TWI736002B - 無人機負載模組照相機組件和回縮機構 - Google Patents

Abstract

在一個可行的實施例中，提出一無人機（UAV）負載模組回縮機構，其包含一負載樞接於一殼體。一偏壓元件係裝設用以將該負載偏向出該殼體外，及一絞盤係連接至該負載。一伸長的可撓拉引元件係耦接在該殼體與該絞盤之間，該伸長的可撓拉引元件能被該絞盤拉動，以回縮該負載於該殼體內。

Description

無人機負載模組照相機組件和回縮機構

本發明係關於無人機（UAV）負載模組組件及回縮機構。

在設計小型無人載具時，減少重量和體積是最重要的。小型無人駕駛飛行器或無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）通常被設計成從陸地起飛，及降落於陸地上。目前正在尋求可操作此種載具而暴露於，或者在被暴露到水中的環境中。例如，較佳可將無人飛行器降落於水上，而不是陸地上，既可以減輕陸地的衝擊，或在因它更容易恢復的位置。一般而言，人力操作的和無人的水陸兩用飛行器，都能夠起飛和降落在水中。

手動發射的水陸兩用無人機雖然不需要從水中起飛，但需要降落在陸地或水上。一些手動發射的無人機係設計成透過單單滑行而降落，或撞擊地面，其相較於降落水面更為劇烈。

因此，亟需一能承受降落於地面的高衝擊的水陸兩用無人機。

在一個可行的實施例中，提出一UAV負載模組回縮機構，其包含一負載樞接於一殼體。一偏壓元件係裝設用以將該負載偏向出該殼體外，及一絞盤係連接至該負載。一伸長的可撓拉引元件係耦接在該殼體與該絞盤之間，該伸長的可撓拉引元件能被該絞盤拉動，以回縮該負載於該殼體內。

在不同實施例中，該負載係樞接至該殼體內的一前位置，例如藉由一鉸鏈。在不同實施例中，當該負載在一收起位置時，該鉸鏈係位於該負載之前。在一些實施例中，該鉸鏈可包含一樞軸桿，同時該偏壓元件包含一彈簧，該彈簧係圍繞該樞軸桿而設置。在不同實施例中，該偏壓元件驅使該負載進入一展開位置。

在不同實施例中，該負載包含一照相機組件，該照相機組件包含一照相機及一盤狀托盤，該盤狀托盤係經由一鉸鏈樞接至該殼體，該盤狀托盤具有該絞盤及盤致動器。在一些實施例中，該盤致動器係位於該鉸鏈與該絞盤之間。

在不同實施例中，該伸長的可撓拉引元件可為一纜繩、皮帶、或其他拉引構件。

在一個可行的實施例中，提出具有一負載模組的一UAV負載模組回縮機構，該負載模組具有一殼體，在該殼體的一底壁具有一開口。一負載係樞接至該殼體內的一前位置。一偏壓元件裝設用以將該負載偏向出該殼體外。一絞盤係裝設至該負載，且一可撓纜繩係耦接於該殼體與該絞盤之間，用來回縮該負載進入該殼體及從該殼體釋放該負載。

在不同實施例中，該負載可包含一照相機組件，係設置以通過在該底壁的該開口樞轉出該殼體。在一些實施例中，該可撓纜繩係一皮帶。該偏壓元件可驅使該負載至一展開位置，且該偏壓元件可包含一彈簧。在不同實施例中，該負載係經由一鉸鏈樞接至該殼體的一前壁。在一些實施例中，該鉸鏈可包含一樞軸桿，且該偏壓元件包含一彈簧，該彈簧係圍繞該樞軸桿而設置。

在不同實施例中，該負載更包含一照相機組件，其具有一盤狀托盤裝設於其中，該盤狀托盤係經由一鉸鏈樞接至該殼體，該盤狀托盤包含該絞盤及一盤致動器，同時該盤致動器係位於該鉸鏈與該絞盤之間。

水路兩用的無人飛行載具

圖1繪示一水路兩用的無人飛行載具（unmanned aerial vehicle）或UAV 10的一透視簡圖。水路兩用的無人飛行載具10具有一機身100，其具有模組化隔間120、130及140以容納模組化的組件或模組，例如一電池模組20、一負載模組30、及航空電子模組40。在各種實施例中，翼部15及/或16可由多個零件構成，在降落期間，它們可為分離的及/或「可拆開的」或與機身100是分離的。

圖2繪示圖1之水路兩用的無人飛行載具10的機身100的一簡化上視圖。機身100的壁110係由能漂浮材料所組成，以使機身100在該機身滿載組件如圖1所示的電池20、負載30與航空電子40及其他非機零件與組件時，能在沒有裝設翼部（未圖示）的情況下而漂浮。例如，壁110可具有以一防水層密封的一模製發泡體核心，雖然此非為必要的。壁110可為一單一連續壁或多個壁片段，或類似物。

在此實施例中，機身被分成三個隔間，一前電池隔間120、一中央負載隔間130、及一後航空電子隔間140。前電池隔間120與中央負載隔間130係以分隔壁150隔開。中央負載隔間130與後航空電子隔間140係以分隔壁160隔開。在所示實施例中，突耳104、105及106係用作固定組件（未圖示）於隔間120、130及140內的一裝置。突耳105可藉由可旋轉的把手105h而手動旋轉，以安裝一電池（未圖示），然後再被轉回至如圖示的位置，以鎖定電池於前電池隔間120內。亦可使用可旋轉的突耳104、105及106以外的其他固定機構。

電池隔間120具有安裝表面122，其支撐一電池（未圖示）。在此實施例中，一連接器124，可為一表面安裝連接器或類似物，一般係與安裝表面122齊平。通道126f與126r係凹設於安裝表面122之下。排水口，如通道126f內的滴流孔128b，係延伸穿過機身100的底壁110b。通道126r內的滴流孔128s（如圖1–3所示）係延伸穿過機身100的側壁110s。

若機身露出水面，連接器124的接合表面124m係位於通道126f與126r的上方，會使在電池20（圖1）連接/分開時，該接合表面不會浸入水中。配線123f與123b可分別行進於通道126f與126b中，並且嵌壁式及/或嵌入式地經由機身100以提供電力至馬達（未圖示）、及航空電子模組40及/或一負載模組430。

中央負載隔間130具有前安裝表面132f與後安裝表面132r，其支撐一負載，如一照相機組件（未圖示）。負載模組30可包含攝相的、偵測的、或其他被動的、主動的、非致命的（non-lethal）、或致命的（lethal）負載裝置。在此實施例中，一連接器134係與安裝表面132r齊平，其可為一表面安裝連接器或類似物。安裝表面132r可形成一外殼163以容納連接器134與相關的配線。該外殼可形成分隔壁160的一下部。滴流孔228s（如圖1–3所示）可從外殼163之內開始延伸而穿過側壁110s，允許將水排出外殼163。在此實施例中，中央隔間130具有一大型開口131於該底部，使得可應用一照相機，例如向下觀看，或經由該大型開口131將其降下至氣流中。大型開口131亦允許從中央隔間130排出流體。

在各種實施例中，連接器134的接合表面134m可位在高於外殼163頂部的開口131之上，以使即便該機身沒有完全露出水面，當負載30（圖1）在連接/分開情況下，該接合表面不會浸入水中。

後航空電子隔間140具有一安裝表面142，位於航空電子隔間140的一底部。安裝表面142具有一前通道146f及一後通道146r。通道146f與146r係凹設於安裝表面142之下。排水口，例如通道146f中的滴流孔228s（如圖1–3所示），係延伸穿過機身100的側壁110s。通道146r中的滴流孔228b（如圖2與3所示）延伸穿過機身100的底壁110b。安裝表面142內的一傾斜的凹部229將水排出安裝表面142外而進入通道146r。

圖3中所示實施例具有一開口141，位於機身110的側壁110s內，以暴露出一散熱器41（圖1），且允許釋出由航空電子40（圖1）所產生的熱。

圖3繪示圖1之水路兩用的無人飛行載具10的機身100的一簡化側視圖。在此實施例中，選擇性滑行墊180與190係固定於機身100的底壁110b。滑行墊180與190在此實施例中係於降落在於堅硬表面。滑行墊180可位於前隔間120的正下方，且可以具有足夠厚度與密度的一耐久吸震材料來組裝，以進一步保護在隔間120內的組件如電池20（圖1）的衝擊。類似地，滑行墊190可位於後隔間140的正下方，且可以具有足夠厚度與密度的一耐久吸震材料來組裝，以進一步保護在隔間140內的組件，例如航空電子40（圖1）。

滴流孔128s係延伸穿過機身100的側壁110s。滴流孔128s延伸穿過側壁110s並進入電池隔間120的後通道126r。滴流孔228s延伸穿過側壁110s並進入中央負載隔間130的外殼163。

流體排水口可為滴流孔、流體排水埠、或類似物。

各種實施例提供一機身100，使一UAV能降落於水面及起伏地形。非將整個飛行器密封以防水侵入，各種實施例達到降落於水面的能力，是透過將個別的電氣的與電子組件即電池、負載、航空電子及相關的連接器與配線密封。

這使得飛行器的其他部分能保持漂浮，且當該UAV從水中退出時，藉由一組流體排出埠，將任何飛行器內的水排出。以此方式，電氣的與電子組件的保護即非依賴於保持機身100或外壁110的整體性，因機身100或外壁110可能會在降落於堅硬及/或起伏地形（一般為降落於地面）期間受損壞。

這也使得飛行器內需要進行防水的體積達到最小化，從而減低整個系統的重量和複雜性。

再者，該飛行器能降落於堅硬表面或起伏地形而不損壞電氣的與電子組件的能力，不僅是藉由將這些組件置於模組化隔間120、130、及140內來達成，亦藉由允許隔間120、130、及140的壁110能部分地變形而不致造成UAV故障來達成。該壁110形成一衝擊區圍繞在隔間120、130、及140內的電氣的與電子組件，且分隔板能抑制組件20、30、及40相撞。可選擇地，在一些實施例中，壁110與安裝座122、132f、132r、及142係為從壁110及/或其相對的分隔板150與160（圖2）處嵌設的組件20、30、及40（圖1）。額外的吸震材料（未圖示）可加入至隔間120、130、或140內以更減少任何因衝擊而損壞組件20、30、或40的機會。

如圖1與2所示，機身110可含有一選擇性的外通道110c於機身110的側面110s，於航空電子隔間140的側壁110上，從一孔218向後延伸至飛行器10的尾部。配線203延伸通過孔218並沿著外通道110c以將航空電子組件40連接至一驅動器組件202，用來致動在飛行器10尾部的翼面（control surfaces）。外通道110c使得可以很容易地接觸配線以進行檢查、維修和更換。

收放式照相機組件

（圖4–7）

圖4繪示一負載模組30之一實施例的一簡化的剖開側視圖。參照圖1、3及4–7，提供一負載400的一回縮機構410係用來將負載400從UAV 10內的一停佇位置（如圖6所示），且因此從UAV 10的機身100的底部110b，移動至延伸至如圖4所示的負載模組30之外的一位置。圖5繪示圖4的一負載模組30之一實施例的一簡化的剖開側視圖，負載400係部分地收進殼體35內，而圖6繪示圖4的一負載模組30之一實施例的一簡化的剖開側視圖，負載係全部收進殼體35內。

負載400可為一萬向盤，及如所示的傾斜照相機組件405，其在延伸位置可在UAV 10下方並繞其而觀看。在照相機組件405的收回或延伸期間，照相機組件405繞著一單一樞轉點/軸或鉸鏈420移動。照相機組件405以延著該殼體35之外的箭頭422d所示的調動的方向而移動，及延著將負載400裝進殼體35內的箭頭422s所示的方向而移動。在其他實施例中，鉸鏈420可具有多個樞轉軸（未圖示）的多個樞轉點。

一般而言，在照相機組件405上的此鉸鏈420的另一端係一絞盤430。絞盤430接著係直接地或間接地透過一纜繩440連接於、連接至、或與殼體35之一壁35w連接，例如與一鎖固件450，或其他對前壁35f的鎖定構件，以使得透過操作絞盤430而能將照相機組件405全部收回於模組30的殼體35內。絞盤430係位於盤狀托盤415內。

在於或圍繞於鉸鏈420的一偏壓元件，如一彈簧460，係用來將負載400偏向朝其延伸位置的下方（如圖4所示）。連接至照相機組件405及/或殼體35的停止件、座或限制器（未圖示）可用來限制該照相機組件在它的延伸位置的運動。在一些實施例中，纜繩440可以其本身或額外地與其他限制器，限制照相機組件405在它的延伸的位置處的運動，並因此在該照相機完全延伸時處於張力狀態。再者，在一些實施例中，當照相機組件405伸入氣流中時，彈簧460提供足夠的力量以保持照相機組件405穩定。在其他實施例中，當其在延伸時若需要的話，可使用一可致動的鎖固機構（未圖示）來固定該照相機組件。

負載400可設置於UAV 10中，如此沿著UAV 10行進的方向會使照相機組件405繞鉸鏈420旋轉而進入該殼體。在回縮機構410故障的情況下，當其在降落而接觸地面時，此配置將允許照相機組件405縮回至UAV 10中，從而降低損壞負載400的可能性或嚴重性。為利於此目的，鉸鏈420或其他樞軸構件係位於前方且靠近殼體35的底部。因此，鉸鏈420可置於該殼體35的前壁35f，使得鉸鏈樞軸桿795（圖7）的中心軸係垂直於UAV 10運動的方向。

纜繩440的使用進一步提供了可靠的操作和環境的適應能力，及重量的減輕。此處述及的用語纜繩，包括了編織纜繩、帶狀纜繩、一皮帶、一帶子、一繩子、一鎖鏈、或其他用來支撐張力或拉力的可撓構件。在一實施例中，纜繩440可為一尼龍（NYLON）、克維拉纖維（KEVLAR）、或其他材料的可靠的、重量輕的、不易腐蝕的帶子。

在此實施例中，鎖固件450可作為供照相機組件405的一停止件或座450r。在此實施例中，當該照相機組件如圖6所示全部縮回時，盤狀托盤415面向座450r而置放。在其他實施例中，鎖固件450與座450r可為不同的機構。

圖7繪示照相機組件405的盤狀托盤415之一實施例的一剖開上視簡圖。盤狀托盤415包覆盤狀馬達組件745，其係用來使照相機組件405移動拍攝。絞盤馬達735亦被包覆於盤狀托盤415中，並經由同樣包覆於盤狀托盤415中的蝸輪755而耦接至絞盤滾筒785。絞盤滾筒785係在盤狀托盤415之外部，並位於樞軸桿795對面。

在此實施例中，殼體35的底部35b未密封，所以負載模組30具有一開放式底部35b以利於負載400的調動。因此，在此實施例中，盤狀托盤415及傾斜圓柱425係個別地被密封。傾斜圓柱425一般係包覆俯仰操縱電動機組件（未圖示）及攝相的、偵測的、或其他被動的、主動的、非致命的、或致命的負載裝置465與475。

值得注意的是任何參照「一個實施例」或「一實施例」意指任何描述與該實施例有關的一特定特徵、結構或特性，必要時應包含於一實施例中。在本說明書不同處的用詞「在一實施例中」，並非皆指相同實施例。

此處提供的圖式和例子係為說明之目的，而不是為了用來限制所附的申請專利範圍。本揭示應視為本發明的例證原則，所附實施例並無意限制本發明的精神和範圍及/或申請專利範圍。

該領域中的技術者可將本發明進行修改，以達到本發明特定的應用。

本專利中所含的討論目的是作為一個基本的描述。讀者應知道，具體的討論可能不會明確描述所有可行的實施例，且替代方案是隱含的。此外，此討論可能未完全解釋本發明的一般性質，亦可能沒有明確說明每個功能或元件可如何被取代或等效置換。再者，這些概念是隱含在本揭示中的。在本發明中介紹了裝置導向的用語，每個元件的隱含地執行該裝置的一項功能。還應該了解的是，可作出各種變化而不偏離本發明的本質。這種變化也隱含在此描述中。這些變化仍屬於本發明所要求保護的範圍。

此外，本發明及申請專利範圍中的每一不同的元件亦可以各種方式來實現。本揭示應理解為包括每個這樣的變型，無論是任何裝置實施例、一方法實施例的變型，甚至僅僅是任何這些元件的一個變化。特別是，應理解的是，與本發明元件相關的揭示，即使僅功能或結果相同，其每個元件的用語可用等價的設備用語來表示。這種等效，更廣泛，更通用的用語，甚至應該被認為是涵蓋在描述每個元件或動作。這些用語可為了顯現本發明所賦予的隱含的範圍的目的而被替代。同樣地，每個所揭示的物理元件應被理解為涵蓋物理元件利於達成的所揭示的動作。這些變化和替代用語應被認為是此詳細說明所明確揭示。

在描述了與本發明相關的數個實施例後，應對於該技術領域者具有將其變化的建議。此處的例示實施例非用於限制，而各種配置和特徵的組合均為可能的。因此，本發明不僅限於所揭實施例，應以所附的申請專利範圍為準。

10:無人機（UAV） 15:翼部 16:翼部 20:電池模組 30:負載模組 35:殼體 35b:底部 35f:前壁 35w:壁 40:航空電子模組 100:機身 104:突耳 105:突耳 106:突耳 105h:把手 110:壁 110b:底壁 110c:外通道 110s:側壁 120:電池隔間 122:安裝座 123b:配線 123f:配線 124:連接器 124m:接合表面 126b:通道 126f:通道 126r:通道 128b:滴流孔 128s:滴流孔 130:負載隔間 131:大型開口 132f:前安裝表面 132r:後安裝表面 134:連接器 134m:接合表面 140:航空電子隔間 141:開口 142:安裝座 146f:前通道 146r:後通道 150:分隔板 160:分隔板 163:外殼 180:滑行墊 190:滑行墊 202:驅動器組件 203:配線 218:孔 228b:滴流孔 228s:滴流孔 229:凹部 400:負載 405:照相機組件 410:回縮機構 415:盤狀托盤 420:鉸鏈 422d:箭頭 422s:箭頭 425:傾斜圓柱 430:絞盤 440:纜繩 450:固定件 450r:座 460:彈簧 465:負載裝置 475:負載裝置 735:絞盤馬達 745:盤狀馬達組件 755:蝸輪 785:絞盤滾筒 795:樞軸桿

本發明的特徵與優點可藉由詳細說明、後附申請專利範圍、及隨附的圖式而更易於理解，其中：

圖1繪示一水路兩用無人飛行載具的一透視簡圖。

圖2繪示圖1之水路兩用無人飛行載具的機身的一簡化上視圖。

圖3繪示圖1之水路兩用無人飛行載具的機身的一簡化側視圖。

圖4繪示一負載模組之一實施例的一簡化的剖開側視圖。

圖5繪示圖4的一負載模組之一實施例的一簡化的剖開側視圖，該負載係部分地收進該殼體內。

圖6繪示圖4的一負載模組之一實施例的一簡化的剖開側視圖，該負載係全部收進該殼體內。

圖7繪示照相機組件的盤狀托盤之一實施例的一簡化的剖開上視圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

30:負載模組

35:殼體

35b:底部

35f:前壁

35w:壁

110b:底壁

400:負載

405:照相機組件

415:盤狀托盤

420:鉸鏈

422d:箭頭

422s:箭頭

425:傾斜圓柱

430:絞盤

440:纜繩

450:固定件

450r:座

460:彈簧

465:負載裝置

475:負載裝置

Claims (13)

1. 一種無人機(UAV)，包括：a)一可展開的負載；b)一回縮機構，用於將該可展開的負載從一收起位置移動到從該UAV的一底部延伸出的一展開位置，並且用於將該可展開的負載從該展開位置移動到該收起位置中；及c)一鉸鏈，該鉸鏈位於該負載的前方，並且使得從該UAV出來的該可展開的負載的一旋轉軸與該UAV的一行進方向成正交。
2. 如請求項1所述之UAV，其中當該負載處於該收起位置時，該鉸鏈位於該負載的一底部附近。
3. 如請求項1所述之UAV，進一步包括一座，用以限制該可展開的負載在該展開位置的一運動。
4. 如請求項1所述之UAV，進一步包括一可致動的鎖固機構，用以當該可展開的負載處於從該UAV延伸的該展開位置時，固定該可展開的負載。
5. 如請求項1所述之UAV，進一步包括一偏壓元件，用以將該可展開的負載偏向出該UAV的該底部外。
6. 如請求項5所述之UAV，其中該回縮機構包括耦接到該可展開的負載的一可撓拉引元件。
7. 如請求項6所述之UAV，其中該可撓拉引元件無法在該可展開的負載上施加一推力。
8. 一種在一無人機(UAV)中的方法，包括以下步驟：a)將一可展開的負載從一收起位置移動到從該UAV的一底部延伸出的一展開位置；b)將該可展開的負載從該展開位置移動到該收起位置中；及c)其中將該可展開的負載從該收起位置移動到該展開位置，並且將該可展開的負載從該展開位置移動到該收起位置中的步驟包括以下步驟：從該可展開的負載上的一前位置樞轉該可展開的負載，並且使得從該UAV出來的該可展開的負載的一旋轉軸與該UAV的一行進方向成正交。
9. 如請求項8所述之方法，其中樞轉該可展開的負載的步驟包括以下步驟：當該負載處於該收起位置時，從該負載的一底部的附近樞轉該可展開的負載。
10. 如請求項8所述之方法，其中將該可展開的負載從該收起位置移動到從該UAV的一底部延伸出的該展開位置的步驟包括以下步驟：從一機身延伸該負載。
11. 如請求項8所述之方法，進一步包括以下步驟：使用一限制器，來限制該可展開的負載在從該UAV延伸的該展開位置的一運動。
12. 如請求項8所述之方法，其中將該可展開的負載從該展開位置移動到該收起位置中的步驟包括以下 步驟：使用耦接到該可展開的負載的一可撓拉引元件。
13. 如請求項8所述之方法，其中將該可展開的負載從該展開位置移動到該收起位置中的步驟包括以下步驟：使用無法在該可展開的負載上施加一推力的一可撓拉引元件。

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