CN112638769A - 无人飞行器的外部容纳装置 - Google Patents

Abstract

这里公开了用于运输运载物的装置和方法。在实施方式中，一种用于运输运载物的系统包括：无人飞行器(UAV)，包括运载物联接装置；以及容纳装置，具有空气动力学形状并包括第一开口和第二开口。容纳装置位于UAV的外部并附接到UAV的下侧。运载物联接装置穿过容纳装置的第一开口和第二开口以与运载物联接，并且运载物穿过第二开口以位于容纳装置内部或外部。

Description

无人飞行器的外部容纳装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月21日提交的美国申请第16/108,043号的权益，其内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及无人飞行器领域。

背景技术

无人运载工具(其也可以被称为自主运载工具)是能够在没有实际存在的人类操作者的情况下行驶的运载工具。无人运载工具可以以遥控模式、以自主模式或以部分自主模式操作。

当无人运载工具以遥控模式操作时，位于远程位置的飞行员或驾驶员能够通过经由无线链路发送到无人运载工具的命令来控制无人运载工具。当无人运载工具以自主模式操作时，无人运载工具通常基于预先编程的导航航路点、动态自动化系统或这些的组合来运动。此外，一些无人运载工具能够以遥控模式和自主模式两者来操作，并且在某些情况下可以同时以这两种模式操作。例如，作为示例，远程飞行员或驾驶员可能希望在手动执行另一任务(诸如操作用于拾取物体的机械系统)时将航行交给自主系统。

存在用于各种不同的环境的各种类型的无人运载工具。例如，无人运载工具存在用于在空中、在地面上、在水下和在太空中的操作。一般地，无人飞行器(UAV)或无人机变得越来越受欢迎。提高UAV的效率和适用性以用于商业应用的设计将扩展它们的任务能力。

发明内容

附图说明

参照以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性的实施方式，其中除非另外指明，否则贯穿各个视图，相同的附图标记表示相同的部件。在适当的情况下，不必标记元件的所有情况以避免使附图混乱。附图不必按比例绘制，而是将重点放在示出所描述的原理上。

图1A是根据本公开的一实施方式的无人飞行器(UAV)的透视图图示。

图1B是根据本公开的一实施方式的图1A的UAV的俯视平面图。

图1C是根据本公开的一实施方式的图1A的UAV的仰视平面图。

图2A是根据本公开的一实施方式的图1A的UAV的组装的模块化机身的透视图图示。

图2B是根据本公开的一实施方式的图2A的组装的模块化机身的仰视平面图。

图3A描绘了根据本公开的一实施方式的具有处于第一位置的外部容纳装置的UAV以及经由运载物联接装置附接到UAV的运载物的正视图。

图3B描绘了根据本公开的一实施方式的图3A所示的UAV、外部容纳装置和运载物的侧视图。

图4描绘了根据本公开的一实施方式的UAV和外部容纳装置的正视图。

图5A描绘了根据本公开的一实施方式的具有处于第二位置的外部容纳装置的UAV以及附接到UAV的运载物的正视图。

图5B描绘了根据本公开的一实施方式的图5A所示的UAV、外部容纳装置和运载物的侧视图。

图6A-图6E描绘了根据本公开的替代实施方式的外部容纳装置的示例。

图7描绘了根据本公开的一些实施方式的附接有外部容纳装置的任务运载物模块的透视图。

图8描绘了流程图，显示出根据本公开的一些实施方式的用系绳拾取运载物以随后投递到目标位置的过程。

图9描绘了流程图，显示出根据本公开的一些实施方式的用于在投递模式下的UAV的操作的过程。

附图说明

这里描述了用于使用无人飞行器运输某些类型的运载物的系统、装置和方法的实施方式。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，这里描述的技术可以在没有一个或更多个特定细节的情况下实施，或者用其它方法、部件、材料等实施。在另一些情况下，没有详细显示出或描述已知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。

在整个本说明书中参照“一个实施方式”或“一实施方式”意指结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在整个本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”不必都指的是同一实施方式。此外，在一个或更多个实施方式中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。

这里描述的实施方式包括无人飞行器(UAV)，其是指能够在没有实际存在的人类飞行员的情况下执行某些功能的任何自主或半自主运载工具。UAV可以采取各种形式。例如，UAV可以采取固定翼飞机、滑翔机、尾座式飞机、喷气式飞机、函道风扇式飞机、比空气轻的飞艇(诸如软式飞艇或可操纵的气球)、旋翼飞行器(诸如直升机或多轴飞行器)和/或扑翼飞机的形式，除了其它可能性之外。此外，术语“无人机”、“无人飞行器系统”(UAVS)或“无人飞行系统”(UAS)也可以用于指代UAV。

图1A是根据本公开的一实施方式的具有模块化机身的UAV 100的透视图图示。图1B是UAV 100的俯视平面图，图1C是其仰视平面图。图1A-图1C示出固定翼UAV 100的示例，其也可以被称为飞机、滑翔机或飞行器，除了其它可能性之外。顾名思义，固定翼UAV 100具有机翼组件102，该机翼组件102可以基于机翼形状和飞行器的前进空速产生升力。例如，机翼组件102可以具有翼型形状的截面以在UAV 100上产生空气动力的升力。

如所描绘的，UAV 100还包括模块化机身104。模块化机身104包括电池模块、航空电子模块、任务运载物模块和机身盖。在本公开的一些实施方式中，这些模块从彼此可拆卸并彼此可机械地固定以连续地形成机身或UAV主体的至少一部分。

电池模块容纳一个或更多个电池以向UAV 100供电。航空电子模块容纳UAV 100的飞行控制电路，该飞行控制电路可以包括处理器和存储器、通信电子装置、天线(例如蜂窝收发器、wifi收发器等)以及各种传感器(例如全球定位传感器、惯性测量单元(IMU)等)。任务运载物模块容纳与UAV 100的任务相关联的设备。例如，任务运载物模块可以包括用于保持和释放在外部附接的运载物的运载物致动器。在本实施方式中，UAV 100的任务可以是运载物投递。在另一实施方式中，任务运载物模块可以包括用于携带相机/传感器设备(例如相机、镜头、雷达、激光雷达、污染监测传感器、天气监测传感器等)的相机/传感器设备支架。在本实施方式中，UAV 100的任务可以是航空影像。在另一实施方式中，任务运载物模块可以包括用于容纳额外的或更大的电池的额外的电池支架以延长飞行时间。在本实施方式中，UAV100的任务可以是常规飞行。当然，任务运载物模块可以提供混合使用运载物能力(例如额外的电池和照相设备)以用于多种混合使用的任务。UAV 100的模块化机身还可以包括起落装置和/或滑动保护板以用于受控制的起飞和降落。

UAV 100的所示实施方式进一步包括位于机翼组件102上的向前推进单元106，向前推进单元106可以每个包括用于推进UAV 100的电机、轴和螺旋桨。UAV 100的所示实施方式进一步包括固定到机翼组件102的两个吊杆组件110。在一个实施方式中，机翼组件102包括设置在机翼翼片(wing foil)内的翼梁。翼梁可以是沿着机翼翼片的内部长度延伸的管状杆并提供将机翼组件102连接到模块化机身104并将吊杆组件110安装到其的主结构构件。

吊杆组件110的所示实施方式每个包括吊杆111、垂直推进单元112、印刷电路板113和稳定器108。垂直推进单元112可以每个包括电机、轴和螺旋桨，以提供垂直推进。垂直推进单元112可以在其中UAV 110正在下降(例如到投递位置)或上升(例如在投递之后)的悬停模式期间使用。稳定器108(或鳍片)可以被包括于UAV 100以在飞行期间稳定UAV的偏航(左转或右转)。在一些实施方式中，UAV 100可以配置为用作滑翔机。为此，UAV 100可以关闭其推进单元的电源并滑行一段时间。

参照图1C，根据本公开的一些实施方式，UAV 100可以连接到外部容纳装置120。外部容纳装置120可以位于UAV 100的外部且在UAV 100的下侧、在UAV 100的靠近模块化机身104的一侧。外部容纳装置120也可以被称为外部吊舱、外部容器、外部运载物支架、空气动力学运载物运输器和/或类似物。下面更详细地讨论外部容纳装置120。

在飞行期间，UAV 100可以通过控制其俯仰、滚转、偏航和/或高度来控制其运动的方向和/或速度。例如，稳定器108可以包括一个或更多个方向舵108a以控制UAV的偏航，机翼组件102可以包括用于控制UAV的俯仰的升降舵和/或用于控制UAV的滚转的副翼102a。作为另一示例，同时增大或减小所有螺旋桨的速度可以分别导致UAV 100增大或减小其高度。

关于所示固定翼UAV的许多变化是可能的。例如，固定翼UAV可以包括更多或更少的螺旋桨，和/或可以利用一函道风扇或多个函道风扇以用于推进。此外，具有更多机翼(例如具有四个机翼的“x-机翼”配置)的UAV也是可能的。尽管图1A-图1C示出仅一个机翼组件102、仅两个吊杆组件110、两个向前推进单元106以及每个吊杆组件110有六个垂直推进单元112，但是应理解，UAV 100的其它变型可以用更多或更少的这些部件来实现。例如，UAV100可以包括两个机翼组件102、四个吊杆组件110以及更多或更少的推进单元(向前或垂直)。

应理解，这里对“无人”飞行器或UAV的引用可以等同地应用于自主和半自主的飞行器。在自主的实现方式中，飞行器的所有功能都是自动化的；例如，通过实时计算机功能进行预编程或控制，该实时计算机功能响应来自各种传感器和/或预定信息的输入。在半自主的实现方式中，飞行器的某些功能可以由人类操作员控制，而其它功能被自主地执行。此外，在一些实施方式中，UAV可以配置为允许远程操作员接管否则能够由UAV自主控制的功能。此外，给定类型的功能可以在一个抽象级别被远程地控制并在另一抽象级别被自主地执行。例如，远程操作员可以控制UAV的高级航行决策，诸如指定UAV应当从一个位置行进到另一位置(例如从郊区的仓库到附近城市的投递地址)，而UAV的航行系统自主地控制更精细的航行决策，诸如在两个位置之间采取的特定路线、用于实现该路线的特定飞行控制以及在航行于该路线时避免障碍物等。

图2A-图2B示出根据本公开的一实施方式的模块化机身200。模块化机身200可以包括图1A-图1C所示的模块化机身104的可能的实现方式。图2A是组装的模块化机身200的透视图图示。图2B是组装的模块化机身200的仰视平面图。

参照图2A和图2B，模块化机身200的所示实施方式包括：电池模块205，用于容纳向UAV供电的电池；任务运载物模块210，容纳与UAV的任务相关联的设备；以及航空电子模块215，用于容纳UAV的飞行控制电路。电池模块205、任务运载物模块210和航空电子模块215被成形为彼此固定以形成连续且可操作的机身，该机身是单独的而不机械地固定到机翼组件102或吊杆组件110。这使得模块化机身200能够与机翼组件102和吊杆组件110上的空气动力学结构和系统隔离地组装和操作测试。该模块化进一步使得能够容易地更换磨损或损坏的模块、为给定的UAV任务或飞行更换模块(例如任务运载物模块)、或更新特定模块而不必替换整个UAV。

在所示实施方式中，模块化机身200的各部分使用例如机械紧固件而机械地彼此固定。当配对并固定在一起时，电池模块205、任务运载物模块210和航空电子模块215可以形成具有光滑连续外表面的连续机身。例如，如图2B所示，电池模块205、任务运载物模块210和航空电子模块215的下侧225、230和235分别具有匹配的曲率，其在机械地彼此固定时形成机身的单个连续的空气动力学表面。在一个实施方式中，下侧225、230和235也可以用作滑动保护板。

在其中UAV 100可配置为运输运载物的实施方式中，这样的运载物可以在外部容纳装置120内被运输。在一些实施方式中，与外部容纳装置120相关联的运载物可以包括过大、笨重、不规则成形的和/或以另外的方式不适合于装配在UAV 100内部的运载物和/或具有非空气动力学形状的运载物。用于在外部容纳装置120内运输的运载物的示例可以包括但不限于法式长棍面包、披萨盒、鞋盒、花卉布置、球棒、网球拍等。

图3A-图5B示出根据本公开的一些实施方式的与外部容纳装置350相关联的运载物308的示例描绘。图3A描绘了具有处于第一位置(例如打开位置)的外部容纳装置350的UAV 100以及经由运载物联接装置314附接到UAV 100的运载物308的正视图。图3B描绘了图3A所示的UAV 100、外部容纳装置350和运载物308的侧视图。图3A-图3B示出在运载物拾取之后在被向上拉到UAV 100以被外部容纳装置350包封和/或在到达投递地址之后从UAV100释放以被投递的过程中的运载物。

在一些实施方式中，运载物联接装置314的一端可以连接到系绳302，运载物联接装置314的另一端可以可拆卸地与运载物308联接。运载物联接装置314可以包括运载物环(loop)310和胶囊(capsule)312。运载物环310配置为环绕、固定或以其它方式附接到运载物308(例如通过摩擦或压缩配合)，并可以分别在拾取和投递时选择性地附接到运载物308和从运载物308分离。胶囊312配置为将运载物环310连接到系绳302。胶囊312可以配置为特别地成形为至少部分地容纳在容器316内和/或促进运载物308相对于外部容纳装置350的合适取向。例如，运载物环310可以包括联接到胶囊312中包括的钩的凸片(tab)，运载物环310和胶囊312可以包括互补的固定机构以彼此固定等。

系绳302联接到UAV 100中包括的线轴和绞盘(未示出)。系绳302可以经由线轴和绞盘的选择性致动而被拉入或放出，以相对于外部容纳装置120定位运载物308。系绳203可以包括缆绳、线、绳索等。

当系绳302被完全拉到位时，运载物联接装置314的至少一部分配置为容纳或定位在容器316内。容器316配置为UAV 100内的空间并在UAV 100的下侧上具有开口，其中该开口与外部容纳装置350对准，如下面详细描述的。在一些实施方式中，运载物闩锁406可以被包括在容器316内以帮助将运载物308固定在一个或更多个位置(例如，当在外部容纳装置350内时固定运载物308以及在投递期间释放运载物308)。

在一些实施方式中，外部容纳装置350可以包括第一部分352和第二部分356，第一部分352和第二部分356中的每个枢转地附接到UAV 100的下侧(例如在容器316的开口的任一侧)。第一铰链354可以设置在第一部分352与UAV 100的下侧之间，第二铰链358可以设置在第二部分356与UAV100的下侧之间。第一铰链354和第二铰链358可以配置为允许第一部分352和第二部分356以至少两种不同的配置定位：第一位置/配置(例如打开位置)–如图3A-图3B所示–以及第二位置/配置(例如关闭位置)–如图5A-图5B所示。以第一位置/配置布置的第一部分352和第二部分356可以配置为使UAV 100能够落着在(land on)其机身底部上(例如落着在下侧225、230、235中的一个或更多个上)。

外部容纳装置350可以具有空气动力学外形和中空或空的内部空间。第一部分352和第二部分356可以包括用于运载物308的空气动力学成形的壳或外壳的两半。作为示例，外部容纳装置350的空气动力学形状可以包括泪滴形状、泪滴翼型形状、基本上泪滴形状(例如，一侧或更多侧可以从理想的泪滴形状拉长或“伸展出”)、配置为减少空气阻力的形状和/或类似形状。

外部容纳装置350可以包括塑料、玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫塑料(Styrofoam)、或具有足够的刚度以保持空气动力学外形的轻质材料。如图5A-图5B所示，外部容纳装置350的尺寸可以配置为至少足够大以将运载物308包围或保持在其内部空间内。在图5A-图5B中，第一部分352和第二部分356向下且朝向彼此枢转，从而使所述两半一起进入第二位置。在第二位置，可以更容易地看到外部容纳装置350的空气动力学形状。取决于将被保持在外部容纳装置内的运载物的尺寸，并因此取决于外部容纳装置的相应尺寸，外部容纳装置可以附接到UAV 100的下侧225、230和235中的一个或更多个。

在运载物的拾取、投递和/或降低或升高期间，运载物308可以处于相对于外部容纳装置350的随机取向。在图3B中，运载物308被示出为处于与外部容纳装置350的第二/关闭位置不对准的取向，该运载物308例如可以包括长的或细长的运载物，诸如法式长棍面包。然而，如图4所示，在运载物308朝向UAV 100的升高期间，运载物308被(重新)取向为与外部容纳装置350恰当地对准。图4描绘了UAV 100和外部容纳装置350的正视图。运载物308的长轴可以与UAV 100的中心轴对准。到运载物联接装置314被容器316完全容纳时，运载物308处于相对于外部容纳装置350的恰当取向。外部容纳装置350配置为长的或在图4中伸长进入页面，因此，运载物308的长或伸长侧也取向为进入页面，从而使运载物308的形状与外部容纳装置350的形状对准。在一些实施方式中，运载物308相对外部容纳装置350的恰当取向可以从运载物联接装置314和容器316的形状被动地实现。替代地，可以采用主动取向方案来实现期望的取向。

在运载物308和外部容纳装置350彼此对准的情况下，UAV 100可以完成将运载物308向上绞起到运输位置(例如，将胶囊312完全定位在容器316内)以及绕运载物308将外部容纳装置350从第一位置改变为第二位置。外部容纳装置350的位置可以通过机械致动器、传感器的使用和/或航空电子模块215中包括的控制器来控制。

图5A-图5B分别描绘了处于第二/关闭位置且运载物308被封入其中的外部容纳装置350的正视图和侧视图。在一些实施方式中，运载物308的一个或更多个部分可以与外部容纳装置350的内部接触和/或至少部分地由外部容纳装置350支撑。替代地，运载物308可以由UAV 100支撑(经由闩锁机构(例如运载物环310))和/或可以不接触外部容纳装置350。在运载物308现在被包封在空气动力学壳中的情况下，UAV 100可以使运载物308从拾取位置飞行到投递位置，而不会不适当地减小UAV的航程。

外部容纳装置350可以包括在UAV 100的下侧处与容器316的开口相邻的第一开口以及在与第一开口相对的一侧的第二开口。第一开口的中心可以与容器316的开口的中心对准(或基本上对准)。与第二开口相关联的中心也可以与容器316的开口的中心对准(或基本上对准)。在一些实施方式中，外部容纳装置350的第一开口和第二开口的尺寸和位置可以配置为使得UAV 100的运载物联接装置314(以及诸如系绳302的相关联结构)可以穿过第一开口和第二开口以与运载物308联接，同时外部容纳装置350保持附接到UAV 100。外部容纳装置350的第二开口也可以配置为使得运载物308可相对于UAV 100被向上或向下绞并将运载物308定位在外部容纳装置350的内部或外部。当运载物308在外部容纳装置350内和/或当UAV 100正飞向投递位置时，运载物联接装置314可以保持穿过第一开口以将运载物308悬挂在UAV 100下方。

对于外部容纳装置350，例如，第一开口被包括在铰链354、358之间的顶侧。以第一位置(例如如图3A所示的打开位置)配置的第一部分352和第二部分356产生外部容纳装置350的第二开口。第一开口和第二开口的尺寸和对准使得运载物联接装置314穿过第一开口、第二开口、然后到运载物308。第二开口也配置为使得当处于第二位置(例如如图5A所示的关闭位置)时运载物308可以被升高并被定位在外部容纳装置350内，并且当处于第一位置(例如打开位置)时运载物308可以被降低并被定位在外部容纳装置350外部。在由超过一个部分组成的外部容纳装置中，当处于第二位置(例如关闭位置)时，第二开口可能不再存在。

通过实施模块化的外部容纳装置，超过一种尺寸或形状的运载物可以在外部容纳装置内被运输。在一些实施方式中，外部容纳装置350可以是可附接到UAV 100和从UAV 100可拆卸的并且是与不同的外部容纳装置可互换的。多个外部容纳装置中的每个外部容纳装置可以具有空气动力学形状，并且特别地配置用于要被运输的运载物的形状和尺寸。所述多个外部容纳装置中的每个外部容纳装置可以使用多种固定机构(诸如但不限于螺钉、压缩片(compression tab)、闩锁等)中的任一种来附接到UAV 100和从UAV 100拆卸。所述多个外部容纳装置可以经由公共的联接器机构选择性地附接到UAV 100和从UAV 100拆卸。

图6A-图6E描绘了根据本公开的替代实施方式的外部容纳装置的示例。图6A至图6B分别描绘了外部容纳装置600的正视图和侧视图，该外部容纳装置600配置为运输具有宽侧的运载物602，诸如比萨盒。尽管外部容纳装置600在侧视图中保持泪滴翼型形状，但是前侧可以包括类似于椭圆型或卵形的伸长的泪滴形状以向运载物602的宽侧尺寸提供足够的空间。

图6C描绘了与运载物612相关联的具有比运载物308或602大的高度或厚度的外部容纳装置610的侧视图。例如，运载物612可以包括鞋盒或立方体形状。外部容纳装置610可以具有基本上空气动力学的形状，其中泪滴形状的高度或厚度可以相对于外部容纳装置350延伸。图6D描绘了外部容纳装置620的侧视图，该外部容纳装置620包括一个门或一对门，诸如门622、624。在一些实施方式中，外部容纳装置620可以包括具有一个或更多个门的一体结构，运载物可以通过所述门进入或离开。在门622、624处于关闭位置的情况下，外部容纳装置620可以包括空气动力学形状。图6E描绘了包括开口634的外部容纳装置630的正视图，运载物632可以通过该开口634进入或离开外部容纳装置630。外部容纳装置630的外表面符合实质上空气动力学的形状。

与外部容纳装置350的多部分的结构(例如第一部分352和第二部分356)相反，外部容纳装置600、610、620、630中的一个或更多个可以包括一体结构。图6A-图6E的外部容纳装置中的每个包括第一开口和第二开口，以允许运载物联接装置的功能以及将运载物定位在外部容纳装置内部或外部。对于某些一体的外部容纳装置，诸如图6E的装置630，例如，第二开口(例如开口634)可以一直存在而不是取决于外部容纳装置的特定位置而消失。

图7描绘了根据本公开的一些实施方式的任务运载物模块210以及所附接的外部容纳装置350的实施方式的透视图。任务运载物模块210可以包括由电机700提供动力的绞盘或线轴702以及将被缠绕在线轴702上的系绳302。如上所述，系绳302附接到运载物联接装置314。电机700的选择性致动可以用于相对于任务运载物模块210降低或升高运载物联接装置314。

图3A-图5B和图7显示了根据一些实施方式的包括运载物投递系统(也被称为运载物投递装置)的UAV 100。如所示的，用于UAV 100的运载物投递系统包括在运输期间封住运载物308的外部容纳装置350、联接到线轴702的系绳302、运载物闩锁318以及经由运载物联接装置314联接到系绳302的运载物308。运载物闩锁318可以用于交替地固定运载物308以及在投递时释放运载物308。例如，如所示的，运载物闩锁318可以采取能够接合运载物联接装置314(例如，通过滑动到运载物联接装置314中的一个或更多个接收槽中)的一个或更多个销的形式。将运载物闩锁318的销插入到运载物联接装置314中可以将运载物联接装置314固定在UAV 100的下侧上的容器316内，从而防止运载物308从UAV 100下降。在一些实施方式中，运载物闩锁318可以布置为接合线轴702或运载物308而不是运载物联接装置314，以防止运载物308降低。在另一些实施方式中，UAV 100可以不包括运载物闩锁318，并且运载物投递系统可以直接联接到UAV 100。

在一些实施方式中，线轴702可以用于退绕系绳302，使得运载物308可以与系绳302和运载物联接装置314一起从UAV 100下降到地面。运载物308本身可以是用于投递的物品，并可以被容纳在包裹、容器、包裹物或配置为与运载物闩锁318连接的其它结构内(或以其它方式并入)。在实践中，UAV 100的运载物投递系统可以用于以受控的方式自主地将运载物308降低到地面，以在UAV 100悬停在上方时帮助将运载物308投递在地面上。

运载物闩锁318可以处于关闭位置(例如与运载物联接装置312接合的销)，以在从发射地点到目标位置的飞行期间将运载物308保持抵靠或靠近UAV 100的底部。目标位置可以是期望的投递位置正上方的空间中的点。然后，当UAV 100到达目标位置时，UAV的控制系统可以将运载物闩锁318切换到打开位置(例如使销与运载物联接装置314脱离接合)，从而允许运载物308从UAV 100降低。UAV的控制系统还可以致动外部容纳装置350的打开，或者替代地，运载物闩锁318切换到打开位置也可以引起外部容纳装置350的打开。控制系统可以进一步操作线轴702(例如通过控制图7中的电机700)，使得通过运载物联接装置314固定到系绳302的运载物308下降到地面。

一旦运载物308到达地面，控制系统就可以继续操作线轴702以降低系绳302，导致系绳302的超限运行(over-run)。在系绳302的超限运行期间，当运载物308在地面上保持静止时，运载物联接装置314可以继续降低。运载物联接装置314上的向下动量和/或重力可以使得运载物308从运载物联接装置314脱离(例如通过滑动离开运载物联接装置314的钩子)。在释放运载物308之后，控制系统可以操作线轴702以朝向UAV 100收回系绳302和运载物联接装置314。一旦运载物联接装置314到达或接近UAV 100，控制系统就可以操作线轴702以将运载物联接装置314拉到容器316中，并且控制系统可以将运载物闩锁318切换到关闭位置。

在一些实施方式中，当从UAV 100降低运载物308时，控制系统可以基于系绳302的从线轴702起的未缠绕的长度来检测何时运载物308和/或运载物联接装置314已经被降低到地面或在地面附近。当收回系绳302时，类似的技术可以用于确定运载物联接装置314何时在UAV 100处或附近。UAV100可以包括用于提供指示线轴702的旋转的数据的编码器。基于来自编码器的数据，控制系统可以确定线轴702已经经历多少次旋转，并且基于旋转的次数，确定从线轴702退绕的系绳302的长度。例如，控制系统可以通过将线轴702的旋转次数乘以缠绕在线轴702上的系绳302的周长来确定系绳302的退绕长度。在一些实施方式中，诸如当线轴702窄时或当系绳302具有大的直径时，线轴702上的系绳302的周长可能随着系绳302缠绕或退绕该系绳而变化，因此控制系统可以配置为在确定退绕的系绳长度时考虑到这些变化。

在另一些实施方式中，控制系统可以使用各种类型的数据和各种技术来确定运载物308和/或运载物联接装置314在何时已经下降在地面处或在地面附近。此外，用于确定运载物308何时在地面处或在地面附近的数据可以通过UAV 100上的传感器、运载物联接装置314上的传感器和/或向控制系统提供数据的其它数据源来提供。

在一些实施方式中，控制系统本身可以定位在运载物联接装置314上和/或在UAV100上。例如，运载物联接装置314可以包括经由硬件、软件和/或固件实现的逻辑模块(们)，其使得UAV 100如这里所述地起作用，并且UAV 100可以包括与运载物联接装置314通信以使UAV 100执行这里描述的功能的逻辑模块(们)。

在一些实施方式中，UAV 100能够在不着陆的情况下拾取和投递运载物308。在一些示例中，UAV 100能够通过在悬停时缠绕和退绕系绳来升高和降低联接到系绳的运载物。这样，UAV可以在不需要由商人或顾客建立基础设施的情况下拾取和投递运载物，从而增加投递位置和/或运载物几何形状的灵活性并减少或消除与基础设施的制造或安装相关的成本。在另一些示例中，UAV可以配置为降落在各种抬高的结构(诸如高架(perch)或隔板)上，并且通过缠绕或退绕系绳而从其抬高的降落位置来拾取或投递运载物。

图8描绘了流程图，其显示出根据一些实施方式的用于系绳拾取运载物(例如包裹)以随后投递到目标位置的过程800。过程800可以由UAV诸如这里在其它地方描述的(例如UAV 100)执行。例如，过程800可以由具有绞盘系统的UAV的控制系统执行。此外，绞盘系统可以包括：设置在线轴上的系绳；电机，可在第一模式和第二模式下操作，其分别抵制(counter)和辅助由于重力而引起的系绳的退绕(例如，通过向前或反向驱动线轴)；运载物联接装置，将系绳机械地联接到运载物；以及运载物闩锁，在防止运载物从UAV下降的关闭位置和允许运载物从UAV下降的打开位置之间可切换。

如方框802所示，当UAV到达拾取位置(也被称为源位置)时，UAV的控制系统可以打开运载物闩锁和外部容纳装置(如果外部容纳装置具有打开和关闭位置)，使得系绳和运载物联接装置可以在拾取位置朝向地面降低。

在方框804，控制系统操作电机以退绕预定长度的系绳。该退绕的长度可以对应于附接到系绳的下端的运载物联接装置的期望的运载物附接高度。运载物附接高度可以是人或者可能机器人设备可抓住运载物联接装置以将联接装置附接到运载物的高度。例如，运载物附接高度可以是地面水平之上小于两米的高度。其它示例也是可能的。

如方框806所示的，在退绕预定长度的系绳之后，控制系统可以等待预定的运载物附接时间。该附接时间允许人类或者可能机器人设备有时间将运载物(例如用于投递的包裹)附接到运载物联接装置。预定的运载物附接时间可以是固定值或可以基于UAV的操作状态而变化。

如方框808所示的，当运载物附接时间结束时，控制系统可以使绞盘电机在第二模式下操作预定的附接验证时间。特别地，电机可以在附接验证时间期间操作从而向上拉系绳，以便将系绳保持在适当位置或以特定速率收回系绳。由于运载物的增加的重量，当附接运载物时，将系绳保持在适当位置或以特定速率收回系绳所需的电机电流将更大。这样，如方框810所示，控制系统可以至少部分地基于预定附接验证时间期间的电机电流来确定运载物联接装置是否机械地联接到运载物。

在实践中，例如，如果电机电流小于附接阈值电流，则控制系统可以确定运载物还没有附接到运载物联接装置，并可以重复以下过程：降低运载物(此次达某个预定的额外长度)、等待预定的运载物附接时间、然后向上拉系绳以测试运载物的附接，如方框804至810所示。另一方面，如果电机电流大于或等于附接阈值电流，并且方框810的结果是确定运载物联接装置机械地联接到运载物，则控制系统可以使绞盘电机操作以收回系绳并朝向UAV提升附接的运载物，如方框812所示。

控制系统可以继续收回系绳，直到它感测到运载物联接装置在UAV处或附近，这时它开始起作用以固定运载物用于飞行到目标位置。例如，过程800包括可用于将包装和联接装置固定在UAV的容器中的功能，诸如以图3A-图5B所示的配置。

更具体地，在方框814，控制系统可以确定以下两者：(a)系绳的退绕长度小于阈值长度，和(b)电机电流大于阈值电流。当这两个条件都成立时，这可以用于指示运载物联接装置和/或运载物已经到达UAV容器。具体地，当所计算的系绳的退绕长度为零或接近零时，这可以指示运载物联接装置和/或运载物已经被完全提升到UAV。此外，当运载物联接装置和/或运载物接触UAV的容器区域时，当电机的速度控制器试图继续向上拉运载物时，电机电流会增大。并且，通过考虑这两种指示，控制系统可以避免误报(false positive)。

因此，当检测到上述两个指示时，控制系统可以响应地使电机以第一模式操作从而将运载物拉到在UAV的下表面上的容器中并使运载物相对于该容器取向，如方框816所示。特别地，控制系统可以使电机操作以增大施加到系绳的扭矩，诸如通过将供应给电机的电流增大到预定值，以帮助确保至少运载物联接装置被牢固地抵靠UAV的容器的对应表面定位，使得运载物闩锁(例如运载物闩锁318销)可以被关闭以固定运载物用于飞行到目标位置。运载物相对于UAV的取向可以配置为也使运载物相对于外部容纳装置取向。因此，在向上的方向上将扭矩施加到系绳达预定时间段之后，控制系统可以关闭运载物闩锁和外部容纳装置(如果外部容纳装置具有打开和关闭位置)，如方框818所示。在运载物被固定用于飞行并被空气动力学壳封住的情况下，UAV可以航行到用于投递的目标位置。

一旦UAV到达用于投递的目标位置，则UAV的控制系统可以响应地以投递模式操作。图9描绘了流程图，其显示出根据一些实施方式的用于UAV在投递模式下的操作的过程900。

更具体地，一旦UAV到达用于系绳投递的目标位置并悬停在该目标位置上方，则在方框902，UAV的控制系统可以使电机操作以根据预定的下降轮廓来退绕系绳。预定的下降轮廓可以通过指定电机的期望旋转速度来控制运载物的下降速率。例如，下降轮廓可以在运载物下降的持续时间内指定恒定的下降速率或可变的下降速率。UAV的控制系统也可以直接或间接地打开外部容纳装置(如果外部容纳装置具有打开位置和关闭位置)。

在一些示例中，由预定的下降轮廓指定的期望的旋转电机速度可以基于机器学习的数据，该数据可以从来自先前飞行的数据推断出。例如，为了投递到特定位置，控制系统可以使用在先前投递到特定位置期间先前使用的下降轮廓。替代地，如果在先前投递到那个特定位置或某个其它位置期间该下降轮廓的使用导致一个或更多个检测到的错误(例如，未能从系绳分离运载物、损坏的运载物等)，则控制系统可以改变下降轮廓(例如，通过在运载物下降的各个阶段期间增大或减小期望的电机速度)或选择使用默认的下降轮廓来代替。

在示例中，控制系统可以不对运载物的下降施加显著控制，直到运载物更接近地面。例如，在系绳退绕的某个时刻，控制系统可以确定系绳的退绕长度大于阈值长度，并响应地以着地前(pre-touchdown)模式进行操作，如方框904所示。阈值长度可以对应于运载物的预定的近地面高度；例如，期望为了旁观者和/或地面结构的安全而进行更多控制的高度和/或保护运载物及其内容物免受损坏的高度。

如所指出的，在着地前模式下，控制系统可以密切关注运载物以提高运载物在地面上成功释放的机会。特别地，当在着地前模式下操作时，控制系统使电机操作以使得系绳根据预定的下降轮廓而继续退绕，如方框904a所示，同时监视电机电流和电机速度两者，如方框904b所示。电机电流可以与预定的运载物去联接电流(uncoupling current)进行比较以检测电机电流何时小于预定的运载物去联接电流。另外，如方框904c所示，电机速度可以与预定的运载物去联接速度进行比较以检测电机速度何时小于预定的运载物去联接速度。当电机电流小于预定的运载物去联接电流并且电机速度小于预定的运载物去联接速度时，控制系统响应地切换到在可能着地模式(possible-touch down)下的操作。

可以试图实现可能着地模式以验证包裹是否实际上已经到达地面(或者换种方式，以帮助防止与地面接触的误报检测)。例如，当在可能着地模式下操作时，控制系统可以分析电机电流以验证电机电流保持低于预定的运载物去联接电流达着地验证时间(例如，在该时间期间可能允许少量的波动)，如方框906所示。在实践中，可以应用施密特触发器来验证检测到的电机电流下降到运载物去联接阈值以下不是噪声或某些暂时性阻塞的结果，而实际上是由于运载物搁置在地面上。用于验证运载物的着地的其它技术也是可能的。

如方框908所示，一旦验证了运载物的着地，控制系统就使电极操作，以使得系绳和运载物联接装置发生超限运行。当运载物停下来而系绳继续退绕时发生超限运行。在实践中，例如，控制系统可以通过例如使电机的方向反向并因此使由电机施加到系绳的扭矩的方向反向而使绞盘电机从第一模式切换到第二模式。因此，电机可以从减慢系绳的下降切换到迫使系绳退绕，使得系绳的超限运行发生。系绳的超限运行可以进而将运载物联接装置降低到低于发生与运载物的联接的高度(以及可能一直到地面)。在另一些实施方式中，方框908可以包括控制系统简单地关闭电机，并允许重力将运载物联接装置下拉并导致系绳超限运行。

此外，运载物和/或运载物联接装置可以具有交互表面，使得运载物和运载物联接装置的相互作用在超限运行期间将运载物联接装置偏转到运载物的侧部。这样，运载物联接装置的联接特征(例如钩子)将不再与运载物的相应联接特征(例如，手提包裹上的把手)对准。如此定位，绞盘系统可以将系绳和运载物联接装置收回到UAV而不用运载物联接装置再次联接到运载物，从而将包裹留在地面上。

在过程900的一些示例中，控制系统可以配置为在打开运载物闩锁之前使电机操作以对系绳施加向上的力。这可以允许运载物闩锁被更容易地打开，因为当闩锁处于关闭位置时，运载物可以布置为将其重量的一些或全部放在运载物闩锁上。当试图将闩锁切换到打开位置时，运载物的重量可能增大其对运载物闩锁的摩擦力，因此将运载物提升预定量可以减少运载物闩锁卡在关闭位置的发生。另外，在打开运载物闩锁之后并且在退绕系绳之前，控制系统可以配置为操作电机以将系绳保持在基本上恒定的位置。这可以允许运载物的重量将运载物向下拉并抵靠运载物联接装置，使得运载物变得牢固地安置在运载物联接装置的联接机构(例如钩子)中。

在计算机软件和硬件方面描述了上述过程。所描述的技术可以构成包含在有形或非暂时性机器(例如计算机)可读存储介质中的机器可执行指令，该机器可执行指令在由机器执行时将使机器执行所描述的操作。另外，该过程可以在诸如专用集成电路(“ASIC”)的硬件中或以其它方式实施。

有形的机器可读存储介质包括以机器(例如计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一个或更多个处理器的组的任何装置等)可访问的非暂时形式提供(例如存储)信息的任何机构。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、快闪存储器件等)。

本发明的所示实施方式的以上描述(包括在摘要中描述的内容)并非旨在穷举或限制本发明为所公开的精确形式。尽管这里出于说明性的目的描述了本发明的特定实施方式和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可以进行各种修改。

可以根据以上详细描述对本发明进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为在说明书中公开的特定实施方式。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书确定，所附权利要求书将根据权利要求解释的既定原则被解释。

Claims (20)

1.一种用于运输运载物的系统，包括：

无人飞行器，包括运载物联接装置；和

容纳装置，具有空气动力学形状并包括第一开口和第二开口，所述容纳装置位于所述无人飞行器外部并附接到所述无人飞行器的下侧，

其中所述运载物联接装置穿过所述容纳装置的所述第一开口和所述第二开口以与所述运载物联接，并且所述运载物穿过所述第二开口以位于所述容纳装置内部或外部。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述容纳装置包括第一容纳装置，并且进一步包括与所述第一容纳装置不同的第二容纳装置，其中所述第二容纳装置附接到所述无人飞行器的所述下侧并且所述第一容纳装置从所述无人飞行器分离。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一容纳装置配置用于第一运载物，所述第二容纳装置配置用于具有与所述第一运载物不同的形状或尺寸的第二运载物。

4.根据权利要求1所述的系统，其中当所述运载物位于所述容纳装置内部时，所述运载物联接装置穿过所述第一开口。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述容纳装置包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分中的每个枢转地附接到所述无人飞行器的所述下侧，并且其中所述容纳装置在所述第一部分和所述第二部分彼此分离时可配置在打开位置并且在所述第一部分和所述第二部分彼此接触时可配置在关闭位置。

6.根据权利要求5所述的系统，其中当所述容纳装置处于所述关闭位置时，所述容纳装置的所述第二开口不存在。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述容纳装置包括一体结构。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一开口提供在所述容纳装置的与所述无人飞行器的所述下侧相邻的第一侧，所述第二开口提供在所述容纳装置的与所述第一侧不同的第二侧。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述空气动力学形状包括基本上泪珠滴翼型形状。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述运载物具有比所述无人飞行器内部的运载物空间大的尺寸和非空气动力学形状中的一个或两个。

11.一种运载物容纳装置，包括：

空气动力学外部；

中空内部；和

包括在所述空气动力学外部的第一开口和第二开口，其中所述空气动力学外部选择性地附接到无人飞行器，以及

其中所述无人飞行器中包括的运载物联接装置穿过所述容纳装置的所述第一开口和所述第二开口以与运载物联接，并且所述运载物穿过所述第二开口以位于所述中空内部之内或之外。

12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括联接机构，所述联接机构配置为选择性地将所述空气动力学外部与所述无人飞行器附接和分离。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述联接机构包括对于所述无机飞行器的多个运载物容纳装置是共有的联接机构，并且其中所述多个运载物容纳装置中的每个运载物容纳装置与将在相应的运载物容纳装置内运输的运载物的特定尺寸或形状相关联。

14.根据权利要求11所述的装置，其中当所述运载物位于所述中空内部内时，所述运载物联接装置穿过所述第一开口。

15.根据权利要求11所述的装置，其中所述空气动力学外部包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分中的每个枢转地附接到所述无人飞行器的下侧，并且其中当所述第一部分和第二部分彼此分离时所述第一部分和第二部分可配置在打开位置，当所述第一部分和所述第二部分彼此接触时所述第一部分和所述第二部分可配置在关闭位置。

16.根据权利要求15所述的装置，其中当所述第一部分和所述第二部分处于关闭位置时所述第二开口不存在。

17.根据权利要求11所述的装置，其中所述空气动力学外部包括一体结构。

18.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一开口提供在所述空气动力学外部的与所述无人飞行器的下侧相邻的第一侧，所述第二开口提供在所述空气动力学外部的与所述第一侧不同的第二侧。

19.根据权利要求11所述的装置，其中所述空气动力学外部包括基本上泪滴翼型形状。

20.根据权利要求11所述的装置，其中所述运载物具有比所述无人飞行器内部的运载物空间大的尺寸和非空气动力学形状中的一个或两个。

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