CN112672955B - 自主空中运载工具系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主空中运载工具系统，以提供诸如具有承重能力的无人机的多个自主输送运载工具(100)。无人机的部件设置在飞盘状外壳(114)中，这有助于以与飞盘相同的方式和能力飞行，并且无人机提供360度旋转。系统还包括管理服务器，所述管理服务器经由无线网络与多个自主空中运载工具(100)通信，以调度多个自主空中运载工具(100)的飞行计划。每个自主空中运载工具(100)包括与管理服务器通信的控制模块，所述控制模块被配置为根据飞行计划数据操作自主空中运载工具(100)。控制模块接收数据，所述数据包括位置数据、电池状态数据、空中运载工具的定位数据，以帮助自主运载工具执行飞行计划。

Description

自主空中运载工具系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年6月14日向英国专利商标局提交的名称为“AUTONOMOUS AERIALVEHICLE SYSTEM(自主空中运载工具系统)”的英国专利申请1809765.9的优先权。以上引用的专利申请的说明书通过引用整体并入本文。

发明背景

A.技术领域

本发明总体上涉及无人空中运载工具(unmanned aerial vehicle，UAV)领域，并且更具体地涉及一种自主空中运载工具系统，以提供诸如具有承重能力的无人机的多个自主空中输送运载工具。

B.背景技术

无人机是无需机载飞行员控制运载工具的空中运载工具。这些空中运载工具可以通过机载计算机控制，也可以由人类操作员进行远程控制。无人机在执法、农业或市场等行业中正变得越来越流行，因为它具有通过携带传感器或照相机对空中环境进行勘察的能力。这些无人机被配置为利用某些机载计算机使用叶片进行飞行，在运行过程中可能会发生各种错误，包括在无人机起飞和着陆期间的受调控运动和控制。如果无法对可操纵性进行最佳控制，则无人机和无人机周围的操作环境容易受到潜在损害。

此外，由人类操作员控制无人机可以提供对操纵性的控制。当使用多个UAV或飞行机器人执行任务时，无法通过手动操作员对每个UAV同时进行引导和控制。

鉴于上述情况，迫切需要一种自主空中运载工具系统，以提供诸如具有承重能力的无人机的多个自主空中输送运载工具。此外，需要一种自主空中运载工具，诸如陀螺无人机，其提供360°的旋转和运动能力以及竖直起飞和着陆(VTOL)和航空飞行模式的转变。

发明内容

本发明涉及一种自主空中运载工具系统，以提供诸如具有承重能力的无人机的多个自主输送运载工具。

根据本发明，自主空中运载工具系统包括多个自主空中运载工具或无人机，所述多个自主空中运载工具(autonomous aerial vehicle，AAV)中的每一个包括被配置为以360度旋转的至少两个螺旋桨。此外，所述系统包括经由无线网络与所述多个自主空中运载工具通信的管理服务器。所述管理服务器包括：用于存储每个无人机的数据的存储器；以及耦合到所述存储器的处理器，所述处理器被配置为调度/安排(schedule)所述多个自主空中运载工具的飞行计划，并且将所述飞行计划数据传达至所述自主空中运载工具。

在一个实施例中，每个自主空中运载工具包括与所述管理服务器通信的控制模块，与所述控制模块通信的无线网络模块以及与所述控制模块通信的多个传感器。所述控制模块被配置为接收飞行计划数据并且被存储在所述存储器模块中。所述多个传感器被配置为接收所述自主空中运载工具的位置数据。进一步地，所述自主空中运载工具的所述控制模块被配置为：将所述自主空中运载工具从低功率模式唤醒；与至少一个自主空中运载工具通信以检查飞行计划数据的更新；将所述飞行计划数据存储在所述自主空中运载工具的所述存储器模块中；并且根据所述飞行计划数据操作所述自主空中运载工具。

在一个实施例中，所述多个自主空中运载工具经由所述无线网络模块彼此通信。在一个实施例中，每个自主空中运载工具还包括功率模块，所述功率模块被配置为在空中运载工具的操作之前或操作期间检查电池状态并且将所述状态发送到所述控制模块。在一个实施例中，每个自主空中运载工具还包括与所述控制模块通信的GPS模块，所述GPS模块被配置为确定所述自主空中运载工具的定位。进一步地，所述控制模块被配置为：通过所述多个传感器检查所述自主空中运载工具的位置数据；发送指令将所述至少两个螺旋桨定位在水平位置中，以根据所述飞行计划数据操作所述无人空中运载工具；并且监视所述自主空中运载工具的定位数据和位置数据，直到完成所述飞行计划。

在一个实施例中，每个自主空中运载工具还包括与所述控制模块通信的照相机模块，所述照相机模块被配置为以360度旋转并且捕获空中照片。

在一个实施例中，所述自主空中运载工具是陀螺无人机。在一个实施例中，陀螺无人机的构造如下所示。所述陀螺无人机提供360°旋转和开创性的速度从动能力。而且，无人机具有从竖直起飞和着陆(VTOL)向上运动转变到航空/喷气涡轮运动的能力。

所述陀螺无人机包括陀螺结构，其中至少一个或优选为两个涡轮马达设置在所述陀螺结构的轴线或中心处。在一个实施例中，所述涡轮马达包括水平马达结构或竖直马达结构。所述涡轮马达围绕竖直轴线旋转360°。涡轮组件耦合至所述马达，所述马达以周期性的方式使涡轮移位，从而实现有效且瞬时的方向转向。提供围绕竖直轴线的360°运动的马达可以将竖直起飞和着陆(VTOL)向上运动转变到航空或涡轮模式运动。而且，外部旋转马达被配置为一旦无人机进入航空飞行模式就在环形机身内部循环操纵360度以更改方向。

在一个实施例中，无人机包括飞盘结构外壳，其包围无人机的功能部件。飞盘结构化的外壳以与飞盘相同的方式和能力为无人机的飞行提供便利。在一些实施例中，无人机可以包括照相机组件以捕获空中照片。

通过以下详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。然而应当理解，详细描述和具体实施例虽然指示本发明的具体实施方案，但是仅以说明的方式给出，因为本领域技术人员从此详细描述应该熟知在本发明的意图和范围内的各种改变和修改。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将更容易理解本发明及其优点和特征的更完整理解，在附图中：

图1示出了本发明的实施例中的自主空中运载工具结构(诸如无人机)的功能部件。

图2展示了本发明的实施例中的无人机的内部齿轮组件。

图3展示了本发明的实施例中的无人机，示出360度自旋。

图4展示了本发明的实施例中的无人机的马达的竖直可操纵性。

图5展示了本发明的实施例中的无人机的水平视图。

图6展示了本发明的另一个实施例中的扭转单元机构和涡轮组件的水平视图。

图7A展示了在本发明的又一个实施例中的连接到竖直马达结构的飞盘的水平视图。

图7B展示了在本发明的又一个实施例中的连接到水平马达结构的飞盘的竖直视图。

图8展示了本发明的又一个实施例中的飞盘单元的俯视图。

图9A展示了本发明的又一个实施例中的无人机的水平视图。

图9B展示了本发明的又一个实施例中的飞盘单元的俯视图。

图10展示了本发明的实施例中的无人机的叶片组件的侧视图。

图11展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的控制器板。

图12展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的马达板。

图13展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的照相机板。

图14展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的配电板。

图15是展示本发明的实施例的自主空中运载工具的飞行中操作的流程图(如图15A和图15B所示)。

图16展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的透视图。

图17展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的分解图。

具体实施方式

现在将给出本发明的实施例的描述。期望本发明可以其他特定形式实现而不背离其精神或基本特性。所描述的实施例在所有方面应被认为仅仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是先前描述指示。落在权利要求的等同含义和范围之内的所有改变都应包含在其范围之内。

本发明提供一种自主空中运载工具系统，以提供具有承重能力的完全自主的、高度敏捷的输送无人机。所述系统包括多个自主空中运载工具，被配置为以360度旋转。每个自主空中运载工具包括至少两个螺旋桨。每个螺旋桨包括由马达控制器控制的螺旋桨马达。至少两个主螺旋桨被定位在空中运载工具的中央，并且沿相反方向旋转，以为自主空中运载工具的飞行提供稳定性。

参照图1至图10，在本发明的一个实施例中，自主空中运载工具是陀螺无人机100。在一个实施例中，陀螺无人机100的详细构造描述如下。陀螺仪无人机100提供360°自旋和开创性的速度从动运动能力。而且，无人机100具有从竖直起飞和着陆(VTOL)向上运动转变到航空/喷气涡轮模式运动的能力。参照图1，陀螺无人机100包括陀螺结构，其中至少一个或优选为两个涡轮马达102设置在陀螺结构的轴线或中心处。在一个实施例中，涡轮马达包括水平马达结构或竖直马达结构。涡轮马达102围绕竖直轴线以360°运动旋转。涡轮组件106联接至马达102，马达102以周期性方式使涡轮106移位，从而实现有效且瞬时的方向转向。涡轮组件106继而使叶片108旋转。提供围绕竖直轴线的360度运动的马达102使得VTOL向上运动转变到航空或涡轮模式运动。

在一个实施例中，无人机100包括包围无人机100的功能部件的外壳。在一个实施例中，外壳可以包括飞盘114状结构，其由马达102和涡轮组件106以平衡的重心方式操作，如图5中所示。通过利用负载承受能力并且利用飞盘外壳114中部的重心，无人机可以以与飞盘114相同的方式和能力起飞飞行。此外，无人机100的坚固结构和重心概念使无人机100能够以相同刚性更坚固地移动。

参照图2，在一个实施例中，无人机100包括内部齿轮110，该内部齿轮被配置为与提供内部旋转机构的对置马达102的旋转同步。齿轮110的内部构造包括飞盘状结构，其在图2中用111表示。飞盘状结构被配置为保护水平对置马达102。内部旋转机构实现涡轮马达102的扭转功能，这进而促进切线即45度时的VTOL和向下加速。无人机100具有两种马达功能，其中一种是扭转概念，可围绕竖直轴线以360度操纵内部设备，第二种功能以360度圆形水平方式推动内部设备。这两个二分功能单元使无人机100能够利用所有陀螺仪功能。这种扭转和翻转机制/可操纵性提供了VTOL和减速以及360度运动，并且还允许基于切线的运动。

在一个实施例中，利用包括至少两个马达102和涡轮组件106的三叉部件在设计概念上提供了有效的耐用性和多功能性。在一个实施例中，无人机100可以包括照相机组件以捕获空中照片。在一个实施例中，无人机100包括在无人机100的侧面处的可互连区域，该可互连区域提供基于特定要求连接照相机的不同应力。在一个实施例中，无人机100被配置为提供不同类型的照相机的连接。

参照图3，在本发明的实施例中公开了无人机的360度自旋。在另一个实施例中，无人机100包括膨胀机翼组件。马达102耦合至机翼组件，该机翼组件在无人机100的飞行期间提供最大化的平衡。在一个实施例中，无人机100的外侧面可以被磨削和锐化以产生最具空气动力学功能的边缘126，该边缘能够最大程度地利用拖拽和升力，如图4中所示。参照图1，包括涡轮组件106和叶片108的无人机结构经由杆结构128连接至无人机100的外侧面。

在一个实施例中，内部扭转机构提供了马达102的360°竖直可操纵性，如图4中所示。

参照图5，示出了无人机100的水平视图。在一个实施例中，无人机100的外机身是飞盘形结构114。在一个实施例中，飞盘形结构或飞盘单元114被形成在两个旋转马达102上方。此外，马达102的外部包括三角形罩116。在一个实施例中，飞盘外壳114和三角形罩116形成光滑且有效的空气动力学设备。在一个实施例中，内部扭转机构提供马达102的360°扭转122和转动124功能，如箭头120所示。进一步地，电池组件514设置在环形布置中。在一个实施例中，电池组件514设置在无人机100的环形机身内部的操纵杆内。参照图6，在本发明的另一个实施例中，展示了扭转单元122机构和涡轮组件106的水平视图。

参照图7A，在本发明的又一个实施例中，飞盘114连接到每个竖直马达102。在另一个实施例中，至少一个飞盘单元114被定位在顶部处，而另一飞盘单元114被定位在底侧处。图7B展示了在本发明的又一个实施例中的飞盘114的竖直视图，该飞盘连接至水平马达102结构。而且，外部旋转马达被配置为在无人机进入航空飞行模式时在环形机身内部循环操纵360度以更改方向。

参照图8，在本发明的又一个实施例中，飞盘单元114包括设置在飞盘单元114的中心处的旋转叶片。参照图9A，在本发明的又一个实施例中展示了无人机100的水平视图。参照图9B，在本发明的又一个实施例中展示了无人机100的飞盘单元114的俯视图。参照图10，在本发明的实施例中展示了无人机100的叶片108组件的侧视图。

根据本发明，自主空中运载工具系统还包括经由无线网络与多个自主空中运载工具(AAV)或自主无人机(AD)通信的管理服务器。

在一个实施例中，每个自主空中运载工具包括与管理服务器通信的控制模块和与控制模块通信的无线网络模块。管理服务器被配置为经由无线网络模块与控制模块连接。在一个实施例中，每个无线网络模块包括GSM和/或LoRa模块，以与相对邻近的至少一个空中运载工具无线连接。

在一个实施例中，管理服务器包括用于存储每个无人机的数据的存储器，并且耦合到该存储器的处理器被配置为调度多个自主空中运载工具的飞行计划，并且经由无线网络将该飞行计划数据传送至多个自主空中运载工具。在一个实施例中，管理服务器可以由系统管理员或具有访问权限的用户访问。在一个实施例中，飞行计划数据可以由用户调度。在一个实施例中，飞行计划数据包括具有精确方向和时间戳的飞行调度。在一个实施例中，与多个空中运载工具有关的飞行计划数据和信息被存储在服务器的存储器中。

在一个实施例中，自主空中运载工具还包括与控制模块通信的存储器模块，该存储器模块被配置为存储接收到的飞行计划数据。管理服务器被配置为在接收到飞行计划数据时从每个无人机接收通知。

在一个实施例中，AAV的工作解释如下。在一个实施例中，自主空中运载工具被配置为在非操作模式下处于低功率模式。在一个实施例中，自主空中运载工具(AAV)还包括与控制模块通信的实时时钟(RTC)模块。空中运载工具以固定的时间间隔唤醒，并且与至少一个最近的AAV的控制模块无线连接，并检查是否已上载指定的新数据包或飞行计划数据。RTC模块在指定的时间(基于配置的时间戳事件)发送信号以将其从低功耗模式唤醒。每个控制模块将扫描所有附近的Ad或AAV，并依次与每个模块配对，并通过专用通信信道传输特定数据。在一个实施例中，每个AAV包括唯一的ID。

控制模块将请求空中运载工具认证其自身并发送其本地坐标，并且AAV将适当地响应。AAV检查电池状态，并且将有关电池状态的通知发送到网关控制模块。在一个实施例中，电池状态可以被完全充电、耗尽或充电到一定程度。收到电池状态后，控制模块将发送多个数据包，以供无人机执行。来自控制模块的数据包被存储在存储器模块中，并执行数据包中的信息。在一个实施例中，控制模块或控制器板200的硬件部件在图11中详细地进行解释。

参照图11至图15，自主空中运载工具包括必要的印刷电路板(PCB)，其包括控制器板200、马达板300、照相机板400和电源板500。

参照图11，在一个实施例中，控制器板200包括多个IC(包括但不限于CPU 206)、至少八个连接器(240、242、244、246、248、250、252、254)、稳压电源204、GPS模块、LoRa模块、EEPROM 212、闪存214、RAM 216、RTC模块218、RTC备用电池220、GSM模块和蓝牙低能耗模块。在一个实施例中，CPU 206被配置为处理AAV内的所有软件过程、控制和必要的计算。

在一个实施例中，控制器板200包括至少八个连接器(240、242、244、246、248、250、252、254)或连接器或8引脚连接器。至少两个连接器专用于两个主螺旋桨，以及至少六个连接器专用于马达以实现独特的旋转力学。连接器的主要功能是提供控制器板200的灵活性，以单独地控制所有马达，并通过从这些连接器到每个马达板300的简单电缆连接轻松实现，如图12中所示。

在一个实施例中，至少两个连接器被配置为向每个马达板模块300提供电力。在一个实施例中，至少两个连接器被配置为将数据从主控制器CPU 206传输到AAV的每个模块。在一个实施例中，出于其相对简单和可靠性的目的，使用控制器局域网(CAN)接口来传输数据。与主控制器CPU 206一起使用的CAN接口用于发送/接收预定义格式和大小的数据包，包括起始位、标识信息、核心数据、CRC和结束位。

8引脚连接器(引脚8)的末端连接称为ChX。对于每个连接器，此引脚分别连接到控制器板CPU 206。初始上电后，连接器执行与控制器模块200的至少八个连接器(240、242、244、246、248、250、252、254)相同的目的。在正常操作期间，ChX触发(轮询或中断)每个马达板300并请求其他动作。ChX用于中断马达模块之一的操作，并且在马达模块侧触发适当的中断软件过程。在此过程期间，主CPU 206将请求来自马达板300识别数据通过通信信道被发送，该标识数据描述诸如唯一ID、马达类型等参数。CPU 206通过检查所有马达模块的状态来收集操作AAV所需的所有信息，其中该信息包括所有马达是否完全运转，是否已检测到故障以及在哪个板上出现基本诊断等。CPU 206集合所有必需的要素以向每个马达提供驱动命令。如果已经检测到问题，则主CPU 206有权阻止AAV起飞并采取进一步的动作，例如，将状态消息发送至无人机控制器模块。

在一个实施例中，稳压电源模块204被配置为向所有的控制器板的IC供应稳压电源。在一个实施例中，GPS模块包括GPS 208和被配置为向AAV提供定位位置的天线222。在一个实施例中，LoRa模块包括LoRa 210和天线224，用于实现与任何附近的基于LoRa网关的无人机控制器模块之间的长距离无线非蜂窝通信。在一个实施例中，特定无人机所必需的所有配置信息将存储在EPROM 212中。在一个实施例中，关于飞行目的地、当前时间线调度等的所有信息将被存储并从闪存214存储器中读取。在一个实施例中，提供外部RAM 216以与内部主控制器CPU 208一起使用。

在一个实施例中，RTC模块218被提供有具有实时本地时间的CPU。在一个实施例中，即使当无人机已经关断时，RTC备用电池220也被配置为向RTC 218提供电力。在一个实施例中，GSM 226模块包括GSM天线228，用于与任何附近的基于GSM的无人机控制器模块实现长距离无线蜂窝通信。在一个实施例中，蓝牙低功耗(BLE)模块或SoC包括蓝牙234和天线236，以允许具有已安装的基于Android或iOS的移动APP的某些用户(系统支持用户)连接至无人机。

在一个实施例中，AAV包括加速度计和陀螺仪238，以检测自主空中运载工具的任一轴线上的加速度和稳定性。在一个实施例中，控制器板200由外部DC电源供电。控制器板200与管理服务器连接，并且充当服务器与多个AAV之间的中间件。

参照图12，每个马达板300被放置在马达附近。在一个实施例中，马达板300包括8引脚连接器302、CPU 304和马达控制器。在一个实施例中，马达是BLDC马达308。在一个实施例中，马达控制器是BLDC马达控制器306。在一个实施例中，如图11中所解释的，8引脚连接器302被配置为传送电源和控制信号。在一个实施例中，CPU 304是小型低功率CPU，它将本地处理从控制器板的CPU 206发送的驱动信息。CPU 304经由两个IC、CPU 304和BLDC电机控制器306之间基于PWM或SPI类型的连接为BLDC电机控制器306提供来自控制器板CPU 206的数据流或信息。在一个实施例中，BLDC马达控制器306驱动BLDC马达308。

参照图13，照相机板400包括照相机板连接器402、CPU 404、照相机模块408、照相机模块连接器406、步进马达410和NAND闪存412。在一个实施例中，照相机板400将经由通信接口与控制器板200连接，如图11中所示。在一个实施例中，照相机板400连接器用于向照相机板400供应电力。在一个实施例中，CPU/本地微控制器404被配置为处理与控制器板CPU206的通信，在NAND闪存412内存储由照相机模块408捕获的图像(可能是视频)以及与照相机模块408的通信。在一个实施例中，如图11中所示，照相机模块408被提供有来自照相机板400的电力或通过来自控制器板200的电源板202的电线的电力。照相机模块408经由指定的通信接口与照相机板CPU 404通信。照相机模块408和照相机模块连接器406之间的链接将通过柔性电缆进行。在一个实施例中，为了实现照相机的自由360度旋转，提供了步进马达410。此步进马达410由本地照相机板CPU 404控制，并且将向一些机械旋转部件提供旋转运动，从而允许完全电控制的旋转机构。

在一个实施例中，照相机是“鱼眼”型照相机，其由具有较小的重叠视角的数个较小的照相机构成。进一步地，考虑到每个获取图像的整体重叠，使用专用的图像处理软件，每个照相机的数据输出流可以进行组合并且从每个单独照相机的镜头中重建成更大的图像。这样，可以构造具有高达180度的非常高的视角的照相机模块408。

参照图14，电源板500包括电池组件514、电池管理系统510和稳压电源508。在一个实施例中，电池组件514包括彼此连接的多个锂电池。在一个实施例中，电池组件514经由电源板连接器512连接到所有外部电路。在一个实施例中，电池组件514支持高充电电流并且仅需要更少量的时间来充电。在一个实施例中，电池组件514提供高的供应放电电流，以便能够尽可能快地给AD无人机充电。

在一个实施例中，电池管理系统(BMS)510支持主动或被动电池单元平衡。由于必须平衡所有内部电池组件514内存储的能量，因此将其添加到电源板500，从而延长了寿命，避免了电池组件514内的热不稳定性，并防止了操作性能劣化。在一个实施例中，稳压电源508转换输入的电力并将其传输到BMS 510。在一个实施例中，稳压电源508从DC插孔502、太阳能电池板504和无线充电器506接收电力。

参照图15，流程图600展示了本发明的实施例中的自主空中运载工具的飞行中操作。在步骤602处，诸如无人机602的自主空中运载工具从低功率模式唤醒。在步骤604处，控制器板200的CPU 206经由加速度计和陀螺仪检查无人机的位置数据。在步骤606处，无人机的螺旋桨被定位在水平位置中。在步骤608处，检查无人机的稳定性。在步骤610处，如果无人机不稳定，则改变螺旋桨位置以提供稳定性。在步骤612处，一旦无人机稳定，就使无人机能够竖直升起。在步骤614处，检查GPS数据和飞行计划数据。

在步骤616处，检查无人机的稳定性。在步骤618处，如果无人机不稳定，则改变螺旋桨位置以提供稳定性。在步骤620处，一旦无人机稳定，无人机就正常运行并执行飞行中操纵。在步骤622处，无人机控制器板200的CPU 202检查加速度计和陀螺仪数据。在步骤624处，无人机被配置为检查是否到达最终目的地。如果无人机未达到其最终到达范围，则检查无人机的稳定性和螺旋桨位置以执行飞行中操纵。在步骤626处，在到达最终目的地时，CPU检查加速度计和陀螺仪206的输入数据。在步骤628处，检查无人机的稳定性。在步骤630处，如果无人机不稳定，则改变无人机的螺旋桨位置。在步骤632处，如果无人机稳定，则开始无人机的着陆过程。在步骤634处，无人机着陆并进入低功率模式。

参照图16和图17，电池组件514设置在环形装置中。在一个实施例中，电池组件514设置在无人机100的环形机身内部的操纵杆内。无人机100包括至少两个内齿圈，其中至少一个齿圈设置在无人机100的机身的顶部处，并且至少一个齿圈设置在无人机100的机身的底部处。在一个实施例中，包括照相机的照相机模块408设置在无人机100的外机身上。照相机也可以被机动化，以与正在观看的对象一起移动。

根据本发明，LoRa技术包括以下优点：覆盖15km的距离，这几乎超越所有常规的基于非蜂窝的无线技术；低功耗；包含多达一百万个节点设备的大容量连接，用于同时控制多个设备；减少了同步开销，并且在网状网络中没有跳数；安全高效的网络；且抗干扰能力强。

根据本发明，该系统包括移动服务应用。移动服务应用程序使用户可以解锁和锁定每个无人机。向具有监督/支持权限的用户或系统支持用户(SSU)提供移动服务应用程序。移动服务应用程序经由蓝牙信道连接到每个AAV的控制器板200。有权更改内部硬件、重新编程(更新内部软件)并启用无人机设备的SSU可以访问软件解锁过程。任何其他试图在没有适当权限的情况下对硬件或嵌入式软件进行更改的用户将无法启动设备。系统将另外支持加密、安全通信和特殊软件过程，设备将使用它们内部检查更改的硬件部件或软件，并检查其来源，以防止SSU将未列出(副本)的部件连接到设备上。

在一个实施例中，系统包括移动充电站和固定充电站。具有高电池容量的无人机被配置为充当移动充电站。当电池耗尽的AAV检测到移动充电无人机近在咫尺时，它会与移动充电站电磁耦合，并关闭所有大型耗电过程，并对电池进行无线充电或通过插入式电源连接器对电池进行物理充电。在一个实施例中，电池耗尽的AAV通过与最近的网关通信以确定最近的充电站的本地位置来检测移动充电站。在一个实施例中，固定充电站将位于某些地方，其中每个无人机都可以安全着陆并且进行无线充电一定持续时间。

尽管本发明的单个实施例已经在附图中进行了展示并且在以上的详细描述中进行了描述，但是应当理解的是，本发明不限于本文开发的实施例，而是在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够对部件和元件进行多种重新布置、修改、替换。

前述描述包括本发明的说明性实施例。至此已描述了本发明的示例性实施例，本领域技术人员应注意，在此公开的内容仅是示例性的，并且可在本发明的范围内做出各种其他替代、适应和修改。仅以某一顺序列举方法的步骤会对其进行编号并不构成对该方法的步骤顺序的任何限制。受益于先前描述中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施例。尽管本文可采用特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是用于限制性目的。因此，本发明不限于在此示出的特定实施例。

Claims (20)

1.一种自主空中运载工具系统，包括：

多个自主空中运载工具，所述多个自主空中运载工具中的每一个包括被配置为以360度旋转的至少两个螺旋桨；

所述自主空中运载工具包括陀螺无人机；

经由无线网络与所述多个自主空中运载工具通信的管理服务器，所述管理服务器包括：

用于存储每个陀螺无人机的数据的存储器，以及

与所述存储器耦合的处理器，所述处理器被配置为用于：

调度所述多个自主空中运载工具的飞行计划；

将所述飞行计划数据传达至所述自主空中运载工具，

其中每个自主空中运载工具包括：

与所述管理服务器通信的控制模块，所述控制模块被配置为接收飞行计划数据，

与所述控制模块通信的存储器模块，所述存储器模块被配置为存储接收到的飞行计划数据，

与所述控制模块通信的多个传感器，所述多个传感器被配置为接收所述自主空中运载工具的位置数据，

其中所述自主空中运载工具的所述控制模块被配置为：

将所述自主空中运载工具从低功率模式唤醒，

与至少一个自主空中运载工具通信以检查飞行计划数据的更新，

将所述飞行计划数据存储在所述自主空中运载工具的所述存储器模块中，并且

根据所述飞行计划数据操作所述自主空中运载工具；

陀螺无人机包括陀螺结构，其中至少一个马达（102）设置在陀螺结构的轴线或中心处；涡轮马达包括水平马达结构或竖直马达结构；马达（102）围绕竖直轴线以360°运动旋转；涡轮组件（106）联接至马达（102），马达（102）以周期性方式使涡轮组件（106）移位，从而实现有效且瞬时的方向转向；涡轮组件（106）继而使叶片（108）旋转；提供围绕竖直轴线的360度运动的马达（102）使得竖直起飞和着陆向上运动转变到航空或涡轮模式运动；

所述自主空中运载工具的飞行步骤如下：

步骤602，自主空中运载工具的无人机从低功率模式唤醒；

步骤604，控制器板（200）的CPU（206）经由加速度计和陀螺仪检查无人机的位置数据；

步骤606，无人机的螺旋桨被定位在水平位置中；

步骤608，检查无人机的稳定性；

步骤610，如果无人机不稳定，则改变螺旋桨位置以提供稳定性；

在步骤612，如果无人机稳定，就使无人机能够竖直升起；

在步骤614，检查GPS数据和飞行计划数据；

步骤616，检查无人机的稳定性；

步骤618，如果无人机不稳定，则改变螺旋桨位置以提供稳定性；

步骤620，如果无人机稳定，无人机就正常运行并执行飞行中操纵；

步骤622，无人机控制器板（200）的CPU（206）检查加速度计和陀螺仪数据；

步骤624，无人机被配置为检查是否到达最终目的地；如果无人机未达到其最终到达范围，则检查无人机的稳定性和螺旋桨位置以执行飞行中操纵；

步骤626，在到达最终目的地时，CPU（206）检查加速度计和陀螺仪的输入数据；

步骤628，检查无人机的稳定性；

步骤630，如果无人机不稳定，则改变无人机的螺旋桨位置；

步骤632，如果无人机稳定，则开始无人机的着陆过程；

步骤634，无人机着陆并进入低功率模式。

2.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个自主空中运载工具包括唯一ID。

3.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个螺旋桨包括由马达控制器控制的螺旋桨马达。

4.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个螺旋桨沿相反方向旋转，以为所述自主空中运载工具提供稳定性。

5.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个螺旋桨包括飞盘状结构。

6.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述管理服务器被配置为从每个无人机接收关于飞行计划数据的成功通信的通知。

7.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述多个自主空中运载工具经由所述无线网络彼此通信。

8.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个自主空中运载工具包括实时时钟模块。

9.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个自主空中运载工具还包括功率模块，所述功率模块包括电池组件，所述电池组件被配置为检查电池状态并将所述状态发送到所述控制模块。

10.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述控制模块还被配置为：

通过所述多个传感器检查所述自主空中运载工具的位置数据，并且

发送指令将所述至少两个螺旋桨定位在水平位置中，以根据所述飞行计划数据操作所

述自主空中运载工具。

11.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个自主空中运载工具还包括与所述控制模块通信的GPS模块，所述GPS模块被配置为确定所述自主空中运载工具的定位。

12.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述控制模块还被配置为：

监视所述自主空中运载工具的定位数据和位置数据，直到完成所述飞行计划。

13.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个自主空中运载工具还包括相机模块，所述相机模块与所述控制模块通信，以配置为360度旋转并捕获空中照片。

14.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述自主空中运载工具包括高电池容量，配置为作为移动充电站运行。

15.根据权利要求14所述的自主空中运载工具系统，其中，至少一个自主空中运载工具系统与所述移动充电站磁性耦合用来充电。

16.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，还包括固定充电站。

17.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述至少一个自主空中运载工具被配置为在固定充电站中无线充电。

18.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，每个自主空中运载工具支持加密通信以防止篡改所述自主空中运载工具。

19.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述飞行计划数据包括具有精确的方向和时间戳的飞行调度。

20.根据权利要求1所述的自主空中运载工具系统，其中，所述多个传感器包括陀螺仪和加速度计传感器。