时联接到所述第一旋翼的电机(120,128,136,144)，并且所述飞行器还包括用于控制所述第一旋翼的桨叶的桨距角的装置。
14.一种飞行器(100)，该飞行器(100)包括：
包括机翼(108,110,112,114)的框架(102)；
由所述框架承载的电池(155)；
联接到所述机翼的旋翼(116,124,132,140)；
在操作时联接到所述旋翼的电机(120,128,136,144)；以及
在操作时联接到所述电机的处理器(156,712)，该处理器：
在所述飞行器的飞行的第一时间段期间使得所述电机导致所述旋翼旋转；并且
在所述飞行器的飞行的不同于所述第一时间段的第二时间段期间使得所述电机自由自旋或向所述电池提供电能。
15.根据权利要求14所述的飞行器(100)，其中，在所述第二时间段期间所述电机(120,128,136,144)自由自旋并且在第三时间段期间所述处理器(156,712)使得所述电机向所述电池(155)提供电能，其中，在所述第一时间段期间所述旋翼(116,124,132,140)自动旋转，并且其中，所述旋翼是可变桨距旋翼，在所述第一时间段和所述第二时间段中的一个或更多个期间所述处理器调节所述旋翼的桨距。
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