TWI609818B - 具有可調整瞄準組件的無人駕駛飛行器 - Google Patents

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Abstract

揭示用於操作UAV的各種實施例的方法、設備和系統。各種實施例包括具有樞轉平臺、傾斜組裝件、和處理器的UAV。該樞轉平臺可被配置成選擇性地相對於UAV的框架傾斜。該傾斜組裝件可被配置成改變樞轉平臺的傾斜角。處理器可以並耦合到該傾斜組裝件並且配置有用以決定是否要實現對樞轉平臺的傾斜角的第一改變以導致對該UAV的升力/阻力剖線的第一調整的處理器可執行指令。處理器亦可被配置成回應於決定應實現該第一改變而啟動該傾斜組裝件以實現對該樞轉平臺的傾斜角的所決定的第一改變。

Description

具有可調整瞄準組件的無人駕駛飛行器
本案係關於具有可調整瞄準組件的無人駕駛飛行器。
亦被稱為「無人機」的無人駕駛飛行器(UAV)通常用於遞送、調查、攝影、及/或功率或通訊中繼器功能。一些UAV包括瞄準特定方向以用於操作的平面組件(諸如天線和太陽能面板)。作為正常飛行的一部分，旋翼驅動的UAV(例如，四軸飛行器)下俯以在行進方向上從飛行旋翼施加推力。然而，下俯導致平面陣列平臺亦傾斜，這可造成UAV的負升力。儘管可增加到旋翼的功率以產生更多升力來補償傾斜面板產生的負升力，但這往往由於對電池的增加的功率汲取而減小UAV的操作範圍並減少飛行時間。
各種實施例包括具有樞轉平臺、傾斜組裝件、和處理器的UAV以及用於操作此類UAV的方法。該樞轉平臺可以被樞轉地耦合到UAV的框架並被配置成選擇性地相對於該框架傾斜，並且該傾斜組裝件可被配置成改變樞轉平臺的傾斜角。處理器可以被耦合到該傾斜組裝件， 並且該處理器可以配置有用以決定是否要實現對該樞轉平臺的傾斜角的第一改變以導致對該UAV的升力/阻力剖線的第一調整的處理器可執行指令。處理器可回應於決定應實現第一改變而啟動該傾斜組裝件以實現對該樞轉平臺的傾斜角的所決定的第一改變。
在一些實施例中，瞄準組件可以被固定至該樞轉平臺或以其他方式由該樞轉平臺支承，並且該瞄準組件可包括在第一瞄準方向上背離該樞轉平臺的瞄準表面。該瞄準組件可以在第一瞄準方向在延伸離開該UAV的第一方向弧內延伸時以可接受水平操作。傾斜角的第一改變可導致對第一瞄準方向的相應改變。處理器亦可配置有用以基於第一瞄準方向、第一方向弧、以及對升力/阻力剖線的第一調整來決定是否要實現對樞轉平臺的傾斜角的第一改變的處理器可執行指令。
在一些實施例中，該樞轉平臺可以中央地安裝在框架的上側，且第一瞄準方向可以在該UAV上方延伸。在一些實施例中，該樞轉平臺可以中央地安裝在框架的下側，且第一瞄準方向可以在該UAV下方延伸。在一些實施例中，該樞轉平臺可以是圍繞該框架的環形結構。
在一些實施例中，瞄準組件可包括平面天線、反射器、太陽能面板、相機、及/或無線供電鏈路。在一些實施例中，樞轉平臺可包括中空的錐形結構，其較寬的開口端與傾斜組裝件隔開，並且瞄準組件可以是被配置成接收功率以用於為UAV進行再充電的無線再充電目標。 在一些實施例中，該中空的錐形結構用作UAV的主起落架組裝件。
在一些實施例中，該傾斜組裝件可包括被配置成將樞轉平臺驅動至對傾斜角的所決定的第一改變的伺服機構。在一些實施例中，一旦被啟動，該傾斜組裝件就可允許傾斜角回應於對UAV施加的外力而改變。在一些實施例中，傾斜組裝件可包括被配置成引發對傾斜角的所決定的第一改變的偏置元件。
在一些實施例中，UAV可包括耦合到處理器的感測器，且該處理器可以配置有用以從該感測器接收輸入並使用從感測器接收到的輸入來決定用於決定是否應調整傾斜角的至少一個傾斜角調整因素的處理器可執行指令。在一些實施例中，UAV可包括耦合到處理器的接收器，且處理器可以配置有用以從接收器接收輸入並使用從接收器接收到的輸入來決定用於決定是否應調整傾斜角的至少一個傾斜角調整因素的處理器可執行指令。
一些實施例包括操作UAV的方法，該方法包括在處理器中接收用於評估樞轉平臺相對於UAV的框架的傾斜角的第一輸入，選擇性地相對於框架傾斜該樞轉平臺，並且對傾斜角的第一改變導致對UAV的升力/阻力剖線的第一調整。基於該第一輸入，處理器可決定從由第一瞄準方向、第一方向弧、以及對升力/阻力剖線的第一調整組成的組中選擇的至少一個傾斜角調整因素。在一些實施例中，對傾斜角的第一改變可基於第一瞄準方向、第一 方向弧、以及對升力/阻力剖線的第一調整來決定，並且該傾斜組裝件可被啟動以根據該第一改變來改變傾斜角。
在一些實施例中，啟動傾斜組裝件以改變傾斜角可包括啟動伺服機構及/或允許偏置元件、環境力、和氣動力中的至少一者誘發對傾斜角的改變，這可包括將樞轉平臺從第一固定位置釋放。在一些實施例中，可以在樞轉平臺到達第二位置時偵測到該傾斜角達成第一改變，此刻該樞轉平臺可被鎖定在第二位置。可啟動UAV的元件以用於基於對傾斜角的第一改變來發起空中操縱。
其他實施例可包括一種具有用於執行上述方法操作的功能的裝置的UAV。其他實施例包括非瞬態處理器可讀儲存媒體，其上儲存有處理器可執行指令，這些處理器可執行指令配置成使處理器執行對以上論述的方法操作的操作。
100‧‧‧UAV
110‧‧‧框架
120‧‧‧旋翼
130‧‧‧瞄準組件
131‧‧‧瞄準表面
133‧‧‧第一側
135‧‧‧第二側
140‧‧‧樞轉平臺
145‧‧‧傾斜組裝件
150‧‧‧控制單元
160‧‧‧處理器
161‧‧‧記憶體
163‧‧‧導航單元
165‧‧‧陀螺儀/加速度計單元
167‧‧‧航空電子模組
170‧‧‧供電模組
175‧‧‧有效載荷保護單元
180‧‧‧輸入模組
182‧‧‧感測器
185‧‧‧輸出模組
190‧‧‧無線電模組
191‧‧‧天線
245‧‧‧傾斜組裝件
250‧‧‧伺服機構
345‧‧‧傾斜組裝件
350‧‧‧樞轉機構
445‧‧‧傾斜組裝件
450‧‧‧樞轉機構
600‧‧‧UAV
610‧‧‧框架
630‧‧‧瞄準組件
631‧‧‧瞄準表面
640‧‧‧樞轉平臺
700‧‧‧UAV
730‧‧‧瞄準組件
740‧‧‧錐形樞轉平臺
800‧‧‧UAV
841‧‧‧上側樞轉平臺
842‧‧‧下側樞轉平臺
900‧‧‧UAV
910‧‧‧框架
930‧‧‧瞄準組件
940‧‧‧樞轉平臺
945‧‧‧傾斜組裝件
1000‧‧‧方法
1010‧‧‧方塊
1020‧‧‧方塊
1030‧‧‧方塊
1040‧‧‧方塊
1050‧‧‧方塊
1100‧‧‧方法
1110‧‧‧方塊
1120‧‧‧方塊
1130‧‧‧方塊
1140‧‧‧方塊
1150‧‧‧方塊
1160‧‧‧方塊
1200‧‧‧方法
1210‧‧‧方塊
1215‧‧‧方塊
1220‧‧‧方塊
1230‧‧‧方塊
1240‧‧‧方塊
1250‧‧‧方塊
1260‧‧‧方塊
1300‧‧‧無線通訊設備
1308‧‧‧無線電信號收發機
1310‧‧‧天線
1312‧‧‧觸控式螢幕面板
1314‧‧‧揚聲器
1315‧‧‧話筒
1320‧‧‧外殼
1322‧‧‧電源
1324‧‧‧實體按鈕
1326‧‧‧電源按鈕
1328‧‧‧加速度計
1355‧‧‧無線信號
1400‧‧‧伺服器
1401‧‧‧處理器
1402‧‧‧揮發性記憶體
1403‧‧‧磁碟機
1404‧‧‧網路存取埠
1405‧‧‧網路
1406‧‧‧壓縮光碟(CD)或DVD碟驅動器
α‧‧‧第一瞄準方向
β‧‧‧第一方向弧
A、A’、A”‧‧‧傾斜角
B、b‧‧‧平臺角
D‧‧‧阻力量
F‧‧‧中心面
H‧‧‧水平面
L‧‧‧升力量
P‧‧‧平檯面
TD‧‧‧行進方向
納入本文且構成本說明書一部分的附圖示說了示例性實施例，並與以上提供的一般描述和下面提供的詳細描述一起用來解釋各個實施例的特徵。
圖1A是根據各種實施例的具有瞄準組件以及樞轉平臺的UAV的立體視圖，該樞轉平臺在該UAV的上側。
圖1B是根據各種實施例的圖1A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖1C是根據各種實施例的樞轉平臺傾斜的圖1A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖1D是根據各種實施例的在一側下俯且樞轉平臺傾斜的圖1A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖2是根據各種實施例的樞轉平臺、瞄準組件、傾斜組裝件以及UAV框架的一部分的側向垂直投影孤立圖。
圖3是根據各種實施例的樞轉平臺、瞄準組件、另一傾斜組裝件以及UAV框架的一部分的側向垂直投影孤立圖。
圖4是根據各種實施例的樞轉平臺、瞄準組件、另一傾斜組裝件以及UAV框架的一部分的側向垂直投影孤立圖。
圖5是適用於各個實施例的UAV的控制單元的組件示圖。
圖6A是根據各種實施例的具有瞄準組件以及樞轉平臺的UAV的側向垂直投影圖，該樞轉平臺在該UAV的下側。
圖6B是根據各種實施例的樞轉平臺傾斜的圖6A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖6C是根據各種實施例的在一側下俯且樞轉平臺傾斜的圖6A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖7A是根據各種實施例的具有錐形樞轉平臺和瞄準組件的UAV的側向垂直投影圖，該錐形樞轉平臺在該UAV的下側。
圖7B是根據各種實施例的錐形樞轉平臺傾斜的圖6A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖8是根據各種實施例的具有UAV的上側和下側樞轉平臺和相應瞄準組件的UAV的側向垂直投影圖。
圖9A是根據各種實施例的具有環形瞄準組件和樞轉平臺的UAV的平面圖。
圖9B是根據各種實施例的圖9A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖9C是根據各種實施例的樞轉平臺傾斜的圖9A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖9D是根據各種實施例的在一側下俯且樞轉平臺傾斜的圖9A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖9E是根據各種實施例的在一側下俯且樞轉平臺向上傾斜以用於正升力的圖9A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖9F是根據各種實施例的在一側下俯且樞轉平臺以低牽伸配置橫向傾斜的圖9A中的UAV的側向垂直投影圖。
圖10是圖示根據各種實施例的操作UAV的方法的程序流程圖。
圖11是圖示根據各種實施例的操作UAV的方法的程序流程圖。
圖12是圖示根據各種實施例的操作UAV的方法的程序流程圖。
圖13是適用於各個實施例的實例無線通訊設備的組件示圖。
圖14是適用於各個實施例的實例伺服器的組件示圖。
將參照附圖詳細描述各個實施例。在可能之處，相同元件符號將貫穿附圖用於代表相同或類似部分。對特定實例和實現作出的引述用於說明性目的，而無意限定請求項的範疇。
各種實施例包括UAV，該UAV包括樞轉地耦合到UAV並被配置成選擇性地相對於UAV的框架傾斜的樞轉平臺。相對於框架改變樞轉平臺的傾斜角可使UAV能夠調整該UAV的升力/阻力剖線。另外，UAV可包括被固定至樞轉平臺的瞄準組件。瞄準組件可包括以傾斜角背離樞轉平臺的瞄準表面的焦點方向。可提供被配置成改變傾斜角的傾斜組裝件。UAV亦可包括處理器，該處理器耦合到傾斜組裝件且配置有用以基於焦點方向和升力/阻力剖線的加權優先順序來決定在當前飛行和操作條件下對傾斜角的改變是否適當的處理器可執行指令。回 應於決定對傾斜角的改變是適當的，處理器可啟動傾斜組裝件以實現所決定的傾斜角改變。
如此處所使用的，術語「UAV」指各種類型的無人駕駛飛行器中的一種。UAV可包括配置成在沒有遠端操作指令(諸如，來自人類操作員或遠端計算設備的指令)的情況下操縱及/或操作UAV(亦即，自主地操作UAV)的機載計算設備。替換地，機載計算設備可被配置成用對儲存在機載計算設備的記憶體中的指令的某一遠端操作指令或者更新來操縱及/或操作UAV。UAV可按多種已知方式中的任一種來被推動以用於飛行。例如，各自包括一或複數個旋翼的多個推進單元可以為UAV以及UAV所運載的任何有效載荷提供推進或提升力。另外，UAV可包括滾輪、履帶或用以使得能夠在地面上、在水上或水中(及其組合)移動的其他非空中移動機構。UAV可以由一或多個類型的電源(諸如電氣的、化學的、電化學的、或其他功率儲備)來供電，該電源可以對推進單元、機載計算設備、及/或其他機載組件進行供電。
術語「計算設備」在此用於指配備有至少一個處理器的電子設備。計算設備的實例可包括UAV機載的UAV飛行控制及/或任務管理電腦以及與UAV通訊的被配置成執行各種實施例的操作的遠端計算設備。遠端計算設備可包括無線通訊設備(例如，蜂巢式電話、可穿戴設備、智慧型電話、上網平板、平板電腦、啟用網際網路的蜂巢式電話、啟用Wi-Fi®的電子設備、個人資料助理 (PDA)、膝上型電腦等)、個人電腦和伺服器。在各種實施例中，計算設備可以配置有記憶體及/或儲存以及無線通訊能力，諸如被配置成建立廣域網(WAN)連接(例如，蜂巢網路連接等)及/或區域網路(LAN)連接(例如，經由Wi-Fi®路由器的到網際網路的無線連接等)的網路收發機和天線。
術語「伺服器」在此用於代表能夠用作伺服器的任何計算設備，諸如主交換伺服器、web伺服器以及配置有用於執行伺服器功能的軟體的個人或商用計算設備(例如，「羽量級伺服器」)。由此，各種計算設備可用作伺服器，諸如蜂巢式電話、智慧型電話、上網平板、平板電腦、啟用網際網路的蜂巢式電話、啟用Wi-Fi的電子設備、膝上型電腦、個人電腦以及配備有至少一個處理器、記憶體並被配置成與UAV通訊的類似的電子設備中的任一個或全部。伺服器可以是專用計算設備或包括伺服器模組的計算設備(例如，執行可導致計算設備作為伺服器來工作的應用)。伺服器模組(或伺服器應用)可以是全功能伺服器模組或羽量級或副伺服器模組(例如，羽量級或副伺服器應用)。羽量級伺服器或副伺服器可以是伺服器型功能性的精簡版，其可以在個人或商用計算設備(諸如，智慧型電話)上實現，由此使得其能夠在諸如用於提供本文描述的功能性所必需的有限程度上用作網際網路伺服器(例如，企業電子郵件伺服器)。適用於各種實施例的伺服器的實例參照圖9描述。
措辭「示例性」在本文中用於表示「用作實例、例子或圖示」。本文中描述為「示例性」的任何實現不必然被解釋為優於或勝過其他實現。
圖1A~1C圖示了根據一些實施例的具有瞄準組件130和樞轉平臺140的UAV 100，該樞轉平臺樞轉地耦合到UAV 100的上側。UAV 100可包括框架110、數個旋翼120、以及安裝在樞轉平臺140上或以其他方式由樞轉平臺140支承的瞄準組件130。框架110可提供對樞轉平臺140以及與旋翼120相關聯的發動機的結構支承。另外，樞轉平臺140可支承及/或保持瞄準組件130以使得瞄準組件130相對於樞轉平臺140是固定的。樞轉平臺140的大小可以比瞄準組件130更小、更大或相等。可任選地，樞轉平臺140可以形成瞄準組件130的外殼的全部或部分。
為了描述和圖示方便，UAV 100的一些詳細態樣被省略，諸如佈線、框架結構互連、著陸柱/起落架、或對本發明所屬領域中具有通常知識者是已知的其他特徵。例如，儘管UAV 100被示為或描述為具有具備數個支承構件或框架結構的框架110，但UAV 100可使用其中經由模製結構獲得支承的模製框架來構造。在所圖示的實施例中，UAV 100具有四個旋翼120。然而，可使用比四個旋翼120更多或更少的旋翼。
瞄準組件130可包括在第一瞄準方向α上背離樞轉平臺140的瞄準表面131(如在圖1B中圖示的)。 特定瞄準組件類型的實例包括平面天線、太陽能面板/收集器、相機、無線供電鏈路、反射器、或瞄準目標並具有執行瞄準準則的其他組件。取決於平臺的類型，執行瞄準準則可限制瞄準組件130將傾斜的方向和角度。例如，瞄準組件130只有當第一瞄準方向α在延伸離開UAV 100的第一方向弧β內延伸時才可以可接受地操作。例如，當第一瞄準方向α(其一般垂直於瞄準表面131)不在第一方向弧β內延伸時，瞄準組件130可能不工作或者可能在低於最優或可接受水平的情況下操作。第一方向弧β一般朝著瞄準組件130意欲瞄準的目標延伸。例如，平面天線可以瞄準遠端收發機目標，太陽能面板可以瞄準太陽光，相機可以瞄準實體目標，且無線供電鏈路可以瞄準電源。由此，第一方向弧β的角範圍可以取決於瞄準組件的類型以及預期目標相對於UAV的相對位置。某些類型的瞄準組件可具有比其他類型的瞄準組件更小的第一方向弧β以用於可接受的操作。在瞄準組件130被固定至樞轉平臺140的情況下，UAV 100的傾斜角A的任何改變皆將導致對第一瞄準方向α的相應改變。由此，改變傾斜角A可將第一瞄準方向α維持在第一方向弧β內。
樞轉平臺140以及瞄準組件130的大小、形狀和取向可以在空氣正在從UAV結構上方越過時影響UAV 100在平移飛行期間的升力/阻力剖線。平移飛行包括在飛行中時空氣相對於UAV 100移動的任何情況， 包括當UAV在渡越時以及當抗風維持在固定地理位置上方時兩者。
UAV 100的升力/阻力剖線反映由UAV 100的一或多個飛行表面產生的升力量L除以整個UAV的阻力量D的比值。平面結構包括寬廣飛行表面，並由此有顯著地影響UAV 100的升力/阻力剖線的潛在可能，潛在升力量取決於此類平面結構的大小和取向。樞轉平臺140連同瞄準組件130的取向可以增大、減小UAV 100的升力/阻力剖線或對該剖線幾乎沒有貢獻。例如，若樞轉平臺140的前沿(亦即，面向風的一側)在平移飛行期間相對於行進方向向上傾斜(如在圖1C中圖示的)，則在樞轉平臺140上方越過的空氣將貢獻升力，這可增大UAV 100的升力/阻力剖線。相反，向下傾斜的前沿(相對於行進方向)可產生負升力，這可減小UAV 100的升力/阻力剖線。
在各種實施例中，樞轉平臺140可以被耦合到傾斜組裝件145並被配置成控制樞轉平臺140與框架110之間的傾斜角A。UAV 100機載的處理器可致動或以其他方式控制傾斜組裝件145以改變及/或鎖定傾斜角A以用於調整UAV 100的升力/阻力剖線。另外，當樞轉平臺140相對於框架110傾斜時，瞄準組件130亦相對於框架110傾斜。由此，傾斜角A的改變亦可改變瞄準組件130的第一瞄準方向α。
圖1D圖示了樞轉平臺140可以如何在平移飛行期間取向以便在不增加升力的情況下使阻力最小化。參照圖1A~1D，框架110的中心面F(被圖示為延伸離開UAV 100的線)可以用作框架110相對於樞轉平臺140的參照系。中心面F在UAV 100原地懸停或已著陸時可能通常是水平的。另外，中心面F可以與其中旋翼120中的一者或多者旋轉的旋翼面平行。類似地，平檯面P(被圖示為延伸離開樞轉平臺140的線)可表示相對於樞轉平臺140或其表面被置於其中的平面是固定的另一平面參照系。中心面F與平檯面P之間的傾斜角A可表示框架110與樞轉平臺140之間的傾斜角的度量(如在圖1C和1D中圖示的)。與之形成對比的是，圖1B圖示了當被置於與框架110平行(亦即，無傾斜角A或傾斜角A=0)時的樞轉平臺140。
參照圖1A~1D，各種實施例可使用各種UAV 100配置來實現。UAV 100的飛行推進系統可包括產生足以提升UAV 100(包括UAV結構、發動機、電子裝置和電源)以及可以附連到UAV 100的任何負載(例如，有效載荷)的提升力的一或多個旋翼120。飛行推進系統可由諸如電池之類的電功率源來供電。另外，飛行推進系統可包括補充燃油的發動機，諸如一或多個內燃發動機。
飛行推進系統可以取決於UAV的飛行模式而是垂直或水平安裝的。適用於各種實施例的常見UAV 100配置是「四軸飛行器」配置。在一實例四軸飛行器配置(在圖1A中圖示)中，四個(由此得名「四軸飛行器」)水平配置的旋翼120由被固定至框架110的發動機驅動。框架110可包括具有支承旋翼120的著陸橇、電源(例如，圖5中的供電模組170)、有效載荷保護機構(例如，圖5中的有效載荷保護單元175)和其他裝備的框架結構。可以附連有效載荷(例如，在UAV 100的框架110下面的中央區域中)，諸如被框架110包圍的區域以及在飛行電源或推進單元下面的橇。四軸飛行器式水平旋翼可使得UAV 100能夠在任何無阻礙水平和垂直方向上飛行以及懸停。四軸飛行器配置在本文描述的實例中是出於圖示目的使用的，然而可使用其他UAV設計。
UAV 100可使用由旋翼120為了控制而產生的差動推力。例如，在四旋翼設計(亦即，四軸飛行器)中，所有四個旋翼通常都被用於產生足夠的推力來飛行。調整由每一旋翼產生的升力量使得UAV 100能夠控制姿態。例如，短暫地減小由兩個第一相鄰旋翼(例如，圖1A中示出的取向中的兩個右側旋翼120)產生的推力及/或增大由與第一相鄰旋翼對向的這兩個第二相鄰旋翼(例如，圖1A中示出的取向中的兩個左側旋翼120)產生的推力導致該UAV在這些第一相鄰旋翼(亦即，產生較小推力的旋翼)側下俯。作為該下俯的結果，旋翼產生展示水平推力向量分量的升力，該水平推力向量分量可以在對 應於UAV 100的已經下俯的那一側的行進方向TD上驅動UAV 100(如圖1D中圖示的)。
經由改變一致地、對向地(或其組合)行動的各對旋翼120，UAV 100可控制任何方向上的側滾和平搖。經由確保總發動機功率保持相同以維持水平飛行，差動控制可以在不影響總垂直推力的情況下控制UAV的姿態。經由一起控制所有旋翼，UAV 100可增大或減小推力，並由此改變海拔。普通控制是經由「前向」執行所有旋翼來獲得的，這導致產生升力的向下推力(包括在懸停之時)。偶爾地，旋翼可以被「後向」執行(亦即，倒轉旋翼)以產生可以用於使UAV 100下降的向上推力，這在向下地心引力不可用時可以是特別有用的。
樞轉平臺140的平檯面P與水平面H之間的平臺角B在UAV 100在一側下俯(如在圖1D中圖示的)時可以不同於傾斜角A。在各種實施例中，UAV的或耦合到UAV的處理器可基於瞄準表面131當前正瞄準或應當在瞄準的第一瞄準方向α、適於瞄準預期目標的第一方向弧β、以及由樞轉平臺140相對於從UAV 100上方越過的空氣的角度導致的升力/阻力剖線來決定是否可執行對樞轉平臺140的傾斜角A的第一改變。處理器可確保或嘗試確保瞄準組件130在樞轉平臺140的可接受傾斜角操作。在各種飛行條件下，樞轉平臺140的某些傾斜角可導致太多升力、負升力、及/或阻力。若處理器決定樞轉平臺140的當前傾斜角對升力和阻力的影響不適於當前飛 行條件，則處理器可決定對樞轉平臺140的傾斜角A的改變是合適的。替換地或補充地，樞轉平臺140相對於UAV 100的某些目標傾斜角可將第一方向弧β置於瞄準表面131的瞄準方向範圍之外，在這種情形中處理器可決定樞轉平臺140的傾斜角A的改變是合適的。由此，在決定是否要改變第一傾斜角A時，處理器可以對使瞄準組件130操作的需求、瞄準組件130需要操作的水平、以及作為改變傾斜角A的結果的對升力/阻力剖線的影響的優先順序進行加權。
在飛行期間，UAV 100的處理器可調整樞轉平臺140的傾斜角A以使得該平臺的前沿向相對的風呈現最小剖線，或者產生某一升力。由平臺產生的少量升力可導致UAV 100所使用的總能量減少，因為來自發動機的所需功率將減少。這可經由使樞轉平臺140稍微向上傾斜至水平面H之上來實現(例如，如圖1D所示)。處理器可以在決定應向樞轉平臺140施加的傾斜量時計及UAV的姿態。
圖2圖示了UAV(諸如圖1A~1D中的UAV 100)的傾斜組裝件245。參照圖1A~2，傾斜組裝件145、245可包括被配置成調整和維持樞轉平臺140的傾斜角A的伺服機構250，連同位於其上的瞄準組件130。伺服機構250可被驅動直到由伺服機構250指示的傾斜角A達到樞轉平臺140的期望傾斜角。一般而言，樞轉平臺140可繞樞轉平臺140的中心、組合的樞轉平臺140和 瞄準組件130的重力中心、及/或樞轉平臺140的中心壓力點來樞轉。樞轉平臺140的中心壓力點可基於質心和空氣動力兩者。在一些實施例中，傾斜組裝件245與樞轉平臺140之間的連接可被設計成在改變傾斜角A時使伺服負載最小化。
圖3圖示了UAV(諸如圖1A~1D中的UAV 100)的傾斜組裝件345。參照圖1A~3，傾斜組裝件145、245、345可包括被配置成允許樞轉平臺140連同瞄準組件130回應於外力(諸如相對於UAV 100移動的風、動量、重力及/或空氣動力)改變傾斜角A’的樞轉機構350。在一些實施例中，樞轉平臺140可被允許自然地樞轉以便在有限範圍內與氣流對準。
在一些實施例中，樞轉機構350可以在偏離中心的樞轉點附連到樞轉平臺140，以使得瞄準組件和樞轉平臺140的第一側133短於或者其重量小於瞄準組件130和樞轉平臺140的第二側135。該配置可有利於朝著較重側(例如，135)的樞轉移動。然而，樞轉機構350可經由包括偏置組件(例如，彈簧)來限制樞轉移動的範圍。應用於樞轉平臺140或內置於樞轉機構350的該偏置組件可引發該平臺在一方向上移動，諸如以抵消較重側「下垂」的趨勢或者在沒有力正在作用於這些表面時導致樞轉平臺140返回至預設位置(例如，與中心面F平行)。
圖4圖示了UAV(諸如圖1A~1D中的UAV 100)的傾斜組裝件445。參照圖1A~4，傾斜組裝件 145、245、345、445可包括被配置成允許樞轉平臺140自由地樞轉以回應於所施加的空氣動力以及重力而改變傾斜角A”的樞轉機構450。一旦樞轉平臺140達成目標取向(這可由傾斜角A”來衡量)，樞轉機構450就可被「鎖定」在該傾斜角(諸如由離合器或其他裝置來鎖定)。由於UAV 100可經由各種飛行體制(爬升、下降、向前運動)來達成各種各樣的相對風向角，因此樞轉機構450可被用於頻繁地改變和鎖定傾斜角A”。
各種實施例的傾斜組裝件145、245、345、445可以是一維聯軸器(亦即，被配置成繞單個軸樞轉)或更複雜的聯軸器(諸如萬向或撓性接頭)(亦即，被配置成繞不止一個軸樞轉)。傾斜組裝件145、245、345、445可被配置成沿至少一個軸調整樞轉平臺140的傾斜角。UAV 100可做出對該平臺的週期性調整，諸如以便追蹤太陽(在平臺容納太陽能電池陣列的情形中)或針對改變的風而再配平該平臺。選取樞轉的位置可以用UAV 100的「鼻」和「尾」來有效地定義，因為可能要求相對風來自特定方向以達成對樞轉平臺140的準決定位。在使用被配置成允許繞多個軸的樞轉運動或甚至360度的樞轉移動的傾斜組裝件145、245、345、445時，可以提供額外考慮事項。
圖5圖示了可以與各種實施例聯用的UAV 100的配置。參照圖1A~5，UAV 100可包括可容納用於對UAV 100供電並控制UAV 100的操作的各種電路 和設備的控制單元150。控制單元150可包括處理器160、供電模組170、有效載荷保護單元175、輸入模組180、感測器182、輸出模組185、以及耦合到天線191的無線電模組190。處理器160可包括或被耦合到記憶體161和導航單元163。處理器160可以配置有用以控制UAV 100的飛行和其他操作(包括各種實施例的操作)的處理器可執行指令。處理器160可以被耦合到一或多個有效載荷保護單元175和感測器182。有效載荷保護單元175可包括致動器發動機，該致動器發動機驅動回應於控制單元150以回應於來自控制單元150的命令而夾持和釋放有效載荷的夾持和釋放機構和相關控制項。
感測器182可以是光學感測器、無線電感測器、相機、旋轉編碼器、壓力感測器(亦即，用於偵測風、升力、阻力、或其變化)或其他感測器。替換地或補充地，感測器182可以是可提供指示UAV 100何時已經著陸的信號的接觸或壓力感測器。
供電模組170可包括一或多個電池，該一或多個電池可以向包括處理器160、有效載荷保護單元175、輸入模組180、感測器182、輸出模組185和無線電模組190在內的各種組件供電。另外，供電模組170可包括能量儲存組件，諸如可再充電電池。以此方式，處理器160可以配置有用以諸如經由使用電荷控制電路執行充電控制演算法來控制供電模組170的充電(亦即，在緊急回收模式下降期間對從氣流採集的能量的儲存)的處理器可執 行指令。替換地或補充地，供電模組170可被配置成管理其自己的充電。處理器160可以被耦合到輸出模組185，該輸出模組185可輸出用於管理驅動旋翼120和其他組件的發動機的控制信號。
經由控制旋翼120的個體發動機，UAV 100可以在飛行中在UAV 100朝著目的地前進及/或以各種模式(例如，緊急回收模式或制動模式)操作時被控制。處理器160可以從導航單元163接收資料並使用這些資料來決定UAV 100的當前位置和取向以及朝向目的地或著陸地點的合適航線。在各種實施例中，導航單元163可包括使得UAV 100能夠使用GNSS信號來導航的全球導航衛星系統(GNSS)接收器系統(例如，一或多個全球定位系統(GPS)接收器)。替換地或補充地，導航單元163可裝備有用於接收來自無線電節點(諸如導航信標(例如，超高頻率(VHF)全向無線電射程(VOR)信標)、Wi-Fi存取點、蜂巢網路網站、無線電站、遠端計算設備、其他UAV等)的導航信標或者其他信號的無線電導航接收器。
處理器160及/或導航單元163可被配置成經由無線連接(例如，蜂巢資料網路)與伺服器通訊以接收要使用或停止使用擴展飛行協定的命令，接收在導航中有用的資料，提供即時位置海拔報告，以及評估資料。耦合至處理器160及/或導航單元163的航空電子模組167可被配置成提供飛行控制相關資訊，諸如導航單元163可以 用於導航目的(諸如GNSS位置更新之間的航位推算)的海拔、姿態、空速、航向和類似資訊。航空電子模組167可以包括或接收來自陀螺儀/加速度計單元165的資料，陀螺儀/加速度計單元165提供可以在導航和定位計算中使用的關於UAV 100的取向和加速度的資料。
無線電模組190可被配置成經由天線191接收信號(諸如用以發起、繼續、或中斷擴展飛行協定的使用的命令信號)，接收來自航空導航設施的信號等等，以及將這類信號提供給處理器160及/或導航單元163以輔助UAV 100的操作。在一些實施例中，用於調整樞轉平臺140的傾斜角A的命令可經由無線電模組190來接收。在一些實施例中，UAV 100可以從無線通訊設備1300接收用於在UAV 100處於飛行中程或駐止時經由無線信號1355改變傾斜角(例如，A)的信號。例如，無線信號1355可包括來自關於以下內容的知識庫的輸入：當前狀況、UAV 100或其組件的當前取向、所預測的將來狀況、特定UAV操縱或任務的要求、瞄準組件的瞄準參數(例如，最優方向弧)或甚至關於瞄準組件的目標的資訊。
在各種實施例中，無線電模組190可被配置成取決於UAV 100的位置和海拔而在蜂巢連接與Wi-Fi或其他形式的無線電連接之間切換。例如，當在飛行中處於指定用於UAV交通的海拔時，無線電模組190可與蜂巢基礎設施通訊以維持與伺服器的通訊。UAV 100的飛行海拔的實例可以在約400英尺或更少，諸如可由政府權威 機構(例如，FAA)針對UAV飛行交通來指定。在此海拔處，可能難以使用短程無線電通訊鏈路(例如，Wi-Fi)來建立與一些無線通訊設備1300的通訊。因此，在UAV 100處於飛行海拔時，可使用蜂巢式電話網路來建立與其他無線通訊設備1300的通訊。當UAV 100移動到更接近無線通訊設備1300時，無線電模組190與無線通訊設備1300之間的通訊可轉變到短程通訊鏈路(例如，Wi-Fi或藍芽)。類似地，UAV 100可包括並採用其他形式的無線電通訊，諸如與其他UAV的網狀連接或者到其他資訊源(例如，用於收集及/或分發天氣或其他資料獲取資訊的氣球或其他站)的連接。
在各種實施例中，控制單元150可以配備有可被用於各種應用的輸入模組180。例如，輸入模組180可接收來自機載相機或感測器的圖像或資料，或者可接收來自其他組件(例如，有效載荷)的電子信號。輸入模組180可接收用於使UAV 100上的致動器部署著陸緩衝墊或類似組件以用於影響緊急著陸的致動信號。另外，輸出模組185可被用於啟動組件(例如，能量電池、致動器、指示器、電路組件、感測器、及/或能量採集組件)。
儘管控制單元150的各種組件在圖5中被圖示為分開的組件，但這些組件中的部分或全部(例如，處理器160、輸出模組185、無線電模組190、和其他單元)可被一起整合在單個設備或模組(諸如片上系統模組)中。
圖6A~6C圖示了根據一些實施例的具有瞄準組件630以及樞轉平臺640的UAV 600的側向立視圖，該樞轉平臺640在該UAV 600的下側上。參照圖1A~6C，UAV 600在許多態樣可以類似於UAV 100。UAV 600可包括框架610、數個旋翼120、以及安裝在樞轉平臺640上的瞄準組件630。框架610可提供對樞轉平臺640以及與旋翼120相關聯的發動機的結構支承。另外，樞轉平臺640可支承及/或容納瞄準組件630以使得瞄準組件相對於樞轉平臺640是固定的。樞轉平臺640的大小可以比瞄準組件630更小、更大或相等。可任選地，樞轉平臺640可以形成瞄準組件630的外殼的全部或部分。
瞄準組件630可包括面向下且在第一瞄準方向α上背離樞轉平臺640的瞄準表面631(如在圖6A中圖示的)。瞄準組件630可以類似於參照瞄準組件130描述的那些瞄準組件。由此，瞄準組件630只有當第一瞄準方向α在延伸離開UAV 600的第一方向弧β內延伸時，才可以可接受地操作。以此方式，當第一瞄準方向α(其一般垂直於瞄準表面631)不在第一方向弧β內延伸時，瞄準組件630可能不工作或者可能在低於最優或可接受水平的情況下操作。第一方向弧β一般朝著瞄準組件630意欲瞄準的目標延伸。例如，平面天線可以瞄準遠端地基發射器、接收器、或收發機目標，相機可以瞄準實體目標，而無線供電鏈路可以瞄準電源。
在瞄準組件630被固定至樞轉平臺640的情況下，傾斜角A的任何改變皆將導致對第一瞄準方向α的相應改變(如在圖6B中圖示的)。這可能由於傾斜角移出β的範圍之外而導致鏈路故障。改變傾斜角A可將第一瞄準方向α維持在第一方向弧β內。在平移飛行期間，若樞轉平臺640的前沿(亦即，面向風的一側)向上傾斜(如在圖6B中示出的)，則從樞轉平臺640上方越過的空氣將貢獻升力，該升力增大了UAV 600的升力/阻力剖線。與之形成對比的是，向下傾斜的前沿可產生負升力，該負升力可減小UAV 600的升力/阻力剖線。在平移飛行期間，UAV 600可以在一側下俯以提供行進方向TD上的水平推力向量(如在圖6C中示出的)。隨後可調整傾斜角A以維持攻角的期望正角度以增大UAV 600的升力/阻力剖線。平檯面P與水平面H之間的平臺角b在UAV 600在一側下俯時可以不同於傾斜角A。
圖7A~7B圖示了根據一些實施例的具有錐形樞轉平臺740和在該樞轉平臺740內的瞄準組件730的UAV 700的側向立面圖，錐形樞轉平臺740和瞄準組件730兩者皆在UAV 700的下側上。參照圖1A~7B，UAV 700在許多態樣可以類似於UAV 100、600。例如，錐形樞轉平臺740和其中的瞄準組件730可提供用作起落架以及擷取錐形無線再充電固定器具的雙重功能。錐形樞轉平臺740可包括用以支承UAV 700和甚至一定範圍的有效載荷的重量的充分的結構完整性。瞄準組件730 可被定向成朝向地面上的發射器，諸如用於經由採集來自無線功率傳輸波束(例如，微波波束)的能量來為UAV 700的機載電池(例如，供電模組170)再充電的無線再充電發射器。瞄準組件730亦可或可替換地實體地擷取包含無線充電系統的錐形目標。
儘管瞄準組件730位於錐形樞轉平臺740內，但瞄準組件730可包括面向下且在第一瞄準方向α上背離錐形樞轉平臺740的瞄準表面(如在圖7A中圖示的)。當第一瞄準方向α在延伸離開UAV 700(諸如朝著功率發射器)的第一方向弧內延伸時，瞄準組件730可以可接受地操作。錐形樞轉平臺740可以在該錐形樞轉平臺740向下瞄準的情況下在平移飛行期間創造阻力(如在圖7A中示出的)。由此，根據一些實施例，錐形樞轉平臺740可被傾斜以使得第一瞄準方向α向後瞄準(如在圖7B中圖示的)。使錐形樞轉平臺740傾斜以使其向後瞄準可減少該平臺在平移飛行期間的總阻力。類似於其他實施例，UAV 700可包括具有被配置成將錐形樞轉平臺740鎖定在向後取向上以用於平移飛行的鎖定機構的傾斜組裝件。在著陸前，UAV 700可減低空速，解鎖錐形樞轉平臺740，允許錐形樞轉平臺740擺動至面向下配置，並且再一次將錐形樞轉平臺740鎖定在面向下配置以便著陸。替換地，錐形樞轉平臺740的機械特徵可被配置成在來自地面或著陸表面的壓力被施加在UAV 700上時自動鎖定傾斜組裝件。
圖8圖示了根據各種實施例的具有上側樞轉平臺841和下側樞轉平臺842的UAV 800的側向立視圖。參照圖1A~8，UAV 800在許多態樣可以類似於UAV 100、600、700。UAV 800可包括被整合到上側樞轉平臺841和下側樞轉平臺842中的相應樞轉平臺中的瞄準組件。上側樞轉平臺841和下側樞轉平臺842中的每一者可包括相同或不同類型的瞄準組件。例如，上側樞轉平臺841可包括太陽能電池陣列，而下側樞轉平臺842可包括天線陣列。另外，上側樞轉平臺841和下側樞轉平臺842的個體傾斜角可被獨立地改變。對上側樞轉平臺841和下側樞轉平臺842中的任一者的任何改變可分別基於與針對UAV 100和600描述的那些考慮事項類似的考慮事項。
圖9A~9F圖示了根據一些實施例的具有環形瞄準組件930和匹配的環形樞轉平臺940的UAV 900。參照圖1A~9F，UAV 900在許多態樣可以類似於UAV 100、600、700、800。UAV 900可包括框架910和數個旋翼120。框架910的外部末端可包括為樞轉平臺940提供結構支承和樞轉移動的傾斜組裝件945。UAV 900中的傾斜組裝件945可包括允許360度或無限旋轉的佈線。例如，可以使用滑環。
另外，樞轉平臺940可支承及/或容納一或多個瞄準組件930。利用該環形設計，一個瞄準組件930可被置於樞轉平臺940的一個平面上，而另一瞄準組件930 可被置於樞轉平臺940的對向平面上。另外，若使用兩個對向地相面向的瞄準組件930，則可包括兩個不同的瞄準組件類型。例如，一個瞄準組件930可包括太陽能面板，而另一瞄準組件930可包括天線陣列。替換地，這兩個對向地相面向的瞄準組件930兩者都可以是天線，但是兩種不同類型。在此類配置中，樞轉平臺940可被翻轉(約180度)以使用這兩個對向地相面向的瞄準組件930中合適的一個瞄準組件。樞轉平臺940的任何傾斜角改變可基於與針對UAV 100、600、700、800描述的那些考慮事項類似的考慮事項。
一或多個瞄準組件930可以類似於參照瞄準組件130描述的那些瞄準組件。由此，瞄準元件930只有在當第一瞄準方向α(圖9B中圖示)在延伸離開UAV 900的第一方向弧β內延伸時才可以可接受地操作。以此方式，當第一瞄準方向α(其一般垂直於瞄準表面930的表面)不在第一方向弧β內延伸時，瞄準組件930可能不工作或者可能在低於最優或可接受水平的情況下操作。
在瞄準組件930被固定至樞轉平臺940的情況下，傾斜角的任何改變皆將導致對第一瞄準方向α的相應改變(如在圖9C中圖示的)。以此方式，改變傾斜角可將第一瞄準方向α維持在第一方向弧β內。另外，在平移飛行期間，若樞轉平臺940的前沿(亦即，面向風的一側)向上傾斜(如在圖9C中示出的)，則在樞轉平臺940下擷取的空氣將貢獻升力，該升力增大了UAV 900的升 力/阻力剖線。與之形成對比的是，向下傾斜的前沿可產生負升力，該負升力可減小UAV 900的升力/阻力剖線。另外，在平移飛行期間，UAV 900可以在一側下俯以產生用於在方向TD上行進的水平推力向量(如在圖9D和9E中示出的)。平檯面P與水平面H之間的平臺角在UAV 900在一側下俯時可以不同於傾斜角。儘管圖9D圖示平行於水平面H的平檯面P，但圖9E圖示從水平面H上仰的平檯面P。在面向行進方向TD的的一側使平檯面P上仰可提供正升力。
另外，UAV 900可被配置成採用如在圖9F中圖示的低阻力配置操作模式。在低阻力配置中，樞轉平臺940可以是垂直取向的，這在朝整體而言水平的行進方向TD行進時穩定UAV 900的橫向行進。
圖10圖示了根據各種實施例的操作可改變樞轉平臺(例如，140)相對於UAV框架(例如，110)的傾斜角(例如，A、A’、A”)的UAV(例如，圖1A~9F中的100、600、700、800、900)的方法1000。參照圖1~10，方法1000的操作可由UAV控制單元150或與UAV 100通訊的另一計算設備(例如，圖13中的無線通訊設備及/或圖14中的伺服器1400)來執行。
在方塊1010，UAV的處理器(例如，控制單元150中的處理器160或者遠端設備(諸如無線通訊設備1300或伺服器1400)中的處理器)可接收用於評估樞轉平臺(例如，140)相對於UAV(例如，100)的框架 (例如，110)的傾斜角(例如，A)的輸入。用於評估傾斜角的輸入可來自感測器、遠端源(例如，經由接收器)、知識庫(例如，機載及/或遠端資料庫中)、或控制UAV的操作的系統。
在方塊1020，UAV的處理器可基於在方塊1010中接收到的輸入來決定至少一個傾斜角調整因素以用於決定是否應調整傾斜角。傾斜角調整因素可包括第一瞄準方向(例如，α)、第一方向弧(例如，β)、對UAV的升力/阻力剖線的第一調整、或其中一者或多者的任何組合。第一瞄準方向可對應於瞄準組件(例如，130)的瞄準表面(例如，131)所面向的方向。第一方向弧可對應於瞄準組件在其中可接受地操作的角度範圍。關於是否要改變樞轉平臺的傾斜角的決定可基於處理器所接收到的可提供關於傾斜角調整因素的資訊的一或多個輸入。例如，感測器(例如，182)可偵測樞轉平臺的當前傾斜角或傾斜角改變。補充地或替換地，感測器可偵測風速/壓力、升力、阻力、或其中的變化。此外，處理器所接收到的該一或多個輸入可來自關於以下內容的知識庫：當前狀況、UAV或其組件的當前取向、所預測的將來狀況、特定UAV操縱或任務的要求、瞄準組件的瞄準參數(例如，最優方向弧)及/或關於瞄準組件的目標的資訊。
在方塊1030中，UAV的處理器可決定對於瞄準組件以可接受水平操作而言是合適或必需的目標傾斜 角或對目標傾斜角改變。傾斜角可以從在方塊1020中決定的第一瞄準方向、第一方向弧、及/或對升力/阻力剖線的第一調整來決定。
在判定方塊1040中，處理器可基於在方塊1020中決定的對照UAV任務參數加權的傾斜角來決定是否要改變樞轉平臺的當前傾斜角(例如，A)。以此方式，若在方塊1030中決定的傾斜角將導致UAV不滿足一或多個任務參數，則處理器可決定不要改變當前傾斜角。類似地，若UAV未被配置成達成在方塊1030中決定的傾斜角，則處理器可決定當前傾斜角不應被改變。否則，處理器可決定當前傾斜角應被改變。
回應於決定傾斜角不應被改變(亦即，判定方塊1030=「否」)，處理器可等待在方塊1010中接收新輸入。替換地，可決定新的傾斜角調整因素。
回應於決定傾斜角應被改變(亦即，判定方塊1030=「是」)，處理器可在方塊1050中啟動傾斜組裝件以實現對傾斜角的所決定的改變。啟動傾斜組裝件可經由啟動用於用致動器驅動樞轉平臺的伺服機構(例如，250)來實現期望傾斜。替換地或補充地，對傾斜組裝件的啟動可允許來自偏置元件、環境力、和空氣動力中的至少一者的力改變傾斜角。例如，傾斜組裝件可經由解鎖(亦即，釋放)樞轉平臺以允許其樞轉移動，在樞轉平臺由於其慣性而保持在原地的同時使UAV快速俯仰，並且隨後重新鎖定樞轉平臺並使得UAV重新俯仰回到其原始姿態 來實現期望傾斜。在實現對傾斜角的所決定的改變時或者一旦所決定的傾斜角改變被達成，處理器就可停用傾斜組裝件並等待在方塊1010中接收新輸入。
圖11圖示了根據各種實施例的使用UAV(例如，圖1A~9F中的100、600、700、800、900)的傾斜組裝件來改變傾斜角的方法1100，該傾斜組裝件可改變樞轉平臺(例如，140)相對於UAV框架(例如，110)的傾斜角(例如，A)。參照圖1~11，方法1100的操作可由UAV控制單元150或與UAV 100通訊的另一計算設備(例如，圖13中的無線通訊設備及/或圖14中的伺服器1400)來執行。
在方塊1110中，UAV的處理器(例如，控制單元150中的處理器160或者遠端設備(諸如無線通訊設備1300或伺服器1400)中的處理器)可接收啟動傾斜組裝件(例如，145)的輸入。
在方塊1120中，UAV的處理器可釋放樞轉平臺(例如，140)。對樞轉平臺的釋放可解鎖防止樞轉平臺相對於框架(例如，110)樞轉的機構。
在方塊1130中，回應於釋放樞轉平臺，感測器(例如，182)可偵測樞轉平臺的當前傾斜角或者樞轉平臺的傾斜角的改變。感測器可以是使用量測傾斜角及/或傾斜角改變的一或多個技術的UAV機載感測器或者遠端源(例如，經由接收器)。感測器偵測到的傾斜角或傾斜角改變可由處理器接收。
在判定方塊1140中，基於來自感測器的關於傾斜角的輸入，處理器可決定是否已經達成目標傾斜角或目標傾斜角改變。回應於決定目標傾斜角/改變尚未達成(亦即，判定方塊1140=「否」)，感測器可繼續在方塊1130中偵測當前傾斜角。
回應於決定目標傾斜角/改變已經達成(亦即，判定方塊1140=「是」)，感測器可以在方塊1150中原地鎖定傾斜組裝件。替換地，可使用目標傾斜角範圍或傾斜角改變範圍以使得若傾斜角或傾斜角改變落在該範圍內，則傾斜角/改變被認為已經達成目標傾斜角/改變。
在方塊1160中，處理器可停用傾斜組裝件的任何額外活躍組件。例如，被配置成偵測傾斜角改變或當前傾斜角的一或多個感測器可被停用。
圖12圖示了根據各種實施例的使用UAV(例如，圖1A~9F中的100、600、700、800、900)的傾斜組裝件來改變傾斜角的方法1200，該傾斜組裝件可改變樞轉平臺(例如，140)相對於UAV框架(例如，110)的傾斜角(例如，A)。參照圖1~12，方法1200的操作可由UAV控制單元150或與UAV 100通訊的另一計算設備(例如，圖13中的無線通訊設備及/或圖14中的伺服器1400)來執行。
在方塊1210中，UAV的處理器(例如，控制單元150中的處理器160或者遠端設備(諸如無線通訊設 備1300或伺服器1400)中的處理器)可接收啟動傾斜組裝件(例如，145)的輸入。
在可任選方塊1215中，UAV的處理器可釋放樞轉平臺(例如，140)。對樞轉平臺的釋放可解鎖防止樞轉平臺相對於框架(例如，110)樞轉的機構。可任選方塊1215在不鎖定樞轉平臺的樞轉移動(諸如在偏置組件或其他機構引發、限制或限定樞轉移動時)的一些實施例中無需被實現。
在方塊1220中，UAV的處理器可啟動UAV(例如，100)的組件以用於發起空中操縱。空中操縱可包括為了達成目標傾斜角/改變而計算的對姿態、速度、及/或位置的一或多個改變。
在方塊1230中，回應於發起空中操縱，感測器(例如，182)可偵測樞轉平臺的當前傾斜角或者樞轉平臺的傾斜角的改變。感測器可以是使用量測傾斜角及/或傾斜角的改變的一或多個技術的UAV機載感測器或者遠端源(例如，經由接收器)。感測器偵測到的傾斜角或傾斜角改變可由處理器接收。
在判定方塊1240中，基於來自感測器的關於傾斜角的輸入，處理器可決定是否已經達成目標傾斜角或目標傾斜角改變。回應於決定目標傾斜角/改變尚未達成(亦即，判定方塊1240=「否」)，處理器可確保UAV在方塊1220中繼續空中操縱或執行新空中操縱。
回應於決定目標傾斜角/改變已經達成(亦即，判定方塊1240=「是」)，處理器可任選地在可任選方塊1250中鎖定傾斜組裝件。否則，若傾斜組裝件未鎖定、無法被鎖定、或無需被鎖定，則在方塊1260中可停用傾斜組裝件。可使用目標傾斜角範圍或傾斜角改變範圍以使得若傾斜角或傾斜角改變落在該範圍內，則傾斜角/改變被認為已經達成目標傾斜角/改變。
如所描述的，決定是否需要改變樞轉平臺的傾斜角的處理器可以在與UAV通訊的單獨計算設備中。在此類實施例中，與UAV(例如，圖1A~9F中的100、600、700、800、900)的通訊可使用各種無線通訊設備中的任一種(例如，智慧型電話、平板、智慧手錶等)來實現，無線通訊設備的實例在圖13中圖示。無線通訊設備1300可包括與無線通訊設備1300的各種系統耦合以用於與其進行通訊和對其進行控制的處理器1302。例如，處理器1302可以被耦合到觸控式螢幕控制器1304、無線電通訊組件、揚聲器和話筒、以及內部記憶體1306。處理器1302可以是指定用於一般或特定處理任務的一或多個多核積體電路。內部記憶體1306可以是揮發性或非揮發性記憶體，並且亦可以是安全及/或加密的記憶體、或者不安全及/或未加密記憶體，或其任何組合。在另一實施例(未圖示)中，無線通訊設備1300亦可被耦合至外部記憶體(諸如外部硬碟)。
觸控式螢幕控制器1304和處理器1302亦可被耦合到觸控式螢幕面板1312，諸如電阻式傳感觸控式螢幕、電容式傳感觸控式螢幕、紅外傳感觸控式螢幕等。另外，無線通訊設備1300的顯示器不需要具有觸控式螢幕能力。無線通訊設備1300可具有彼此耦合及/或耦合至處理器1302的用於發送和接收通訊的一或多個無線電信號收發機1308(例如，Peanut、藍芽、藍芽LE、Zigbee、Wi-Fi®、射頻(RF)無線電等)以及天線(無線通訊設備天線)1310。無線電信號收發機1308和無線通訊設備天線1310可與以上提及的電路系統一起使用以實現各種無線傳輸協定堆疊和介面。無線通訊設備1300可包括耦合到處理器的蜂巢網路無線數據機晶片1316，該晶片使得能夠經由蜂巢網路進行通訊。
無線通訊設備1300可以包括耦合至處理器1302的周邊設備連接介面1318。周邊設備連接介面1318可被個別地配置成接受一種類型的連接，或者可被配置成接受共用的或專用的各種類型的實體和通訊連接，諸如USB、火線(FireWire)、雷電(Thunderbolt)或PCIe。周邊設備連接介面1318亦可被耦合至類似地配置的周邊設備連接埠(未圖示)。
在各種實施例中，無線通訊設備1300可包括一或多個話筒1315。例如，無線通訊設備可具有通常用於在撥叫期間從使用者接收語音或其他音訊頻率能量的話筒1315。
無線通訊設備1300亦可包括用於提供音訊輸出的揚聲器1314。無線通訊設備1300亦可包括用於容納本文所論述的組件中的全部或一些組件的外殼1320，外殼1320由塑膠、金屬或多種材料的組合來構成。無線通訊設備1300可以包括耦合至處理器1302的電源1322，諸如一次性或可再充電電池。可再充電電池亦可以被耦合至周邊設備連接埠以從在無線通訊設備1300外部的源接收充電電流。無線通訊設備1300亦可包括實體按鈕1324以用於接收使用者輸入。無線通訊設備1300亦可包括用於開啟和關閉無線通訊設備1300的電源按鈕1326。
在各種實施例中，無線通訊設備1300可進一步包括經由偵測加速度的多方向值和改變的能力來感測該設備的移動、振動、和其他態樣的加速度計1328。在各實施例中，加速度計1328可被用於決定無線通訊設備1300的x、y和z位置。使用來自加速度計的資訊，無線通訊設備1300的指向方向可以被偵測到。
各種形式的計算設備(包括個人電腦、無線通訊設備(例如，智慧型電話等)、伺服器、膝上型電腦等)可被用於與UAV的處理器通訊，以實現包括參照圖1A~14描述的實施例在內的各種實施例。此類計算設備典型情況下至少可包括圖14中圖示的組件，圖14圖示了實例伺服器計算設備。參照圖1A~14，伺服器1400通常可包括耦合至揮發性記憶體1402和大容量非揮發性記憶體(諸如磁碟機1403)的處理器1401。伺服器1400亦可 包括耦合至處理器1401的軟碟機、壓縮光碟(CD)或DVD碟驅動器1406。伺服器1400亦可包括耦合至處理器1401的用於建立與網路1405(諸如耦合至其他系統電腦和伺服器的網際網路及/或區域網路)的資料連接的網路存取埠1404(或介面)。類似地，伺服器1400可包括用於耦合到外設、外部記憶體或其他設備的額外存取埠，諸如USB、火線、雷電等。
在各種實施例中，UAV(例如，100)可被配置成週期性地檢查導航單元(例如，163)及/或與伺服器1400的通訊鏈路的功能運作。這一功能性可經由週期性心跳檢查來檢查。例如，UAV可以從伺服器1400接收指示無線連接仍被維護且可行的週期性通訊。替換地或補充地，UAV可以向伺服器1400發送提供該UAV的當前位置座標及/或指示導航單元和其他UAV系統仍在運作的週期性通訊。若UAV的處理器(例如，160)決定導航單元和其他UAV系統未在運作，則可採取糾正動作。例如，在UAV丟失與資訊源或其他通訊鏈路的聯絡(諸如由於擾亂、掠奪信號、被建築物遮蔽、或UAV的篡改)並且UAV沒有其他途徑來決定位置的情況下，UAV可以向伺服器1400發出警告並著陸。在這一著陸期間，UAV可以在條件允許的情況下利用緊急回收模式採集。以此方式，UAV可以自主地決定降落剖線(包括即興潛在著陸地點的標識)，或使用它已經具有的資訊來定位所指定的著陸地點。
圖示和描述的各種實施例僅作為實例提供以圖示請求項的各種特徵。然而，關於任何給定實施例來示出和描述的特徵不必限於相關聯的實施例並且可以與示出和描述的其他實施例聯用或者組合。另外，請求項並不意欲由任何一個實例實施例限制。
上述方法描述和程序流程圖僅作為說明性實例提供，且並非意欲要求或暗示各個實施例的步驟必須按所提供的次序來執行。如本發明所屬領域中具有通常知識者將領會的，前述各實施例中的操作次序可按任何次序來執行。諸如「其後」、「隨後」、「接著」等的措辭並非意欲限定操作的次序；這些措辭被用來指引讀者遍歷方法的描述。進一步，對單數形式的請求項元素的任何引述，例如使用冠詞「一」、「某」或「該」的引述不應解釋為將該元素限定為單數。
結合本文中所揭示的實施例來描述的各種說明性邏輯方塊、模組、電路、和演算法操作可實現為電子硬體、電腦軟體、或這兩者的組合。為清楚地圖示硬體與軟體的這一可互換性，各種說明性組件、方塊、模組、電路、和操作在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類功能性是被實現為硬體還是軟體取決於具體應用和施加於整體系統的設計約束。技藝人士可針對每種特定應用以不同方式來實現所描述的功能性，但此類實現決策不應被解讀為致使脫離請求項的範疇。
用於實現結合本文中揭示的態樣描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、以及電路的硬體可利用設計成執行本文中描述的功能的通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、現場可程式設計閘陣列(FPGA)或其他可程式設計邏輯裝置、個別閘門或電晶體邏輯、個別的硬體組件、或其任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，處理器可以是任何一般的處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器亦可以被實現為接收器智慧物件的組合，例如DSP與微處理器的組合、複數個微處理器、與DSP核心協調的一或多個微處理器、或任何其他此類配置。替換地，一些操作或方法可由專用於給定功能的電路系統來執行。
在一或多個示例性態樣，所描述的功能可在硬體、軟體、韌體或其任何組合中實現。若在軟體中實現，則這些功能可作為一或多個指令或代碼儲存在非瞬態電腦可讀取儲存媒體或非瞬態處理器可讀儲存媒體上。本文中揭示的方法或演算法的操作可在處理器可執行軟體模組或處理器可執行指令中實施，該處理器可執行軟體模組或處理器可執行指令可常駐在非瞬態電腦可讀或處理器可讀儲存媒體上。非瞬態電腦可讀或處理器可讀儲存媒體可以是能被電腦或處理器存取的任何儲存媒體。作為實例而非限定，此類非瞬態電腦可讀或處理器可讀儲存媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM 或其他光碟儲存、磁碟儲存或其他磁儲存智慧物件、或能被用來儲存指令或資料結構形式的期望程式碼且能被電腦存取的任何其他媒體。如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮光碟(CD)、鐳射光碟、光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟和藍光光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現資料而碟(disc)用鐳射以光學方式再現資料。以上的組合亦被包括在非瞬態電腦可讀和處理器可讀取媒體的範疇內。另外，方法或演算法的操作可作為一條代碼及/或指令或者代碼及/或指令的任何組合或集合而常駐在可被納入電腦程式產品中的非瞬態處理器可讀儲存媒體及/或電腦可讀取儲存媒體上。
提供所揭示的實施例的先前描述是為了使本發明所屬領域中任何具有通常知識者皆能製作或使用本請求項。對這些實施例的各種修改對於本發明所屬領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的，並且本文中定義的通用原理可被應用於其他實施例而不會脫離請求項的範疇。由此，本案並非意欲限定於本文中示出的實施例，而是應被授予與所附請求項和本文中揭示的原理和新穎性特徵一致的最廣義的範疇。
100‧‧‧UAV
110‧‧‧框架
120‧‧‧旋翼
130‧‧‧瞄準組件
140‧‧‧樞轉平臺
145‧‧‧傾斜組裝件
α‧‧‧第一瞄準方向
β‧‧‧第一方向弧
A‧‧‧傾斜角
B‧‧‧平臺角
D‧‧‧阻力量
F‧‧‧中心面
H‧‧‧水平面
L‧‧‧升力量
P‧‧‧平檯面
TD‧‧‧行進方向

Claims (28)

  1. 一種無人駕駛飛行器(UAV)，包括：一樞轉平臺，該樞轉平臺經配置成選擇性地相對於該UAV的一框架傾斜；一傾斜組裝件，該傾斜組裝件經配置成改變該樞轉平臺相對於該框架的一傾斜角；及一處理器，該處理器耦合到該傾斜組裝件且配置有用於以下操作的處理器可執行指令：決定是否要實現對該樞轉平臺的該傾斜角的一第一改變以引起對該UAV的一升力/阻力剖線的一第一調整；及回應於決定應實現該第一改變而啟動該傾斜組裝件以實現對該樞轉平臺的該傾斜角的該所決定的第一改變。
  2. 如請求項1之UAV，進一步包括：固定至該樞轉平臺的一瞄準組件，該瞄準組件具有在一第一瞄準方向上背離該樞轉平臺的一瞄準表面，其中當該第一瞄準方向在延伸離開該UAV的一第一方向弧內延伸時，該瞄準組件以一可接受水平操作，其中該傾斜角的該第一改變引起對該第一瞄準方向的一相應改變， 其中該處理器進一步配置有用以基於該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及對該升力/阻力剖線的該第一調整來決定是否要實現對該樞轉平臺的該傾斜角的該第一改變的處理器可執行指令。
  3. 如請求項2之UAV，其中該樞轉平臺被中央地安裝在該框架的一上側上。
  4. 如請求項2之UAV，其中該第一瞄準方向在該UAV上方延伸。
  5. 如請求項2之UAV，其中該樞轉平臺被中央地安裝在該框架的一下側上。
  6. 如請求項2之UAV，其中該第一瞄準方向在該UAV下方延伸。
  7. 如請求項2之UAV，其中該樞轉平臺是圍繞該框架的一環形結構。
  8. 如請求項2之UAV，其中該瞄準組件包括一平面天線。
  9. 如請求項2之UAV，其中該瞄準組件包括一太陽能面板。
  10. 如請求項2之UAV，其中該瞄準組件包括一相機。
  11. 如請求項2之UAV，其中該瞄準組件包括一無線供電鏈路。
  12. 如請求項2之UAV，其中該樞轉平臺包括一中空的錐形結構，該中空的錐形結構的一較寬的開口端與該傾斜組裝件隔開，其中該瞄準組件是被配置成接收功率以用於為該UAV進行再充電的一無線再充電目標。
  13. 如請求項12之UAV，其中該中空的錐形結構用作該UAV的一主起落架組裝件。
  14. 如請求項1之UAV，其中該傾斜組裝件包括一伺服機構，該伺服機構被配置成將該樞轉平臺驅動至對該傾斜角的該所決定的第一改變。
  15. 如請求項1之UAV，其中該傾斜組裝件被配置成選擇性地允許該傾斜角回應於對該UAV施加的外力而改變。
  16. 如請求項1之UAV，其中該傾斜組裝件包括一偏置元件，該偏置元件被配置成引發該傾斜角的該所決定的第一改變。
  17. 如請求項1之UAV，進一步包括：耦合至該處理器的一感測器；其中該處理器進一步配置有用於以下操作的處理器可執行指令：從該感測器接收一輸入；及 使用從該感測器接收到的該輸入來決定至少一個傾斜角調整因素以用於決定是否應調整該傾斜角。
  18. 如請求項1之UAV，進一步包括：耦合至該處理器的一接收器；其中該處理器進一步配置有用於以下操作的處理器可執行指令：從該接收器接收一輸入；及使用從該接收器接收到的該輸入來決定至少一個傾斜角調整因素以用於決定是否應調整該傾斜角。
  19. 一種操作一無人駕駛飛行器(UAV)的方法，該方法包括以下步驟：在一處理器中接收用於評估一樞轉平臺相對於該UAV的一框架的一傾斜角的一第一輸入，其中該樞轉平臺被配置成選擇性地相對於該框架傾斜，並且該傾斜角的一第一改變引起該UAV的一升力/阻力剖線的一第一調整，其中該樞轉平臺支承一瞄準組件，該瞄準組件包括在一第一瞄準方向上背離該樞轉平臺的一瞄準表面，其中當該第一瞄準方向在延伸離開該UAV的一第一方向弧內延伸時，該瞄準組件以一可接受水平操作，其中該傾斜角的該等改變導致對該第一瞄準方向的一相應改變； 在該處理器中基於該第一輸入來決定從由該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及該升力/阻力剖線的該第一調整組成的一組中選擇的至少一個傾斜角調整因素；在該處理器中基於該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及對該升力/阻力剖線的該第一調整來決定該傾斜角的該第一改變；及啟動一傾斜組裝件以根據該第一改變來改變該傾斜角。
  20. 如請求項19之方法，其中啟動該傾斜組裝件以改變該傾斜角包括以下步驟：啟動驅動該傾斜組裝件的一伺服機構。
  21. 如請求項19之方法，其中啟動該傾斜組裝件以改變該傾斜角包括以下步驟：允許一偏置元件、對該UAV施加的外力、和空氣動力中的至少一者改變該傾斜角。
  22. 如請求項19之方法，其中啟動該傾斜組裝件以改變該傾斜角包括以下步驟：釋放該樞轉平臺；及回應於偵測到該傾斜角已達成該第一改變，鎖定該樞轉平臺。
  23. 如請求項19之方法，進一步包括以下步驟：啟動該UAV的元件以用於基於該傾斜角的該第一改變來發起一空中操縱；在該處理器中接收關於該傾斜角的一第二改變的一第二輸入；決定該傾斜角的該第二改變是否匹配對該傾斜角的該第一改變；及回應於決定該傾斜角的該第二改變匹配該傾斜角的該第一改變來鎖定該傾斜角。
  24. 一種無人駕駛飛行器(UAV)，包括：一框架；一樞轉平臺，該樞轉平臺樞轉地耦合到該框架且被配置成選擇性地相對於該框架傾斜，其中該樞轉平臺相對於該框架的一傾斜角的一第一改變引起基於該傾斜角的對該UAV的一升力/阻力剖線的一第一調整；由該樞轉平臺支承的一瞄準組件，該瞄準組件包括在一第一瞄準方向上背離該樞轉平臺的一瞄準表面，其中當該第一瞄準方向在延伸離開該UAV的一第一方向弧內延伸時，該瞄準組件以一可接受水平操作，其中該傾斜角的該等改變引起對該第一瞄準方向的一相應改變； 用於接收用於評估該樞轉平臺相對於該框架的該傾斜角的一第一輸入的裝置；用於基於該第一輸入來決定從由該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及該升力/阻力剖線的該第一調整組成的一組中選擇的至少一個傾斜角調整因素的裝置；用於基於該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及對該升力/阻力剖線的該第一調整來決定對該傾斜角的該第一改變的裝置；及用於啟動一傾斜組裝件以根據該第一改變來改變該傾斜角的裝置。
  25. 一種其上儲存有處理器可執行指令的非瞬態處理器可讀儲存媒體，該等指令被配置成使得一無人駕駛飛行器(UAV)的處理器執行操作，該等操作包括：接收用於評估一樞轉平臺相對於該UAV的一框架的一傾斜角的一第一輸入，其中該樞轉平臺被配置成選擇性地相對於該框架傾斜，並且該傾斜角的一第一改變引起該UAV的一升力/阻力剖線的一第一調整，其中該樞轉平臺支承一瞄準組件，該瞄準組件包括在一第一瞄準方向上背離該樞轉平臺的一瞄準表面，其中當該第一瞄準方向在延伸離開該UAV的一第一方向弧內延伸時，該瞄準組件以一可接受水平操作，其 中該傾斜角的改變導致對該第一瞄準方向的一相應改變；基於該第一輸入來決定從由該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及該升力/阻力剖線的該第一調整組成的一組中選擇的至少一個傾斜角調整因素；基於該第一瞄準方向、該第一方向弧、以及對該升力/阻力剖線的該第一調整來決定該傾斜角的該第一改變；及啟動一傾斜組裝件以根據該第一改變來改變該傾斜角。
  26. 如請求項25之非瞬態處理器可讀儲存媒體，其中所儲存的處理器可執行指令被配置成使該處理器執行進一步包括以下動作的操作：允許一偏置元件、對該UAV施加的外力、和空氣動力中的至少一者改變該傾斜角。
  27. 如請求項25之非瞬態處理器可讀儲存媒體，其中所儲存的處理器可執行指令被配置成使該處理器執行進一步包括以下動作的操作：釋放該樞轉平臺；及回應於偵測到該傾斜角已達成該第一改變，鎖定該樞轉平臺。
  28. 如請求項25之非瞬態處理器可讀儲存媒體，其中所儲存的處理器可執行指令被配置成使該處理器執行進一步包括以下動作的操作：啟動該UAV的元件以用於基於對該傾斜角的該第一改變來發起一空中操縱；在該處理器中接收關於該傾斜角的一第二改變的一第二輸入；決定該傾斜角的該第二改變是否匹配該傾斜角的該第一改變；及回應於決定該傾斜角的該第二改變匹配該傾斜角的該第一改變來鎖定該傾斜角。
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