本公開大致涉及飛行器的領(lǐng)域。更特定地，本公開涉及用于飛行器的安全機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

無人飛行器(“UAVs”)諸如飛行機(jī)器人，遙控?zé)o人駕駛飛機(jī)，飛機(jī)，直升機(jī)，例如以與直升機(jī)相似方式運(yùn)行的具備多個螺旋槳推進(jìn)器的飛行機(jī)器人這樣的多旋翼機(jī)，氣球等，所述無人飛行器在諸如主題公園、電影布景、體育運(yùn)動環(huán)境、以及新環(huán)境等的娛樂環(huán)境中已變得更為普通常見。領(lǐng)航駕駛員可以從遠(yuǎn)距位置無線地導(dǎo)航所述UAV。替代地，UAV可以具有自動駕駛儀功能部件從而使得其由計算裝置來操作和導(dǎo)航。在UAV的飛行期間，人不出現(xiàn)在UAV上。UAV已用于提供娛樂、航空攝影、采集視頻、圖像、和/或音頻，等等。

當(dāng)UAV漸增地飛越人所在的位置上方時，那些人的安全是重要的目標(biāo)。裝備故障、空中危險、以及空中機(jī)動是可能導(dǎo)致推力損失的事件的實(shí)例。

先前的解決方案是將降落傘附接至UAV。降落傘可以經(jīng)由對UAV進(jìn)行操作的領(lǐng)航駕駛員或計算裝置所發(fā)送的或者由機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)送的無線指令而彈出。使用降落傘所伴隨而來的問題在于，在降落傘的彈出期間或之后，降落傘可能與UAV的推進(jìn)單元相纏結(jié)。通常的UAV,例如多旋翼機(jī)，是自然不穩(wěn)定的，因此故障可能導(dǎo)致翻滾的機(jī)身。例如，多旋翼機(jī)可能在降落傘的彈出期間翻轉(zhuǎn)。降落傘然后可能在翻轉(zhuǎn)期間與多旋翼機(jī)的推進(jìn)單元相纏結(jié)并且不會恰當(dāng)?shù)貜棾龌蛟谌艚德鋫惚粡棾龅那闆r下在對多旋翼機(jī)減速方面不提供多少幫助。此外，降落傘經(jīng)常由顯著地減緩正常運(yùn)動的沉重的材料制造。而且，降落傘需要一定的墜落距離以展開并且恰當(dāng)?shù)貙? 飛行器進(jìn)行減速。因此，降落傘在較低的高度處不太有效即表現(xiàn)欠佳。結(jié)果，存在著對于強(qiáng)固的UAV安全系統(tǒng)的持續(xù)需求，這樣的UAV安全系統(tǒng)不會阻礙正常運(yùn)行并且在較低高度處工作表現(xiàn)良好的。

另一解決方案是建立地理圍欄。地理圍欄允許UAV在一定周界內(nèi)飛行，例如，與人或物遠(yuǎn)離的安全距離。地理圍欄限制了UAV的使用和效益。因?yàn)榈乩韲鷻谑且环N控制系統(tǒng)而非物理屏障，則由于硬件或邏輯故障，UAV仍然能夠飛越該地理圍欄。

存在著對于UAV的安全性能進(jìn)行改進(jìn)的持續(xù)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

無人飛行器設(shè)備包括框架和聯(lián)接至該框架的推進(jìn)機(jī)構(gòu)，所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)推進(jìn)所述框架穿過空中。一種儲存裝置儲存了一個或多個氣囊并且聯(lián)接至該框架。一種聯(lián)接至該框架的充脹(inflation)裝置接收激活信號并且在框架與物體沖擊之前相應(yīng)地充氣膨脹一個或多個氣囊。

一種方法包括推動無人飛行器穿過空中。激活信號發(fā)送至一種對于與飛行器相聯(lián)接的一個或多個氣囊進(jìn)行充氣膨脹的充脹裝置以從儲存裝置展開所述一個或多個氣囊。

一種系統(tǒng)包括確定無人飛行器的部件的狀況的傳感器。無人飛行器具有一個或多個氣囊以及一種充脹裝置。此外，系統(tǒng)包括一種處理器，其接收來自傳感器的指示出部件狀況的信號并且向充脹裝置發(fā)送激活信號以在無人飛行器與物體沖擊之前從儲存裝置展開一個或多個氣囊。

附圖說明

本公開的上述特征將結(jié)合附圖參考下列說明而變得更加顯而易見，附圖中相似附圖標(biāo)記表示相類同的元件并且其中：

圖1圖示一種UAV系統(tǒng)。

圖2A、2B和2C圖示了在圖1中所圖示出的UAV設(shè)備的部件的前視圖、側(cè)視圖和立體透視圖。

圖3A和3B圖示出圖2A、2B和2C中所圖示的UAV設(shè)備部分地展開和完全地展開第一氣囊和第二氣囊的示例。

圖4圖示出在圖2A、2B和2C中所圖示的電子控制裝置的內(nèi)部電子部件。

具體實(shí)施方式

提供了包括沖擊吸收裝置的UAV以改進(jìn)與飛行的UAV緊鄰處的安全性。在檢測到可能導(dǎo)致地面沖擊的狀況之后、但在該沖擊之前，對所述沖擊吸收裝置充氣。經(jīng)充脹的沖擊吸收裝置覆蓋UAV的堅硬、尖銳、和回旋部分，例如，螺旋槳推進(jìn)器、框架，等等。結(jié)果，UAV的任何沖擊作用于經(jīng)充氣膨脹的物體而非堅硬或回旋的UAV部件。沖擊吸收裝置配置成用以優(yōu)先減少沖擊的影響而不是防止對UAV的損壞。

作為示例，沖擊吸收裝置包括一個或多個氣囊，在UAV檢測到一種準(zhǔn)許激活的狀況之后，所述一個或多個氣囊各自由UAV的一個或多個部件激活。這樣的狀況包括動力故障、馬達(dá)故障、引導(dǎo)系統(tǒng)故障、控制源的意外改變、導(dǎo)航故障、空氣壓力改變、加速度或速度的改變、與障礙物的空中碰撞等等。例如，第一氣囊定位于UAV的重心上方而第二氣囊定位于UAV的重心下方。每個氣囊具有的尺寸使得兩個共同地將UAV的整個框架結(jié)構(gòu)和推進(jìn)機(jī)構(gòu)例如螺旋槳推進(jìn)器席卷在內(nèi)。與例如將要在安全機(jī)構(gòu)被激活之后允許UAV的不同部件暴露的降落傘構(gòu)造這樣的先前方法形成對照，所述UAV使用所述沖擊吸收裝置來將UAV的堅硬、尖銳、和回旋部件席卷在內(nèi)以減少沖擊的影響。

所述沖擊吸收裝置也有助于在自由落體期間減緩UAV的加速。例如，被席卷入兩個氣囊內(nèi)的UAV與沒有兩個氣囊的UAV相比將具有顯著較大的空氣阻力并且以緩慢得多的速率和加速而降落。所產(chǎn)生的較緩慢的降落降低了由于與物體或地面相接觸而產(chǎn)生的沖擊力。

沖擊吸收裝置配置成用以減輕對于飛行性能的影響，這與先前的方法形成對照，例如，使用影響UAV飛行性能的沉重材料的降落傘構(gòu)造。例如，每個氣囊的重量能夠少于一百克。氣囊能夠由超輕量薄膜制作，而非通常用于降落傘的耐用且防刺穿材料。因此，UAV能夠利用沖擊吸收裝置以與若UAV不具備沖擊吸收裝置般類似的速度飛行并且執(zhí)行類似機(jī)動操縱。

圖1圖示一種UAV系統(tǒng)100。UAV系統(tǒng)100包括UAV 102，例如，飛行 機(jī)器人、遙控?zé)o人駕駛飛機(jī)、無人飛機(jī)、無人直升機(jī)、無人多旋翼機(jī)、無人氣球，以及具有發(fā)送器106的遙控裝置104。UAV 102自主地或者利用遠(yuǎn)程人類導(dǎo)航而在一個或多個人108和/或多個物體(未示出)上方飛行。遙控裝置104是一種無線裝置，其放射出無線電頻率/射頻(“RF”)、音頻、或光學(xué)信號以激活所述沖擊吸收裝置。該信號能夠由人類操作員產(chǎn)生，后經(jīng)由計算裝置而自主地產(chǎn)生。計算裝置可以是執(zhí)行用于UAV的指令的機(jī)載裝置。替代地，計算裝置可以是從操作者向UAV發(fā)送遠(yuǎn)程指令的遠(yuǎn)程路基裝置。所述計算裝置也可以是在鄰近地或遠(yuǎn)程地定位的不同UAV上以機(jī)載方式存在的。指令能夠去往3D空間中的特定位置。如果UAV 102自主地飛行，則UAV系統(tǒng)100可以在沒有遙控裝置104的情況下運(yùn)行。

圖2A、2B和2C圖示了在圖1中所圖示出的UAV設(shè)備102的部件的前視圖、側(cè)視圖和立體透視圖。UAV設(shè)備102具有框架205，多個連接件206和208，多個儲存裝置207和209，以及多個充脹裝置210和211。連接件206和208可以是平臺、腔室、臂、籠、或其它類型的安裝裝置，其用以將多個儲存裝置207和209連接至框架205。第一儲存裝置207可操作地附接至第一充脹裝置210。此外，第二儲存裝置209可操作地附接至第二充脹裝置211。

充脹裝置210和211可以是諸如二氧化碳的壓縮氣體的容器罐。充脹裝置210和211用來對沖擊吸收裝置充氣，諸如儲存在第一儲存裝置207中的氣囊和儲存在第二儲存裝置209中的氣囊。盡管充脹裝置210和211圖示為定位于連接件206和208內(nèi)，例如腔室，充脹裝置210和211能夠位于儲存裝置207和209的頂部或側(cè)部上。替代地，充脹裝置210和211可以定位在連接件206和208上接近于第一儲存裝置207和第二儲存裝置209。另外，第一充脹裝置210和211能夠呈現(xiàn)多種不同形狀和尺寸的形式。充脹裝置210和211也可以被集成于第一儲存裝置207和第二儲存裝置209內(nèi)。

框架205也具有用來執(zhí)行UAV的飛行運(yùn)作的UAV部件。例如，框架205具有控制裝置201，控制裝置201具有用于自主地或基于從遙控裝置104所接收的指令而執(zhí)行飛行運(yùn)作的部件?？刂蒲b置201也具有用于檢測UAV故障或其中氣囊應(yīng)展開的其它事件的傳感器，以及用于激活所述沖擊吸收裝置的一個或多個機(jī)電致動器例如閥。

框架205也具有多個臂202，所述多個臂202各自可操作地連接至推進(jìn) 機(jī)構(gòu)203，例如安裝于馬達(dá)上的螺旋槳推進(jìn)器，其中馬達(dá)聯(lián)接至控制裝置201?？刂蒲b置201改變每個推進(jìn)裝置203的速度以便控制UAV 102的海拔高度和行進(jìn)方向。其它實(shí)施方式可以利用一個螺旋槳推進(jìn)器而運(yùn)行，例如直升機(jī)；或沒有任何螺旋槳推進(jìn)器，例如氣球。

此外，安裝裝置212可以用來將各種部件安裝至框架205。例如，圖像采集裝置213可以安裝至框架205。圖像采集裝置213可以在飛行期間執(zhí)行圖像采集以允許遠(yuǎn)程定位的人類領(lǐng)航駕駛員對UAV 102進(jìn)行導(dǎo)航。

圖3A和3B圖示出圖2A、2B和2C中所圖示的UAV設(shè)備102部分地展開和完全地展開第一氣囊和第二氣囊的示例。第一氣囊302由第一充脹裝置210從第一儲存裝置207展開，而第二氣囊304由第二充脹裝置211從第二儲存裝置209展開。第一氣囊302具有的尺寸使得第一氣囊302覆蓋住附接至框架205的螺旋槳推進(jìn)器203、第一儲存裝置207、以及電子控制裝置201的顯著部分。此外，第二氣囊304所具有的尺寸使得第二氣囊304覆蓋第二儲存裝置209，安裝裝置212，圖像采集裝置213，以及電子控制裝置201的顯著部分。第一氣囊302和第二氣囊304覆蓋所有螺旋槳推進(jìn)器203，電子部件，以及作為框架205的部分的、或與框架205附接的在自由落體或沖擊期間可呈現(xiàn)堅硬、尖銳或回旋部件的任何其它部件。氣囊302和304一起形成氣球狀結(jié)構(gòu)。隨著氣球狀結(jié)構(gòu)被充氣膨脹，其具有在沖擊時吸收與UAV 102的迅速減速相關(guān)聯(lián)的極大力的實(shí)體形狀。充脹可以按各種速度執(zhí)行，例如，瞬時地，緩慢地，等等。

盡管圖示了兩個充脹裝置210和211，單個充脹裝置可用來充脹多個氣囊諸如氣囊302和304。例如，單個充脹裝置，例如，閥，可以由電子控制裝置201以機(jī)電方式操作以旋轉(zhuǎn)至不同儲存裝置207和207來充脹氣囊302和304。

此外，如果UAV 102的一部分具有軟負(fù)載(soft payload)，則可以使用單個氣囊。例如，具有柔軟材料的底部的UAV 102可能僅需要單個氣囊來覆蓋具有尖銳部件和造成安全隱患或安全危害的其它部件的上部部分。另外，超過兩個氣囊可用來覆蓋UAV設(shè)備102。例如，大型UAV 102可以具有許多部件，其使得多于兩個氣囊的使用成為必需。

在一個實(shí)施方式中，氣囊302和304被密封。換言之，氣囊302和304 沒有在沖擊時釋放空氣，除非所述氣囊302和304刺穿/穿孔。在另一實(shí)施方式中，氣囊302和304具有在沖擊時從氣囊302和304釋放空氣的通氣口。當(dāng)沖擊時釋放空氣還減少了由沖擊所產(chǎn)生的力。

圖4圖示出在圖2A、2B和2C中所圖示的子控制裝置201的內(nèi)部部件。電子控制裝置201包括處理器401、存儲器402、傳感器403、以及激勵器404。傳感器403，例如加速度計、高度計、陀螺儀等，向處理器401提供數(shù)據(jù)例如激活信號從而使得處理器401可以確定是否UAV設(shè)備102已發(fā)生故障或另外地經(jīng)歷了準(zhǔn)許展開氣囊的事件。

多種不同的傳感器403可用來觸發(fā)激活信號，其從推進(jìn)裝置例如螺旋槳推進(jìn)器203移除動力和/或激活即啟動所述機(jī)電激勵器404。傳感器可以基于經(jīng)簡化的邏輯標(biāo)準(zhǔn)/準(zhǔn)則來檢測故障，即，感測翻轉(zhuǎn),破損的螺旋槳推進(jìn)器，壞的電池，電子健康故障,通訊故障，或軟件故障。

作為實(shí)例，傳感器403是向處理器401提供用于儲存在存儲器402中的加速度數(shù)據(jù)的加速度計。替代地，加速度數(shù)據(jù)可以儲存在處理器401的一個或多個寄存器中。處理器401隨后確定所述UAV設(shè)備102比預(yù)定加速度更快地加速。處理器401隨后確定圖3A和3B中所圖示的氣囊302和304應(yīng)展開。處理器向機(jī)電激勵器404發(fā)送激活信號，指令所述機(jī)電激勵器404激活充脹裝置210和211。充脹裝置210和211隨后從第一儲存裝置207和第二儲存裝置209展開氣囊302和304。

作為另一實(shí)例，傳感器403是高度計，其確定UAV設(shè)備102的高度數(shù)據(jù)。處理器401隨后確定UAV設(shè)備102在小于預(yù)定高度的高度處飛行。處理器401隨后確定圖3A和3B中所圖示的氣囊302和304應(yīng)展開。

作為又一實(shí)例，傳感器403是確定俯仰，滾轉(zhuǎn)，和/或偏航數(shù)據(jù)的陀螺儀。陀螺儀向處理器401提供數(shù)據(jù)，其能確定是否UAV執(zhí)行任何不希望的旋轉(zhuǎn)。作為實(shí)例，陀螺儀向處理器401發(fā)送了指示出UAV具有各自比70度更大的俯仰和滾轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。處理器401確定了這種旋轉(zhuǎn)是不希望的翻轉(zhuǎn)。

作為另一實(shí)例，傳感器403是電流感測傳感器，其確定出馬達(dá)(未示出)是否消耗電流。如果傳感器403確定出馬達(dá)沒有消耗任何電流或消耗了異常地高的電流量，則傳感器403將該數(shù)據(jù)提供給處理器401，其可能確定已發(fā)生馬達(dá)故障。

傳感器403也可以是部件傳感器，即，確定出部件已發(fā)生故障的傳感器。例如，傳感器403可以確定螺旋槳推進(jìn)器203沒有恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)作。傳感器403向處理器401發(fā)送數(shù)據(jù)從而使得處理器401可以基于傳感器數(shù)據(jù)是否在可接受閾值或范圍內(nèi)來確定氣囊展開是否為必需的。傳感器403也可以確定是否已發(fā)生與特定部件的通訊故障。

處理器404對于傳感器403的運(yùn)行不是必需的。例如，附接至傳感器403的部件可以配置成用以僅在若傳感器403提供具有在一定范圍中的值的信號的情況下運(yùn)行。例如，如圖2A、2B和2C中所圖示的充脹裝置210和211可以可操作地附接至傳感器，傳感器檢測出馬達(dá)沒有消耗任何電流還是消耗了異常地高的電流量。充脹裝置210和211配置成在如果傳感器403沒有提供任何指示出電流消耗的信號或是提供了異常地高的電流水平的信號的情況下用以被激活以充脹氣囊。