CN112638770B - 安全的无人航空器 - Google Patents

Abstract

提供一种无人飞行器(UAV)，其包括机身、从机身向外延伸的一对机翼以及可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置。还提供一种调整UAV的压力中心的方法，该方法包括以下步骤：为UAV提供机身、从机翼向外延伸的一对机翼以及可展开表面，当在飞行期间出现故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；感测何时出现系统故障；以及将可展开表面从第一未展开位置移动到第二展开位置。

Description

安全的无人航空器

技术领域

本公开总体地涉及无人飞行器(UAV)，更具体地，涉及具有可展开表面的UAV。

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可以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移动。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)时将导航交给自主系统。

各种类型的无人运载工具针对各种不同的环境而存在。例如，无人运载工具针对在空中、在地面上、在水下以及在太空中的操作而存在。示例包括四轴飞行器(quad-copter)和尾座式UAV，除了别的之外。无人运载工具还针对其中可能进行多种环境操作的混合操作而存在。混合无人运载工具的示例包括能够在陆地上以及在水上操作的两栖飞船、或能够在水上以及在陆地上降落的水上飞机。其它示例也是可能的。

UAV可以用于向个人或企业送达运载物或从个人或企业收取运载物。在某些情况下，UAV可能发生故障，诸如当出现系统故障和/或电机停止工作时。在这样的情况下，UAV将掉落或坠落到地面，这是不希望的，因为当UAV撞击地面时UAV可能使自身或地面物体损坏。此外，大多数有翼航空器具有从压力中心(center of pressure)向前定位的重心以用于空气动力学的向前飞行。当电机停止工作时由压力中心和重心引起的力矩导致UAV“机头向下(nose down)”地掉落，导致高的终端速度，并在UAV撞击地面时导致增大的力。

结果，会期望提供一种UAV，该UAV具有改进的特征使得，当出现系统故障和/或电机停止工作时UAV更“软地(softly)”下降，从而在这样的飞行故障期间，当UAV最终返回地面时存在更软的着陆。

发明内容

给出的实施方式有利地提供一种具有可展开表面的UAV，当UAV经历系统故障和/或电机停止工作时，该可展开表面可以自动展开以提供与地面平行的更大的表面区域。在一个示例中，UAV的机头部分(nose section)可以包括板，当电机停止工作时该板从第一未展开位置延伸到第二展开位置，在第二展开位置该板从机头部分向外延伸。机头板可以从机头部分旋转或线性地向前延伸以在UAV的机头部分的下侧上提供更大的表面区域。

因此，当机头板展开时，由机头板提供的垂直于UAV的向下运动的更大的表面区域允许UAV与如果其垂直俯冲相比更软地返回到地面，因为当UAV处于正常向前飞行的位置而使UAV的主要下表面面对地面时UAV具有较低的终端速度。如果UAV足够轻，则UAV可以“像树叶一样”降落到地面，而不是垂直俯冲(nose dive)。

可展开表面也可以采取吊杆延伸部(boom extension)的形式，吊杆延伸部通过绕枢转轴线旋转或线性向前移动而从吊杆移动到向前位置以向UAV的底部提供更大的表面区域。吊杆延伸部也可以采取吊杆侧板的形式，吊杆侧板绕纵向枢转轴线旋转到吊杆的侧部，向吊杆的下侧提供更大的表面区域。

吊杆延伸部提供与机头板相同的优点，允许UAV保持在正常的飞行位置，使在UAV的底部上的主要表面面对垂直于下降方向的地面，提供最大的阻力以提供更软、更稳定的在地面上的着陆。

由机头板或吊杆延伸部产生的更大的表面区域使UAV的压力中心朝向UAV的重心移动或者使UAV的压力中心移动而与UAV的重心对准，从而减小或消除由压力中心与重心之间的差异引起的力矩，并降低当出现系统故障和/或电机停止工作时UAV进入垂直俯冲的可能性。

在一方面，提供一种无人飞行器(UAV)，该无人飞行器包括：机身；从机身向外延伸的一对机翼；以及可展开表面，当在飞行期间出现故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置。可展开表面可以采取在UAV上的可延伸的机头板或吊杆延伸部的形式。

在另一方面，提供一种调整UAV的压力中心的方法，该方法包括：(i)为UAV提供机身、从机翼向外延伸的一对机翼、以及可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；(ii)确认系统故障；以及(iii)将可展开表面从第一未展开位置移动到第二展开位置。

给出的实施方式还提供用于利用可展开表面使压力中心朝向UAV的重心移动或者使压力中心移动而与UAV的重心对准的手段。

通过在适当的情况下参照附图阅读以下详细描述，这些以及其它的方面、优点和替代方案将对于本领域普通技术人员变得明显。此外，应当理解，在本发明内容部分和本文件中的其它地方提供的描述旨在通过示例的方式而非通过限制的方式说明所要求保护的主题。

附图说明

图1A是根据一示例实施方式的示例无人飞行器100的透视图。

图1B是根据一示例实施方式的无人飞行器的简化图示。

图1C是根据一示例实施方式的无人飞行器的简化图示。

图1D是根据一示例实施方式的无人飞行器的简化图示。

图2是示出根据一示例实施方式的无人飞行器的部件的简化框图。

图3是示出根据一示例实施方式的UAV系统的简化框图。

图4A是根据一示例实施方式的具有处于未展开位置的可展开机头板500的飞行器100的透视图。

图4B是根据一示例实施方式的飞行器100的透视图，其中机头板500旋转到展开位置。

图4C是根据一示例实施方式的图4A所示的飞行器100的透视图，其中机头板500线性地移动到展开位置。

图5是根据一示例实施方式的具有吊杆延伸部600的飞行器100的透视图，其中吊杆延伸部600旋转到在吊杆104前部的展开位置。

图6是根据一示例性实施方式的具有吊杆延伸部600的飞行器100的透视图，其中吊杆延伸部600线性地移动到在吊杆104前部的展开位置。

图7A是根据一示例实施方式的具有吊杆延伸侧板640的飞行器100的透视图，该吊杆延伸侧板640被示出为处于未展开位置。

图7B是根据一示例实施方式的图7A所示的具有吊杆延伸侧板640的飞行器100的透视图，该吊杆延伸侧板640被示出为处于在吊杆104的侧部的展开位置。

图8A是根据一示例实施方式的具有从后吊杆137延伸的垂直稳定器116的飞行器100的透视图。

图8B是根据一示例实施方式的图8A所示的飞行器100的透视图，其中垂直稳定器116旋转。

图9是根据一示例实施方式的具有固定的吊杆延伸部660的飞行器100的透视图。

图10A是UAV 700的图示，示出在正常的稳定向前飞行期间压力中心710和重心720的位置。

图10B是具有示出为处于展开状态的可展开表面500的UAV 700的图示，示出在表面500已经展开之后压力中心710如何已经朝向重心720移动。

具体实施方式

这里描述了示例性方法和系统。应理解，词语“示例性”在这里用于意指“用作示例、例子或说明”。这里被描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方案或特征不一定被解释为相对于其它实施方案或特征是优选的或有利的。在附图中，除非上下文另外指示，否则相似的符号通常标识相似的部件。这里描述的示例实施方案并不表示进行限制。将易于理解，如这里总体地描述并在附图中示出的本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在这里都被考虑到。

I.概述

给出的实施方式有利地提供一种具有可展开表面的UAV，当UAV经历系统故障和/或电机停止工作时该可展开表面可以自动展开以提供与地面平行的更大的表面区域。由展开的表面引起的更大的表面区域在向下行进的方向上对UAV提供最大的阻力。在一个示例中，UAV的机头部分可以包括板，当电机停止工作时该板从第一未展开位置延伸到第二展开位置，在第二展开位置该板从机头部分向外延伸。机头板可以从机头部分旋转或向前线性延伸，以在UAV的机头部分的下侧上提供更大的表面区域。

因此，当机头板展开时，由机头板提供的垂直于UAV的向下运动的更大的表面区域允许UAV与如果其垂直俯冲相比更软地返回到地面，因为当UAV处于正常向前飞行位置而使UAV的主要下表面面对地面时UAV具有较低的终端速度。如果UAV足够轻，则UAV可以“像树叶一样”降落到地面，而不是垂直俯冲。

可展开表面也可以采取吊杆延伸部的形式，该吊杆延伸部通过绕枢转轴线旋转或线性向前移动而从吊杆移动到向前位置，以向UAV的底部提供更大的表面区域。吊杆延伸部也可以采取吊杆侧板的形式，该吊杆侧板绕纵向枢转轴线旋转到吊杆的侧部，向吊杆的下侧提供更大的表面区域。

吊杆延伸部提供与机头板相同的优点，允许UAV保持在正常的水平飞行位置而使在UAV的底部上的主要表面面对垂直于下降方向的地面，提供最大的阻力以提供更软、更稳定的在地面上的着陆。

由机头板或吊杆延伸部产生的更大的表面区域使UAV的压力中心朝向UAV的重心移动或者使UAV的压力中心移动而与UAV的重心对准，从而减小或消除由压力中心与重心之间的差异引起的力矩，并降低当出现系统故障和/或电机停止工作时UAV进入垂直俯冲的可能性。

II.说明性的无人运载工具

这里，术语“无人飞行器”和“UAV”是指能够在没有物理上存在的人类驾驶员的情况下执行一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可以采取固定翼飞行器、滑翔飞行器、尾座式飞行器、喷气式飞行器、涵道风扇式飞行器、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(drone)”、“无人飞行器系统”(UAVS)或“无人空中系统”(UAS)也可以用于指代UAV。

图1A是示例UAV 100的轴测图。UAV 100包括机翼102、吊杆104和机身106。机翼102可以是固定的并可以基于机翼形状和UAV的向前空速产生升力。例如，两个机翼102可以具有翼面形剖面以在UAV 100上产生气动力。在一些实施方式中，机翼102可以承载水平推进单元108，吊杆104可以承载垂直推进单元110。在操作中，用于推进单元的电力可以从机身106的电池舱112提供。在一些实施方式中，机身106还包括航空电子设备舱114、附加的电池舱(未示出)和/或用于操纵运载物的送达单元(未示出，例如绞盘系统)。在一些实施方式中，机身106是模块化的，并且两个或更多个舱(例如电池舱112、航空电子设备舱114、其它运载物和送达舱)是彼此可拆卸的且(例如机械地、磁性地或以其它方式)彼此可固定的以连续地形成机身106的至少一部分。

在一些实施方式中，吊杆104终止于方向舵116以改善对UAV 100的偏航控制。此外，机翼102可以终止于机翼梢117以改善对UAV的升力的控制。

在示出的配置中，UAV 100包括结构框架。该结构框架可以被称为UAV的“结构H框架”或“H框架”(未示出)。H框架可以在机翼102内包括机翼梁(未示出)，并且在吊杆104内包括吊杆支架(未示出)。在一些实施方式中，机翼梁和吊杆支架可以由碳纤维、硬塑料、铝、轻金属合金或其它材料制成。机翼梁和吊杆支架可以用夹具连接。机翼梁可以包括用于水平推进单元108的预钻孔，吊杆支架可以包括用于垂直推进单元110的预钻孔。

在一些实施方式中，机身106可以可移除地附接到H框架(例如，通过夹具等附接到机翼梁，该夹具配置有凹槽、突起或其它特征以与对应的H框架特征配合)。在另一些实施方式中，类似地，机身106可以可移除地附接到机翼102。机身106的可移除附接可以改善UAV100的质量和/或模块化。例如，机身106的电/机械部件和/或子系统可以在附接到H框架之前与H框架分开地进行测试。类似地，印刷电路板(PCB)118可以在附接到吊杆支架之前与吊杆支架分开地进行测试，因此在完成UAV之前去除有缺陷的零件/子装配件。例如，在将机身106安装到H框架之前，可以对机身106的部件(例如航空电子设备、电池单元、送达单元、附加的电池舱等)进行电测试。此外，PCB 118的电机和电子器件也可以在最终组装之前进行电测试。通常，在组装过程中早地识别出有缺陷的零件和子装配件降低UAV的总成本和交付时间。此外，不同类型/型号的机身106可以附接到H框架，因此改善设计的模块化。这样的模块化允许UAV 100的这些各种各样的零件升级，而无需对制造过程进行彻底改变。

在一些实施方式中，机翼壳和吊杆壳可以通过粘合元件(例如胶带、双面胶带、胶水等)附接到H框架。因此，多个壳可以被附接到H框架，而不是具有喷涂到H框架上的整体式主体。在一些实施方式中，该多个壳的存在减小由UAV的结构框架的热膨胀系数引起的应力。结果，UAV可以具有更好的尺寸精度和/或提高的可靠性。

此外，在至少一些实施方式中，相同的H框架可以与具有不同大小和/或设计的机翼壳和/或吊杆壳一起使用，因此提高UAV设计的模块化和多功能性。机翼壳和/或吊杆壳可以由被较硬但相对薄的塑料蒙皮覆盖的相对轻的聚合物(例如闭孔泡沫)制成。

来自机身106的电力和/或控制信号可以通过穿过机身106、机翼102和吊杆104的电缆被布线到PCB 118。在示出的实施方式中，UAV 100具有四个PCB，但是其它数量的PCB也是可能的。例如，UAV 100可以包括两个PCB，每个吊杆一个。PCB承载电子部件119，电子部件119包括例如电力转换器、控制器、存储器、无源部件等。在操作中，UAV 100的推进单元108和110电连接到PCB。

对所示出的UAV的许多变型是可能的。例如，固定翼UAV可以包括更多或更少的旋翼单元(垂直的或水平的)，和/或可以利用涵道风扇或多个涵道风扇以用于推进。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示出两个机翼102、两个吊杆104、两个水平推进单元108以及每个吊杆104有六个垂直推进单元110，但是应当理解，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，UAV 100可以包括四个机翼102、四个吊杆104以及更多或更少的推进单元(水平的或垂直的)。

类似地，图1B示出固定翼UAV 120的另一个示例。固定翼UAV 120包括：机身122；两个机翼124，具有翼面形剖面以向UAV 120提供升力；垂直稳定器126(或腹鳍)，用于稳定飞机的偏航(向左或向右转)；水平稳定器128(也被称为升降舵或尾翼)，用于稳定俯仰(向上或向下倾斜)；起落架130；以及推进单元132，其可以包括电机、轴和螺旋桨。

图1C示出具有为推进式(pusher)配置的推进器的UAV 140的示例。术语“推进式”是指这样的事实，与将推进单元安装在UAV的前部相反，推进单元142被安装在UAV的后部并向前“推动”运载工具。类似于为图1A和图1B提供的描述，图1C绘出推进式飞机中使用的常见结构，包括机身144、两个机翼146、垂直稳定器148和推进单元142，推进单元142可以包括电机、轴和螺旋桨。

图1D示出尾座式UAV 160的示例。在所示出的示例中，尾座式UAV 160具有固定的机翼162，以提供升力并允许UAV 160水平滑行(例如沿着X轴，在与图1D所示的位置近似垂直的位置)。然而，固定的机翼162还允许尾座式UAV 160自行垂直地起飞和降落。

例如，在发射地点，尾座式UAV 160可以被垂直地设置(如所示的)，其翼片164和/或机翼162搁置在地面上并将UAV 160稳定在垂直位置。于是，尾座式UAV 160可以通过操作其螺旋桨166以产生向上的推力(例如大体沿Y轴的推力)而起飞。一旦处于合适的高度，尾座式UAV 160就可以使用其襟翼168将其自身重新定向在水平位置，使得与Y轴相比，其机身170更接近与X轴对准。水平放置的螺旋桨166可以提供向前的推力，使得尾座式UAV 160能够以与典型的飞机类似的方式飞行。

对所示出的固定翼UAV的许多变型是可能的。例如，固定翼UAV可以包括更多或更少的螺旋桨，和/或可以利用涵道风扇或多个涵道风扇以用于推进。此外，具有更多机翼(例如具有四个机翼的“x-机翼”配置)、具有更少的机翼或者甚至没有机翼的UAV也是可能的。

应当理解，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飞行器。在自主实施方案中，飞行器的所有功能都是自动化的；例如，通过响应来自各种传感器的输入和/或预定信息的实时计算机功能进行预编程或控制。在半自主实施方案中，飞行器的一些功能可以由人类操作者控制，而其它功能则被自动执行。此外，在一些实施方式中，UAV可以配置为允许远程操作者接管否则能够由UAV自主控制的功能。此外，给定类型的功能可以在一个抽象层级上被远程控制，并在另一抽象层级上被自主执行。例如，远程操作者可以控制UAV的高级导航决策，诸如通过指定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送达地址)，而UAV的导航系统自主地控制更精细的导航决策，诸如在两个位置之间采用的特定路线、用于实现该路线并在航行于该路线时避开障碍物的特定飞行控制等。

更一般地，应当理解，这里描述的示例UAV不旨在进行限制。示例实施方式可以涉及任何类型的无人飞行器、在任何类型的无人飞行器中实现或采用任何类型的无人飞行器的形式。

III.说明性的UAV部件

图2是示出根据一示例实施方式的UAV 200的部件的简化框图。UAV 200可以采取参照图1A-图1D描述的UAV 100、120、140和160之一的形式，或者在形式上与其类似。然而，UAV 200也可以采取其它的形式。

UAV 200可以包括各种类型的传感器，并可以包括配置为提供这里描述的功能的计算系统。在所示出的实施方式中，除了其它可能的传感器和感测系统之外，UAV 200的传感器包括惯性测量单元(IMU)202、超声波传感器(们)204和GPS接收器206。

在所示出的实施方式中，UAV 200还包括一个或更多个处理器208。处理器208可以是通用处理器或专用处理器(例如数字信号处理器、专用集成电路等)。所述一个或更多个处理器208可以配置为执行计算机可读程序指令212，该计算机可读程序指令212被存储在数据存储器210中并可执行以提供这里描述的UAV的功能。

数据存储器210可以包括可由至少一个处理器208读取或访问的一种或更多种计算机可读存储介质，或采取可由至少一个处理器208读取或访问的一种或更多种计算机可读存储介质的形式。所述一种或更多种计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储部件，诸如光学、磁性、有机或其它存储器或盘存储器，其可以完全地或部分地与所述一个或更多个处理器208中的至少一个集成。在一些实施方式中，数据存储器210可以使用单个物理器件(例如一个光学、磁性、有机或其它存储器或盘存储单元)来实现，而在另一些实施方式中，数据存储器210可以使用两个或更多个物理器件来实现。

如指出的，数据存储器210可以包括计算机可读程序指令212以及可能的附加数据，诸如UAV 200的诊断数据。这样，数据存储器210可以包括程序指令212以执行或促进这里描述的UAV功能的一些或全部。例如，在示出的实施方式中，程序指令212包括导航模块214和系绳控制模块216。

A.传感器

在说明性的实施方式中，IMU 202可以包括加速度计和陀螺仪两者，它们可以一起使用以确定UAV 200的取向。具体地，加速度计可以测量运载工具相对于地球的取向，而陀螺仪测量绕轴线旋转的速率。IMU是可购买到的低成本、低功耗套件(package)。例如，IMU202可以采取小型化微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)的形式，或包括小型化微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)。也可以使用其它类型的IMU。

除了加速计和陀螺仪之外，IMU 202还可以包括其它传感器，其可以帮助更好地确定位置和/或帮助增加UAV 200的自主性。这样的传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。在一些实施方式中，UAV可以包括低功率数字3轴磁力计，其可以用于实现取向无关的电子罗盘，以获取准确的航向信息。然而，也可以使用其它类型的磁力计。其它示例也是可能的。此外，注意，UAV可以包括以上描述的惯性传感器的一些或全部作为与IMU分开的部件。

UAV 200还可以包括压力传感器或气压计，其可以用于确定UAV 200的高度。替代地，其它传感器(诸如声波高度计或雷达高度计)可以用于提供高度的指示，这可以有助于提高IMU的准确性和/或防止IMU的漂移。

在另一方面，UAV 200可以包括一个或更多个传感器，其允许UAV感测环境中的物体。例如，在所示出的实施方式中，UAV 200包括超声波传感器(们)204。超声波传感器(们)204可以通过产生声波并确定波的发射与接收离开物体的对应回波之间的时间间隔来确定到物体的距离。用于无人运载工具的超声波传感器或IMU的典型应用是低空高度控制和避障。超声波传感器还可以用于需要悬停在特定高度或需要能够探测障碍物的运载工具。其它系统可以用于确定、感测附近物体的存在和/或确定到附近物体的距离，诸如光检测和测距(LIDAR)系统、激光检测和测距(LADAR)系统和/或红外或前视红外(FLIR)系统，除了其它可能性之外。

在一些实施方式中，UAV 200还可以包括一个或更多个成像系统。例如，UAV 200可以利用一个或更多个静态和/或视频相机来从UAV的环境捕获图像数据。作为一具体示例，电荷耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机可以与无人运载工具一起使用。这样的成像传感器(们)具有许多可能的应用，诸如避障、定位技术、用于更精确导航的地面跟踪(例如通过对图像应用光流技术)、视频反馈和/或图像识别和处理，除了其它可能性之外。

UAV 200还可以包括GPS接收器206。GPS接收器206可以配置为提供众所周知的GPS系统的典型数据，诸如UAV 200的GPS坐标。UAV 200可以利用这样的GPS数据以用于各种功能。这样，UAV可以使用其GPS接收器206来帮助航行到呼叫者的位置(如至少部分地由呼叫者的移动装置提供的GPS坐标所指示的)。其它示例也是可能的。

B.导航和位置确定

导航模块214可以提供允许UAV 200例如在其环境中移动并到达期望位置的功能。为此，导航模块214可以通过控制UAV的影响飞行的机械特征(例如其方向舵(们)、升降舵(们)、副翼(们)、和/或其螺旋桨(们)的速度)来控制飞行的高度和/或方向。

为了将UAV 200导航到目标位置，导航模块214可以实施各种导航技术，例如，诸如基于地图的导航和基于定位的导航。对于基于地图的导航，UAV 200可以被提供其环境的地图，然后可以使用该地图以导航到地图上的特定位置。对于基于定位的导航，UAV 200可以能够利用定位而在未知环境中航行。基于定位的导航可以涉及UAV 200构建其自身的环境地图并计算其在地图内的位置和/或物体在该环境中的位置。例如，当UAV 200在其整个环境中移动时，UAV 200可以连续使用定位来更新其环境地图。这种连续地图构建的过程可以被称为即时定位与地图构建(SLAM)。也可以使用其它导航技术。

在一些实施方式中，导航模块214可以使用依赖于航路点的技术来导航。具体地，航路点是标识物理空间中的点的坐标集。例如，空中导航航路点可以由特定的纬度、经度和高度限定。因此，导航模块214可以使UAV 200从一航路点移动到另一航路点，以便最后行进到最终目的地(例如一系列航路点中的最终航路点)。

在另一方面，导航模块214和/或UAV 200的其它部件和系统可以配置为进行“定位”以更精确地航行到目标位置的场景。更具体地，在某些情况下可能希望UAV在运载物228由UAV送达的目标位置的阈值距离内(例如在目标目的地的几英尺内)。为此，UAV可以使用两层方法，其中它使用更笼统的位置确定技术以航行到与目标位置相关的大概区域，然后使用更精确的位置确定技术以识别和/或航行到该大概区域内的目标位置。

例如，UAV 200可以使用航路点和/或基于地图的导航而航行到运载物228被送达的目标目的地的大概区域。然后，UAV可以切换到使用用于定位过程的模式并行进到更具体的位置。例如，如果UAV 200要将运载物送达到用户的住宅，则UAV 200会需要相当接近目标位置，以避免将运载物送达到不期望的区域(例如到屋顶上、到游泳池中、到邻居的地产上等)。然而，GPS信号可能仅使UAV 200到此范围(例如在用户住宅的街区内)。然后可以使用更精确的位置确定技术以找到特定目标位置。

一旦UAV 200已经航行到目标送达位置的大概区域，就可以使用各种类型的位置确定技术来完成目标送达位置的定位。例如，UAV 200可以配备有一个或更多个传感器系统，诸如例如超声波传感器204、红外传感器(未示出)和/或其它传感器，其可以提供导航模块214使用的输入以自主或半自主地航行到特定目标位置。

作为另一示例，一旦UAV 200到达目标送达位置(或诸如人或他们的移动装置的移动对象)的大概区域，则UAV 200可以切换到“电传飞行(fly-by-wire)”模式，其中它至少部分地由远程操作者控制，该操作者可以使UAV 200航行到特定目标位置。为此，可以将来自UAV 200的感测数据发送给远程操作者以帮助他们将UAV 200航行到特定位置。

作为另一示例，UAV 200可以包括能够向路人发信号以协助到达特定目标送达位置的模块；例如，UAV 200可以在图形显示器中显示请求这样的协助的视觉消息、通过扬声器播放音频消息或音调以指示需要这种协助，除了其它可能性之外。这样的视觉或音频消息可以表示在将UAV 200送达到特定人或特定位置时需要协助，并可以提供信息以协助路人将UAV 200送达到所述人或位置(例如人或位置的描述或图片、和/或人或位置的名字)，除了其它可能性之外。在UAV不能使用感测功能或其它位置确定技术以到达特定目标位置的情况下，这样的特征可以是有用的。但是，这种特征不限于这样的场景。

在一些实施方式中，一旦UAV 200到达目标送达位置的大概区域，UAV 200就可以利用来自用户的远程装置(例如用户的移动电话)的无线电信号来定位这个人。这样的无线电信号可以采取各种形式。作为一示例，考虑这样的场景，其中远程装置(例如请求UAV送达的人的移动电话)能够(例如经由RF信号、光信号和/或音频信号)发出定向信号。在这种场景中，UAV 200可以配置为通过“溯源”这样的定向信号来进行导航—换言之，通过确定哪个地方信号最强并相应地导航。作为另一示例，移动装置可以发射人类范围内或人类范围外的频率，并且UAV 200可以收听该频率并相应地导航。作为相关示例，如果UAV 200正在收听口头命令，则UAV 200可以利用诸如“我在这里！”的口头陈述来溯源请求送达运载物的人的特定位置。

在一替代的布置中，可以在与UAV 200无线通信的远程计算装置处实现导航模块。远程计算装置可以从UAV 200接收指示UAV 200的操作状态的数据、传感器数据，这允许该远程计算装置评估UAV 200正经受的环境条件和/或UAV 200的位置信息。被提供这样的信息，远程计算装置可以确定UAV 200应当进行的高度和/或方向调整，和/或可以确定UAV200应当如何调整其机械特性(例如其方向舵(们)、升降舵(们)、副翼(们)和/或其螺旋桨(们)的速度)以便实现这样的移动。远程计算系统然后可以将这样的调整传达给UAV 200，从而UAV 200能够以所确定的方式移动。

C.通信系统

在另一方面，UAV 200包括一个或更多个通信系统218。通信系统218可以包括一个或更多个无线接口和/或一个或更多个有线接口，其允许UAV 200经由一个或更多个网络进行通信。这样的无线接口可以提供用于在一种或更多种无线通信协议(诸如蓝牙、WiFi(例如IEEE 802.11协议)、长期演进(LTE)、WiMAX(例如IEEE 802.16标准)、射频ID(RFID)协议、近场通信(NFC)和/或其它无线通信协议)下的通信。这样的有线接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或类似的接口，以经由电线、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或其它物理连接与有线网络进行通信。

在一些实施方式中，UAV 200可以包括允许短距离通信和长距离通信两者的通信系统218。例如，UAV 200可以配置用于使用蓝牙的短距离通信以及用于在CDMA协议下的远距离通信。在这样的实施方式中，UAV 200可以配置为用作“热点”，或换言之，用作远程支持装置与一个或更多个数据网络(诸如蜂窝网络和/或互联网)之间的网关或代理。如此配置，UAV 200可以促进远程支持装置否则自身无法进行的数据通信。

例如，UAV 200可以提供到远程装置的WiFi连接，并用作蜂窝服务提供商的数据网络的代理或网关，UAV可以在例如LTE或3G协议下连接到该数据网络。UAV 200还可以用作远程装置否则可能无法访问的高空气球网络、卫星网络或这些网络的组合等的代理或网关。

D.电力系统

在另一方面，UAV 200可以包括电力系统(们)220。电力系统220可以包括用于向UAV 200提供电力的一个或更多个电池。在一个示例中，所述一个或更多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可以经由电池与电源之间的有线连接和/或经由无线充电系统(诸如，将外部时变磁场施加到内部电池的感应充电系统)被再充电。

E.运载物送达

UAV 200可以采用各种系统和配置以便运输和送达运载物228。在一些实施方案中，给定UAV 200的运载物228可以包括被设计为将各种货物运输到目标送达位置的“包裹”或采取该“包裹”的形式。例如，UAV 200可以包括可在其中运输物品或多个物品的舱。这样的包裹可以是一个或更多个食品、购买的商品、医疗物品、或具有适合于由UAV在两个位置之间运输的大小和重量的任何其它物体(们)。在另一些实施方式中，运载物228可以仅是正被送达的一个或更多个物品(例如，没有容纳物品的任何包裹)。

在一些实施方式中，在UAV的飞行的一些或全部期间，运载物228可以附接到UAV并基本上位于UAV的外部。例如，在到目标位置的飞行期间，包裹可以被拴系或以其它方式可释放地附接在UAV下方。在包裹在UAV下方携带货物的实施方式中，包裹可以包括各种特征，所述各种特征保护其容纳物免受环境影响、减少对系统的空气动力阻力、并防止包裹的容纳物在UAV飞行期间移动。

例如，当运载物228采取用于运输物品的包裹的形式时，该包裹可以包括由防水硬纸板、塑料或任何其它重量轻且防水的材料构成的外壳。此外，为了减少阻力，该包裹可以以光滑的表面为特征，该光滑的表面具有减小前部剖面面积的变尖的前部。此外，该包裹的侧面可以从宽的底部到窄的顶部逐渐变窄，这允许该包裹用作减少对UAV的机翼(们)的干扰影响的窄的外挂架(pylon)。这可以使该包裹的一些前部区域和体积远离UAV的机翼(们)，从而防止由包裹引起机翼(们)上的升力的减小。此外，在一些实施方式中，该包裹的外壳可以由单片材料构成以便减小气隙或额外的材料，气隙和额外的材料都会增大对系统的阻力。另外地或替代地，该包裹可以包括稳定器以抑制包裹的颤动。颤动的这种减少可以允许包裹具有与UAV的较少的刚性连接，并可以使包裹的容纳物在飞行期间较少移动。

为了送达运载物，UAV可以包括由系绳控制模块216控制的绞盘系统221，以便在UAV悬停在上方时将运载物228降低至地面。如图2所示，绞盘系统221可以包括系绳224，系绳224可以通过运载物联接装置226联接到运载物228。系绳224可以缠绕在联接到UAV的电机222的卷轴上。电机222可以采取可由速度控制器主动控制的DC电机(例如伺服电机)的形式。系绳控制模块216可以控制速度控制器以使电机222旋转卷轴，从而使系绳224退绕或收回并降低或升高运载物联接装置226。在实践中，速度控制器可以输出对于卷轴的期望的操作速率(例如期望的RPM)，其可以对应于系绳224和运载物228应当朝向地面降低的速度。然后，电机222可以旋转卷轴，使得其保持期望的操作速率。

为了经由速度控制器控制电机222，系绳控制模块216可以从速度传感器(例如编码器)接收数据，该速度传感器配置为将机械位置转换为代表性的模拟或数字信号。具体地，速度传感器可以包括旋转编码器，其可以提供与电机的轴或联接到电机的卷轴的旋转位置(和/或旋转运动)有关的信息，除了其它可能性之外。此外，速度传感器可以采取绝对编码器和/或增量编码器的形式，除了别的之外。所以在一示例实施方案中，当电机222引起卷轴的旋转时，旋转编码器可以用于测量该旋转。这样做时，旋转编码器可以用于将旋转位置转换为由系绳控制模块216使用的模拟或数字电子信号以从固定的参考角度确定卷轴的旋转量和/或将旋转位置转换为代表新的旋转位置的模拟或数字电子信号，除了其它选择之外。其它示例也是可能的。

基于来自速度传感器的数据，系绳控制模块216可以确定电机222和/或卷轴的旋转速度，并作出响应地控制电机222(例如通过增大或减小供应给电机222的电流)以使电机222的旋转速度与期望的速度匹配。当调节电机电流时，电流调节的幅度可以使用电机222的所确定的速度和所期望的速度基于比例积分微分(PID)计算。例如，电流调节的幅度可以基于卷轴的所确定的速度和所期望的速度之间的当前差异、过去差异(基于随时间的累积误差)和未来差异(基于当前变化率)。

在一些实施方式中，系绳控制模块216可以改变系绳224和运载物228被降低至地面的速率。例如，速度控制器可以根据可变的部署速率分布(deployment-rate profile)和/或响应于其它因素来改变期望的操作速率，以便改变运载物228朝向地面下降的速率。为此，系绳控制模块216可以调节施加到系绳224的制动量或摩擦量。例如，为了改变系绳的部署速率，UAV 200可以包括能够向系绳224施加可变量的压力的摩擦垫。作为另一示例，UAV 200可以包括电动制动系统，其改变卷轴放出系绳224的速率。这样的制动系统可以采取其中电机222操作以减慢卷轴放出系绳224的速率的机电系统的形式。此外，电机222可以改变其调节卷轴的速度(例如RPM)的量，因此可以改变系绳224的部署速率。其它示例也是可能的。

在一些实施方式中，系绳控制模块216可以配置为将供应给电机222的电机电流限制至最大值。在对电机电流设置这样的限制的情况下，可能存在电机222无法以速度控制器指定的期望操作进行操作的情形。例如，如下面更详细讨论地，可能存在如下情况，速度控制器指定电机222应当朝UAV 200收回系绳224的期望操作速率，但是电机电流可能受限制以使得系绳224上的足够大的向下的力将会抵消电机222的收回力并反而使系绳224退绕。如以下进一步讨论地，可以取决于UAV 200的操作状态来施加和/或更改对电机电流的限制。

在一些实施方式中，系绳控制模块216可以配置为基于供应到电机222的电流量来确定系绳224和/或运载物228的状态。例如，如果向系绳224施加向下的力(例如，如果运载物228附接到系绳224，或者如果系绳224在朝向UAV 200收回时被钩在物体上)，则系绳控制模块216可能需要增大电机电流以便使电机222和/或卷轴的所确定的旋转速度与期望的速度匹配。类似地，当从系绳224去除向下的力时(例如，当运载物228送达或消除系绳钩住时)，系绳控制模块216会需要减小电机电流以便使电机222和/或卷轴的所确定的旋转速度与期望的速度匹配。这样，系绳控制模块216可以配置为监测供应给电机222的电流。例如，系绳控制模块215可以基于从电机的电流传感器或电力系统220的电流传感器接收的传感器数据确定电机电流。在任何情况下，基于供应给电机222的电流，确定运载物228是否附接到系绳224、是否有人或有物正在拉系绳224和/或在收回系绳224之后运载物联接装置226是否压着UAV 200。其它示例也是可能的。

在运载物228的送达期间，运载物联接装置226可以配置为在通过系绳224从UAV降下的同时固定运载物228，并且可以进一步配置为在到达地面水平时释放运载物228。然后，可以通过使用电机222收卷系绳224而将运载物联接装置226收回到UAV。

在一些实施方案中，一旦运载物228被降低至地面，它就可以被被动地释放。例如，被动释放机构可以包括一个或更多个摆臂，其适于缩回到壳体中以及从壳体伸出。伸出的摇臂可以形成其上可附接运载物228的钩。在经由系绳将释放机构和运载物228降低至地面时，重力以及对释放机构的向下的惯性力可以使运载物228从钩脱离，这允许释放机构朝向UAV向上升高。释放机构可以进一步包括弹簧机构，当在摆臂上没有其它外力时该弹簧机构使摆臂偏置以缩回到壳体中。例如，弹簧可以对摆臂施加将摆臂推向壳体或拉向壳体的力，使得一旦运载物228的重量不再迫使摆臂从壳体伸出，摆臂就缩回到壳体中。使摆臂缩回到壳体中可以减小当送达运载物228而将释放机构朝向UAV升高时释放机构钩住运载物228或其它附近物体的可能性。

主动的运载物释放机构也是可能的。例如，诸如基于大气压力的高度计和/或加速度计的传感器可以帮助检测释放机构(和运载物)相对于地面的位置。来自传感器的数据可以通过无线链路传回到UAV和/或控制系统，并用于帮助确定释放机构何时到达地面水平(例如，通过用以地面冲击为特征的加速度计检测测量)。在另一些示例中，UAV可以基于重量传感器检测在系绳上的阈值低的向下力和/或基于当降下运载物时绞盘汲取的功率的阈值低的测量来确定运载物已经到达地面。

除了系绳式送达系统之外或替代系绳式送达系统，用于送达运载物的其它系统和技术也是可能的。例如，UAV 200可以包括安全气囊下落系统或降落伞下落系统。替代地，携带运载物的UAV 200可以在送达位置简单地降落在地面上。其它示例也是可能的。

IV.说明性的UAV部署系统

可以实施UAV系统以便提供各种与UAV相关的服务。具体地，UAV可以提供在可与区域控制系统和/或中央控制系统通信的许多不同的发射地点。这样的分布式UAV系统可以允许UAV被快速部署以横跨大的地理区域(例如，比任何单个UAV的飞行范围大得多的)提供服务。例如，能够携带运载物的UAV可以分布在横跨大的地理区域(有可能甚至遍布整个国家、或者甚至全世界)的许多发射地点，以便向整个地理区域内的位置提供各种物品的按需运输。图3是示出根据一示例实施方式的分布式UAV系统300的简化框图。

在说明性的UAV系统300中，访问系统302可以允许与UAV 304的网络交互、控制UAV304的网络和/或使用UAV 304的网络。在一些实施方式中，访问系统302可以是允许UAV 304的受人控制的调度的计算系统。这样，控制系统可以包括或以其它方式提供用户界面，用户可以通过该用户界面访问和/或控制UAV 304。

在一些实施方式中，UAV 304的调度可以另外地或替代地经由一个或更多个自动化过程来实现。例如，访问系统302可以调度UAV 304之一以将运载物运输到目标位置，并且UAV可以通过使用各种机载传感器(诸如GPS接收器和/或其它各种导航传感器)自主地导航到目标位置。

此外，访问系统302可以提供UAV的远程操作。例如，访问系统302可以允许操作者经由其用户界面来控制UAV的飞行。作为具体示例，操作者可以使用访问系统302将UAV 304调度到目标位置。然后，UAV 304可以自主地航行到目标位置的大概区域。在此时，操作者可以使用访问系统302控制UAV 304并使UAV航行到目标位置(例如，航行到运载物正被运输到的特定人)。UAV的远程操作的其它示例也是可能的。

在一说明性的实施方式中，UAV 304可以采取各种形式。例如，每个UAV 304可以是诸如图1A-图1D所示的那些的UAV。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，UAV系统300也可以使用其它类型的UAV。在一些实施方案中，所有的UAV 304可以为相同或相似的配置。然而，在另一些实施方案中，UAV 304可以包括许多不同类型的UAV。例如，UAV 304可以包括许多类型的UAV，每种类型的UAV针对一种不同类型或多种不同类型的运载物送达能力来配置。

UAV系统300可以进一步包括可采取各种形式的远程装置306。通常，远程装置306可以是通过其可发出调度UAV的直接请求或间接请求的任何装置。(注意，间接请求可以涉及可通过调度UAV得到响应的任何通信，诸如请求包裹送达)。在一示例实施方式中，远程装置306可以是移动电话、平板计算机、膝上型计算机、个人计算机或任何网络连接的计算装置。此外，在某些情况下，远程装置306可以不是计算装置。作为一示例，允许经由普通老式电话服务(POTS)通信的标准电话可以用作远程装置306。其它类型的远程装置也是可能的。

此外，远程装置306可以配置为经由一种或更多种类型的通信网络308与访问系统302通信。例如，远程装置306可以通过在POTS网络、蜂窝网络和/或诸如互联网的数据网络上进行通信而与访问系统302(或访问系统302的人类操作者)通信。也可以使用其它类型的网络。

在一些实施方式中，远程装置306可以配置为允许用户请求将一个或更多个物品送达到期望的位置。例如，用户可以经由其移动电话、平板电脑或膝上型电脑请求UAV送达包裹到他们的住宅。作为另一示例，用户可以请求动态送达到在送达时他们所处的任何位置。为了提供这样的动态送达，UAV系统300可以从用户的移动电话或用户身上的任何其它装置接收位置信息(例如GPS坐标等)，使得UAV可以航行到用户的位置(如由他们的移动电话指示的)。

在一说明性的布置中，中央调度系统310可以是一服务器或服务器组，其被配置为从访问系统302接收调度消息请求和/或调度指令。这样的调度消息可以请求或指示中央调度系统310协调UAV到各个目标位置的部署。中央调度系统310可以进一步配置为将这样的请求或指令发送到一个或更多个本地调度系统312。为了提供这样的功能，中央调度系统310可以经由数据网络(诸如互联网或为访问系统与自动调度系统之间的通信而建立的专用网络)与访问系统302进行通信。

在示出的配置中，中央调度系统310可以配置为协调来自许多不同的本地调度系统312对UAV 304的调度。这样，中央调度系统310可以跟踪哪些UAV 304位于哪些本地调度系统312处、哪些UAV 304当前可供部署和/或每个UAV 304被配置用于哪些服务或操作(在UAV机队包括配置用于不同的服务和/操作的多种类型的UAV的情况下)。另外地或替代地，每个本地调度系统312可以配置为跟踪其相关联的UAV 304中的哪些当前可供部署和/或当前在物品运输中。

在一些情况下，当中央调度系统310从访问系统302接收到对与UAV相关的服务(例如物品的运输)的请求时，中央调度系统310可以选择特定的UAV 304来调度。中央调度系统310可以相应地指示与所选择的UAV相关联的本地调度系统312调度所选择的UAV。然后，本地调度系统312可以操作其相关联的部署系统314以发射所选择的UAV。在另一些情况下，中央调度系统310可以将对与UAV相关的服务的请求转发到在请求支持的位置附近的本地调度系统312，并将对特定UAV 304的选择留给本地调度系统312。

在一示例配置中，本地调度系统312可以被实现为在与其控制的部署系统(们)314相同的位置处的计算系统。例如，本地调度系统312可以由安装在诸如仓库的建筑物处的计算系统实现，与特定的本地调度系统312相关联的部署系统(们)314和UAV(们)304也位于该建筑物处。在另一些实施方式中，本地调度系统312可以在远离其相关联的部署系统(们)314和UAV(们)304的位置实现。

对UAV系统300的所示配置的多种变型和替代是可能的。例如，在一些实施方式中，远程装置306的用户可以直接从中央调度系统310请求包裹的送达。为此，可以在远程装置306上实现一应用，该应用允许用户提供关于所请求的送达的信息，并生成和发送数据消息以请求UAV系统300提供该送达。在这样的实施方式中，中央调度系统310可以包括自动功能以处理由这样的应用生成的请求、评估这样的请求、并且如果合适的话与适当的本地调度系统312协调以部署UAV。

此外，这里归于中央调度系统310、本地调度系统(们)312、访问系统302和/或部署系统(们)314的功能中的一些或全部可以组合在被实现为更复杂的系统的单个系统中和/或以各种方式在中央调度系统310、本地调度系统(们)312、访问系统302和/或部署系统(们)314之间重新分配。

此外，尽管每个本地调度系统312被示出为具有两个相关联的部署系统314，但是给定的本地调度系统312可以替代地具有更多或更少的相关联的部署系统314。类似地，尽管中央调度系统310被示出为与两个本地调度系统312通信，但是中央调度系统310可以替代地与更多或更少的本地调度系统312通信。

在另一方面，部署系统314可以采取各种形式。通常，部署系统314可以采取用于物理地发射UAV 304中的一个或更多个的系统的形式，或包括用于物理地发射UAV 304中的一个或更多个的系统。这样的发射系统可以包括提供自动UAV发射的特征和/或允许人类辅助的UAV发射的特征。此外，部署系统314可以每个配置为发射一个特定的UAV 304、或发射多个UAV 304。

部署系统314可以进一步配置为提供附加的功能，包括例如与诊断相关的功能(诸如验证UAV的系统功能、验证容纳在UAV内的装置(例如运载物送达装置)的功能)和/或维护容纳在UAV中的装置或其它物品(例如通过监测运载物的状态，诸如其温度、重量等)。

在一些实施方式中，部署系统314及其对应的UAV 304(以及可能相关联的本地调度系统312)可以遍及一区域(诸如城市)策略性地分布。例如，部署系统314可以策略性地分布，使得每个部署系统314接近一个或更多个运载物拾取位置(例如在餐馆、商店或仓库附近)。然而，取决于具体的实施方案，可以以其它方式来分布部署系统314(以及可能地，本地调度系统312)。作为另外的示例，允许用户经由UAV运输包裹的信息亭(kiosk)可以安装在各个位置。这样的信息亭可以包括UAV发射系统，并可以允许用户提供他们的包裹以装载到UAV上并为UAV运送服务付费，除了其它可能性之外。其它示例也是可能的。

在另一方面，UAV系统300可以包括用户账户数据库316或可以访问用户账户数据库316。用户账户数据库316可以包括许多用户账户的数据，并且每个用户账户与一个或更多个人相关联。对于给定的用户账户，用户账户数据库316可以包括与提供和UAV相关的服务有关的数据或在提供和UAV相关的服务方面有用的数据。通常，与每个用户账户相关联的用户数据可选地由相关用户提供和/或在相关用户的许可下收集。

此外，在一些实施方式中，如果人们希望通过来自UAV系统300的UAV 304提供与UAV相关的服务，则可能需要他们向UAV系统300注册用户账户。这样，用户账户数据库316可以包括给定用户账户的授权信息(例如用户名和密码)和/或可用于授权对用户账户的访问的其它信息。

在一些实施方式中，人们可以将他们的装置中的一个或更多个与他们的用户账户相关联，使得他们可以访问UAV系统300的服务。例如，当人们使用相关联的移动电话(例如呼叫访问系统302的操作者或向调度系统发送请求与UAV相关的服务的消息)时，该电话可以经由唯一的装置识别码被识别，于是该呼叫或消息可以归于相关联的用户账户。其它示例也是可能的。V.在UAV上的示例可展开表面

图4A是根据一示例实施方式的具有处于未展开位置的可展开机头板500的飞行器100的透视图。在图4A中，机头板500被示出为位于UAV 100的机头部分115的顶部上。当UAV经历系统故障和/或电机停止工作时，UAV将最终掉落到地面，在这种情况下它可能撞击地面物体。在大多数有翼飞机中，UAV的压力中心在UAV的重心后面，导致在压力中心和重心之间产生力矩，从而导致UAV进入垂直俯冲并以高的速度撞击地面。因此，期望通过在UAV的前部展开额外的表面(或减小后部中的表面区域)以使压力中心向前朝向UAV的重心移动或者使压力中心移动而与UAV的重心对准来减缓UAV的下降。

图4B是根据一示例实施方式的飞行器100的透视图，其中机头板500旋转到展开位置。在图4B中，机头板500被示出为位于机头部分115的底部上，尽管机头板500也可以如图4A所示地被定位在机头部分115顶部上，或者被定位在机头部分115的顶部和底部之间的某处。通过机头板500的展开而在UAV的前部实现的较大表面区域使压力中心向前移动或者使压力中心移动而与UAV的重心对准，使得UAV保持向前飞行或悬停取向，其中大的表面区域对UAV提供最大的阻力以减缓UAV朝向地面的下降。

当电机停止工作时，机头板可以自动展开并旋转到图4B中示出的展开位置。例如，机头板500可以是弹簧加载的，使得当感测到系统故障时或当失去电力时、或者当感测到电机停止工作时，闩锁可以被移动并且弹簧加载的机头板500可以被弹簧驱动以绕枢转点502旋转到适当位置。也可以使用将机头板500移动到展开位置的各种其它手段，包括旋转致动器等。此外，可展开表面也可以被动地展开。例如，弹簧加载的销可以通过来自推进系统的电力(例如螺线管)保持在锁定位置。如果失去推进动力，则螺线管的电力也失去，并且销将可展开表面释放到展开位置。

图4C是根据一示例实施方式的图4A中示出的飞行器100的透视图，其中机头板500线性地移动到展开位置。在图4C中，机头板500以线性的方式向前移动以移动到所示的展开位置。机头板500的线性移动可以使用线性致动器、汽缸或弹簧驱动以及以线性方式向前展开机头板500的其它方式来实现。展开可以由在机头部分115上的狭槽506引导。图4C中示出的展开的机头板500以与图4B中示出的机头板500相同的方式操作，但是被不同地展开。

图5是根据一示例实施方式的具有吊杆延伸部600的飞行器100的透视图，该吊杆延伸部600旋转到在吊杆104前面的展开位置。在图5中，吊杆延伸部被示出为绕枢转轴线602旋转到展开位置。与上述机头板500一样，通过吊杆延伸部600的展开在UAV的前部实现的更大的表面区域使压力中心向前移动，或者使压力中心移动而与UAV的重心对准，使得UAV保持向前飞行或悬停取向，大的表面区域对UAV提供最大阻力以减缓UAV朝向地面的下降。

当电机停止工作时，吊杆延伸部600可以自动展开并旋转到图5中示出的展开位置。例如，吊杆延伸部600可以是弹簧加载的，使得当感测到系统故障时，或者当感测到电机停止工作时，闩锁可以被移动并且弹簧加载的吊杆延伸部可以被弹簧驱动以绕枢转轴线602旋转到展开位置。也可以使用将吊杆延伸部移动到展开位置的各种其它手段，包括旋转致动器等。

图6是根据一示例实施方式的具有吊杆延伸部600的飞行器100的透视图，该吊杆延伸部600线性地移动到在吊杆104前面的展开位置。在图6中，吊杆延伸部600以线性方式向前移动以移动到所示的展开位置。吊杆延伸部600的线性移动可以使用线性致动器、汽缸实现，或可以是弹簧驱动的，以及可以使用以线性方式展开吊杆延伸部600的其它方式实现。图6所示的展开的吊杆延伸部600以与图5所示的吊杆延伸部600相同的方式操作，但是被不同地展开。

图7A是根据一示例实施方式的具有吊杆延伸侧板640的飞行器100的透视图，该吊杆延伸侧板640被示出为处于未展开位置。图7B是根据一示例实施方式的图7A中示出的飞行器100的透视图，其中吊杆延伸侧板640被示出为处于在吊杆104的侧部的展开位置。在图7B中，吊杆延伸侧板640被示出为沿着吊杆104的侧部旋转到展开位置。与以上描述的机头板500和吊杆延伸部600一样，通过展开吊杆延伸侧板640而在UAV的前部实现的更大的表面区域使压力中心向前移动，或者使压力中心移动而与UAV的重心对准，使得UAV保持向前飞行或悬停取向，大的表面区域对UAV提供最大的阻力以减缓UAV朝向地面的下降。

当电机停止工作时，吊杆延伸侧板640可以自动展开并旋转到图7B所示的展开位置。例如，吊杆延伸侧板640可以被弹簧加载，使得当感测到系统故障时或者当感测到电机停止工作时，闩锁可以被移动并且被弹簧加载的吊杆延伸侧板640可以被弹簧驱动以旋转到吊杆104旁边的展开位置。也可以使用将吊杆延伸侧板移动到展开位置的各种其它手段，包括旋转致动器等。

吊杆延伸部600和吊杆延伸侧板640是机头板500的替代方案，用于将压力中心朝向UAV 100的中心移动或者使压力中心移动而与UAV 100的重心对准。将理解，机头板500、吊杆延伸部600和吊杆延伸侧板640的描述已经关于UAV 100进行说明。然而，它们也可以在任何其它类型的UAV上使用，包括图1B-图1D中示出的那些以及任何其它类型的UAV。

机头板500、吊杆延伸部600和吊杆延伸侧板640可以由诸如聚苯乙烯泡沫塑料、塑料、木材或复合材料的轻质材料、织物、或者甚至诸如铝的轻型钢(其可以进而用碳、木材、塑料或复合材料增强)、或者甚至诸如铝的轻质金属制成。此外，机头板500、吊杆延伸部600和吊杆延伸侧板640被示出为具有特定构造；然而，它们也可以具有任何各种构造和几何形状，使得任何类型的几何形状或构造可以用作可展开表面，以在展开时提供期望的增大的表面区域。

图8A是根据一示例实施方式的具有从后吊杆137延伸的垂直稳定器116的飞行器100的透视图。图8B是根据一示例实施方式的图8A所示的飞行器100的透视图，其中垂直稳定器116已经旋转。当UAV经历系统故障和/或电机停止工作时，垂直稳定器116可以从0度旋转到90度(或两者之间的角度)以使垂直稳定器的主表面面向飞行方向，从而减小升力并使UAV的压力中心朝向UAV的重心移动或者使UAV的压力中心移动而与UAV的重心对准，从而达到与上述展开可展开表面500、600和640相同的目的。

图9是根据一示例实施方式的具有固定的吊杆延伸部660的飞行器100的透视图。固定的吊杆延伸部用于增大吊杆104的面向下的表面区域，从而在无控制且无动力飞行的情况下将压力中心移动得更靠近UAV 100的重心。因此，固定的吊杆延伸部660始终被展开，并且UAV不需要感测何时出现系统故障和/或何时电机停止工作。

图10A是UAV 700的图示，其示出在正常稳定的向前飞行期间压力中心710和重心720的位置。图10B是UAV 700的图示，其中可展开表面500(诸如机头板、吊杆延伸部或吊杆延伸侧板)被示出为处于展开状态，示出在表面500已经展开之后压力中心710如何朝向重力中心720移动。

应当注意，当出现系统故障和/或电机停止工作时，可以使用降落伞以减缓UAV的下降。然而，降落伞冒着在电机中缠结或无法正常展开的风险。因此，可展开表面更适合在系统故障和/或电机停止工作的情况下提供软着陆。

VII.结论

在附图中示出的具体布置不应被视为限制性的。应当理解，其它实施方案可以包括给定附图中示出的更多或更少的每个元件。此外，所示出的元件中的一些可以被组合或省略。此外，示例性实施方案可以包括没有在附图中示出的元件。

另外，尽管这里已经公开了各个方面和实施方案，但是其它方面和实施方案对于本领域技术人员将是明显的。这里公开的各个方面和实施方案是为了说明的目的，而不是旨在进行限制，确切的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离这里给出的主题的精神或范围的情况下，可以使用其它实施方案，并且可以进行其它改变。将易于理解，如这里总体地描述并在附图中示出的本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在这里都被考虑到。

Claims (18)

1.一种无人飞行器(UAV)，包括：

机身；

一对机翼，从所述机身向外延伸；以及

可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；

其中所述机身包括机头部分并且所述可展开表面是机头板，当所述机头板处于所述第二展开位置时所述机头板从所述UAV的所述机头部分向前延伸。

2.根据权利要求1所述的UAV，其中所述机头板通过绕所述机头部分中的枢转点旋转而可展开。

3.根据权利要求1所述的UAV，其中所述机头板通过从所述机头部分线性地向前移动而可展开。

4.一种无人飞行器(UAV)，包括：

机身；

一对机翼，从所述机身向外延伸；以及

可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；

其中所述UAV包括在平行于所述UAV的机头部分的方向上向前延伸的第一吊杆和第二吊杆；以及

其中所述可展开表面包括在所述第一吊杆上的第一吊杆延伸部和在所述第二吊杆上的第二吊杆延伸部。

5.根据权利要求4所述的UAV，其中所述第一吊杆延伸部通过绕所述第一吊杆上的枢转轴线旋转到从所述第一吊杆向前延伸的所述第二展开位置而可展开；以及

其中所述第二吊杆延伸部通过绕所述第二吊杆上的枢转轴线旋转到从所述第二吊杆向前延伸的所述第二展开位置而可展开。

6.根据权利要求4所述的UAV，其中所述第一吊杆延伸部通过从所述第一吊杆线性地向前移动到从所述第一吊杆向前延伸的所述第二展开位置而可展开；以及

其中所述第二吊杆延伸部通过从所述第二吊杆线性地向前移动到从所述第二吊杆向前延伸的所述第二展开位置而可展开。

7.根据权利要求4所述的UAV，其中所述第一吊杆延伸部通过绕所述第一吊杆上的纵向枢转轴线旋转到延伸至所述第一吊杆的一侧的所述第二展开位置而可展开；以及

其中所述第二吊杆延伸部通过绕所述第二吊杆上的纵向枢转轴线旋转到延伸至所述第二吊杆的一侧的所述第二展开位置而可展开。

8.根据权利要求1所述的UAV，其中所述可展开表面的展开使所述UAV的压力中心朝向所述UAV的重心移动，或者使所述UAV的压力中心移动而与所述UAV的重心对准。

9.根据权利要求4所述的UAV，其中所述第一吊杆还从所述一对机翼向后延伸，并且所述可展开表面包括从所述第一吊杆延伸的垂直稳定器；以及

其中所述第二吊杆还从所述一对机翼向后延伸，并且所述可展开表面包括从所述第二吊杆延伸的垂直稳定器。

10.根据权利要求9所述的UAV，其中所述第一吊杆上的所述垂直稳定器绕所述第一吊杆上的枢转轴线可旋转到所述第二展开位置，使所述垂直稳定器的主要表面被定位为面向所述UAV的向前行进的方向；以及

其中所述第二吊杆上的所述垂直稳定器绕所述第二吊杆上的枢转轴线可旋转到所述第二展开位置，使所述垂直稳定器的主要表面被定位为面向所述UAV的向前行进的方向。

11.一种调整UAV的压力中心的方法，包括以下步骤：

为UAV提供机身、从所述机身向外延伸的一对机翼、以及可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；

确认系统故障；

使所述可展开表面从所述第一未展开位置移动到所述第二展开位置；

其中所述机身包括机头部分并且所述可展开表面包括机头板，当所述机头板处于所述第二展开位置时所述机头板从所述UAV的所述机头部分向前延伸。

12.根据权利要求11所述的方法，其中使所述机头板移动到所述第二展开位置包括使所述机头板绕所述机头部分中的枢转点旋转。

13.根据权利要求11所述的方法，其中使所述机头板移动到所述第二展开位置包括使所述机头板从所述机头部分线性地向前移动。

14.一种调整UAV的压力中心的方法，包括以下步骤：

为UAV提供机身、从所述机身向外延伸的一对机翼、以及可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；

确认系统故障；

使所述可展开表面从所述第一未展开位置移动到所述第二展开位置；

其中所述UAV包括在平行于所述机头部分的方向上向前延伸的第一吊杆和第二吊杆；以及

其中所述可展开表面包括在所述第一吊杆上的第一吊杆延伸部和在所述第二吊杆上的第二吊杆延伸部。

15.根据权利要求14所述的方法，其中使所述第一吊杆延伸部移动到所述第二展开位置包括使所述第一吊杆延伸部绕所述第一吊杆上的枢转轴线旋转到从所述第一吊杆向前延伸的位置；以及

其中使所述第二吊杆延伸部移动到所述第二展开位置包括使所述第二吊杆延伸部绕所述第二吊杆上的枢转轴线旋转到从所述第二吊杆向前延伸的位置。

16.根据权利要求14所述的方法，其中使所述第一吊杆延伸部移动到所述第二展开位置包括使所述第一吊杆延伸部从所述第一吊杆线性地向前移动到从所述第一吊杆向前延伸的位置；以及

其中使所述第二吊杆延伸部移动到所述第二展开位置包括使所述第二吊杆延伸部从所述第二吊杆线性地向前移动到从所述第二吊杆向前延伸的位置。

17.根据权利要求14所述的方法，其中使所述第一吊杆延伸部移动到所述第二展开位置包括使所述第一吊杆延伸部绕所述第一吊杆上的枢转轴线旋转到延伸至所述第一吊杆的一侧的位置；以及

其中使所述第二吊杆延伸部移动到所述第二展开位置包括使所述第二吊杆延伸部绕所述第二吊杆上的枢转轴线旋转到延伸至所述第二吊杆的一侧的位置。

18.一种调整UAV的压力中心的方法，包括以下步骤：

为UAV提供机身、从所述机身向外延伸的一对机翼、以及可展开表面，当在飞行期间出现系统故障时该可展开表面可从正常飞行期间的第一未展开位置移动到第二展开位置；

确认系统故障；

使所述可展开表面从所述第一未展开位置移动到所述第二展开位置；

其中所述可展开表面的展开使所述UAV的压力中心朝向所述UAV的重心移动，或者使所述UAV的压力中心移动而与所述UAV的重心对准。

Images