CN112714741A - 无人驾驶飞行器机队管理 - Google Patents

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Abstract

一种无人驾驶飞行器(UAV)包括一个或更多个推动力源、电源和通信系统。UAV还包括联接到通信系统、电源和所述一个或多个推动力源的控制器。控制器包括逻辑，该逻辑在被控制器执行时使UAV执行操作，包括：测量UAV的电源电荷水平；向外部装置发送包括UAV的电源电荷水平的信号；从外部装置接收移动指令；以及接合所述一个或更多个推动力源以将UAV从存放机架上的第一位置移动到存放设施内的第二位置。

Description

无人驾驶飞行器机队管理
相关申请的交叉引用
本申请基于2019年2月26日提交的美国申请第16/285,968号，该申请是2018年9月17日提交的美国申请第16/132,712号的部分延续，其内容通过引用被全部合并于此。
技术领域
本公开总体上涉及无人驾驶飞行器(UAV)。
背景技术
无人驾驶运载工具(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。存在用于各种不同环境的各种类型的无人驾驶运载工具。例如，存在用于在空中、在地面上、在水下和在太空中的操作的无人驾驶运载工具。还存在用于混合动力操作的无人驾驶运载工具，在混合动力操作中，可以进行多环境操作。可以规定无人驾驶运载工具执行各种不同的任务，包括运载物输送、勘探/侦察、成像、公共安全、监视或其它。任务定义通常会规定无人驾驶运载工具的配置和/或专用设备的类型。
控制无人驾驶运载工具可能会成问题，特别是当大量运载工具接近时。碰撞可能不可避免地损坏运载工具，并可能对行驶中的运载工具附近的人员造成危害。
发明内容
附图说明
参照以下附图描述了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，相同的附图标记指代相同的部分。不必标记元件的所有实例，以免在适当的地方使附图混乱。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所描述的原理上。
图1示出了根据本公开的实施方式的具有多个任务段的无人驾驶飞行器(UAV)。
图2是根据本公开的实施方式的说明性的无人驾驶飞行器(UAV)的透视图图示。
图3A-3C示出了根据本公开的若干实施方式的用于UAV的存放设施。
图4是根据本公开的实施方式的控制多个UAV的方法。
图5示出了根据本公开的实施方式的在存放设施内的示例UAV操作。
图6示出了根据本公开的实施方式的控制UAV操作的方法。
具体实施方式
在这里描述了用于无人驾驶飞行器(UAV)机队管理的系统、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，在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，或在其它方法、组件、材料等的情况下实施。在其它情况下，众所周知的结构、材料、或操作没有被示出或描述以避免混淆某些方面。
在整个本说明书中对“一个实施方式”或“一实施方式”的引用意指结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性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处出现的短语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”不一定都指的是同一实施方式。此外，在一个或更多个实施方式中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。
当UAV操作达到相当大的规模时，UAV操作员(操作员)需要维护UAV的大型机队。在使用UAV用于包裹递送的情况下尤其如此。UAV存放的一种可能方案是在非操作时期期间或在充电期间将UAV机队存放在一些大型设施(例如仓库)中。对于这些大型存储系统，操作员将需要管理这些机队的方法，包括如何使UAV进出该存放设施，以及在同一设施处发起包裹递送的情况下，如何以最小化包裹递送准备就绪与客户收到包裹之间的时间延迟的有效方式将包裹装载到飞机上。这里介绍的是在存放设施内部移动、组织和动态重新排列UAV的方法。
该方法有几个关键的高级要点：(1)飞机可以基于机队的需求动态地在设施内部(以自己的力量)排列或重新排列自己；(2)可以使用于递送目的的飞机在等待包裹期间登台并充满电，以最小化将包裹递送给客户的时间；(3)这些过程不限于二维空间，而是可以扩展到三维空间。
这里，从任务返回的UAV将通过已知的入口点(例如门、舱口、开口、窗口等)进入设施，并驶向着陆垫。还要注意的重要一点是，着陆垫还可以包含飞机充电系统，这些系统在飞机着陆时自动为UAV电池充电。在一些实施方式中，电池/电源可以不可移除地联接到UAV，并且UAV可以经由直接电连接(例如暴露的电极)到设置在存放机架上的充电垫而接收电荷。替代地，着陆垫可以包含电池更换系统，以从UAV去除耗尽的电池并安装充满电的电池(这也可以被称为“充电垫”)。
在一个实施方式中，到达该设施的UAV将通过入口点进入该设施并飞到最靠近出口点的未被占用的着陆垫。UAV可以着陆在任何未被占用的着陆垫上，或者可以由外部计算系统(例如，UAV控制系统)命令其着陆在特定的预定着陆垫上。UAV将等待直到其完全充满电，然后飞到出口登台(staging)位置，在那里UAV将等待直到包裹被装载到UAV中或上。一旦包裹被装载到UAV中，它就可以通过出口点离开设施。
在一些实施方式中，从飞行返回时的功耗可能受到限制，或者在某些情况下，电池电量状态可能非常低。在这些情况下，UAV将着陆在最接近入口点的着陆垫上。如果大量具有低电量电池的飞机积聚在入口点附近，则可能必须清理入口点附近的着陆垫，并为进港的飞机保持它们开放。在这种情况下，着陆在入口点附近的第一批UAV必须移离入口点。由人类操作员来操纵该移动可能是禁止的，而由设施中的附加机器人系统来操纵该移动可能是昂贵的。
因此，可以命令UAV在设施内起飞并飞行到新的未被占据的着陆垫，该着陆垫离入口点更远，并且更靠近出口点。重新定位的命令可以从UAV自身(基于机载传感器和控制器，诸如电池管理系统)发起，或者其可以来自集中式系统。该命令可能基于诸如降落后的时间(time_since_landed)或电池电量状态(battery_state_of_charge)的事件触发器(其它触发器也是可能的)。
当UAV持续在着陆垫上充电时，它们可以基于事件触发器而持续向出口点重新组织。该重新组织可以被协调(通过中央计算系统)，或者其可以是点对点模式(ad-hoc)并且由UAV发起。在后一种情况下，UAV可以请求移动到新的着陆垫，并且中央计算系统将通知UAV要移动到哪个着陆垫，并授权其完成该移动的持续时间。通过中央系统授权该移动，中央系统可以确保运动中的飞机不会与其它飞机相撞。
UAV可以使用计算机视觉系统在设施内部航行，该计算机视觉系统遵循位于整个设施中的视觉参考标记或提示，以供UAV参考。这些标记可以是基准标志、灯标或其它形式。可以在每个着陆垫上有一个标记，并用作该着陆垫的地址(例如，使用快速响应代码等)。当UAV从一个着陆垫移动到另一着陆垫时，UAV可以将这些地址用作导航辅助设备。UAV可以可选择地使用没有位于着陆垫的导航辅助设备作为将其自身定位在空间中并从一个位置移动到另一个位置的手段。或者，通过简单地从设施内部识别特定的视觉提示，UAV就可以知道其位置。
在适当的该系统和方法的情况下，也可以是着陆垫不需要仅处于2D平面阵列中，而是还可以处于3D结构中。可以命令飞机改变垂直高度以及横向(XY)位置。在一些实施方式中，为不同等级的飞机(例如，较大或较小的翼展、不同的充电率、不同的运载物容量等)保留不同的水平垫和垂直垫。可以基于飞机的类别而命令飞机到特定位置。
出口点附近的包裹登台区域可以包括简单的基础设施，该基础设施有助于递送飞机的有效包裹装载。物理上将包裹登台区域定位在出口点附近将减少从包裹递送准备就绪和包裹递送之间的时间。
在这里描述的过程可以保持飞机登台区域被充满电的飞机占据，并且一旦在登台区域处的场所被离开的飞机腾出，集中式系统将命令另一架飞机到该位置。登台区域还可以具有将飞机保持在100％充电状态或接近100％充电状态的充电系统，因此飞机始终具有最大的电池容量用于递送任务。如果任务足够短以至于UAV不会耗尽电池，则系统可以让UAV以不到100％的电量飞行。
以下公开将讨论上述实施方式以及其它实施方式(在它们与附图相关时)。
图1示出了根据本公开的实施方式的具有多个任务段的示例UAV 101。首先，控制系统可以将任务指令(其可以由用户等生成)传递给UAV 101。在所示的实施方式中，UAV101具有一任务，其中它从巢位置105(例如，存放结构)中的出口出发，升至其巡航高度(任务段1：悬停轮廓)，巡航至航路点110(任务段2：巡航轮廓)，垂直下降以获取包裹，然后垂直上升回到其巡航高度(任务段3：悬停轮廓)，巡航到递送目的地115(任务段4：巡航轮廓)，垂直下降以递送包裹，然后垂直上升回至其巡航高度(任务段5：悬停轮廓)，巡航回到巢位置105(任务段6：巡航轮廓)，然后下降到巢105的入口点(任务段7：悬停)。在巢105中，UAV可以被引导至充电垫。
图2是根据本公开的实施方式的说明性UAV 200的透视图图示。UAV200是图1中示出的UAV 101的一个可能的实现方式。UAV 200是固定翼UAV，顾名思义，其具有机翼组件202，当由巡航旋翼206水平推动时，该机翼组件202可以基于机翼形状和运载工具的前进空速产生升力。例如，机翼组件202可以具有翼型剖面，以在UAV 200上产生空气动力升力。UAV200的所示实施方式还包括旋翼212以提供垂直推进。
UAV 200的所示实施方式包括机身204。在一个实施方式中，机身204是模块化的，并且包括电池模块221(电源的一个示例)、航空电子模块223、任务运载物模块和机身盖。这些模块可以彼此分离并且可以机械地彼此固定以连续地形成机身或UAV主体的至少一部分。
电池模块221可以包括用于容纳为UAV 200供电的一个或更多个电池221的腔体。航空电子模块223容纳UAV 200的飞行控制电路，其可以包括控制器225和存储器、通信系统227和天线(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229、惯性测量单元(IMU)223、计算机视觉模块223(例如LIDAR、图像传感器、飞行时间系统等)、磁罗盘等)。任务运载物模块容纳与UAV 200的任务相关的设备。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、LIDAR、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。在又一实施方式中，任务运载物模块可以包括额外的电池支架，以容纳额外的或更大的电池以延长飞行时间。当然，任务运载物模块可以为各种混合用途任务提供混合用途运载物容量(例如，额外的电池和相机设备)。
如图所示，UAV 200包括定位在机翼组件202上的巡航旋翼206，其每个都可以包括电机、轴和螺旋桨，用于水平推进UAV 200。UAV 200的所示实施方式进一步包括两个吊杆组件210，其固定至机翼组件202。悬停旋翼212被安装到吊杆组件210。悬停旋翼212可以每个包括电机、轴和螺旋桨，用于提供垂直推进。垂直推进单元212可以在UAV 200正在下降(例如，到达递送位置)、上升(例如，在递送之后)或保持恒定高度的悬停模式期间使用。UAV200可以包括稳定器208(或尾翼)，以在巡航期间控制俯仰并稳定UAV的偏航(左转或右转)。在一些实施方式中，在巡航模式期间，悬停旋翼212被禁用，并且在悬停模式期间，巡航旋翼206被禁用。在其它实施方式中，悬停旋翼212仅在巡航模式期间被供以低能量和/或巡航旋翼206仅在悬停模式期间被供以低能量。
在飞行期间，UAV 200可以通过控制其俯仰、侧倾、偏航和/或高度来控制其运动的方向和/或速度。来自巡航旋翼206的推力用于控制空气速度。例如，稳定器208可以包括用于控制UAV的偏航的一个或更多个方向舵208a，并且机翼组件202可以包括用于控制UAV的俯仰的升降舵和/或用于控制UAV的侧倾的副翼202a。作为另一示例，同时增加或减小所有螺旋桨的速度可能分别导致UAV 200增加或减小其高度。
如所陈述的，UAV具有一个或更多个推动力源(例如，垂直推进单元212和巡航旋翼206)以及被联接以给所述一个或更多个推动力源供电(例如，用电机等)的电源(例如，电池或混合能源系统)。通信系统227(例如，RF收发器、蓝牙收发器、WiFi收发器等)被联接以与外部装置(例如，飞机控制系统或机队管理系统的通信系统—例如图3A-3C的通信系统339)通信。控制器225联接到通信系统227、电源(例如电池221)和所述一个或更多个推动力源(例如垂直推进单元212和巡航旋翼206)，并且控制器225包括逻辑，该逻辑在由控制器225执行时使UAV 200执行各种操作。所述操作可以包括：测量UAV 200的状态(例如，通过使用电压传感器测量电池状况，通过应力/应变传感器测量机械故障，从UAV的内部存储器取回UAV规格—翼展、长度、型号等)。UAV 200的状态可以被发送到外部装置(例如UAV控制系统)，并且响应于发送该状态，外部装置可以将移动指令发送回UAV200。UAV 200可以从外部装置接收移动指令，并且响应于接收到移动指令，接合所述一个或更多个推动力源以将UAV200从第一位置(例如，第一充电板、维护板或登台区域)移动到存放设施内的第二位置(例如，第二充电板、维护板、存储位置或存放区域)。在一些实施方式中，所述状态包括电源电荷水平(例如5％的电池电量、50％的电池电量，90％的电池电量等)，并且当电源电荷水平小于阈值水平(例如，少于20％的电量)时，可能收到移动指令。在这个实施方式中，第一位置可以比第二位置更靠近出口点。换句话说，UAV控制系统可以确定UAV 200的电量太少而无法完成任务，因此，控制系统可以将UAV 200从出口点移离以进行充电，因此它不会妨碍其它进入或出去的UAV。相反，当电源电荷水平大于一个或更多个阈值时，UAV 200可以报告状态，并且UAV 200可以被移动得更靠近出口点。一旦其达到阈值电荷水平，在更靠近出口点的垫上的其它UAV(其可能具有较低的电力水平)可以被引导以移动让开UAV 200的路。在UAV 200飞行时，也可能要求飞行中的UAV移动让开UAV 200的飞行路径。
在一个实施方式中，从UAV 200发送的状态包括维护请求，并且第二位置可以包括维护垫(例如，可以使UAV 200停止使用或被维修的地方)。然而，在一些实施方式中，从UAV200发送的状态更新可以包括在完成任务之后到存放位置(例如，保持所有UAV的仓库)的地理接近度的指示符(例如，当UAV在30英尺以内时发送特定信号)，移动指令包括到未被占据的充电垫的方向。换句话说，当返回的UAV 200到达距存放设施的阈值距离时，它可以向UAV控制系统/设施发送信号。控制设施可以发送指令以将进入的UAV 200引导至最佳充电垫，并且可以至少部分地基于UAV 200的电源电荷水平来选择充电垫。
在一些实施方式中，UAV 200可以包括联接至控制器225的计算机视觉系统223。UAV 200可以使用计算机视觉系统223来识别位于存放设施内的基准标记，并且响应于识别基准标记，将UAV 200引导至着陆垫等。
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/或可以利用管道风扇或多个管道风扇进行推进。此外，具有更多机翼(例如，具有四个机翼的“x-机翼”构造)的UAV也是可能的。尽管图2示出了一个机翼组件202、两个吊杆组件210、两个前向推进单元206以及每个吊杆组件210有六个垂直推进单元212，但是应理解，UAV 200的其他变体可以用更多或更少的这些部件来实现。此外，在这里描述的引导系统和方法可以与其它类型的UAV、一般的人类驾驶或无人驾驶运载工具、或者以其他方式一起使用。
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。在完全自主实现方式中，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。在半自主实现方式中，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其能够另外由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导航该路线时避开障碍物的特定飞行控制等。
图3A-3C示出了根据本公开的若干实施方式的用于UAV的存放设施(例如，来自图1的“巢”位置105)。本领域的技术人员将理解，根据本公开的教导，图3A-3C中描绘的部件/特征不是互相排斥的，而是可以在存放设施之间互换地使用。
图3A示出了第一封闭式存放设施331，其在结构的相对两侧具有分开的入口点和出口点(例如，可以打开和关闭的窗口)。还描绘了用于UAV的控制系统(例如，“控制塔”)的部分，包括网络333、存储器335、控制器337(例如，分布式系统中的服务器、本地计算机、其组合等)、通信系统339(例如，RF收发器、WiFi收发器、蓝牙等)。还描绘了充电垫341、维护垫345和登台区域343。
在所示实施方式中，用于UAV的控制系统利用接收器(包括在通信系统339中)从UAV之一接收状态更新。控制系统可以利用控制器337基于状态更新来计算移动指令。然后，系统可以使用通信系统339将移动指令发送到一个或更多个UAV，并且移动指令包括将UAV从存放设施331A内的第一位置(例如，第一充电垫341、维护垫345、登台区域343等)移动到第二位置(例如，第二充电垫341、维护垫345、登台区域343等)。出于上述原因，可以提供移动指令以重新排列UAV。在一些实施方式中，状态更新可以包括UAV的电源电荷水平(例如，电池电量)，并且至少部分地基于电源电荷水平(例如，确定电源电荷水平小于第一阈值水平)计算移动指令。在所描绘的实施方式中，移动指令包括发送指令以将UAV移动到远离出口点的第二位置，从而为充满电的飞机释放在出口点附近的空间。这可以最小化充满电的UAV飞到登台区域343并完成任务的时间。相反，在一些实施方式中，这里的系统可以促进将充满电的UAV朝出口点移动—如所示的，所有的充满电的UAV都聚集在出口点附近。例如，计算移动指令可以包括确定电源电荷水平高于阈值水平，并且发送移动指令包括发送将UAV移动到靠近出口点的第二位置(例如，登台区域343)的方向。当UAV变得充满电时，它们可以朝着出口点一个接一个地移动。
在一些实施方式中，可能需要移动一个或更多个UAV以容纳进入该结构的新飞机。例如，在将移动指令发送到位于第一位置的第一UAV以移动到第二位置之前，可以将移动指令发送到位于第二位置的第二UAV以移动到第三位置。在这个示例中，第二UAV可以比第一UAV充电得更满，或者安装了新的电池包，并且第三位置更靠近出口点(因为第二UAV更加准备好执行任务)。
在一些实施方式中，从UAV设定的状态更新可以包括维护请求(例如，因为UAV中的传感器检测到故障旋翼、不能保持充电的电池、无法适当地工作的通信系统等)，并且第二位置包括维护垫345。
图3B示出了存放设施331B的不同实施方式，该存放设施331B包括以下设计：入口点和出口点是相同的—飞机通过相同的窗口进入和离开。在所描绘的示例中，由于存在共享的入口点和出口点，所以控制UAV机队的通信系统可能还必须控制通过共享开口的空中交通。例如，系统可以确保单个UAV通过单个开口飞行以避免碰撞。该系统也可能具有带有足够电池的UAV，停在该结构外以等待轮到其进入建筑物的时间。类似地，如果UAV在完成任务后只剩很少的电荷或被损坏，则控制系统可以暂停进出建筑物的所有空中交通，并清理在开口旁的着陆垫，以便被损坏的UAV进行快速着陆。在一些实施方式中，UAV控制系统(或UAV自身)可以计算它们到新的垫或位置的轨迹/矢量，并防止其它UAV进入这个飞行路径。这可以通过UAV将飞行路径发送到其它UAV或控制系统阻止UAV进入该路径来实现。被理解的是，控制系统可以同时向一个或更多个UAV发送指令。在一些实施方式中，UAV和/或控制系统被编程为使UAV保持隔开预定距离以避免碰撞。
图3C示出了存放设施331C的不同实施方式，其中不存在物理上围住该结构的壁—入口点和出口点在所有侧围绕存放设施。换句话说，存放设施331C是包含至少一个充电垫341、维护垫345或登台区域343的地理区域。这里所描绘的，充电垫341设置在指定区域的地板上，并且登台区域343接近该区域的一侧定位。类似地，通信系统339与垫一起设置在地板上。还描绘了用于容纳UAV的多层机架347(例如，存放位置)，其可以包括充电垫、存放垫和/或维护垫。多层机架347可以用于长期存放(例如，对于将在一天、一周、一个月或任何其它时间段内停用的UAV)。图3C中描绘的这个构造可以用于紧急响应情况(例如，用于输送食物/水)，在紧急响应情况中容纳UAV的建筑物短缺。
图4是根据本公开的实施方式的无人驾驶飞行器(UAV)操作的方法400。本领域普通技术人员将理解，块401-407可以以任何顺序甚至并行地发生。另外，根据本公开的教导，可以将块添加到方法400或从方法400去除块。
块401显示了使用UAV中的控制器来测量UAV的状态。在一些实施方式中，测量状态包括使用电压传感器等测量UAV的电源电荷水平。在另一个或同一个实施方式中，测量状态可以包括测量对UAV的损坏或其中的电子部件的退化。类似地，测量状态可以包括UAV调用其型号、类型、尺寸等。在一个实施方式中，该状态可以包括包裹/运载物装载状态。在另一实施方式中，状态可以包括在完成任务之后与存放位置的地理邻近性(例如，在存放设施的入口的30英尺内)。
块403示出了使用设置在UAV中的通信系统将UAV的状态发送到外部装置。如图3A-3C中所描绘的，状态可以由作为存放设施中的UAV控制系统(例如，用于UAV的控制塔)的一部分的通信系统接收。本领域的技术人员将理解，在UAV的飞行的不同阶段期间可以使用不同的通信类型。例如，在执行任务期间，可以使用RF通信或GPS来引导UAV通过露天场所。然而，在存放设施内，基准标记和WiFi/蓝牙可以用于在较小的封闭区域中引导UAV，并且可以用于实现更好的定位精度。在一些实施方式中，控制系统可以在UAV进入/离开存放设施时切换用于UAV的航行模式。
块405描绘了响应于发送状态，利用UAV中的通信系统从外部装置接收移动指令。该指令可以通过UAV中的天线接收。应理解，UAV控制系统可以在接收到该状态之后立即生成移动指令，或者可能存在延迟，直到系统认为需要将移动数据发送到UAV。在一些实施方式中，直到接收到来自多于一个的UAV的信息，才发送移动指令(例如，系统可以不选择移动UAV，直到另一UAV需要其在充电垫、维护垫或登台垫上的处所)。
块407显示了响应于接收到移动指令，接合一个或更多个推动力源以将UAV从存放设施内的第一位置移动到第二位置。在一些实施方式中，当UAV中的电源电荷水平小于阈值水平时，控制系统发送移动指令—告诉UAV由于其电量太低而移动到不同的位置。在一些实施方式中，这可以包括将UAV移离出口点，因此其不与其它外出飞机发生干涉。相反，随着UAV具有更大的电力储备，UAV可以被移动得更靠近出口点。在一些实施方式中，UAV可以基于其模型类型和尺寸而移动(例如，移动至适合UAV的特定模型的充电垫)。
图5示出了根据本公开的实施方式的在存放设施内的示例UAV 500操作。如所描绘的，高密度仓库将需要仔细计划和优化飞机位置，因为不可能所有的飞机500在任何时候都能够起飞或装载包裹。飞机500可能必须在队列或机架(例如，存放机架573)中充电，在该队列或机架中，由于密度限制，仅最靠近顶部/出口的飞机才能够起飞。因此，可能必须将包裹装载在应仅由准备执行任务的飞机占据的特定场所(例如，装载位置4)。
因此，机队管理系统(包括可以是无线路由器的通信系统539)可以跟踪每个飞机500的电池电量状态。随着场所释放—在充电架的顶部或包裹装载位置，应将具有最高电荷水平的飞机500移动到这些场所之一(例如，一旦充完电，就将位置1的低电量飞机500移动到位置2)。换句话说，UAV500可以测量其电源电荷水平(例如，电池电量)，并将包括电源电荷水平的信号发送到外部装置(例如，包括通信系统539的机队管理系统)。信号可以被连续地、周期性发送，或一旦发生某些事件(例如，达到阈值电量)，就发送信号。响应于发送信号，UAV 500可以从外部装置(例如，机队管理系统)接收移动指令，并且响应于接收到该移动指令，接合所述一个或更多个推动力源以将UAV 500从存放机架573上的第一位置移动到存放设施内的第二位置。在一个实施方式中，第二位置可以是比存放机架573上的第一位置高的高度(例如，位置2)。被理解的是，UAV 500可以将其自身移动到位置2，或者可以与存放机架573内部的输送系统一起移动。与设置在存放机架573上的较低高度(例如位置1)的一个或更多个UAV相比，处于第二位置(例如位置2)的UAV 500可以具有更高的电源电荷水平。在另一个或同一个实施方式中，第二位置(例如，位置2或3)比第一位置更靠近存放设施的出口点，并且与设置得比第二位置更远离出口点(例如，在位置1)的一个或多个UAV相比，UAV 500可以具有更高的电源电荷水平。应理解，“更远离”的飞机可以是基于飞行航程或飞行时间而非实际线性距离而更远离出口点的飞机。基于电量/航程将飞机移至其适当位置可以是一个连续过程，其确保等待完成充电的飞机永远不占据出口或包裹装载场所(例如，位置4)，而另一架准备就绪的飞机被阻止接受任务。
在一些实施方式中，UAV 500发送的信号进一步包括关于其UAV类型的信息(例如，短程UAV、中程UAV、长程UAV、快速充电、缓慢充电等)。在一些实施方式中，基于电源电荷水平和UAV类型来计算航程(例如，通过UAV或通过车队管理系统)。被发送的移动指令可以基于该航程。
在所描绘的实施方式中，第二位置的一个示例是接近存放设施中的商家位置571设置的保持垫(例如，位置2)。这里，保持垫接近存放设施的屋顶设置并从其悬挂，以保持底板空间对设施人员开放。商家位置571是位于仓库中的工业厨房，用于准备餐点并将其装载到飞机500上。这样，就可以准备健康的餐点，并且它们一准备好就由UAV 500在新鲜状态下递送。如所示，UAV 500可以在保持垫上等待，直到UAV 500从外部装置(例如，通信系统539)接收到包裹装载请求为止。然后，UAV 500可以向下飞到装载站(位置4)以接收可以被附接到UAV 500的包裹(例如食物、个人物品等)。然后，无人机500可以飞出出口点以完成任务(例如，位置5)。
在UAV从递送任务返回后，可以基于相对电量状态将进来的飞机分类到队列中。在所描绘的实施方式中，飞机着陆在机架的顶部(位置6)，并且确定飞机具有非常低的电池电量，因此其被发送到机架的底部(位置7)。具有高剩余容量的进来飞机可以以比具有较低电量的任何已停放飞机高的优先级(例如，在充电机架中较高的位置或更靠近出口点)进行分类。
图6示出了根据本公开的实施方式的控制UAV操作的方法600。本领域普通技术人员将理解，框601-607可以以任何顺序甚至并行地发生。另外，根据本公开的教导，可以将块添加到方法600或从方法600去除块。
块601显示了(例如，通过机队管理系统中的通信部件)从UAV接收信号(例如，经由WiFi)，该信号包括关于UAV的电源电荷水平(例如电池水平)的信息。在一些实施方式中，信号还可以包括关于发送该信号的UAV的类型的信息(例如，唯一标识号、文本串等)。
块603描绘了使用关于电源电荷水平和UAV类型的信息来计算UAV的航程。例如，一旦UAV机队管理系统知道了UAV的电荷水平和类型，它就能够计算出UAV的航程(例如，其能够在无需充电的情况下行进的距离)。在一些实施方式中，计算航程进一步包括使用关于运载物类型、运载物重量、存放设施外部的环境条件或存放设施外部的海拔条件中的至少一项的信息。这是因为所有这些因素都可能导致UAV能够飞到设施之外。
块605示出了基于航程计算移动指令以将UAV从存放设施中的存放机架上的第一位置移动到存放设施内的第二位置。在一些实施方式中，第二位置具有比第一位置高的高度，并且第二位置在存放机架上。与设置在比存放机架上的第二位置更低的高度处的一个或更多个UAV相比，UAV可以具有更高的电源电荷水平。在另一个或同一个实施方式中，第二位置比第一位置更靠近出口点，并且比第二位置更远离出口点设置的一个或多个UAV相比，UAV具有更高的电源电荷水平。在一些实施方式中，第二位置可以是接近存放设施中的商家(例如餐厅、便利店、药店等)位置设置的保持垫。
块607描绘了将移动指令发送到UAV或外部装置(例如，存放机架内部的输送系统、其它用于移动UAV的机器人等)。然后，UAV可以根据移动指令通过接合一个或多个推动力源来移动自身。替代地或附加地，位于存放机架内部的输送系统可以接收信号，并在该存放机架内部来回移动UAV。在一些实施方式中，输送系统可以包括连接到带、链条或液压升降机的一系列充电垫，以在一个或更多个维度上移动UAV所位于的垫。输送系统可以包括通信系统和控制器(例如处理器等)，以接收来自UAV控制系统的信号并接合移动部件(例如带、链条或液压升降机)。因此，可以实现非常高密度的UAV存放。
以上说明的过程是根据计算机软件和硬件来描述的。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)可读存储介质内的机器可执行指令，该机器可执行指令在由一台或更多台机器执行时将使该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”)的硬件内或以其它方式体现。
有形的机器可读存储介质包括提供(即，存储)由机器(例如计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或更多个处理器的任何装置)可访问的非暂时形式的信息的任何机制。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、快速存储装置等)。
包括在摘要中描述的内容的本发明的所示实施方式的以上描述不旨在穷举本发明或将本发明限制为所公开的精确形式。尽管在这里出于示意性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。在所附权利要求书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来解释。

Claims (20)

1.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：
一个或更多个推动力源，被联接以向所述UAV提供推动力；
电源，被联接以对所述一个或更多个推动力源供电；
通信系统，联接到所述电源以与外部装置进行通信；以及
控制器，联接到所述通信系统、所述电源和所述一个或更多个推动力，其中所述控制器包括逻辑，所述逻辑在由所述控制器执行时使所述UAV执行操作，包括：
测量所述UAV的电源电荷水平；
向所述外部装置发送包括所述UAV的所述电源电荷水平的信号；
响应于发送所述信号，从所述外部装置接收移动指令；以及
响应于接收所述移动指令，接合所述一个或更多个推动力源以将所述UAV从存放机架上的第一位置移动到存放设施内的第二位置。
2.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述第二位置具有比所述第一位置更高的高度，以及其中，所述第二位置在所述存放机架上。
3.根据权利要求2所述的UAV，其中，与设置在所述存放机架上的比所述第二位置低的高度处的一个或更多个UAV相比，所述UAV具有更高的电源电荷水平。
4.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述第二位置比所述第一位置更靠近所述存放设施的出口点。
5.根据权利要求4所述的UAV，其中，与比所述第二位置更远离所述出口点设置的一个或更多个UAV相比，所述UAV具有更高的电源电荷水平。
6.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述信号进一步包括关于UAV类型的信息。
7.根据权利要求6所述的UAV，其中，基于所述电源电荷水平和所述UAV类型来计算航程，以及其中，所述移动指令基于所述航程。
8.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述第二位置是在所述存放设施中接近商家位置设置的保持垫，其中，所述存放设施容纳所述存放机架。
9.根据权利要求8所述的UAV，其中，所述UAV在所述保持垫上等待，直到所述UAV从所述外部装置接收到包裹装载请求。
10.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述电源不可移除地联接到所述UAV，并且经由与设置在所述存放机架上的充电垫的直接电连接来接收电荷。
11.一种无人驾驶飞行器(UAV)操作的方法，包括：
从UAV接收信号，所述信号包括关于所述UAV的电源电荷水平的信息；
基于所述信号中的所述信息，计算移动指令以将所述UAV从存放机架上的第一位置移动到存放设施内的第二位置；和
将所述移动指令发送到所述UAV或外部装置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述信号包括关于UAV类型的信息，以及其中，使用所述电源电荷水平和所述UAV类型两者来计算所述移动指令。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：使用关于所述电源电荷水平和所述UAV类型的信息来计算所述UAV的航程。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，计算所述航程进一步包括使用关于以下中的至少一项的信息：运载物类型、运载物重量、所述存放设施外部的环境条件或所述存放设施外部的海拔条件。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二位置具有比所述第一位置更高的高度，以及其中，所述第二位置在所述存放机架上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中与设置在所述存放机架上的比所述第二位置低的高度处的一个或更多个UAV相比，所述UAV具有更高的电源电荷水平。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二位置比所述第一位置更靠近出口点。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，与比所述第二位置更远离所述出口点设置的一个或更多个UAV相比，所述UAV具有更高的电源电荷水平。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二位置是在所述存放设施中接近商家位置设置的保持垫，其中，所述存放设施容纳所述存放机架。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述UAV在所述保持垫上等待，直到所述UAV从所述外部装置接收到包裹装载请求。
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