CN113232547B - 无人飞行器电池更换系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供用于交换无人飞行器(UAV)上的电池的系统和方法。该无人飞行器可自主识别并在能量供应站上着陆。该无人飞行器可从所述能量供应站起飞和/或在所述能量供应站上着陆。该无人飞行器可与所述能量供应站进行通信。该能量供应站可存储用于无人飞行器上的电池并为电池充电。

Description

无人飞行器电池更换系统及方法

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，具体涉及一种无人飞行器电池更换系统及方法。

背景技术

飞行器，如无人飞行器(UAV)，可以用于执行军事和民事应用中的监视、侦察和勘探任务。所述飞行器可以携带被配置成用以执行特定功能的有效载荷。

无人飞行器可以由机载可充电电池供电。在某些情况下，无人飞行器可能需要飞行超过该机载电池的可用电量所支持的距离。这将严重限制无人飞行器的范围和使用。

发明内容

存在一种需要，即为无人飞行器提供增加的飞行范围。当无人飞行器用于投递物品、向环境喷雾、或者巡逻或扫描一个区域时，范围增加是有用的。自动或半自动电池充电站可有利地允许无人飞行器上的电池寿命被重新加载。可以通过对无人飞行器上的机载电池进行再充电或用另一电池更换机载电池来重新加载无人飞行器上的电池寿命。

本发明的一个方面是关于一种无人飞行器能量供应站，所述无人飞行器能量供应站包括：无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在无人飞行器停留在所述能量供应站时支撑该无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，该第一电池被配置成用于为无人飞行器供电；第二电池，其能够在连接至无人飞行器时为无人飞行器供电；电池充电单元，其能够为无人飞行器的第一电池充电；以及处理器，其被配置成用于接收关于第一电池电量状态的信息，并根据第一电池的电量状态产生指令，以：(1)将第一电池更换为第二电池，使第一电池与无人飞行器断开且第二电池与无人飞行器连接，或(2)用电池充电单元为第一电池充电。

在本发明的一个实施方式中，无人飞行器能够垂直地着陆于无人飞行器能量供应站上和/或从无人飞行器能量供应站垂直地起飞。无人飞行器可以是旋翼飞机。无人飞行器可具有不超过100cm的最大尺寸。无人飞行器可包含凹陷区域，第一电池插入凹陷区域以连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。第二电池可配置为插入该凹陷区域以连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。能量供应站的电池充电单元可被配置成用于在将第一电池插入凹陷区域时为第一电池充电。第二电池可具有与第一电池相同的形状系数。

能量供应站的着陆区域可包含被配置成用于辅助无人飞行器着陆的可视标记。可视标记可包含图像。当无人飞行器识别出指示无人飞行器着陆的特定图像时，图像即可辅助无人飞行器进行着陆。可视标记可包含LED灯。LED灯可按特定的空间或时间图案进行闪烁，以便无人飞行器可识别出指示无人飞行器着陆的特定的空间或时间图案。

无人飞行器可向能量供应站传输关于第一电池电量状态的信息。该信息可使用无人飞行器上机载的发射器无线传输至能量供应站。能量供应站可具有被配置成用于接收无线传输信息的接收器。能量供应站可包含电量测量部件，用于在无人飞行器着陆于能量供应站上时测量第一电池的电量状态。在第一电池的电量状态低于预定阈值时，处理器可产生将第一电池更换为第二电池的指令。无人飞行器能量供应站可以是便携式的。

提供一种为无人飞行器提供能量的方法，所述方法包括：提供如前所述的能量供应站；以及通过处理器接收关于第一电池的电量状态的信息。

该方法可包括借助于处理器产生指令，用于(1)将第一电池更换为第二电池，使第一电池与无人飞行器断开且第二电池与无人飞行器连接，或(2)使用电池充电单元为第一电池充电。该方法还可包括(1)将第一电池更换为第二电池，以便第一电池与无人飞行器断开且第二电池与无人飞行器连接，或(2)使用电池充电单元为第一电池充电。

本发明的另一方面是关于一种无人飞行器电池更换台，所述电池更换站包含：无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在无人飞行器停留在电池更换站时支撑该无人飞行器，所述无人飞行器连接至被配置成用于为无人飞行器供电的第一电池；可移动的电池存储单元，包括多个收纳仓，该多个收纳仓被配置成用于共同地存储多个在与无人飞行器连接后可为无人飞行器供电的电池，其中可移动电池存储部分被配置成用于允许该多个收纳仓相对于无人飞行器着陆区域同时移动；以及电池替换件，其被配置成用于从可移动电池存储单元的收纳仓获取第二电池，并将第二电池连接至无人飞行器。

在本发明的一种实施方式中，无人飞行器能够垂直地着陆于无人飞行器能量供应站上和/或从无人飞行器能量供应站垂直地起飞。无人飞行器可以是旋翼飞机。无人飞行器可具有不超过100cm的最大尺寸。无人飞行器可包括凹陷区域，第一电池插入凹陷区域而与无人飞行器联接并为无人飞行器供电。第二电池可配置为插入该凹陷区域中而与无人飞行器联接并为无人飞行器供电。能量供应站的电池充电单元可被配置成用于在将第一电池插入凹陷区域时为第一电池充电。第二电池可具有与第一电池相同的形状系数。

能量供应站的着陆区域可包含被配置成用于辅助无人飞行器着陆的可视标记。可视标记可包含图像。当无人飞行器识别出指示无人飞行器着陆的特定图像时，图像即可辅助无人飞行器进行着陆。可视标记可包含LED灯。LED灯可按特定的空间或时间图案进行闪烁，以便无人飞行器可识别出指示无人飞行器着陆的特定空间或时间图案。

可移动电池存储单元可包含用于多个收纳仓的转盘配置。转盘可包括多个被配置成用于接收电池的收纳仓。收纳仓能够绕旋转轴旋转。旋转轴朝向水平方向。可移动电池存储单元可包含至少四个收纳仓。该至少四个收纳仓可配置为绕旋转轴旋转。可移动电池存储单元可包括能够为收纳仓中的至少一个电池进行充电的电池充电单元。可移动电池存储单元可位于无人飞行器着陆区域下方。可移动电池存储单元可包括能够为收纳仓中的至少一个电池进行充电的电池充电单元。

在某些情况下，电池替换件可以是机械升降机。机械升降机也可以被配置成用于将第一电池与无人飞行器断开。机械升降机可包括用于抓取第一电池而使第一电池与无人飞行器断开的机械手臂夹。机械升降机可实现水平移动从而使第一电池与无人飞行器断开。机械升降机可实现垂直移动从而将第一电池传送至可移动电池存储单元。机械升降机可实现将第二电池从可移动电池存储单元垂直移动至无人飞行器。机械升降机可实现第二电池之水平移动从而连接至无人飞行器。

在某些情形下，无人飞行器的电池更换站可以是便携式的。

根据本发明的一个方面，可提供一种更换无人飞行器电池的方法。该方法可包括：提供如本文其他地方所述的无人飞行器电池更换站；使无人飞行器着陆于无人飞行器着陆区域上；以及使用电池替换件获取第二电池并使第二电池连接至无人飞行器。该方法还可包括将第一电池移动至可移动电池存储单元的收纳仓。

在本发明的一种实施方式中，充电站是无人飞行器电池更换站，该更换台包含：无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在无人飞行器停留在更换站上时支撑无人飞行器，所述无人飞行器连接至被配置成用于为无人飞行器供电的第一电池；包含收纳仓的可移动电池存储单元，该收纳仓被配置成用于存储在与无人飞行器连接后可为无人飞行器供电的第二电池，其中可移动电池存储部分被配置成用于允许收纳仓绕旋转轴旋转移动；以及电池替换件，配置成用于从可移动电池存储单元的收纳仓获取第二电池，并将第二电池连接至无人飞行器。

在本发明的一种实施方式中，无人飞行器能够垂直地着陆于无人飞行器能量供应站上和/或从无人飞行器能量供应站垂直地起飞。无人飞行器可以是旋翼飞机。无人飞行器可具有不超过100cm的最大尺寸。无人飞行器可包含凹陷区域，第一电池插入凹陷区域而连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。第二电池可配置为插入该凹陷区域中而连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。能量供应站的电池充电单元可被配置成用于在将第一电池插入凹陷区域时为第一电池充电。第二电池可具有与第一电池相同的形状系数。

能量供应站的着陆区域可包含被配置成用于辅助无人飞行器着陆的可视标记。可视标记可包含图像。当无人飞行器识别出指示无人飞行器着陆的特定图像时，图像即可辅助无人飞行器进行着陆。可视标记可包含LED灯。LED灯可按特定的空间或时间图案进行闪烁，以便无人飞行器可识别出指示无人飞行器着陆的特定空间或时间图案。

可移动电池存储单元可包括转盘配置，该转盘配置允许绕穿过转盘中心的轴旋转运动。旋转轴可具有水平方向。

可移动电池存储单元可包括用于多个收纳仓的转盘配置。收纳仓可绕穿过转盘中心的轴旋转。可移动电池存储单元可包含至少四个收纳仓。可移动电池存储单元可包括能够为收纳仓中的至少一个电池充电的电池充电单元。可移动电池存储单元可位于无人飞行器着陆区域下方。可移动电池存储单元可包括能够为收纳仓中的至少一个电池充电的电池充电单元。

在某些情况下，电池替换件可以是机械升降机。机械升降机也可以被配置成用于将第一电池与无人飞行器断开。机械升降机可包括用于抓取第一电池而使第一电池与无人飞行器断开的机械手臂夹。机械升降机可实现水平移动从而使第一电池与无人飞行器断开。机械升降机可实现垂直移动从而将第一电池传送至可移动电池存储单元。机械升降机可实现将第二电池从可移动电池存储单元垂直移动至无人飞行器。机械升降机可实现第二电池之水平移动从而连接至无人飞行器。

在某些情形下，无人飞行器的电池更换站可以是便携式的。

一种更换无人飞行器机载电池的方法还可包括使用电池替换件从无人飞行器移除第一电池。该方法还可包括将第一电池移动至可移动电池存储单元的收纳仓。

一种更换无人飞行器的电池的方法，所述方法包括：将无人飞行器支撑在电池更换站的无人飞行器着陆区域上，其中所述无人飞行器与被配置成用于为无人飞行器供电的第一电池连接；借助于电池替换件从无人飞行器上移除第一电池；以及在电池存储部分内移动收纳仓，该收纳仓被配置成用于存储在与无人飞行器连接后能为无人飞行器供电的第二电池，其中在借助于电池替换件移除第一电池时，同时移动收纳仓。

在某些情形下，收纳仓可绕旋转轴移动。第一电池可通过平移而不旋转的方式移除。

在本发明的一种实施方式中，无人飞行器是能够垂直地着陆于无人飞行器能量供应站上并能够从无人飞行器能量供应站垂直地起飞的旋翼飞机。无人飞行器可具有不超过100cm的最大尺寸。无人飞行器可包括凹陷区域，第一电池插入凹陷区域而连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。第二电池可配置为插入该凹陷区域中而连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。能量供应站的电池充电单元可被配置成用于在将第一电池插入凹陷区域时为第一电池充电。第二电池可具有与第一电池相同的形状系数。

能量供应站的着陆区域可包含被配置成用于辅助无人飞行器着陆的可视标记。可视标记可包含图像。当无人飞行器识别出指示无人飞行器着陆的特定图像时，图像即可辅助无人飞行器进行着陆。可视标记可包含LED灯。LED灯可按特定的空间或时间图案进行闪烁，以便无人飞行器可识别出指示无人飞行器着陆的特定空间或时间图案。

该方法还可包括借助于电池替换件将第一电池放置于电池存储部的收纳仓内。该方法可包括借助于电池替换件将第二电池从电池存储部的收纳仓中移除。

在本发明的另一实施方式中，电池更换站可以是无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在无人飞行器停留在电池更换站时支撑该无人飞行器，所述无人飞行器连接至被配置成用于为无人飞行器供电的第一电池，其中无人飞行器着陆区域包括至少一个被动着陆向导，该被动着陆向导被配置成用于(1)在无人飞行器在着陆区域着陆时，接收该无人飞行器的外凸特征，和(2)通过利用重力将无人飞行器导向着陆区域中的预期着陆位置；(a)包含收纳仓的电池存储单元，该收纳仓被配置成用于存储在与无人飞行器连接后能为该无人飞行器供电的第二电池，或(b)能为无人飞行器的第一电池充电的电池充电单元中的至少一者。

无人飞行器着陆区域可包括多个被动着陆向导。在某些情形下，被动着陆向导可以是倒锥体。预期的着陆位置在倒锥体中心处可具有无人飞行器的外凸特征。被动着陆向导可相对于无人飞行器着陆区域保持固定。无人飞行器的外凸特征可以是无人飞行器的着陆延伸件，其被设计成在无人飞行器不在空中时用于承受该无人飞行器的重量。

在本发明的一种实施方式中，无人飞行器是能够垂直地着陆于无人飞行器能量供应站上并能够从无人飞行器能量供应站垂直地起飞的旋翼飞机。无人飞行器可具有不超过100cm的最大尺寸。无人飞行器可包括凹陷区域，第一电池插入凹陷区域而连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。第二电池可配置为插入凹陷区域而连接至无人飞行器并为无人飞行器供电。能量供应站的电池充电单元可被配置成用于在将第一电池插入凹陷区域时为第一电池充电。第二电池可具有与第一电池相同的形状系数。

能量供应站的着陆区域可包含被配置成用于辅助无人飞行器着陆的可视标记。可视标记可包含图像。当无人飞行器识别出指示无人飞行器着陆的特定图像时，图像即可辅助无人飞行器进行着陆。可视标记可包含LED灯。LED灯可按特定的空间或时间图案进行闪烁，以便无人飞行器可识别出指示无人飞行器着陆的特定的空间或时间图案。

电池存储单元可位于无人飞行器着陆区域下方。电池充电单元在第一电池连接至无人飞行器时能够为无人飞行器的第一电池充电。

在无人飞行器电池更换站上可提供机械臂，所述机械臂被配置成用于辅助无人飞行器着陆。

无人飞行器电池更换站还可包括被配置成用于提供关于更换站位置信息的GPS单元。无人飞行器可具有被配置成用于提供关于无人飞行器位置信息的GPS单元。无人飞行器或无人飞行器电池更换站上机载的处理器计算无人飞行器与无人飞行器电池更换站的相对位置。计算中使用实时动态差分法(real time kinematic，RTK)导航。

通过回顾说明书、权利要求书及附图将易于理解本发明的其他目标和特征。

以引用的方式并入

本说明书提到的所有公布、专利和专利申请都以引用的方式并入本文中，其引用程度就如同特定地且单独地指定将每个单独的公布、专利或专利申请以引用的方式并入本文中一般。

附图说明

本发明的新颖性特征已特别在随附的权利要求书中阐明。通过参考阐述说明性实施方式的下文具体实施方式，将对本发明的特征和优势获得更佳的理解，其中利用了本发明的原理，且附图如下：

图1示出电池充电系统，包括用于系统中的无人飞行器和能量供应站。

图2示出能量供应站的详细实施例。

图3示出具有用于包围至少一个电池的凹陷区域的无人飞行器。

图4示出描述通过能量供应站更换无人飞行器上的电池的过程的流程图。

图5示出能量供应站的部件。

图6示出能量供应站着陆区域上的着陆向导的实施例。

图7示出无人飞行器与着陆向导对接的详细视图。

图8示出无人飞行器在着陆向导上着陆的自我校正。

图9示出电池存储转盘的实施例。

图10示出电池存储容器的实施例。

图11示出位于着陆区域下方的电池存储转盘的实施例。

图12示出一种可能用于交换无人飞行器上的电池的机构的部件。

图13示出一种用于交换无人飞行器电池的机械手臂夹的实施方式。

图14示出一种用于交换无人飞行器电池的机构的详细实施例。

图15示出一个完整能量供应站的实施例。

图16示出一种具有与能量供应站电连接的机载电池的无人飞行器。

图17提供无人飞行器与能量供应站之间可能进行的通信的流程图。

图18说明根据本发明的一种实施方式的无人飞行器。

图19说明根据本发明的一种实施方式的包括载体和有效载荷的可移动物体。

图20是根据本发明的一种实施方式、通过框图对用于控制可移动物体的系统进行的示意性说明。

图21说明根据本发明的一种实施方式的无人飞行器和能量供应站所遵循的一种流程。

具体实施方式

本发明的系统、装置和方法提供能量供应站与无人飞行器(UAV)之间的交互。关于无人飞行器的描述可适用于任何其他类型的无人载运工具，或任何其他类型的可移动物体。关于载运工具的描述可适用于陆地、地下、水下、水面、航空或太空载运工具。能量供应站与无人飞行器之间的交互可包括能量供应站与无人飞行器之间的对接。当无人飞行器从能量供应站分离和/或当无人飞行器连接至能量供应站时，在无人飞行器与能量供应站之间可发生通信。无人飞行器可由可充电电池供电，该可充电电池可在无人飞行器上时进行充电或在再充电前从无人飞行器上移除。能量供应站可将无人飞行器上机载的电池更换为另一电池。能量供应站可存储多个电池。能量供应站相对于无人飞行器可移动。

图1示出可与能量供应站关联的无人飞行器(UAV)的实施例。无人飞行器可着陆于能量供应站上或从能量供应站起飞。根据本发明的一种实施方式，可提供一种能源供应系统100。能源供应系统可包含无人飞行器101和能量供应站102。无人飞行器可适于识别能量供应站并与能量供应站进行通信。

本文中关于无人飞行器101的任何描述均可适用于任何类型的可移动物体。关于无人飞行器的描述可适用于任何类型的无人可移动物体(例如，可横穿空中、陆地、水中或太空)。无人飞行器能对来自远程控制器的命令作出响应。远程控制器可不连接至无人飞行器，远程控制器可与无人飞行器远距离无线通信。在某些情形下，无人飞行器能自主或半自主地运作。无人飞行器能够遵循一组预先编程的指令。在某些情形下，无人飞行器能够通过对来自远程控制器的一个或多个命令作出响应而半自主地运作，否则进行自主运作。例如，来自远程控制器的一个或多个命令可启动无人飞行器根据一个或多个参数执行一系列自主或半自主的动作。

无人飞行器101可以是飞行器。无人飞行器可具有一个或多个推进单元，以允许无人飞行器可在空中移动。该一个或多个推进单元可使得无人飞行器以一个或多个、两个或多个、三个或多个、四个或多个、五个或多个、六个或多个自由角度移动。在某些情形下，无人飞行器可以绕一个、两个、三个或多个旋转轴旋转。旋转轴可彼此垂直。旋转轴在无人飞行器的整个飞行过程中可维持彼此垂直。旋转轴可包括俯仰轴、横滚轴和/或偏航轴。无人飞行器可沿一个或多个维度移动。例如，无人飞行器能够因一个或多个旋翼产生的提升力而向上移动。在某些情形下，无人飞行器可沿Z轴(可相对无人飞行器方向向上)、X轴和/或Y轴(可为横向)移动。无人飞行器可沿彼此垂直的一个、两个或三个轴移动。

无人飞行器101可以是旋翼飞机。在某些情形下，无人飞行器可以是可包括多个旋翼的多旋翼飞行器。多个旋翼可旋转而为无人飞行器产生提升力。旋翼可以是推进单元，可使得无人飞行器在空中自由移动。旋翼可按相同速率旋转和/或可产生相同量的提升力或推力。旋翼可按不同的速率随意地旋转，产生不同量的提升力或推力和/或允许无人飞行器旋转。在某些情形下，在无人飞行器上可提供一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个旋翼。这些旋翼可布置成其旋转轴彼此平行。在某些情形下，旋翼的旋转轴可相对于彼此呈任意角度，从而可影响无人飞行器的运动。

图2示出一种包含无人飞行器201和能量供应站202的能源供应系统的可能实施方式的详细视图。图2所示的无人飞行器201可作为能源供应系统一部分的无人飞行器的一个例子。所示无人飞行器可具有多个旋翼203。旋翼203可连接至无人飞行器的本体204，本体204可包含控制单元、惯性测量单元(inertial measuring unit，IMU)、处理器、电池、电源和/或其他传感器。旋翼可通过从本体中心部分分支出来的一个或多个臂或延伸而连接至本体。例如，一个或多个臂可从无人飞行器的中心本体放射状延伸出来，而且在臂末端或靠近末端处可具有旋翼。

无人飞行器可通过着陆架205而位于能量供应站的表面上。着陆架可被配置成用于在无人飞行器未飞行时支撑该无人飞行器的重量。着陆架可包括一个或多个从无人飞行器延伸出来的延伸件。着陆架的延伸件可从无人飞行器的一个或多个臂、或从无人飞行器的中心本体延伸出来。着陆架的延伸件可从一个或多个旋翼下方或靠近一个或多个旋翼处延伸出来。延伸件可实质上垂直延伸。

能量供应站202可以是电池站。能量供应站可以是地面站。能量供应站可以是电池替换站或电池更换站。能量供应站可以是电池充电站。能量供应站可以是便携式的。能量供应站可被人携带。能量供应站可重新配置或自身可折叠从而更易携带。

能量供应站202可具有用于无人飞行器的着陆区域206。能量供应站的任何表面都可适于包含着陆区域。例如，能量供应站的上表面可形成着陆区域。可选地，可提供一个或多个平台作为无人飞行器的着陆区域。这些平台可包括或不包括任何侧面、顶棚或盖。

能量供应站202还可包含电池存储系统。电池存储系统可被配置成用于存储一个或多个电池。电池存储系统可对该一个或多个存储电池进行充电。在图2所示的实施例中，显示电池存储系统207位于着陆区域206下方。能量供应站的另一部件可以是一种被配置成用于将电池从无人飞行器移除并用来自电池存储系统的满电量或部分电量的电池替换移除的电池的机构。

无人飞行器的垂直位置和/或速度可以通过维持和/或调整对无人飞行器的一个或多个推进单元的输出来进行控制。例如，增加无人飞行器的一个或多个旋翼的旋转速度可有助于使无人飞行器高度增加或以更快的速度增加高度。增加一个或多个旋翼的旋转速度可增加旋翼的推力。减小无人飞行器的一个或多个旋翼的旋转速度可有助于使无人飞行器降低高度或以更快的速度降低高度。减小一个或多个旋翼的旋转速度可减小一个或多个旋翼的推力。当无人飞行器起飞时，如从能量供应站起飞时，提供给推进单元的输出可相对于其先前着陆状态增加。当无人飞行器着陆时，如着陆于载运工具上时，提供给推进单元的输出可相对于其先前飞行状态减少。无人飞行器可被配置成以实质上垂直的方式从能量供应站起飞和/或着陆于能量供应站上。

无人飞行器的横向位置和/或速度可通过维持和/或调整对无人飞行器的一个或多个推进单元的输出来进行控制。无人飞行器的高度和无人飞行器的一个或多个旋翼的旋转速度可影响无人飞行器的横向移动。例如，无人飞行器可沿特定方向倾斜并沿此方向移动，且无人飞行器的旋翼速度可影响横向移动的速度和/或移动的轨迹。无人飞行器的横向位置和/或速度可通过改变或维持无人飞行器的一个或多个旋翼的旋转速度来进行控制。

无人飞行器101可具有小尺寸。无人飞行器能被人提起和/或携带。无人飞行器能被人单手携带。能量供应站可具有着陆区域，该着陆区域被配置成用于为无人飞行器提供着陆的空间。无人飞行器的尺寸可选地不超过能量供应站着陆区域的宽度。无人飞行器的尺寸可选地不超过能量供应站着陆区域的长度。

无人飞行器101可具有不超过100cm的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、对角线、直径)。在某些情形下，最大尺寸可小于或等于1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm、200cm、220cm、250cm或300cm。可选地，无人飞行器的最大尺寸可大于或等于本文所述的任何值。无人飞行器的最大尺寸可落入本文所述的任意两个值之间的范围内。

无人飞行器110可以是轻量的。例如，无人飞行器的重量可小于或等于1mg、5mg、10mg、50mg、100mg、500mg、1g、2g、3g、5g、7g、10g、12g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、60g、70g、80g、90g、100g、120g、150g、200g、250g、300g、350g、400g、450g、500g、600g、700g、800g、900g、1kg、1.1kg、1.2kg、1.3kg、1.4kg、1.5kg、1.7kg、2kg、2.2kg、2.5kg、3kg、3.5kg、4kg、4.5kg、5kg、5.5kg、6kg、6.5kg、7kg、7.5kg、8kg、8.5kg、9kg、9.5kg、10kg、11kg、12kg、13kg、14kg、15kg、17kg或20kg。无人飞行器的重量可大于或等于本文所述的任何值。无人飞行器的重量可落入本文所述的任意两个值之间的范围内。

无人飞行器的一个或多个部件可由电池供电。例如，整个无人飞行器都可由电池供电或只有推进单元、控制器、通信单元、惯性测量单元(IMU)和/或其他传感器可由电池供电。电池可指的是单电池或两个或多个电池的电池组。电池的例子可包括锂离子电池、碱性电池、镍镉电池、铅酸电池或镍金属氢化物电池。电池可以是一次性电池或可充电电池。电池的寿命(即，在需要再充电前可向无人飞行器供电的时间量)可改变；寿命可为至少1分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、45分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时或10小时。电池寿命可具有大于或等于本文所述任意值的持续时间。电池寿命的持续时间可落入落入本文所述的任意两个值之间的范围内。

电池可通过电连接的方式与无人飞行器连接来向无人飞行器供电。本文关于电池的任何描述可适用于一个或多个电池。关于电池的任何描述可适用于电池组，反之亦然，其中电池组可包括一个或多个电池。电池可串行、并行或其任意组合形式连接。。可提供无人飞行器与电池之间的电连接或无人飞行器的部件与电池之间的电连接。电池的电触点可接触无人飞行器的电触点。无人飞行器的本体上可具有凹陷区域以用于包围电池。图3示出在无人飞行器的本体304中配置有凹陷区域302以用于包围电池303的无人飞行器301的一个例子。凹陷区域可具有相等或不相等的长度、宽度和深度。凹陷区域的长度、宽度和深度的可能值可为至少1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm或100cm。凹陷区域可被配置成用于收纳一个或多个电池。凹陷区域可含有电触点用于将电池连接至无人飞行器的电源系统。另外，凹陷区域可包含用于与传感器通信的电连接，该传感器可动态地读取并记录电池的剩余电量。凹陷区域可包括一个或多个可与无人飞行器上的机载电池电接触的电触点。电触点在电池位于凹陷区域内时可与电池连接，如果移除电池，触点可与电池断开连接。

通过能量供应站交换无人飞行器上的电池的方法可包括以下步骤：将无人飞行器着陆于能量供应站上、使用能量供应站的部件将机载电池从无人飞行器上移除、将机载电池更换为在能量供应站提供的另一电池、将另一电池连接至无人飞行器、以及使无人飞行器从能量供应站起飞。所有这些步骤或其中任一步骤都可以是完全或部分自动的。

图4的流程图中显示一种电池更换方法的实施例。图4中所述的步骤可按所示次序发生，或这些步骤可以不按此次序发生。电池交换方法可包括列举的所有步骤或列举步骤的子集。最初无人飞行器可着陆于能量供应站上的着陆区域上401。在无人飞行器着陆后，可通过能量供应站上的机构移除耗尽的电池。能量供应站可采用机械臂来从无人飞行器移除耗尽的电池402。移除后，耗尽的电池可存储在电池存储单元中。电池存储单元可包含用于电池的容器，该容器可包括被配置成用于为电池提供电量的电连接。电池存储区域的实施例可以是能量供应站上机载的转盘403。可配置转盘以便其可旋转从而取走电量耗尽的电池，并将带电电池与被配置成用于在无人飞行器上安装带电电池的机构呈一直线放置。在某些实施例中，这种机构可以是机械臂404。将带电电池传送至无人飞行器的机械臂可以是与从无人飞行器移除电量耗尽的电池的机械臂相同的机械臂。转盘旋转后，机械臂可将带电电池安装于无人飞行器中405。最后的步骤可用于无人飞行器携带满电量的机载电池从着陆区域起飞406。

无人飞行器可与能量供应站通信。例如，无人飞行器可向能量供应站发送有关无人飞行器上的机载电池的状态、当前飞行条件、当前任务剩余的时间或距离、到达下一能量供应站的距离、电池规格、电池电量状态(例如，剩余电力估计)、电池温度、无人飞行器规格、或飞行计划(例如，预计到达的下一能量供应站和/或预计到达最终目的地的时间)的信息。无人飞行器还可以向能量供应站发送描述无人飞行器状态的信息。例如，无人飞行器可向能量供应站发送描述系统故障或描述受损部件(例如，损坏的推进器)的信息。无人飞行器可携带有效载荷。无人飞行器可发送有效载荷的重量。另外，无人飞行器在飞行计划中可向能量供应站发送无人飞行器计划负载或卸载有效载荷。

对来自无人飞行器的信息作出响应或与无人飞行器的通信无关，能量供应站可向无人飞行器发送信息。能量供应站可通知无人飞行器其是否可用于为无人飞行器提供带电电池。例如，能量供应站的带电电池可能已耗尽或能量供应站可能被另一无人飞行器占用，在这些情况下，能量供应站可指示无人飞行器继续飞往下一个最近的能量供应站。在另一种情形下，能量供应站在不利天气条件下(例如，风、雨、雪)或能量供应站出现机械或电子故障时可指示无人飞行器继续飞往下一个最近的能量供应站。能量供应站可向无人飞行器发送更新的路线指令来引导无人飞行器至下一个能量供应站。或者，当能量供应站可用于充电时，能量供应站可指示无人飞行器在站台上着陆。

在低电量的情况下，可引导无人飞行器在能量供应站上着陆。能量供应站可发送在能量供应站上着陆的指令。如果电池电量太低而无法允许无人飞行器满足无人飞行器完成其当前任务所剩余的时间或距离或无法满足无人飞行器的飞行计划时，可引导无人飞行器在能量供应站着陆。可以考虑无人飞行器的操作参数，如能量消耗的预期速度或能量消耗的当前速度。例如，无人飞行器能够以相对的“低能”模式飞行，其中一个或多个传感器不运作，但预期无人飞行器在稍后的飞行中可采用更多的传感器。能量消耗的预期增加速度可影响电池电量损耗的预期速度，这在确定无人飞行器是否需要在能量供应站着陆时可能需要考虑。可选地，如果电池的电量状态降至预定阈值以下，即可引导无人飞行器在能量供应站着陆。另外，如果无人飞行器的机载机械或电子系统需要修理(例如，推进器损坏、电子部件短路)，即可指示无人飞行器在能量供应站着陆。

无人飞行器的飞行计划可以预先确定在能量供应站着陆。例如，被指示从A点飞行到B点的无人飞行器可在位于A点与B点中途的能量供应站按计划停靠。在能量供应站着陆的决定作为飞行计划的一部分，在未被占用的能量供应站上可以是因情况而异的。例如，位于A点与B点中途的能量供应站被另一无人飞行器占用时，只要电池的剩余电力足够到达下一个能量供应站，无人飞行器即可改变其飞行计划而继续飞往下一个能量供应站。

当一个以上的无人飞行器与能量供应站确认意图在该能量供应站上着陆时，无人飞行器可加入队列。队列中的无人飞行器可等待进入能量供应站。队列中的无人飞行器可排序，以便紧急需要能量供应站救助的无人飞行器(例如，存在机械故障和/或临界低电量电池的无人飞行器)可在较不急切需要能量供应站救助的无人飞行器之前被处理。队列中的无人飞行器可按层分级或可基于权衡各种因素的系统来分级。在按层分级的情况下，第一层可以是无人飞行器的机械或电子状态，第二层可以是无人飞行器电池的剩余能量，且第三层可以是无人飞行器等待从能量供应站得到救助的时长。各层可用于对队列中的无人飞行器进行分级。或者，在权衡系统中，可能考虑诸如无人飞行器部件的机械或电子状态、无人飞行器电池的剩余存储电量以及无人飞行器在队列中等待的时长等因素。可使用上述因素的加权平均值(例如，分数)来确定无人飞行器在队列中的位置。

无人飞行器与能量供应站之间的互动可遵循图21中概述的程序。互动可包括图21中所示的所有步骤或这些步骤的子集，这些步骤可按所示顺序发生或按交替顺序发生。首先，无人飞行器可检测能量供应站2101。无人飞行器对能量供应站进行检测可对指示能量供应站位置的已知GPS信号、视觉检测或音频检测作出响应。无人飞行器可以与能量供应站交换信息2102，例如无人飞行器可发送关于无人飞行器和/或电池状态的信息。能量供应站可向无人飞行器提供关于能源供应站状态的信息。基于信息交换，无人飞行器可确定其是否应该在能量供应站上着陆或继续其飞行路径2103。如果无人飞行器决定在能量供应站上着陆，则其即可加入等待在能量供应站上着陆的无人飞行器队列2104。当无人飞行器是队列中的第一个无人飞行器且能量供应站未被另一无人飞行器占用时，该无人飞行器可在该能量供应站上着陆2105。

无人飞行器可通过感测标记来识别能量供应站着陆区域，例如标记可以是能量供应站着陆区域上可见的浮雕图案、凹陷图案、图像、符号、贴花、一维、二维或三维条形码、二维码或灯。标记可指示能量供应站具有可用的带电电池。例如，标记可以是灯或灯的图案，这些灯只有在能量供应站具有可用的带电电池时才开启。

无人飞行器可垂直地从能量供应站起飞和在能量供应站上着陆。着陆区域可包含凹陷的配合特征，用于对无人飞行器在着陆时进行引导。配合特征可减少无人飞行器在着陆区域上着陆所需的精度。凹陷特征可被配置成与多种无人飞行器配合，或者，配合特征可特定用于单一的无人飞行器制造商、单一的无人飞行器舰队或一种特殊的无人飞行器。

无人飞行器与能量供应站之间的通信可使得无人飞行器到达能量供应站的通常位置。无人飞行器与能量供应站之间的通信可通过无线方式发生。无人飞行器可采用GPS或其他定位软件来定位能量供应站。GPS或其他定位技术可用于使无人飞行器到达能量供应站附近。无线通信可使无人飞行器在一定范围内感测到能量供应站的一个或多个部分。例如，无人飞行器可被引导至能量供应站的视线内。着陆区域的标记可有助于进一步精确定位能量供应站的位置。标记可作为对无人飞行器可着陆的能量供应站的确认。标记还可以将能量供应站或能量供应站的着陆区域与其他物体或区域区分开来。

标记可用于指示无人飞行器在能量供应站上的着陆位置。标记可用作基准标记，可辅助无人飞行器导航至能量供应站上的合适着陆位置。在某些实施例中，可提供多个标记，以便可辅助无人飞行器着陆在预期位置。在某些情况下，在无人飞行器与能量供应站对接时，无人飞行器也可能需要具有特定的方向。在一种实施例中，标记可包括无人飞行器可辨识的不对称图像或码。基准可指示能量供应站相对于无人飞行器的方向。因此，无人飞行器在着陆于能量供应站上时可对自身适当定向。标记还可指示能量供应站相对于无人飞行器的距离。这可以与无人飞行器的一个或多个其他传感器分开或结合使用来确定无人飞行器的高度。例如，如果基准标记的大小是已知的，无人飞行器至该标记的距离即可根据无人飞行器的传感器中所显示的标记的大小来测量。

在一个实施例中，可在与无人飞行器在能量供应站上的预期着陆点相应的特定位置提供标记。这可位于与能量供应站的着陆区域上的预期着陆点相应的特定位置。无人飞行器能够以极大的精度在着陆区域上着陆。标记可帮助将无人飞行器引导至准确的预期着陆点。例如，标记可位于无人飞行器的预期着陆点中心前方的10cm处。无人飞行器可使用标记将无人飞行器引导至准确的着陆点。在某些实施例中，可提供多个标记。预期着陆点可落在多个标记之间。无人飞行器可使用标记来帮助对无人飞行器进行定向和/或使其定位在标记之间着陆。标记之间的距离可辅助无人飞行器测量无人飞行器至着陆区域的距离。

可在能量供应站或着陆区域上的任意位置提供标记。标记可位于由上方可容易辨识的位置处。在某些情况下，可在能量供应站的外表面上提供标记。标记可包括由能量供应站发射的无线信号。信号的起源可来自能量供应站外部或能量供应站内部。或者，能量供应站可发射红外线和/或紫外线、射频或音频信号。

标记可位于无人飞行器与能量供应站对接位置的附近。在一个实施例中，标记可位于与无人飞行器在能量供应站上着陆处相距小于约100cm、90cm、80cm、75cm、70cm、65cm、60cm、55cm、50cm、45cm、40cm、35cm、30cm、25cm、20cm、15cm、12cm、10cm、8cm、7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm或1cm的位置处。

与检测标记有关的数据可提供给一个或多个处理器。处理器可位于无人飞行器上。基于有关检测标记的检测信息，处理器可单独地或共同地产生命令信号。命令信号可驱动无人飞行器的推进单元。例如，当确定检测标记属于能量供应站时，可驱动推进单元使得无人飞行器在具有检测标记的能量供应站上着陆。检测标记可指示能量供应站上存储的电池的电量状态。例如，如果能量供应站具有可用的满电量电池，检测标记即可促使处理器产生使无人飞行器着陆的命令。在另一实施例中，如果能量供应站不具有可用的充电电池，检测标记即可促使处理器产生继续飞行至下一个能量供应站的命令。因此，无人飞行器能够响应检测标记，以自主或半自主的方式进行着陆。无人飞行器能够在没有接收到来自用户的任何命令或手动输入时进行着陆。

在一些实施方式中，无人飞行器上机载的传感器可用于检测标记，而且可以在无人飞行器上进行处理。一旦无人飞行器已确认该标记属于能量供应站，无人飞行器在不需要来自能量供应站的进一步引导或信息的情况下即可自己在能量供应站上着陆。

能量供应站可包括标记和一个或多个耦合连接部件。能量供应站可向无人飞行器发送有关其位置的信息。能量供应站可具有能够确定位置信息的定位单元。能量供应站可接收来自无人飞行器的有关无人飞行器位置和无人飞行器机载电池状态的信息。例如，可向能量供应站提供无人飞行器的坐标信息，如GPS坐标。在另一实施例中，无人飞行器可传达无人飞行器当前使用的电池的剩余电量百分比。能量供应站可具有能够与无人飞行器通信的通信单元。能量供应站可具有能够识别和/或计算无人飞行器位置的处理器。此外，能量供应站可具有能够识别和/或计算下一个最近的电池更换站的位置的处理器。例如，无人飞行器可向能量供应站传达无人飞行器当前机载的电池具有18％的剩余电量百分比，能量供应站的处理器可确定到达无人飞行器飞行路径中的下一个电池更换站的距离，从而确定无人飞行器是否停靠进行再充电或继续飞往下一个能量供应站。

图5示出了能量供应站的一种可能的实施方式。能量供应站可具有三种基本部件：电池替换件501、无人飞行器着陆区域502和电池存储单元503。电池替换件可以是机械臂501，其可被配置成用于从无人飞行器上移除电池和/或将充电电池放置在无人飞行器内。在某些情况下，机械臂可同时从无人飞行器上移除电池并将充电电池放置在无人飞行器内。或者，可使用不同的机械部件来从无人飞行器上移除电池并将充电电池放置在无人飞行器内。机械臂可具有至少1、2、3、4、5、6个自由度。机械臂可自主或半自主地移动。

无人飞行器着陆区域502可包含可以被靠近的无人飞行器单独识别的标记。着陆区域可包含被动的着陆向导504。被动的着陆向导可被配置成用于在无人飞行器着陆时与无人飞行器的部件进行交互而将无人飞行器导向最终的停靠位置。无人飞行器可包括与被动的着陆向导相配合且被导向最终停靠位置的着陆架。无人飞行器可包括用于无人飞行器着陆的表面。无人飞行器可停靠在表面上，或无人飞行器的全部或大部分重量可以由被动着陆向导来承受。

电池存储单元503可存储多个电池。电池存储单元可同时对存储的电池进行存储和充电。电池存储单元可使这些电池相对于彼此进行移动。电池存储单元可相对于无人飞行器着陆区域和/或位于着陆区域上的无人飞行器来移动电池。通过使用电池存储单元，可同时移动多个电池。当无人飞行器在能量供应站上着陆时，充满电的电池可位于机械臂501可将电池安装在无人飞行器上的位置。例如，机械臂可将耗尽的电池从无人飞行器中携带至电池存储单元相应的特定位置。电池存储单元可接受耗尽的电池。电池存储单元可引起电池的移动，以便另一电池(例如，充满电的电池)被移动至接受耗尽的电池的位置。机械臂可接受另一电池。在某些情况下，移动可包括电池存储单元绕某一个轴旋转。

能量供应站的无人飞行器着陆区域可配置成包括被动的着陆向导。无人飞行器可具有至少一个与能量供应站的着陆区域上的相应腔室匹配的外凸特征。例如，无人飞行器可具有四个可适配在着陆区域上的四个圆锥形缺口内部的圆锥形限位件。外凸特征可以是配置成用于承受无人飞行器重量的起飞架。图6示出了无人飞行器601在能量供应站602上着陆的一种实施例，以便圆锥形限位件603与着陆区域上的圆锥形缺口604匹配。在一备选的实施方式中，限位件与缺口可包含多种其他相匹配的形状。限位件可由橡胶、塑料、金属、木头或复合物制成。限位件可具有小于或等于1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、90cm、95cm或100cm的高度和宽度。缺口可具有相应的尺寸以便它们适于与限位件适配。

在另一实施例中，无人飞行器可包含不与着陆区域上的缺口完全相同地匹配的突起。在此实施例中，无人飞行器可具有从无人飞行器底部突起的特征，被设计成小于着陆区域上的缺口。无人飞行器底部的外凸特征可与缺口相适配。在此配置的特定实施例中，无人飞行器可具有外凸杆且着陆区域可具有圆锥形的缺口。着陆时，外凸杆可呈漏斗状地插入圆锥形缺口的底部。例如，如果外凸杆碰到缺口侧面，重力作用会使得外凸杆滑向缺口底部。图7示出了对接有无人飞行器702的着陆区域701的一种可能的实施方式的具体侧视图(左侧)和顶视图(右侧)，显示出外凸杆装配在圆锥形缺口703的内部。可选地，外凸杆可以是无人飞行器的着陆架。在无人飞行器停靠在着陆区域时，外凸杆可承受无人飞行器的重量。在无人飞行器停靠在着陆区域时，缺口可承受外凸杆和/或无人飞行器的重量。

被动的着陆向导可减少对无人飞行器的着陆程序进行高精度控制的需求。被动的着陆向导可配置成如果无人飞行器以偏离预期着陆位置的方式靠近站台，即可对无人飞行器进行校正。被动着陆向导可借助于重力将无人飞行器带入预期位置。图8示出了被动着陆向导在无人飞行器以某一偏移靠近着陆区域时如何对无人飞行器进行校正的实施例。在图8所示的实施例中，无人飞行器靠近着陆向导时向右偏移(1)。无人飞行器部分地与被动的着陆向导对接，在与着陆向导接触后，无人飞行器可向下滑动至正确的位置(2)。此将无人飞行器校正至正确着陆位置的过程可依赖于重力且可不引入对移动部或其他机构的需求。

或者，无人飞行器可使用实时动态差分法(RTK)来定位能量供应站。RTK定位方法可需要无人飞行器和能量供应站都发射卫星信号，例如GPS信号。RTK可允许无人飞行器以10cm、9cm、8cm、7cm、6cm、5cm、4cm、3cm、2cm、1cm或小于1cm的精度定位在能量供应站上的正确对接位置。

能量供应站可包含电池存储系统。电池存储系统可以是转盘。电池存储系统中的电池可以是充满电的、部分充电的或电量耗尽的。电池可连接至电源以使其从耗尽或部分充电的状态恢复至满电量的状态。电池可具有相同的大小、形状和电池类型(例如，锂离子电池、镍镉电池)。或者，可以适应不同的电池大小、形状或类型。电池存储系统可配置成用于存储至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45或50个电池。在一些实施方式中，电池系统可存储少于任何所述数量的电池。电池系统可存储的电池数量可落在所述的任意两个值之间。

电池存储系统可包含每个电池的单独端口。这些端口可相对于彼此移动。多个端口可同时移动。这些端口可绕某一轴顺时针旋转、逆时针旋转或沿两个旋转方向旋转。旋转轴可以是水平方向(例如，平行于下表面或地面，垂直于重力方向)或垂直方向(例如，垂直于下表面或地面、平行于重力方向)。这些端口可在任意方向平移。可选地，它们可同时平移并旋转。这些端口具有电连接线，这些电连接线可连接至用于测量电池可用电量的处理器，或可连接至用于为电池充电的电源。电源可以是能量供应站机载的或非机载的。例如，电源可以是发电机、可充电电池、一次性电池或连接至分布式电源线。或者，端口可通过感应(无线)方式对电池充电。能量供应站可配接多个充电接口，以便该站可对各种电池类型和电压进行充电。能量供应站可永久安装或可临时安装。在临时能量供应站的情况下，该站可配置成便携式的且可由用户携带。

存储电池相对于彼此可移动。在一个实施例中，电池可在转盘中相对于彼此可移动。图9示出了用于电池存储系统的一种可能的电池转盘901的实施例。图9所示的转盘可收纳8个电池902。或者，可选择转盘以使得其可收纳至少4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45或50个电池。转盘可配置成用于收纳比本文所述值更少的电池，或转盘可配置成用于收纳在本文所述任意两个值之间范围内数量的电池。转盘中的电池的大小、形状、电压及组成可相同。每个电池可存储在一个隔间903里。电池在安装或从无人飞行器移除时可滑入或滑出隔间。例如，电池可通过隔间的侧面开口横向滑入和滑出。电池在存储期间可锁入隔间内。电池可在无人飞行器上机载充电或可在电池存储系统中的存储隔间内对电池充电。电池存储隔间可配置成通过电触点为电池提供电量。图10示出了具有配置成用于为电池提供电量的电触点1002的一种可能的电池存储隔间1001的实施例。电触点可连接至非机载的电源1003。电池可同时连接至测量仪来确定电池充电何时完成。容器可提供仅足够对存储电池充电或部分充电的电源。电池存储隔间可以是转盘的一部分或是其他电池存储单元。电池存储隔间相对于能量供应站的其他部分可移动。

电池转盘901可绕轴体904旋转。转盘可逆时针或顺时针旋转。转盘可朝两个方向旋转或仅朝一个方向旋转。旋转可由致动器，如马达来驱动。致动器可接收来自能量供应站机载或非机载的用于控制电池存储系统运动的控制器的命令信号。转盘可垂直于该能量供应站905的基座配置。例如，轴体的长度可平行于能量供应站的基座。或者，转盘可平行于能量供应站的基座或相对于能量供应站的基座呈任意其他角度来定向。图11示出了完整能量供应站的一种可能的实施方式。图11示出了着陆区域1101可放置于转盘1102的顶部。电池转盘可由外壳部分或完全封闭。

电池存储系统可由致动器驱动旋转。电池存储系统可包括转向锁，以便电池存储可在需要防止旋转时被锁定并将其固定在预期位置。转向锁可位于转盘底部、顶部或沿侧面安置。

能量供应站可包含配置成用于移动电池的机构。该机构可以是自动电池替换件。该机构可以是机械臂、致动器或滑轮。该机构可以是机械升降机。在一实施方式中，配置成用于移动电池的机构可以是机械臂。机械臂可具有至少两个自由度。例如，具有两个自由度的机械臂能够(1)水平地以及(2)垂直地移动。向上和向下运动可通过线性的致动器或任何其他类型的致动器来实现。水平运动可通过由致动器驱动的齿条和齿轮机构来实现。水平运动可以是线性运动。水平致动器可安装于垂直运动的驱动器上，以便机械臂可垂直运动，且随后水平运动。可选地，机械臂可允许电池垂直地和/或水平地移动，而不引起电池发生任何旋转。电池可在不被机械臂旋转的情况下平移。在一可选的实施方式中，机械臂可允许电池旋转或改变方向。

配置成用于移动电池的机构可包含适于连接至将要从无人飞行器上移除的电池上的端部件。例如，端部件可以是磁体、卡勾或吸附装置。在一优选的实施方式中，端部件可以是夹具。夹具可安装于前进和后退模块上，以便机械臂可向前或向后移动，且然后夹持或释放电池。夹持动作可由舵机和连杆机构系统来驱动。夹具可通过用足够的压力将电池紧压在夹具的两个侧面之间来固持电池而附接在电池上，或者，电池和夹具可包含附加的配合特征。附加的配合特征的一个例子可以是桩钉和孔洞。类似的配合特征可用于将电池收纳在电池存储单元中。

图12示出了一种可能的机械臂的示意图。机械臂可由凸柱1201从能量供应站的基座上抬起。机械臂可配置成沿凸柱上下移动。机械臂可自主或半自主地上下移动。机械臂可通过第二横杆1202附接在凸柱上，机械臂在第二横杆1202上可配置成前后移动。机械臂可自主或半自主地前后移动。机械臂的第三特征可以是终端夹具1203。终端夹具可具有朝向对接无人飞行器的凹陷电池开口的c形开口。终端夹具可开可合，可附接在电池上。

图13示出了一种机械臂实施方式的具体视图。图13所示的实施例描述一种安装在齿条和齿轮机构1302上的夹具1301。夹具可水平朝向，以便夹具的末端格在电池的侧面上。夹具可包括尾部1303中可旋转的一部分，从而使得夹具1304的端部可相互靠近或远离。尾部控制部分可借助于致动器而旋转，其可对来自能量供应站机载或非机载的控制器的命令信号作出响应来进行操作。

图14提供包括安装在齿条和齿轮机构1402上的夹具1401的机械臂的完整视图。组件包括夹具和支撑在致动器1403上的齿条和齿轮，该致动器1403被配置成用于使组件沿垂直上下的路径移动。除了垂直运动以外，整个组件也可以绕枢转点1404顺时针或逆时针旋转。枢转点可定向为使整个组件可绕垂直旋转轴旋转。这可允许组件改变方向。在某些情况下，组件可在有限范围内旋转。在某些情况下，机械臂可不绕轴旋转，而是可旋转地被固定。

在某些情况下，在无人飞行器在能量供应站上着陆时可采用机械臂来代替交换无人飞行器上的机载电池，或除了交换无人飞行器上的机载电池以外，也可采用机械臂。无人飞行器可接近能量供应站，当无人飞行器足够靠近能量供应站时，机械臂可附接至无人飞行器并将无人飞行器置于对于在能量供应站上进行电池交换而言优选的位置上。机械臂可使用机械臂上的传感器来检测无人飞行器，例如，该传感器可以是视觉传感器、运动传感器、音频传感器或配置成用于检测靠近机械臂的无人飞行器的任何其他传感器。机械臂可附接在受检测无人飞行器的本体上，机械臂可使用末端c形夹具附接在无人飞行器上。或者，机械臂可磁性地、通过粘合扣或通过在无人飞行器和机械臂上附加的配合特征之间实现正配合而附接至无人飞行器。无人飞行器可在被机械臂抓住或抓取后关闭其旋翼。

机械臂可特别地配置成用于从空中抓住无人飞行器并将无人飞行器放置在能量供应站上。机械臂可从能量供应站上垂直伸缩，以便可接近靠近能量供应站的无人飞行器。机械臂在能量供应站的着陆区域上方可抬高至少6英寸、12英寸、24英寸、36英寸、48英寸或60英寸。可在能量供应站上方抬起机械臂从而使用视觉传感器来检测靠近的无人飞行器。另外，机械臂可绕某一个轴旋转，以便其可转向面对正在进入的无人飞行器。机械臂可绕垂直轴和/或水平轴垂直地、水平地以及旋转地移动。或者，在能量供应站上的GPS或RTK系统检测到无人飞行器靠近能量供应站后，可在能量供应站上方抬起机械臂。机械臂一旦抬起，即可抓取正在进入的无人飞行器并下降至着陆区域的水平位置，从而将无人飞行器放置在该能量供应站的着陆区域上。

图15示出了包括着陆区域1501、电池存储系统1502和机械臂1503的完整的能量供应站组件。在图15所示的实施方式中，电池存储系统位于着陆区域下方，且机械臂紧邻电池存储系统和着陆区域以便适于访问能量供应站的两个区域。机械臂可在执行电池切换程序时在无人飞行器着陆区域与电池存储系统之间垂直地移动。可选地，在无人飞行器的着陆区域上可提供缺口或开口1504，这允许机械臂和/或电池可横穿无人飞行器着陆区域与电池存储系统之间的区域。

能量供应站可为无人飞行器上的机载电池提供充电。能量供应站可在不将电池从无人飞行器本体上的凹陷区域移除的情况下为无人飞行器上的机载电池提供充电。可以由能量供应站机载或非机载的电源为无人飞行器上机载的电池提供充电。图16示出了无人飞行器1602上机载的电池1601从能量供应站1603接收电荷的一种实施例。在图16的实施例中，能量供应站1603上机载或非机载的电源1604通过电学路径1605向电池1601供电。电学路径可包括着陆区域1607上的电连接1606。或者，电学路径可采用无人飞行器上机载电池与电源之间的任何路径。电连接1606可凹陷至着陆区域1607中。电连接1606可配置成用于在处理器指示为无人飞行器上的机载电池充电时，从凹陷中移出并与电池配对。或者，电连接可与着陆区域分开提供而且可接触或不接触着陆区域。无人飞行器可包括电触点，该电触点可与用于连接电源与电池的充电设备的相应电触点接触。

无人飞行器可从空中定位能量供应站。在定位能量供应站后，无人飞行器可与能量供应站通信以确定无人飞行器是否应该靠近并着陆于能量供应站上以启动电池的切换程序。当无人飞行器在能量供应站的着陆区域上对接时，可启动电池寿命重新加载程序。重新加载无人飞行器上的电池寿命可包括增加用于无人飞行器的总体电池电量状态。这可包括(1)在无人飞行器上机载电池时，对现有的电池再充电，(2)从无人飞行器上移除现有的电池、对非无人飞行器机载的现有电池再充电并将现有的电池连接回无人飞行器，或(3)从无人飞行器上移除现有的电池，获取具有较高电量状态的新电池并将新电池连接至无人飞行器。在着陆区域上对接的无人飞行器可与能量供应站上机载的处理器通信。或者，无人飞行器可与能量供应站非机载的处理器进行远端通信。处理器可通过与电池接触的传感器进行通信来确定无人飞行器上当前使用的电池的剩余电量。电池的剩余电量可由电压计感测到。基于电池的剩余电量百分比，处理器可启动响应，该响应包括将电池交换为来自存储系统的满电量电池或对当前的电池进行充电。对无人飞行器上的机载电池进行充电或交换的决定可基于剩余电量的阈值百分比。阈值可为50％、40％、30％、20％、10％或5％剩余电量。阈值可以是固定的，或可随着电池寿命、电池类型、飞行条件、环境温度或到达下一个能量供应站的距离而变化。在确定最佳响应后，可在能量供应站上进行电池交换或充电。当电池交换或充电完成时，处理器可指示无人飞行器可从着陆区域起飞。

图17示出了概括一个或多个处理器在无人飞行器靠近着陆区域时单独地或共同地作出决定过程的流程图。当无人飞行器在其附近检测到能量供应站时，无人飞行器可与能量供应站通信。无人飞行器可向能量供应站1701传达如飞行时间、飞行距离、距离上次充电的时间或任务剩余距离等变量。基于此信息，能量供应站机载或非机载的处理器可指示无人飞行器在能量供应站上着陆以进行进一步评估1702。一旦无人飞行器在着陆区域上对接，能量供应站即可测量电池的剩余电量1703。如果电量高于预定的阈值，能量供应站即可为无人飞行器上当前机载的电池提供充电1704。如果电池低于阈值电量百分比，能量供应站即可启动电池切换程序1705，从而用来自电池存储系统的满电量或部分电量的电池替换无人飞行器上机载的电池。

交换无人飞行器上机载的电池或为无人飞行器上的机载电池进行充电的指令完全可基于电池相对于预定阈值的剩余电量，或这些指令可基于一个或多个其他因素。例如，电池存储系统中电池的当前电量可影响这些指令。例如，电池存储中可用电池的数量可影响这些指令。如果没有可用的电池，则电池可机载充电，而不管电量状态如何。如果只有一个电池可用，可将机载电池的电量状态与电池存储系统所提供的单一电池进行比较。电池存储电池电量可影响用于交换电池或为电池充电的指令，以便如果能量供应站在存储系统中只具有部分充电的电池，处理器可给出对电池在无人飞行器上机载充电的指令，而不是用部分充电的电池来替换该电池。在另一实施例中，可与对电池充电所需的时间进行对比来考虑交换电池所需要的时间。可选择交换电池或对电池进行充电的决定以便所需要的时间最佳化。其他可影响处理器指令结果的因素可包括能量供应站检测到的邻近的其他无人飞行器的数量、在该能量供应站上着陆的无人飞行器的任务和/或当前的飞行条件(例如，头部风、尾部风、温度)。

电池切换程序可采用机械臂机构。程序中的第一步骤可为机械臂垂直移动，以使得与凹陷的电池容器相符，此凹陷的电池容器可为将要从无人飞行器上移除电池的位置。其次，机械臂可水平地移动来靠近将要从无人飞行器上移除的电池。当机械臂足够接近将要从无人飞行器上移除的电池时，夹具可开合而连接至电池上。机械臂一旦连接至电池，该机械臂即可从无人飞行器水平地倒退并垂直地移动以与电池存储系统中的空存储容器相符。机械臂可将从无人飞行器上移除的耗尽电池放置在电池存储系统中的空存储容器中。然后，电池存储系统可旋转以使得充满电或部分充电的电池与机械臂相符。机械臂可重复用于从无人飞行器上移除电池的步骤，从而从电池存储系统移除充满电或部分充电的电池。在机械臂夹持住充满电或部分充电的电池后，机械臂可垂直移动从而与无人飞行器的凹陷电池容器相符。机械臂然后可水平移动从而将充满电或部分充电的电池推入无人飞行器上机载的凹陷电池中。当电池装配到凹陷的电池容器中时，机械臂然后可释放对电池的夹持，并从无人飞行器退回。在机械臂退回后，无人飞行器可从着陆区域垂直起飞并继续它的任务。

本文描述的系统、装置和方法可适用于多种可移动物体。如前文提到的，本文中关于飞行器(如无人飞行器)的任何描述都可适用于并用于任何可移动物体。本文中关于飞行器的任何描述尤其可适用于无人飞行器。本发明的可移动物体可配置成在任何合适环境内移动，如在空气中(例如，固定翼飞行器、旋转翼飞行器或既不具有固定翼也不具有旋转翼的飞行器)、水中(例如，船或潜水艇)、陆地上(例如，电机载运工具，如小汽车、卡车、公交车、货车、摩托车、自行车；可移动结构或框架，如棒状物、钓鱼竿；或火车)、地下(例如，地铁)、太空中(例如，太空飞机、卫星或探测器)或这些环境的任意组合。可移动物体可以是载运工具，如本文其他处描述的载运工具。在某些实施方式中，可移动物体可被活体携带，或从活体起飞，该活体如人类或动物。合适的动物可包括禽类、、犬类、猫类、马类、牛类、羊类、猪类、海豚类、啮齿动物类或昆虫类。

可移动物体能够在此环境中关于六个自由度自由移动(例如，三个平移自由度和三个旋转自由度)。或者，例如可通过预定的路径、轨迹或方向将可移动物体的移动限制在一个或多个自由度上。移动可通过任何合适的致动机构(如引擎或电机)来致动。可移动物体的致动机构可由任何合适的能源来供电，如电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、核能或其任意合适的组合。如本文其他处所述，可移动物体可通过推进系统来自推进。推进系统可选地依靠能源来运行，如电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、核能或其任意合适的组合。或者，可移动物体可由有机体所携带。

在某些情况下，可移动物体可以是飞行器。例如，飞行器可以是固定翼飞行器(例如、飞机、滑翔机)、旋转翼飞行器(例如，直升机、旋翼飞机)、具有固定翼和旋转翼的飞行器或既不具有固定翼也不具有旋转翼的飞行器(例如，飞艇、热气球)。飞行器可以是自推式的，如通过空气自推进。一种自推式的飞行器可利用推进系统，如包括一个或多个引擎、电机、轮子、轮轴、磁体、旋翼、推进器、桨叶、喷嘴或其任意合适组合的推进系统。在某些情况下，推进系统可用于使可移动物体从表面起飞、着陆于表面上、保持其当前位置和/或方向(例如，旋停)、改变方向和/或改变位置。

可移动物体可以由用户远程控制或由可移动物体内或上的乘员当地控制。可移动物体可由单独载运工具内的乘员远程控制。在某些实施方式中，可移动物体是无人可移动物体，如无人飞行器。无人可移动物体(如无人飞行器)可不具有可移动物体机载的乘员。可移动物体可由人或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或其任意合适的组合来控制。可移动物体可以是自主或半自主机器人，如配置有人工智能的机器人。

可移动物体可具有任何合适的大小和/或尺寸。在某些实施方式中，可移动物体可具有在载运工具内或上容纳成人乘员的大小和/或尺寸。或者，可移动物体的大小和/或尺寸可小于能够在载运工具内或上容纳成人乘员的大小和/或尺寸。可移动物体的大小和/或尺寸可适合被人举起或携带。或者，可移动物体可大于适合被人举起或携带的大小和/或尺寸。在某些情况下，可移动物体可具有小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)。最大尺寸可大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，可移动物体相对旋翼轴之间的距离可小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。或者，相对旋翼轴之间的距离可大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。

在某些实施方式中，可移动物体的体积可小于100cm x 100cm x100cm、小于50cmx 50cm x 30cm或小于5cm x 5cm x 3cm。可移动物体的总体积可小于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3、或10m3。相反地，可移动物体的总体积可大于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。

在某些实施方式中，可移动物体可具有小于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2的占地面积(指的是可移动物体所围绕的横向横截面)。相反地，占地面积可大于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。

在某些情况下，可移动物体的重量可不大于1000kg。可移动物体的重量可小于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。相反地，重量可大于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。

在某些实施方式中，可移动物体小于可移动物体所携带的负载。如本文其他处进一步详述，负载可包括有效负荷和/或载体。在某些实施例中，可移动物体重量与负载重量的比率可大于、小于或等于约1:1。在某些情况下，可移动物体重量与负载重量的比率可大于、小于或等于约1:1。可选地，载体重量与负载重量的比率可大于、小于或等于约1:1。需要时，可移动物体重量与负载重量的比率可小于或等于：1:2、1:3、1:4、1:5、1:10或甚至更小。相反地，可移动物体重量与负载重量的比率也可以大于或等于2:1、3:1、4:1、5:1、10:1或甚至更大。

在某些实施方式中，可移动物体可具有低能耗。例如，可移动物体可使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。在某些情况下，可移动物体的载体可具有低能耗。例如，载体可使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。可选地，可移动物体的有效负荷可具有低能耗，如小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。

图18说明一种根据本发明实施方式的无人飞行器(UAV)1800。无人飞行器可作为如本文所述可移动物体的一个例子。无人飞行器1800可包括具有四个旋翼1802、1804、1806和1808的推进系统。可提供任意数量的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多)。无人飞行器的旋翼、旋翼组件或其他推进系统可使得无人飞行器能够旋停/保持位置、改变方向和/或改变位置。相对旋翼轴之间的距离可为任意合适的长度410。例如，长度1810可小于或等于2m、或小于等于5m。在某些实施方式中，长度1810可以在40cm至1m、10cm至2m或5cm至5m的范围内。本文中关于无人飞行器的任何描述可适用于可移动物体，如不同类型的可移动物体，反之亦然。无人飞行器可使用如本文所述的辅助起飞系统或方法。

在某些实施方式中，可移动物体可配置成携带负载。负载可包括乘客、货物、设备、仪器等等中的一者或多者。可提供具有外壳的负载。外壳可与可移动物体的外壳分离、或为可移动物体外壳的一部分。或者，可提供具有外壳的负载，而可移动物体不具有外壳。或者，部分负载或整个负载可不具有外壳。负载可相对于可移动物体刚性固定。可选地，负载相对于可移动物体是可移动的(例如，相对于可移动物体可平移或可旋转)。如本文其他处所述，负载可包括有效负荷和/或载体。

在某些实施方式中，可移动物体、载体和有效载荷相对于固定参照系(例如，周围环境)的移动和/或相对于彼此之间的移动可通过终端进行控制。终端可以是远离可移动物体、载体和/或有效载荷位置处的远程控制装置。终端可安置于或固定于支撑平台上。或者，终端可以是手持式或可穿戴式装置。例如，终端可包括智能手机、平板计算机、膝上型计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其合适的组合。终端可包括用户接口，如键盘、鼠标、手柄、触摸屏或显示器。任何合适的用户输入都可用于与终端交互，如手动输入命令、声音控制、手势控制或位置控制(例如，通过终端的移动、位置或倾斜)。

终端可用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷的任何合适的状态。例如，终端可用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷相对于固定参照系和/或相对于彼此的位置和/或方向。在某些实施方式中，终端可用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷的单独元件，如载体的致动组件、有效载荷的传感器或有效载荷的发射体。终端可包括无线通信装置，其适于与可移动物体、载体或有效载荷中的一个或多个进行通信。

终端可包括合适的显示单元用于观察可移动物体、载体和/或有效载荷的信息。例如，终端可被配置用于显示可移动物体、载体和/或有效载荷关于位置、平移速度、平移加速度、方向、角速度、角加速度或其任意合适组合的信息。在某些实施方式中，终端可显示有效载荷提供的信息，如功能性有效载荷提供的数据(例如，相机或其他图像捕捉装置记录的图像)。

可选地，同一终端可同时控制可移动物体、载体和/或有效载荷，或控制可移动物体、载体和/或有效载荷的状态，以及接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或有效载荷的信息。例如，终端可控制有效载荷相对于环境的位置，同时显示有效载荷捕捉的图像数据，或有关有效载荷位置的信息。或者，不同末端可用于不同功能。例如，第一终端可控制可移动物体、载体和/或有效载荷的移动或状态，而第二终端可接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或有效载荷的信息。例如，第一终端可用于控制有效载荷相对于环境的位置，而第二终端显示有效载荷捕捉的图像数据。在可移动物体与同时控制可移动物体与接收数据的集成终端之间，或在可移动物体与同时控制可移动物体与接收数据的多个终端之间可使用各种通信模式。例如，在可移动物体与同时控制可移动物体和接收来自可移动物体的数据的终端之间可形成至少两种不同的通信模式。

图19说明根据实施方式包括载体1902和有效载荷1904的可移动物体1900。尽管可移动物体1900被描述为飞行器，但这种描述并非想要限制，且如本文前述，可以使用任何合适类型的可移动物体。本领域技术人员应了解，本文关于飞行器系统所述的任何实施方式都可适用于任何合适的可移动物体(例如，无人飞行器)。在某些情况下，可以在可移动物体1900上提供有效载荷1904，而不需要载体1902。可移动物体1900可包括推进机构1906、传感系统1908和通信系统1910。

如前文所述，推进机构1906可包括旋翼、螺旋桨、桨叶、引擎、电机、轮子、轮轴、磁体或喷嘴中的一个或多个。可移动物体可具有一个或者多个、两个或多个、三个或多个、或四个或多个推进机构。推进机构可以全是相同类型。或者，一个或多个推进机构可以是不同类型的推进机构。推进机构1906可以通过使用任何合适的方式安装在可移动物体1900上，如本文其他处所述的支撑元件(例如，驱动轴)。推进机构1906可以安装在可移动物体1000的任何合适的部分上，如顶部、底部、前侧、后侧、侧面、或其合适的组合。

在某些实施方式中，推进机构1906能够使可移动物体1800垂直于表面起飞，或垂直地着陆于表面上，而可移动物体1900不需要任何水平移动(例如，不需要沿跑道滑行)。可选地，推进机构1906可用于允许可移动物体1900以预定的位置和/或方向悬停在空中。推进机构1900中的一个或多个可以独立于其他推进机构来进行控制。或者，推进机构1900可配置成同时控制。例如，可移动物体1900可具有多个水平方向的旋翼，这些旋翼可以为可移动物体提供提升力和/或推力。多个水平方向的旋翼可以致动来为可移动物体1900提供垂直起飞、垂直着陆和悬停的能力。在某些实施方式中，一个或多个水平方向旋翼可按顺时针方向旋转，而一个或多个水平旋翼可按逆时针方向旋转。例如，顺时针旋翼的数量与逆时针旋翼的数量可相等。每个水平方向旋翼的旋转速度可独立变化，从而控制每个旋翼所产生的提升力和/或推力，并由此调整可移动物体1800的空间布局、速度和/或加速度(例如，相对于多达三个平移度和多达三个旋转度)。

传感系统1908可包括一个或多个传感器来感测可移动物体1900的空间布局、速度和/或加速度(例如，相对于多达三个平移度和多达三个旋转度)。所述的一个或多个传感器可包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器。感测系统1908提供的感测数据可用于控制可移动物体1900的空间布局、速度和/或方向(如下文所述，例如使用合适的处理单元和/或控制模块)。或者，感测系统1908可用于提供关于可移动物体周围环境的数据，如气象条件、接近的潜在障碍、地理特征的位置、人造结构的位置等。

通信系统1910能够实现与具有通信系统1914的终端1912通过无线信号1916进行通信。通信系统1910、1914可包括任意数量的适合无线通信的发送器、接收器和/或收发器。通信可以是单向通信，以便数据只能沿一个方向传输。例如，单向通信可只涉及可移动物体1900向终端1912传送数据，反之亦然。通信系统1910的一个或多个发送器可向通信系统1912的一个或多个接收器传送数据，反之亦然。或者，通信可以是双向通信，以便在可移动物体1900与终端1912之间可双向传送数据。双向通信可涉及从通信系统1910的一个或多个发送器向通信系统1914的一个或多个接收器传送数据，反之亦然。

在某些实施方式中，终端1912可向可移动物体1900、载体1902和有效载荷1904中的一个或多个提供控制数据，并接收来自可移动物体1900、载体1902和有效载荷1904中一个或多个的信息(例如，可移动物体、载体或有效载荷的位置和/或运动信息；有效载荷感测的数据，如有效载荷相机所捕捉的图像数据)。在某些情况下，来自终端的控制数据可包括对可移动物体、载体和/或有效载荷的相对位置、移动、致动或控制的指令。例如，控制数据可致使可移动物体的位置和/或方向发生改变(例如，通过控制推进机构1906)，或致使有效载荷相对于可移动物体移动(例如，通过控制载体1902)。来自终端的控制数据可导致对有效载荷的控制，如控制相机或其他图像捕捉装置的操作(例如，捕获静止或运动的照片、推近或拉远、开机或关机、切换成像模式、改变图像解析度、改变焦距、改变景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在某些情况下，来自可移动物体、载体和/或有效载荷的通信可包括来自(例如，感测系统1908或有效载荷1904的)一个或多个传感器的信息。通信可包括来自一个或多个不同类型传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器)所感测的信息。这些信息可能是关于可移动物体、载体和/或有效载荷的位置(例如，位置、方向)、运动或加速度。来自有效载荷的这些信息可包括有效载荷所捕捉的数据或有效载荷的感测状态。终端1912传送提供的控制数据可配置成用于控制可移动物体1900、载体1902或有效载荷1904中一个或多个的状态。备选地或组合地，载体1902和有效载荷1904也可以各自包括配置成与终端1912通信的通信模块，以便终端可以单独地与可移动物体1900、载体1902和有效载荷1904中的每一个进行通信并对其进行控制。

在某些实施方式中，可移动物体1900可被配置成用于与除终端1912以外的另一远程装置进行通信，或不与终端1912通信，取而代之与另一远程装置进行通信。终端1912也可配置成用于与另一远程装置以及可移动物体1900进行通信。例如，可移动物体1900和/或终端1912可与另一可移动物体、或另一可移动物体的载体或有效载荷进行通信。需要时，远程装置可以是第二终端或者他计算装置(例如，计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话或其他移动装置)。远程装置可配置成用于向可移动物体1900传送数据、接收来自可移动物体1900的数据、向终端1912传送数据和/或接收来自终端1912的数据。可选地，远程装置可连接至互联网或其他电信网络，以便从可移动物体1900和/或终端1912接收的数据可上传到网站或服务器上。

图19是通过框图演示根据实施方式用于控制可移动物体的系统2000的示意说明。系统2000可结合本文揭露的系统、装置和方法的任何合适的实施方式来使用。系统2000可包括感测模块2002、处理单元2004、非瞬态计算机可读介质2006、控制模块2008和通信模块2010。

感测模块2002可利用不同类型的传感器以不同的方式收集与可移动物体相关的信息。不同类型的传感器可感测不同类型的信号或来自不同来源的信号。例如，传感器可包括惯性传感器、GPS传感器、近距离传感器(例如，激光雷达)或视觉/图像传感器(例如，相机)。感测模块2002可操作性地连接至具有多个处理器的处理单元2004。在某些实施方式中，感测模块可操作性地连接至传输模块2012(例如，Wi-Fi图像传输模块)，该传输模块被配置成直接向合适的外部装置或系统传送感测数据。例如，传输模块2012可用于向远程终端传送感测模块2002的相机所捕捉的图像。

处理单元2004可具有一个或多个处理器，如可编程处理器(例如，中央处理器(CPU))。处理单元2004可操作性地连接至非瞬态计算机可读介质2006。非瞬态计算机可读介质2006可存储处理单元2004可执行的逻辑、代码和/或程序指令来执行一个或多个步骤。非瞬态计算机可读介质可包括一个或多个存储器单元(例如，可移动介质或外部存储，如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在某些实施方式中，来自感测模块2002的数据可直接传送并存储在非瞬态计算机可读介质2006的存储器单元中。非瞬态计算机可读介质2006的存储器单元可存储处理单元2004可执行的逻辑、代码和/或程序指令来执行本文所述方法的任何合适的实施方式。例如，处理单元2004可配置成用于执行指令，致使处理单元2004的一个或多个处理器分析感测模块所产生的感测数据。存储器单元可存储来自感测模块的感测数据以供处理单元2004进行处理。在某些实施方式中，非瞬态计算机可读介质2006的存储器单元可用于存储处理单元2004所产生的处理结果。

在某些实施方式中，处理单元2004可操作性地连接至控制模块2008，该控制模块被配置成用于控制可移动物体的状态。例如，控制模块2008可配置成用于控制可移动物体的推进机构，从而调整可移动物体相对于六个自由度的空间布局、速度和/或加速度。备选地或组合地，控制模块2008可控制载体、有效载荷或感测模块中一个或多个的状态。

处理单元2004可操作性地连接至通信模块2010，该通信模块配置成用于从一个或多个外部装置(例如，终端、显示装置或其他远程控制器)传送和/或接收数据。可以使用任何合适的通信方式，如有线通信或无线通信。例如，通信模块2010可以利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线电、WiFi、点对点网络(P2P)、电信网络、云通信等中的一种或多种。可选地，可以使用中继站，如发射塔、卫星或移动台。无线通信可依赖于近距离或不依赖于近距离。在某些实施方式中，通信可能需要或不需要视线。通信模块2010可传送和/或接收来自感测模块2002的感测数据、处理单元2004所产生的处理结果、预定的控制数据、来自终端或远程控制器的用户命令等中的一种或多种。

系统2000的部件可排列成任何合适的配置。例如，系统2000的一个或多个部件可位于可移动物体、载体、有效载荷、终端、感测系统或与上述中的一个或多个连通的另一外部装置上。另外，尽管图20描述单一的处理单元2004和单一的非瞬态计算机可读介质2006，但本领域技术人员应了解，这并非想要限制，且系统2000可包括多个处理单元和/或非瞬态计算机可读介质。在某些实施方式中，多个处理单元和/或非瞬态计算机可读介质中的一个或多个可位于不同位置，如位于可移动物体、载体、有效载荷、终端、感测模块，与上述中的一个或多个连通的另一外部装置或其合适的组合上，以便系统2000所执行的处理和/或存储功能的任何合适的方面在一个或多个前述位置上都可能发生。

尽管本文已显示并描述本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将显而易见，所述实施方式仅以实施例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将进行多种变化、改变和取代。应了解，在实践本发明中可以采用本文所述本发明实施方式的各种备选形式。希望下文的权利要求书界定本发明的范畴且因此涵盖在这些权利要求书及其等效物范畴内的方法和结构。

Claims (18)

1.一种无人飞行器能量供应站，所述能量供应站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述能量供应站时支撑所述无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，所述第一电池被配置成用于为所述无人飞行器供电；

第二电池，在连接至所述无人飞行器时能够为所述无人飞行器供电；

电池充电单元，能够为所述无人飞行器的所述第一电池充电；和

处理器，被配置成用于接收关于所述第一电池的电量状态的信息并根据所述第一电池的电量状态产生指令，以用于：（1）将所述第一电池更换为所述第二电池，使所述第一电池与所述无人飞行器断开且使所述第二电池与所述无人飞行器连接，或（2）使用所述电池充电单元为所述第一电池充电；

所述能量供应站能够与所述无人飞行器进行通信，所述处理器能够产生如下指令：使所述无人飞行器选择该所述能量供应站着陆或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述能量供应站。

2. 如权利要求1所述的无人飞行器能量供应站，其中所述无人飞行器包含凹陷区域，所述第二电池被配置成用于插入所述凹陷区域以连接至所述无人飞行器并为所述无人飞行器供电；或者

所述无人飞行器包含凹陷区域，所述第一电池插入所述凹陷区域以连接至所述无人飞行器并为所述无人飞行器供电，所述电池充电单元被配置成用于在所述第一电池插入所述凹陷区域时为所述第一电池充电；和/或

所述无人飞行器向所述能量供应站传输关于所述第一电池的电量状态的信息；或者

所述能量供应站还包含电量测量部件，所述电量测量部件在所述无人飞行器在所述能量供应站上着陆时测量所述第一电池的电量状态。

3. 一种为无人飞行器提供能量的方法，所述方法包含：

提供如权利要求1所述的能量供应站；以及

通过所述处理器接收关于所述第一电池的电量状态的信息。

4.一种无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述电池更换站上时支撑所述无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，所述第一电池被配置成用于为所述无人飞行器供电；

可移动电池存储单元，其包含多个收纳仓，所述多个收纳仓被配置成用于共同地存储多个在连接至所述无人飞行器时可为所述无人飞行器供电的电池，其中所述可移动电池存储单元被配置成用于允许所述多个收纳仓相对于所述无人飞行器着陆区域可同时移动；以及

电池替换件，其被配置成用于从所述可移动电池存储单元的收纳仓中获取第二电池，并将所述第二电池连接至所述无人飞行器；

所述电池更换站能够与所述无人飞行器进行通信，并向所述无人飞行器发送在所述电池更换站着陆或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述电池更换站的命令。

5.一种更换无人飞行器电池的方法，包含：

提供如权利要求4所述的无人飞行器电池更换站；

使所述无人飞行器着陆于所述无人飞行器着陆区域上；以及

使用所述电池替换件获取所述第二电池并将所述第二电池连接至所述无人飞行器。

6.一种无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述电池更换站上时支撑所述无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，所述第一电池被配置成用于为所述无人飞行器供电；

可移动电池存储单元，包含收纳仓，所述收纳仓被配置成用于存储在与所述无人飞行器连接后能够为所述无人飞行器供电的第二电池，其中所述可移动电池存储单元被配置成用于允许所述收纳仓绕旋转轴旋转运动；以及

电池替换件，其被配置成用于从所述可移动电池存储单元的收纳仓中获取所述第二电池，并将所述第二电池连接至所述无人飞行器；

所述电池更换站能够与所述无人飞行器进行通信，并向所述无人飞行器发送在所述电池更换站着陆或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述电池更换站的命令。

7. 如权利要求4所述的无人飞行器电池更换站，其中所述可移动电池存储单元包含用于所述多个收纳仓的转盘配置；

所述转盘包含多个配置成用于容纳电池的收纳仓；和/或

所述多个收纳仓能够绕旋转轴旋转；

所述旋转轴为水平朝向；和/或

所述电池替换件为机械升降机；

所述机械升降机也被配置成用于将所述第一电池与所述无人飞行器断开；和/或

所述机械升降机实施所述第二电池从所述可移动电池存储单元至所述无人飞行器的垂直运动；和/或

所述机械升降机实施所述第二电池的水平运动从而将该第二电池连接至所述无人飞行器。

8.一种更换无人飞行器电池的方法，包含：

提供如权利要求6所述的无人飞行器电池更换站；

使所述无人飞行器着陆于所述无人飞行器着陆区域上；以及

使用所述电池替换件获取所述第二电池并将所述第二电池连接至所述无人飞行器。

9.一种更换无人飞行器电池的方法，用于电池更换站，所述方法包含：

产生使无人飞行器自主停靠至所述电池更换站或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述电池更换站的命令，所述电池更换站能够与所述无人飞行器通信；

将所述无人飞行器支撑在所述电池更换站的无人飞行器着陆区域上，其中所述无人飞行器与配置成用于为所述无人飞行器供电的第一电池连接；

借助于电池替换件从所述无人飞行器上移除所述第一电池；以及

在电池存储部分内移动收纳仓，该收纳仓被配置成用于存储在与无人飞行器连接后能为所述无人飞行器供电的第二电池，其中在借助于所述电池替换件移除所述第一电池时，同时移动所述收纳仓。

10. 一种无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述电池更换站上时支撑所述无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，所述第一电池被配置成用于为所述无人飞行器供电；其中所述无人飞行器着陆区域包括至少一个被动着陆向导，所述被动着陆向导被配置成用于（1）在所述无人飞行器在所述着陆区域着陆时，接收所述无人飞行器的外凸特征，和（2）通过利用重力将所述无人飞行器导向所述着陆区域中的预期着陆位置；以及

（a）包含收纳仓的电池存储单元，该收纳仓被配置成用于存储在与所述无人飞行器连接后能够为所述无人飞行器供电的第二电池，或（b）能够为所述无人飞行器的第一电池充电的电池充电单元中的至少一者；

所述电池更换站能够与所述无人飞行器进行通信，并向所述无人飞行器发送在所述电池更换站着陆或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述电池更换站的命令。

11. 如权利要求10所述的无人飞行器电池更换站，其中所述被动着陆向导是倒锥体；

所述预期着陆位置在所述倒锥体中心具有所述无人飞行器的外凸特征；和/或

所述无人飞行器的外凸特征是所述无人飞行器的着陆延伸件，其被设计用于在所述无人飞行器不在空中时用于承受所述无人飞行器的重量；和/或

所述电池充电单元在所述第一电池连接至所述无人飞行器时能够为所述无人飞行器的所述第一电池充电；和/或

其还包含被配置成用于辅助所述无人飞行器着陆的机械臂。

12.一种无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述电池更换站上时支撑所述无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，所述第一电池被配置成用于为所述无人飞行器供电；

电池存储单元，被配置成用于存储在连接至所述无人飞行器时可为所述无人飞行器供电的电池；以及

标记，被配置成用于指示电池更换站上存储的电池的电量状态，以使所述无人飞行器根据所述标记指示的电量状态在所述电池更换站上自主着陆；

所述无人飞行器上设置有用于检测所述标记的传感器，基于检测所述标记的数据，所述无人飞行器的处理器能够产生使所述无人飞行器着陆或飞往下一个其他所述电池更换站的命令。

13. 如权利要求12所述的无人飞行器电池更换站，其中当所述电池更换站不具有可用的电池，所述标记促使所述无人飞行器飞往下一个电池更换站；和/或

所述无人飞行器的传感器用于检测所述标记，当确认所述标记属于所述电池更换站，所述无人飞行器在不需要所述电池更换站的进一步引导或信息的情况下自主在所述电池更换站上着陆；和/或

所述电池更换站接收来自所述无人飞行器的有关无人飞行器位置和无人飞行器机载电池状态的信息；和/或

所述电池更换站还包含处理器，被配置成用于识别和/或计算所述无人飞行器的位置；和/或

所述电池更换站还包含处理器，被配置成用于识别和/或计算下一个最近的电池更换站的位置。

14.如权利要求12或13所述的无人飞行器电池更换站，其中所述标记包含用于辅助所述无人飞行器着陆的可视标记；

所述可视标记包含图像；

当所述无人飞行器识别出指示所述无人飞行器将要着陆的特定图像时，所述图像辅助所述无人飞行器进行着陆；和/或

所述可视标记包含LED灯；

所述LED灯按特定的空间或时间图案进行闪烁，以便所述无人飞行器可识别出指示所述无人飞行器将要着陆的所述特定的空间或时间图案；和/或

所述标记指示所述无人飞行器在所述电池更换站上的着陆位置；和/或

所述标记指示所述电池更换站相对于所述无人飞行器的距离；和/或

所述标记辅助将所述无人飞行器引导至预期着陆点；和/或

所述标记包含由所述电池更换站发射的无线信号。

15. 一种无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述电池更换站上时支撑所述无人飞行器；以及

端口，被配置成通过感应方式对电池充电，所述电池用于为所述无人飞行器供电；

所述电池更换站能够与所述无人飞行器进行通信，并向所述无人飞行器发送在所述电池更换站着陆或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述电池更换站的命令。

16.如权利要求15所述的无人飞行器电池更换站，其中所述端口通过无线方式对所述电池充电；和/或

所述端口具有电连接线，所述电连接线连接至用于测量电池可用电量的处理器，或者所述电连接线连接至用于为所述电池充电的电源。

17.一种无人飞行器电池更换站，所述电池更换站包含：

无人飞行器着陆区域，其被配置成用于在所述无人飞行器停留在所述电池更换站上时支撑所述无人飞行器，所述无人飞行器连接至第一电池，所述第一电池被配置成用于为所述无人飞行器供电；

电池存储单元，被配置成用于存储在连接至所述无人飞行器时可为所述无人飞行器供电的电池；以及

多个端口，所述端口被配置成对所述电池充电，其中所述多个端口（1）可相对于彼此移动，或（2）可同时移动；

所述电池更换站能够与所述无人飞行器进行通信，并向所述无人飞行器发送在所述电池更换站着陆或者使所述无人飞行器飞往下一个其他所述电池更换站的命令。

18. 如权利要求17所述的无人飞行器电池更换站，其中所述多个端口能够绕旋转轴旋转；

所述旋转轴为水平朝向，或者所述旋转轴为垂直朝向；和/或

所述多个端口能够对各种电池类型和电压充电。