TWI542811B - 可避免環架鎖定之傾斜球形轉台 - Google Patents

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Description

可避免環架鎖定之傾斜球形轉台
本發明大致上有關用於監視航空器之可移動的球形轉台，特別是有關具有傾斜及滾動作動之可避免環架鎖定的球形轉台。
越戰的方式現在被想起為直升機戰爭，於伊拉克及阿富汗中之目前衝突可被想起為無人駕駛的航空監視(UAV)飛行器或遙控飛機之使用。遙控飛機可有利於遠端之情報收集，減輕步兵“盲目地”、即幾乎沒有或無關於敵方武力之位置及強度的資訊地進入敵區之需要。遙控飛機可提供近距離作戰支援，例如辨識及消滅所感興趣之目標，減輕需要將士兵及/或飛行員暴露至潛在小的輕武器、迫擊炮、火箭榴彈、路邊炸彈、防空用武器、飛彈、及其他危險。
雖然很多目前使用之遙控飛機係與有人駕駛的航空器大致上相同之縮尺，此航空器係既相當昂貴且可由於其尺寸而被偵測。近來，較小的遙控飛機已被開發，其可被以較大數目部署，且係相對較便宜，導致藉由該領域中之個別單位的較大應用。較小的遙控飛機具有某些權衡，因它們不能承載較大遙控飛機之酬載的數量。再者，由於該航空器之尺寸，用於此較小遙控飛機之動力被限制，且因此操作時期亦被限制。
無人駕駛的遙控飛機航空器典型將攝像機安裝於球形轉台總成中，該球形轉台總成允許三度空間中之移動，以允許該攝像機追蹤地面上之目標，而不會變更該飛行航空器之路徑。例如影像資料的資料可被經由感應器、例如攝像機所捕捉及傳送回至控制器。習知球形轉台總成使用一具有圓柱形或球面的轉台之搖攝傾斜機件，以安裝例如攝像機之感應器。此裝置被由該航空器之底部經由叉架形軛件懸吊，該軛件可經由滾動致動器被旋轉繞著一滾動軸線。於該航空器之飛行的方向中，此一轉台之傾斜動作由指向該攝像機之零度開始往下直至正或負90度傾斜指向該攝像機。如此，此配置傳統地具有一直立之滾動軸線，且一傾斜軸線係由該滾動軸線90度偏置。
目前轉台設計需要環架及呈現一相當大的交叉輪廓之安裝結構。如此，基於安裝用於習知轉台設計之轉台的阻力係一項考慮，尤其當阻力減少燃料效率及減少操作範圍時。於限制具有受限之動力供給的較小遙控飛機之範圍中，此增加的阻力係一顯著之因素。再者，用於某些重要之觀察區域、例如直接在該航空器下方之區域，該環架被鎖定，且因此向右側或左側之搖攝係更難以使用該傳統之致動器接續，因為該傾斜僅只旋轉該轉台朝該航空器的前面或後面。如此，右或左攝全景需要在該滾動軸線上轉動該轉台且接著傾斜該轉台。至於所有零組件，較少之移動零組件係想要的，且這以較小的遙控飛機是尤其真實的，在此該酬載之效率需要被最大化。理想上，藉由環架鎖定 所影響之含蓋範圍的部分應為一較不重要或全然不重要之區域。如上面所說明，目前的環架設計將環架鎖定直接地放在該航空器下方、或使它們直接地指向前方的任一者，且因此環架鎖定實現相當重要之觀察區域。
另一問題係需要供電及將資料取自感應器、例如該球形轉台中之攝像機的線路。於習知球形轉台總成中，此線路禁止該球形轉台上之攝像機的全範圍移動，導致有限之視域。譬如，如果該轉台被旋轉至直接地觀看該航空器下方之區域，該移動被該電線路所限制，其不會允許該球形轉台完全地旋轉。既然對於該轉台完全被旋轉係想要的，傳統安裝件替代用於實體線路之電刷介面(集電環)，其限制該帶寬，藉此限制資料傳送。
如此，其將為想要的是具有一球形轉台安裝系統，以使截面減至最小，且藉此使阻力減至最小。其將亦為想要的是具有一用於球形轉台之安裝系統，其允許用於該球形轉台中之攝像機用的最大含蓋範圍之有效率的致動器。其亦將為想要的是提供一實體之有線連接，以提供較大的資料帶寬。
根據一範例，用於附著在航空器的下表面上之轉台總成被揭示。該總成包含滾動致動器，其包含驅動軸桿。具有橫向構件之軛件被耦接於該驅動軸桿和一對叉尖。該軛件經由該滾動致動器和驅動軸桿沿著一被定向成大致上平 行於該航空器之本體的滾動軸線而被旋轉。轉台被安裝在該軛件之叉尖上。傾斜致動器被包含於該轉台之內。該傾斜致動器在一傾斜軸線上相對於該軛件傾斜該轉台。該傾斜軸線垂直於該滾動軸線。
另一示範例係一具有機身之航空器，該機身具有下表面。控制系統接受來自於地面站之定位命令。資料控制系統將資料傳送至該地面站。滾動致動器包含驅動軸桿。軛件具有耦接至該驅動軸桿和一對叉尖的橫向構件。該軛件經由該滾動致動器及驅動軸桿沿著一被定向成大致上平行於該航空器之本體的滾動軸線而被旋轉。轉台被安裝在該軛件之叉尖上。傾斜致動器位於該轉台之內。該傾斜致動器在一傾斜軸線上相對於該軛件傾斜該轉台。該傾斜軸線垂直於該滾動軸線。
另一示範例為被安裝在軛件的叉尖上之轉台的定位方法，該軛件具有一耦接於驅動軸桿之橫向構件和一對在架航空器的下表面上之叉尖。該轉台經由耦接於該驅動軸桿之滾動致動器沿著一被定向成大致上平行於該航空器之本體的滾動軸線而被旋轉。該轉台在傾斜軸線上相對該軛件於該轉台之內經由一傾斜致動器而被傾斜，該傾斜軸線垂直於該滾動軸線。
本發明之上面摘要係不意欲代表本發明之每一實施例或每一態樣。該詳細之敘述及圖面將敘述本發明之許多實施例及態樣。
圖1A及1B係無人駕駛的偵察航空器100之立體圖。該航空器100具有安裝著左翼104及右翼106的機身102。該航空器100係藉由旋轉螺旋漿110之引擎108來供給動力。該航空器100係以安裝在直梁112上之升降舵114及尾翼116的幫助被穩定化。於此範例中，該航空器100係小到足以被單兵所攜帶，且具有約55節之最高速率及約25節的巡航速率。當然，在此中所敘述之原理可被應用至較大或較小的航空器，該等航空器係比圖1中之示範航空器100更快或較慢。
該航空器100包含由該機身102的下表面120懸吊之球形轉台總成118。該球形轉台總成118包含被安裝在該在下表面120上之外殼124中的球形轉台122。該球形轉台122被安裝在亦為該外殼124的一部分之整流罩126前面。於此範例中，該球形轉台122固持紅外線攝像機130及彩色攝像機132。於此範例中，該紅外線攝像機130可為可用來自FLIR之MicroTau 320或640型攝像機，且該彩色攝像機係5百萬像素模型MT9P031 EO感應器。兩攝像機被建構用於大約每秒30張畫面地拍攝影像之視頻串流，但亦可送出在較高解析度的靜止圖像。當然其他型式之攝像機及/或感應器可被安裝在該球形轉台122中。該球形轉台122係藉由被安裝在該整流罩126上之軛件所旋轉。如將在下面被說明，與該球形轉台總成118結合之整流罩126減少拉力，因為該軛件係在該球形轉台122後 方。藉由用於傾斜及滾動該球形轉台122的致動器，該等攝像機130及132可被引導朝該機身102的下表面120下方之區域。如圖1A所示，該球形轉台已被旋轉至將該等攝像機130及132指向該航空器100之左邊。圖1A顯示一大約之成像區域，該成像區域可藉由在此位置中之攝像機130及132所觀察。圖1B顯示被旋轉至定位該等攝像機130及132以觀察該航空器100的前面之區域的球形轉台122。
圖2A-2E係圖1中之示範球形轉台總成118的特寫鏡頭視圖。圖2A係該示範球形轉台總成118的特寫鏡頭立體圖，圖2B係該示範球形轉台總成118的底部視圖，圖2C係該示範球形轉台總成118的側視圖，圖2D係該示範球形轉台總成118的正面圖，且圖2E係該示範球形轉台總成118的後視圖。該球形轉台總成118包含經由環架總成200被安裝在圖1的下表面120上之整流罩126上的球形轉台122。軛件202由該整流罩126延伸。該軛件202包含一對叉尖204及206，該等叉尖經由栓銷208及210固持該球形轉台122。該等叉尖204及206具有來自該等栓銷208及210之個別的相反端部，並藉由橫桿212所連接。該橫桿212係附著至由該整流罩126支撐該軛件202的滾動驅動軸桿214。該球形轉台122包含防水及密封的外表面220，以保護被儲存在其中之機械及電零組件、例如該等攝像機130及132。既然該軛件202不具有任何作動或電子零組件，需要防水的零件之數目亦被減少。該外 表面220具有一用於該紅外線攝像機130之孔222及一用於該彩色攝像機132的安裝圓筒224。
滾動軸線被虛線240所表示，其相對該航空器100指向前。如將被說明，該球形轉台122可經由該滾動驅動軸桿214繞著該滾動軸線240被旋轉，該滾動驅動軸桿214係藉由該整流罩126中之滾動致動器所旋轉。藉由虛線250所表示之傾斜軸線係與該滾動軸線240成90度偏置。該球形轉台122係因此在該等叉尖204及206上經由該轉台122中所含有之傾斜致動器繞著該傾斜軸線250旋轉。含有用於動力、資料及通訊之線路的線束260由該整流罩126經過該驅動軸桿214的內部延伸至該球形轉台122，並被附著至該軛件202，且順著該叉尖204至該球形轉台122的內部。
圖3A-3L係該示範球形轉台122於各種傾斜及滾動程度中之側面及正面圖，以相對圖1中之航空器100的下表面120上之整流罩126定位該紅外線攝像機130及該彩色攝像機132。圖3A係側視圖，且圖3B係球形轉台122在該傾斜軸線250上之零度傾斜及在該滾動軸線240上之零度滾動的正面圖。如圖3A-3B所顯示，該紅外線攝像機130係直接地往下指向地面。該軛件202係經由該作動該驅動軸桿214通過該整流罩126中之傾斜致動器定位，以相對該滾動軸線240旋轉該叉尖204及206。該球形轉台122係藉由在該球形轉台122內之傾斜致動器於零度相對該傾斜軸線250旋轉。為了觀看直接在該球形轉台122之 右側或左側的區域，該軛件202係經由該驅動軸桿214所旋轉，如此避免環架鎖定。
圖3C係側視圖，且圖3D係該球形轉台122在大約正七十度傾斜及零度滾動之正面圖。於圖3C及3D中，該球形轉台122已繞著該傾斜軸線250由圖3A及3B所示位置通過該致動器被作動。繞著該滾動軸線240之旋轉保持相同，且因此該攝像機130及132正在離該水平面往下二十度之角度指向該航空器100的前方。
圖3E係側視圖，且圖3F係該球形轉台122在大約負七十度傾斜及零度滾動之正面圖。於圖3E及3F中，該球形轉台122已繞著該傾斜軸線250由圖3A及3B所示位置通過該致動器被作動。繞著該滾動軸線240之旋轉保持相同，且因此該攝像機130及132正在離該水平面往下二十度之角度指向該航空器100的後方。
圖3G係側視圖，且圖3H係該球形轉台122在零度傾斜及正九十度滾動之正面圖。於圖3G及3H中，該球形轉台122已繞著該滾動軸線240由圖3A及3B所示位置藉由轉動該驅動軸桿214及藉此該軛件202而被作動。繞著該傾斜軸線250之旋轉保持相同，且因此該攝像機130及132正指向該航空器100的左邊。
圖3I係側視圖，且圖3J係該球形轉台122在零度傾斜及負九十度滾動之正面圖。於圖3I及3J中，該球形轉台122已繞著該滾動軸線240由圖3A及3B所示位置藉由轉動該驅動軸桿214及藉此該軛件202而被作動。繞著 該傾斜軸線250之旋轉保持相同，且因此該攝像機130及132正指向該航空器100的右邊。
圖3K係側視圖，且圖3L係該球形轉台122在正二十度傾斜及正一百一十度滾動之正面圖。於圖3K及3L中，該球形轉台122已繞著該滾動軸線240由圖3A及3B所示位置通過轉動該驅動軸桿214而被作動。藉由相對該軛件202轉動該球形轉台122，繞著該傾斜軸線250之旋轉係在約二十度。該等攝像機130及132係因此在該航空器100之飛行路徑的平面上方之某一角度指向該航空器100的左前側。
圖4A及4B係圖2之示範球形轉台122及該相關球形轉台總成118的截面圖。如圖4A-4B所示，該球形轉台122的內表面400封入各種機械及電零組件。該紅外線攝像機130被安裝在電路板410上，而該彩色攝像機132被安裝在電路板420上。該電路板410及420被固定在該內表面400上，以便將該紅外線攝像機130定向成經過該孔222及將該彩色攝像機132定向成經過該安裝圓筒224。該傾斜致動器包含旋轉一驅動軸桿432之傾斜馬達430。該驅動軸桿432驅動齒輪箱434中之齒輪。該齒輪箱434由該馬達430往下移位該旋轉，以旋轉一被安裝在該栓銷208上之驅動軸桿436，該栓銷可旋轉地耦接至該軛件202的叉尖204。該軛件202之另一叉尖206係可旋轉地安裝在該球形轉台122外部上之栓銷210上。
該軛件202係安裝在被連接至該整流罩126之驅動軸 桿214上。該整流罩126封入用於該滾動或搖攝動作的致動器。該滾動致動器如此驅動該驅動軸桿214及該軛件202。該整流罩126封入搖攝或滾動馬達440，該馬達旋轉一驅動軸桿442，該驅動軸桿驅動一齒輪箱444。該齒輪箱444依序驅動該驅動軸桿214，以旋轉該軛件202。圖4C係包含該整流罩126及該球形轉台122的外殼124之俯視圖。該整流罩126封入固持該電子元件的電路板450，用於控制該傾斜及滾動致動器。直立之翼片452包含電子連接器454，其提供連接至該機身102中所含有之電子零組件。一組電纜456由該連接器454延伸經過一孔458，以提供控制及資料信號至該整流罩126及該球形轉台122中之電子零組件、及由該電子零組件提供控制及資料信號。
如圖2B所示，含有用於動力、資料及通訊的線路之線束260由該整流罩126經過集電環總成及該驅動軸桿214的內部延伸至該球形轉台122。如圖2B及2C所示，該線束260被附著至該軛件202，且順著該叉尖204至該球形轉台122的內部。用於該滾動及傾斜致動器之控制元件防止該球形轉台122轉動該軛件202至纏結該線束260。既然該資料連接係由例如該攝像機130及132之感應器硬接線，最大帶寬可從藉由該等攝像機130及132所取得之影像資料被達成。
此配置允許該轉台122中之攝像機130及132有所感興趣之區域的最大視域、及減少該轉台總成118之阻力。 如上面所說明，驅動該軛件202之搖攝或滾動機構(致動器)係位在該整流罩126中之球形轉台122後方。既然用於該滾動動作的致動器被安裝在該整流罩126中，且移動僅只發生於該整流罩126中之滾動致動器中，以旋轉固持該球形轉台122之軛件202，該軛件202沒有移動零件或電子零組件。這允許該球形轉台122及整流罩126獨自成為防水的，以保護該球形轉台122中所含有之球形轉台總成118的電子及機械零組件。
圖5係圖1中之航空器100的球形轉台總成118及機身102中之電子及機械控制系統與資料擷取系統的方塊圖。完全相同之元件被標以與圖1-4中完全相同之參考數字。該控制系統包含球形轉台控制系統500、飛行器控制系統502、及資料處理系統504。如將被說明，於此範例中，該控制系統502及資料處理系統504被整個儲存在該航空器100之機身102內。
該球形轉台控制系統500包含機械式致動器，以相對該航空器100以及電子模組510滾動及傾斜該球形轉台122，以管理由該攝像機130及132所輸出之資料。該電子模組510被包含在該球形轉台122內，且包含被耦接至視頻控制器512的攝像機130及132。該攝像機130及132輸出原始影像資料至視頻控制器512。該視頻控制器512於此範例中係現場可程式閘陣列(FPGA)，其建構成處理來自該攝像機130及132之平行的原始影像資料。該FPGA被建構成接受來自該攝像機130及132之平行的資 料，及串聯化該資料供該視頻輸出。該視頻控制器512之輸出被送至二USB埠514及516。當然該資料可使用其他輸出介面被路由。該USB埠514及516被耦接至該航空器100的機身102中之資料處理系統504。
該球形轉台控制系統500包含一控制該傾斜馬達430之傾斜控制模組520、及控制該滾動馬達440的搖攝或滾動控制模組522。如上面所說明，於圖2A中，該傾斜控制模組520被包含在該轉台122中，而該搖攝或滾動控制模組522及滾動馬達440被包含於該整流罩126中。該傾斜控制模組520及該滾動控制模組522被耦接至一組角感應器524，該感應器感應該轉台122之位置。於此範例中，該角感應器524係磁性感應器，其追蹤該軛件202上之磁鐵，以感應該傾斜角位置，及追蹤該滾動驅動軸桿上之另一磁鐵，以感應該滾動角位置。序列周邊介面(SPI)耦合器526連接該視頻控制器512與該傾斜控制模組520，以提供視頻顯示器上之資料，用於排列一影像的方向之目的、例如用於補償旋轉及圖像變比。
該視頻資料處理系統504由該USB埠514及516經由視頻輸入控制器530接收串聯視頻資料。該串聯視頻資料包含如何顯示每一影像框、例如旋轉及比例的資訊。該視頻資料處理系統504可包含FPGA，以將該原始視頻資料轉換成一資料傳送至地面站。該視頻資料處理系統504可根據藉由該控制器530所儲存之設定施行試探/追踪裝置。該視頻輸入控制器530如此由該USB埠接收該輸入 串聯視頻資料514及516，且逐幀地穩定該視頻。該視頻輸入控制器530亦偏置該視頻顯示器，且平滑幀與幀之間的影像，以濾出快速的移動。該視頻資料處理系統504亦可施行該視頻資料上之自動增益控制測定，並使該結果返回至該地面站。
該球形轉台控制系統500亦包含該飛行器控制系統502，其經由CAN(controller area network，控制器區域網路)連接器560將控制信號送至該傾斜控制模組520及該滾動控制模組522，以相對該航空器100定位該球形轉台122。該飛行器控制系統502由遠端地面控制器(未示出)接收命令。該地面控制器可傳送命令，以經由控制裝置、例如操縱桿定位該球形轉台122。該飛行器控制系統502將所接收之命令發送至該傾斜控制模組520及該滾動控制模組522，以經由該傾斜及滾動馬達430及440將該球形轉台122旋轉至該想要位置。該飛行器控制系統502亦基於該航空器100上之位置及速率感應器提供感應器及狀態估計。該航空器之位置係經由該CAN連接器560從該飛行器控制系統502傳送至該控制系統500，當作用於一演算法的輸入資料，以穩定及定向該轉台122，以維持在一地面目標上之鎖定，且因此補償該航空器100之移動。該演算法在該滾動控制模組522中之處理器700上運行，如將在下面被說明。該演算法將例如該航空器狀態估計及機身角速率的航空器狀態資料在內部地轉換成一狀態估計，且接著基於該資料傳送命令至該馬達控制器軟體， 其在該個別之傾斜控制模組520及該滾動控制模組522的皮層處理器600及700(圖6及7所示)上運行，以調整該球形轉台122之傾斜及滾動。該飛行器控制系統502亦經由該CAN連接器560提供例如航向點、飛行模式、操縱桿命令、及攝像機控制資料的任務資料至該轉台控制系統500。藉由傳送用於集成影像的攝像機選擇命令及攝像機控制資料，該飛行器控制系統502亦與該視頻資料處理系統504介接。
圖6係球形轉台控制系統500之方塊圖，其包含圖2中之球形轉台122中所含有的各種電路板及電子零組件。如上面所說明，該傾斜控制模組520含有至該紅外線攝像機130及該彩色攝像機132的輸入及輸出。該傾斜控制模組520亦被耦接至該傾斜馬達430。
該控制系統500包含皮層處理器(cortex processor)600、傾斜馬達電流感應器602、傾斜角感應器604、電橋606、CAN接收器/發射器608、及功率調整器610。該皮層處理器600回應於在該CAN接收器/發射器608上所接收之命令經由該電橋606控制該馬達430。該皮層處理器600由該馬達感應器602及該角感應器604獲得馬達旋轉資料，並將該資料送至該CAN接收器/發射器608。於此範例中，該角感應器604係角或緊接的霍爾效應感應器，其感應軛件202上之磁鐵的磁場，以決定該球形轉台122之角位置。包含馬達控制連接器630、CAN連接器632、一對USB連接器634及636、與電源連接器638的一系列 連接器被捆束在該線束260中，以將該控制系統500連接至該整流罩126中之零組件。
該功率調整器610由該電源連接器638接收電力，該電源連接器638被耦接至藉由該航空器100所承載之例如電池的電源。該功率調整器610在該電子零組件所特有之不同電壓提供電力至該電零組件。
圖7係圖2中之球形轉台總成118中的滾動控制系統522之方塊圖。該滾動控制系統522包含皮層處理器700、滾動馬達電流感應器702、滾動角感應器704、電橋706、CAN接收器/發射器708、第二CAN接收器發射器710、傾斜系統介面712、功率調整器714、與控制系統介面716。回應於該CAN接收器/發射器710上所接收之命令，該皮層處理器700以馬達控制輸入718至該電橋706控制該滾動或搖攝馬達440。該皮層處理器700經由該CAN接收器/發射器708、經由該傾斜介面712至該傾斜控制模組520分程遞送傾斜命令。該皮層處理器700由該馬達感應器702及該角感應器704獲得馬達旋轉資料，並將該資料送至該CAN接收器/發射器708，其將該資料送至圖5中之飛行器控制系統502。於此範例中，該角感應器704係角或緊接的霍爾效應感應器，其感應被安裝在該軛件202上之磁鐵的磁場，以決定該球形轉台122之滾動角位置。
該功率調整器714由電力輸入720接收電力，該電力輸入720被耦接至藉由該航空器100所承載之例如電池的 電源。該功率調整器714在該電子零組件所特有之不同電壓提供電力至該電零組件。
以該球形轉台122之本組構，既然該轉台122被安裝於該整流罩126前面，堅固的線路連接可被使用，例如該滾動致動器控制及該球形轉台122中的電子控制間之線束260，藉此消除集電環或電刷組構。當該攝像機130及132被指向下至地面並移往該左側或右側時，因為該航空器100之本體的此安裝及自然限制，該搖攝及傾斜移動不會扭轉該線束。當將該攝像機130及132直接定位在該航空器下方用於例如測繪之應用時，此一組構亦避免環架鎖定。該整流罩126會同該外殼124圍繞該球形轉台122，且用作具有減少之截面的平滑表面，以減少阻力。
圖8係在該航空器100之不同速率的一系列阻力縱向分佈圖，具有於阻力面積中所測量之各種截面。該水平軸線代表該球形轉台總成118之阻力面積，而該直立軸線代表該航空器100之續航力。實線800代表在海平面於巡航速率的阻力。實線802代表在12,500呎之高度於巡航速率的阻力。虛線804代表在最大航速於海平面的阻力。虛線806代表在最大航速於12,500呎高度的阻力。
如圖8所示，該航空器之續航力被該球形轉台總成118之截面積所建立的阻力所影響。該球形轉台總成118之截面積越大，則該航空器之續航力越短。箭頭810代表圖2-4中之球形轉台總成118的安裝之截面積。如可被顯示，該球形轉台122會同該整流罩126減少該球形轉台 122的前方輪廓及減少阻力。如上面所說明，該搖攝或滾動機構(致動器)被包含在該整流罩126中及在該球形轉台122後方，藉此減少來自此零組件之阻力。
圖9係一圖形，顯示該球形轉台122相對該攝像機130及132之定位的想要面積。直立軸線900代表該縱剖圖，其被該球形轉台122之滾動及傾斜的結合所控制。該縱剖圖被該航空器100之機身102所限制，且因此其範圍由負90度(往下一直)至正20度。水平軸線902代表該方位角，其範圍由負180度至正180度。一組面積904代表用於例如監視及偵察的功能之攝像機130及132的一般位置。一組其他面積906代表被該航空器100所阻斷之面積。一組面積908代表可為在各種任務期間用於該攝像機130及132之潛在位置的其他面積。一組面積910代表用於例如測繪的功能之攝像機130及132的一般位置。於先前系統中，由於環架鎖定，這是該組最受有限性能所影響之面積。最後組之面積912代表所感興趣的下方或最小觀察的區域(換句話說，在地平線上方且大致上在該飛行器前方的面積)。在該面積912內者可在於一面積或區域(例如在下面於圖10中所敘述之面積1006)，在此該轉台122之性能被該轉台之環架鎖定所限制及/或影響。如此，此面積912典型對於任何預料的環架操作及功能係不使用或不重要。亦即，藉由在其典型之操作期間對齊該滾動軸線而被引導在該地平線上方及於該航空器100的前面，環架鎖定之區域或面積被放置，使得其在該球形轉台122之典 型操作上將具有最小至無影響。
圖10係圖1A-1B中之示範航空器100於飛行中的視圖，而具有該球形轉台122之環架鎖定的面積、例如那些在圖9中之圖式的面積912中所顯示者。該航空器100被顯示為相對一代表該地平線之線1000在飛行中。如圖10所示，該航空器100大致上係相對該地平線1000在一角度飛行(亦即，該航空器當飛行時可相對該地平線具有攻擊之正角度、或大致上水平之行進方向)。該轉台122大致上被指向在地面上之面積、例如避免環架鎖定之面積1002。該轉台122可被指向至一面積1004，其係直接在該航空器1000之飛行的前方及由於該航空器100相對該地平線1000之角度而避免環架鎖定。如可在圖10中被看見，當指向在該面積1004時，該球形轉台122係真正地相對航空器100的中心軸線傾斜。在一位置1006於該地平線1000上方，該球形轉台122係於環架鎖定中，其係與代表該轉台122之傾斜軸線的虛線1008對齊。該面積1006係在該地平線1000上方，且因此大致上未被使用(當該飛行器典型被使用於觀察與追蹤以地面為基礎之物體時)，藉此避免環架鎖定。該滾動軸線之此定位亦提供允許滾動軸線控制馬達或致動器被定位在該整流罩中之利益，該整流罩被直接地定位在該球形轉台122後方(例如圖1-4中所示及在此中參考上文之整流罩126)。
例如圖5中之視頻控制器512的各種控制器、及圖6及7中之皮層處理器600及700可使用一個以上的多種用 途電腦系統、微處理器、數位信號處理器、微控制器特定應用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯裝置(PLD)、現場可程式化邏輯裝置(FPLD)、現場可程式閘陣列(FPGA)、與類者等被方便地提供，根據該教導來設計程式，如在此中所敘述及說明，如將被那些熟諳該電腦、軟體、及網路技術者所了解。
雖然本發明已參考一個以上的特別實施例被敘述，那些熟諳此技術者將認知可對其作成很多變化，而不會由本發明之精神及範圍脫離。這些實施例之每一者及其明顯的變化被考慮為落在所主張之發明的精神及範圍內，該發明在以下之申請專利範圍中所提出。
100‧‧‧航空器
102‧‧‧機身
104‧‧‧左翼
106‧‧‧右翼
108‧‧‧引擎
110‧‧‧螺旋漿
112‧‧‧直梁
114‧‧‧升降舵
116‧‧‧尾翼
118‧‧‧球形轉台總成
120‧‧‧下表面
122‧‧‧球形轉台
124‧‧‧外殼
126‧‧‧整流罩
130‧‧‧紅外線攝像機
132‧‧‧彩色攝像機
200‧‧‧環架總成
202‧‧‧軛件
204‧‧‧叉尖
206‧‧‧叉尖
208‧‧‧栓銷
210‧‧‧栓銷
212‧‧‧橫桿
214‧‧‧滾動驅動軸桿
220‧‧‧外表面
222‧‧‧孔
224‧‧‧圓筒
240‧‧‧滾動軸線
250‧‧‧傾斜軸線
260‧‧‧線束
400‧‧‧內表面
410‧‧‧電路板
420‧‧‧電路板
430‧‧‧傾斜馬達
432‧‧‧驅動軸桿
434‧‧‧齒輪箱
436‧‧‧驅動軸桿
440‧‧‧滾動馬達
442‧‧‧驅動軸桿
444‧‧‧齒輪箱
450‧‧‧電路板
452‧‧‧翼片
454‧‧‧連接器
456‧‧‧纜線
458‧‧‧孔
500‧‧‧球形轉台控制系統
502‧‧‧飛行器控制系統
504‧‧‧資料處理系統
510‧‧‧電子模組
512‧‧‧視頻控制器
514‧‧‧USB埠
516‧‧‧USB埠
520‧‧‧傾斜控制模組
522‧‧‧滾動控制模組
524‧‧‧感應器
526‧‧‧耦合器
530‧‧‧視頻輸入控制器
560‧‧‧CAN連接器
600‧‧‧處理器
602‧‧‧傾斜馬達電流感應器
604‧‧‧傾斜角感應器
606‧‧‧電橋
608‧‧‧接收器/發射器
610‧‧‧功率調整器
630‧‧‧馬達控制連接器
632‧‧‧CAN連接器
634‧‧‧USB連接器
636‧‧‧USB連接器
638‧‧‧電源連接器
700‧‧‧處理器
702‧‧‧滾動馬達電流感應器
704‧‧‧滾動角感應器
706‧‧‧電橋
708‧‧‧接收器/發射器
710‧‧‧接收器/發射器
712‧‧‧傾斜系統介面
714‧‧‧功率調整器
716‧‧‧控制系統介面
718‧‧‧馬達控制輸入
720‧‧‧電力輸入
900‧‧‧直立軸線
902‧‧‧水平軸線
904‧‧‧面積
906‧‧‧面積
908‧‧‧面積
910‧‧‧面積
912‧‧‧面積
1000‧‧‧線
1002‧‧‧面積
1004‧‧‧面積
1006‧‧‧面積
1008‧‧‧虛線
本發明的前面及其他優點將於閱讀以下之詳細敘述及於參考該等圖面時變得明顯。
圖1A及1B係具有示範球形轉台總成之無人駕駛的監視航空器之立體圖；圖2A係安裝在圖1的航空器上之示範球形轉台總成的特寫鏡頭立體圖；圖2B係圖2A中之示範球形轉台總成的底部視圖；圖2C係圖2A中之示範球形轉台總成的側視圖；圖2D係圖2A中之示範球形轉台總成的正面圖；圖2E係圖2A中之示範球形轉台總成的後視圖；圖3A-3L係該示範球形轉台於各種傾斜及滾動位置中 之側面及正面圖；圖4A係圖2A之示範球形轉台及相關零組件的截面圖；圖4B係取自圖4A中沿著剖線4B-4B'的圖2A之示範球形轉台的截面俯視圖；圖4C係圖2A之示範球形轉台總成的截面俯視圖：圖5係圖2中之球形轉台總成中的電子及機械控制系統及資料擷取系統之方塊圖；圖6係圖2中之球形轉台中的傾斜控制系統及資料擷取控制系統之方塊圖；圖7係圖2中之球形轉台安裝件中的搖攝或滾動控制系統之方塊圖；圖8係一圖解，顯示圖1中之球形轉台的設計之阻力參數；圖9係用於圖1中之球形轉台的滾動及傾斜作動之最常使用的觀察區域之編碼圖解；及圖10係圖1A-1B中之示範航空器於飛行中的視圖，且具有該球形轉台之環架鎖定的區域。
雖然本發明對於各種修改及另外選擇形式係敏感的，特定之實施例已當作範例被顯示於該圖面中，且將在此中被詳細地敘述。然而，應了解本發明不意欲受限於所揭示之特別形式。反之，本發明係含蓋所有落在本發明之精神及範圍內的修改、同等項、及另外選擇，如藉由所附申請專利範圍所界定者。
100‧‧‧航空器
102‧‧‧機身
104‧‧‧左翼
106‧‧‧右翼
108‧‧‧引擎
110‧‧‧螺旋漿
112‧‧‧直梁
114‧‧‧升降舵
116‧‧‧尾翼
118‧‧‧球形轉台總成
120‧‧‧下表面
122‧‧‧球形轉台
124‧‧‧外殼
126‧‧‧整流罩
130‧‧‧紅外線攝像機
132‧‧‧彩色攝像機

Claims (12)

  1. 一種用於附著在航空器的下表面上之轉台總成，該總成包括：滾動致動器，包含一驅動軸桿；軛件，具有一耦接至該驅動軸桿之橫向構件和一對叉尖，該軛件經由該滾動致動器及驅動軸桿沿著一被定向成大致上平行於該航空器之本體的滾動軸線而被旋轉；轉台，被安裝在該軛件之叉尖上；傾斜致動器，在該轉台之內，該傾斜致動器在一傾斜軸線上相對於該軛件傾斜該轉台，該傾斜軸線垂直於該滾動軸線；含有該滾動致動器之整流罩，該整流罩被耦接至該航空器的下表面及在該轉台後方；以及在該整流罩及該轉台間之線束，該線束被安裝在該軛件上。
  2. 如申請專利範圍第1項之轉台總成，其中該轉台具有大致上為球面的形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項之轉台總成，其中該轉台具有一孔並包含一被定位於該孔內之感應器。
  4. 如申請專利範圍第3項之轉台總成，其中該感應器包含彩色攝像機及紅外線攝像機之至少一者。
  5. 如申請專利範圍第4項之轉台總成，另包括位在該轉台內之視頻控制器，該視頻控制器耦接至該感應器且由該感應器提供一視頻輸出。
  6. 如申請專利範圍第1項之轉台總成，其中該傾斜致動器包含處理器及傾斜馬達，且該滾動致動器包含處理器和滾動馬達，該處理器接受定位輸入並控制該個別之傾斜和滾動馬達以定位該球形轉台。
  7. 一種航空器，包括：機身，具有一下表面；控制系統，接受來自於地面站之定位命令；資料控制系統，用於將資料傳送至該地面站；滾動致動器，包含驅動軸桿；軛件，具有一耦接至該驅動軸桿之橫向構件，和一對叉尖，該軛件經由該滾動致動器及驅動軸桿沿著一被定向成大致上平行於該航空器之本體的滾動軸線而被旋轉；轉台，被安裝在該軛件之叉尖上；傾斜致動器，在該轉台之內，該傾斜致動器在一傾斜軸線上相對於該軛件傾斜該轉台，該傾斜軸線垂直於該滾動軸線；含有該滾動致動器之整流罩，該整流罩被耦接至該航空器的下表面及在該轉台後方；以及在該整流罩及該轉台間之線束，該線束被安裝在該軛件上。
  8. 如申請專利範圍第7項之航空器，其中該轉台具有大致上為球面的形狀。
  9. 如申請專利範圍第7項之航空器，其中該轉台具有一孔並包含一被定位於該孔內之感應器。
  10. 如申請專利範圍第9項之航空器，其中該感應器包含彩色攝像機及紅外線攝像機之至少一者。
  11. 如申請專利範圍第9項之航空器，另包括位在該轉台內之視頻控制器，該視頻控制器耦接至該感應器且由該感應器提供一視頻輸出。
  12. 如申請專利範圍第7項之航空器，其中該傾斜致動器包含處理器及傾斜馬達，且該滾動致動器包含皮層控制器和滾動馬達，該處理器接受定位輸入並控制該個別之傾斜和滾動馬達以定位該球形轉台。
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