用于无人驾驶飞行器的电气系统专利检索-无人驾驶飞行器飞行器飞机类型专利检索查询-专利查询网

用于无人驾驶 飞行器的电气系统

阅读：633发布：2020-05-13

专利汇可以提供用于无人驾驶飞行器的电气系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种示例无人驾驶飞行器，包括：电源；具有一个或多个处理器的处理器模块；以及多个悬臂，每个悬臂可耦合到印刷电路板(PCB)和多个螺旋桨。在示例UAV中，每个悬臂的PCB包括可电耦合到电源和悬臂的对应螺旋桨的电力集线器、以及可电耦合到处理器模块的至少一个处理器和对应螺旋桨的信号集线器。此外，在示例UAV中，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到对应螺旋桨，并且其中每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到对应螺旋桨，使得处理器模块控制多个螺旋桨。，下面是用于无人驾驶飞行器的电气系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无人驾驶飞行器，包括：
电源；
一个或多个处理器；以及
多个悬臂，每个悬臂可耦合到印刷电路板(PCB)和多个螺旋桨；
其中，每个悬臂的PCB包括可电耦合到电源和悬臂的对应螺旋桨的电力集线器、以及可电耦合到所述一个或多个处理器中的至少一个处理器和对应螺旋桨的信号集线器；
其中，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到对应螺旋桨，并且其中，每个PCB的信号集线器被配置为将信号从所述一个或多个处理器传输到对应螺旋桨，使得处理器模块控制多个螺旋桨。
2.如权利要求1所述的UAV，还包括处理器模块，其中，所述处理器模块包括所述一个或多个处理器。
3.如权利要求2所述的UAV，还包括传感器模块，所述传感器模块包括至少一个传感器，其中，传感器模块可电耦合到处理器模块，并且其中，每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到对应螺旋桨，使得处理器模块至少部分地基于所述传感器模块的传感器数据来控制多个螺旋桨。
4.如权利要求3所述的UAV，还包括机翼和机身，其中，机翼和机身各自包括传感器模块的一个或多个传感器，并且其中，机翼还包括处理器模块可控制的多个螺旋桨。
5.如权利要求3所述的UAV，其中，UAV的PCB结合到机翼中，并且其中，每个PCB经由耦合到悬臂的电引线电耦合到对应螺旋桨。
6.如权利要求1所述的UAV，其中，对应于悬臂的每个PCB还包括处理器，并且其中，UAV的处理器模块包括每个PCB的处理器和UAV的中央处理器。
7.如权利要求6所述的UAV，其中，与每个悬臂相关联的PCB还被配置为用作UAV的控制器局域网(CAN)总线节点。
8.如权利要求1所述的UAV，其中，每个PCB的电力集线器包括与多个对应螺旋桨中的每一个对应的多个选择器开关。
9.如权利要求1所述的UAV，其中，悬臂中的至少一个还包括尾部和伺服机构，其中，尾部基于伺服机构的运动而运动，并且其中，与至少一个悬臂相关联的PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到伺服机构，使得处理器模块控制伺服机构的运动。
10.如权利要求1所述的UAV，其中，多个悬臂由四个悬臂组成，并且其中，四个悬臂中的每一个包括三个螺旋桨。
11.如权利要求1所述的UAV，其中，PCB经由电源的高压端和电源的低压端并联连接。
12.一种无人驾驶飞行器的电气系统，包括：
电源；
处理器模块，包括一个或多个处理器；
多个螺旋桨，包括多个螺旋桨子组，其中，每个螺旋桨子组对应于UAV的多个悬臂中的一个；以及
多个印刷电路板(PCB)，其中，多个PCB中的每个PCB对应于多个悬臂中的一个；
其中，每个悬臂的PCB包括可电耦合到电源和悬臂的对应螺旋桨子组的电力集线器、以及可电耦合到处理器模块的至少一个处理器和对应螺旋桨子组的信号集线器；
其中，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到对应螺旋桨子组，并且其中，每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到对应螺旋桨子组，使得处理器模块控制多个螺旋桨。
13.如权利要求12所述的UAV的电气系统，还包括传感器模块，所述传感器模块包括至少一个传感器，其中，所述传感器模块可电耦合到处理器模块，并且其中，每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到对应螺旋桨，使得处理器模块至少部分地基于传感器模块的传感器数据来控制多个螺旋桨。
14.如权利要求12所述的UAV的电气系统，其中，所述处理器模块包括中央处理器和与PCB相关联的多个处理器，其中，所述中央处理器用作控制器局域网(CAN)总线的中央处理单元，每个PCB用作CAN总线的CAN节点，以及与PCB相关联的每个处理器用作相关联CAN节点的CAN控制器和收发器。
15.如权利要求12所述的UAV的电气系统，还包括处理器模块可控制的多个伺服机构。
16.一种UAV的机翼内的电气系统，包括：
电源；
处理器模块，包括一个或多个处理器；以及
多个印刷电路板(PCB)；
其中，多个PCB各自包括可电耦合到电源和多个螺旋桨的电力集线器、以及可电耦合到处理器模块的至少一个处理器和多个螺旋桨的信号集线器；
其中，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到多个螺旋桨，并且其中，每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到与PCB相关联的多个螺旋桨，使得处理器模块控制多个螺旋桨。
17.如权利要求16所述的UAV的机翼内的电气系统，还包括传感器模块，所述传感器模块包括至少一个传感器，其中，所述传感器模块可电耦合到处理器模块，并且其中，每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到与PCB相关联的螺旋桨，使得处理器模块至少部分地基于传感器模块的传感器数据来控制多个螺旋桨。
18.如权利要求16所述的UAV的机翼内的电气系统，其中，PCB在机翼的注射成型过程期间结合到机翼中。
19.如权利要求16所述的UAV的机翼内的电气系统，其中，多个PCB经由UAV的多个悬臂的电引线耦合到多个螺旋桨。
20.如权利要求16所述的UAV的机翼内的电气系统，还包括机翼的多个螺旋桨，其中，机翼的多个螺旋桨可由处理器模块控制。

说明书全文

用于无人驾驶飞行器的电气系统

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2016年12月30日提交的美国专利申请第15/395,996号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

[0003] 无人驾驶载具(unmanned vehicle)(也可称为自主载具)是能够在没有物理存在的人类操作员的情况下行进的载具。无人驾驶载具可以在远程控制模式、自主模式或部分自主模式下操作。

[0004] 当无人驾驶载具在远程控制模式下操作时，位于远程位置的飞行员或驾驶员可以通过经由无线链路发送到无人驾驶载具的命令来控制无人驾驶载具。当无人驾驶载具在自主模式下操作时，无人驾驶载具通常基于预编程的导航路点、动态自动化系统或这些的组合来运动。此外，一些无人驾驶载具可以在远程控制模式和自主模式两者下操作，并且在一些情况下可以同时这样做。例如，远程飞行员或驾驶员可能希望将导航留给自主系统，同时手动执行另一任务，诸如操作用于拾取对象的机械系统，作为示例。

[0005] 针对各种不同环境存在各种类型的无人驾驶载具。例如，存在用于在空中、地面上、水下和太空中操作的无人驾驶载具。示例包括四轴飞行器和尾坐式(tail-sitter)UAV，以及其他载具。对于可以进行多环境操作的混合操作，也存在无人驾驶载具。混合无人驾驶载具的示例包括能够在陆地上以及在水上操作的水陆两用飞行器、或能够在水上以及陆地上着陆的飞行艇。其他示例也是可能的。发明内容

[0006] 示例系统可以涉及无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle，UAV)、UAV的电气系统和UAV的机翼内的电气系统。UAV可以包括电源、处理器模块和印刷电路板(PCB)，每个PCB被配置为将电力从电源传输到多个螺旋桨，并且将信号从处理器模块传输到多个螺旋桨。

[0007] 在一个示例中，提供了一种UAV，其包括电源、具有一个或多个处理器的处理器模块、以及多个悬臂(boom arm)，每个悬臂可耦合到印刷电路板(PCB)和多个螺旋桨。在示例UAV中，每个悬臂的PCB包括可电耦合到电源和悬臂的对应螺旋桨的电力集线器、以及可电耦合到处理器模块的至少一个处理器和对应螺旋桨的信号集线器。此外，在示例UAV中，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到对应螺旋桨，并且其中每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到对应螺旋桨，使得处理器模块控制多个螺旋桨。

[0008] 在另一示例中，提供了一种UAV的电气系统，其包括电源、具有一个或多个处理器的处理器模块、以及包括多个螺旋桨子组的多个螺旋桨。在示例电气系统中，每个螺旋桨子组对应于UAV的多个悬臂中的一个，以及多个印刷电路板(PCB)。而且，在示例系统中，多个PCB中的每个PCB对应于多个悬臂中的一个。此外，在示例系统中，每个悬臂的PCB包括可电耦合到电源和悬臂的对应螺旋桨子组的电力集线器、以及可电耦合到处理器模块的至少一个处理器和对应螺旋桨子组的信号集线器。另外，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到对应螺旋桨子组，并且其中每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到对应螺旋桨子组，使得处理器模块控制多个螺旋桨。

[0009] 在另一示例中，提供了一种UAV的机翼内的电气系统，其包括电源、具有一个或多个处理器的处理器模块、以及多个印刷电路板(PCB)。在示例系统中，多个PCB均包括可电耦合到电源和多个螺旋桨的电力集线器、以及可电耦合到处理器模块的至少一个处理器和多个螺旋桨的信号集线器。此外，在示例系统中，每个PCB的电力集线器被配置为将电力从电源传输到多个螺旋桨，并且其中每个PCB的信号集线器被配置为将信号从处理器模块传输到与PCB相关联的多个螺旋桨，使得处理器模块控制多个螺旋桨。

[0010] 前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考图和以下详细描述以及附图，其他方面、实施例和特征将变得显而易见。

附图说明

[0011] 图1A是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的简化图示。

[0012] 图1B是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的简化图示。

[0013] 图1C是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的简化图示。

[0014] 图1D是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的简化图示。

[0015] 图1E是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的简化图示。

[0016] 图2是示出根据示例实施例的无人驾驶飞行器的组件的简化框图。

[0017] 图3是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的电气系统的框图。

[0018] 图4是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的印刷电路板与无人驾驶飞行器的其他组件交互的框图。

[0019] 图5是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的俯视图，该无人驾驶飞行器具有由无人驾驶飞行器的处理器模块可控制的多个控制区。

[0020] 图6是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的电气系统的简化电路图。

[0021] 图7是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的处理器模块的简化图。

[0022] 图8A、图8B和图8C是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的印刷电路板的简化电路图。

具体实施方式

[0023] 本文描述了示例方法和系统。本文描述的任何示例实施例或特征不一定被解释为比其他实施例或特征优选或有利。本文描述的示例实施例不意味着限制。将容易理解，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种不同的配置来布置和组合，本文考虑到所有这些各种不同的配置。

[0024] 此外，图中所示的特定布置不应视为限制。应理解，其他实施例可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略一些所示元件。此外，示例实施例可以包括未在图中示出的元件。

[0025] I.概述

[0026] 示例实施例可以包括或以其他方式涉及无人驾驶飞行器和无人驾驶飞行器的电气系统。例如，无人驾驶飞行器(UAV)可包括电源和具有一个或多个处理器的处理器模块。UAV还可包括多个悬臂(boom arm)，多个悬臂中的每一个具有对应多个螺旋桨。每个悬臂可以对应于印刷电路板(PCB)。每个PCB可以被配置为将电力从电源传输到对应多个螺旋桨，并将信号从处理器模块传输到对应多个螺旋桨，使得螺旋桨可由处理器模块控制。

[0027] 在一些示例中，每个PCB可以包括电力集线器和信号集线器。电力集线器可以电耦合到电源和对应多个螺旋桨。每个PCB可以经由电力集线器将电力传输到对应多个螺旋桨。信号集线器还可以电耦合到处理器模块和对应多个螺旋桨。每个PCB可以经由信号集线器将处理器模块的信号传输到对应多个螺旋桨。

[0028] 在一些示例中，UAV还可以包括传感器模块，该传感器模块具有可电耦合到处理器模块的一个或多个传感器。处理器模块可基于一个或多个传感器的传感器数据确定用于多个螺旋桨的控制信号。每个PCB的信号集线器可以被配置为将控制信号传输到对应螺旋桨，使得螺旋桨可以至少部分地基于传感器模块的传感器数据由传感器模块控制。

[0029] 在一些示例中，UAV可另外包括机翼。多个PCB可以结合到机翼中。机翼可另外包括传感器模块的一个或多个传感器。机翼还可包括多个螺旋桨。机翼的螺旋桨也可以由处理器模块控制。在一些示例中，多个PCB可以在机翼的注射成型过程期间结合到机翼中。

[0030] 将PCB结合到UAV中可允许对多个螺旋桨的有效电力传输和控制，同时有效地利用空间。例如，每个PCB可以定位在UAV的悬臂上。悬臂可以是薄的设计，但是由于PCB的低轮廓(low profile)而可以容纳PCB。此外，将PCB结合到UAV中用于电力传输和信号传输到多个螺旋桨可以允许UAV的电气系统的简单装配和修理。例如，针对每个悬臂有单独的PCB将减少为每个臂架安装线束的需要。此外，如果一个PCB发生故障，可以在其位置处安装另一个PCB，而不必更换UAV的整个电气系统。

[0031] 包括多个单独的PCB还可以允许UAV设计中的冗余性。例如，如果一个PCB发生故障，则其他PCB将仍然可以控制对应螺旋桨并安全地将UAV引导到地面。此外，使用多个冗余PCB可以通过允许相同的部件在UAV的单独区域中使用来简化制造。例如，一个PCB可用于控制一个悬臂的三个螺旋桨，而相同设计的另一个PCB可用于控制另一个悬臂的四个螺旋桨。

[0032] 在一些示例中，每个PCB可以包括至少一个处理器。在这些示例中，每个PCB可以充当控制器局域网(CAN)总线的CAN节点，并且至少一个处理器可以充当CAN节点的CAN控制器和收发器。在这些示例中，处理器模块可以包括中央处理器和多个PCB中的每个处理器。中央处理器可以充当CAN总线的中央处理单元。这样，处理器模块可以基于各个CAN节点和中央处理单元之间的通信来动态地控制多个螺旋桨。例如，UAV的传感器可以指示UAV处于影响UAV的俯仰或偏航的有风环境中。处理模块可以对螺旋桨应用比例-积分-微分(PID)控制以校正风的影响。

[0033] 在其他示例中，UAV的一个或多个悬臂可包括可由处理器模块控制的附加组件。例如，一个或多个悬臂可包括无人驾驶UAV的尾部和对应伺服机构。尾部可以响应于对应伺服机构的运动而运动。在这些示例中，与悬臂相关联的PCB可以被配置为将信号从处理器模块传输到伺服机构，使得尾部可由处理器模块控制。

[0034] 在其他示例中，每个PCB的电力传输模块可以包括选择器开关，选择器开关被配置为向每个螺旋桨传输电力或者拒绝给(withhold)每个螺旋桨电力。在这些示例中，选择器开关可以由处理器模块控制。在其他示例中，它们可以由PCB的电路控制。

[0035] II.说明性无人驾驶载具

[0036] 这里，术语“无人驾驶飞行器”和“UAV”是指能够在没有物理存在的人类飞行员的情况下执行某些功能的任何自主或半自主载具。

[0037] UAV可以采取各种形式。例如，UAV可以采取固定翼飞行器、滑翔机飞行器、尾坐式飞行器、喷气式飞行器、涵道风扇飞行器、轻于空气的飞船(dirigible)(诸如软式飞艇或可驾驶气球)、旋翼机(rotorcraft)(诸如直升机或多旋翼飞行器(multicopter))、和/或扑翼飞行器的形式，以及其他可能性。此外，术语“无人机(drone)”，“无人驾驶飞行器系统”(UAVS)或“无人驾驶航空系统”(unmanned aerial system,UAS)也可用于指代UAV。

[0038] 图1A是根据示例实施例的提供UAV的各种视图的简化图示。具体地，图1A示出了固定翼UAV 1100a的示例，其还可以被称为飞机(airplane)、飞机(aeroplane)、双翼飞机、滑翔机或飞机(plane)，以及其他可能性。顾名思义，固定翼UAV 1100a具有固定的机翼1102，其基于机翼形状和载具的向前空速来产生升力。例如，两个机翼1102可以具有翼型形状的横截面，以在UAV 1100a上产生气动力。

[0039] 如所描绘的，固定翼UAV 1100a可以包括翼身或机身1104。翼身1104可以包含例如控制电子设备(诸如，惯性测量单元(IMU)和/或电子速度控制器)、电池、其他传感器、和/或有效载荷，以及其他可能性。说明性UAV 1100a还可以包括起落架(未示出)以辅助受控的起飞和着陆。在其他实施例中，没有起落架的其他类型的UAV也是可能的。

[0040] UAV 1100a还包括定位在机翼1106(或机身)上的用于推进UAV 1100a的推进单元1106，每个推进单元可以包括电机、轴和螺旋桨。稳定器(stabilizer)1108(或垂直安定面(fin))也可以附接到UAV 1110a，以在飞行期间使UAV的偏航(左转或右转)稳定。在一些实施例中，UAV 1100a还可以配置为用作滑翔机。为这样做，UAV 1100a可以将其电机、推进单元等断电，并在一时间段内滑行。在UAV 1100a中，一对旋翼支撑件1110在机翼1106下方延伸，并且多个旋翼1112附接旋翼支撑件1110。可以在悬停模式期间使用旋翼1110，其中UAV
1110a下降到递送位置(delivery location)，或者在递送后上升。在示例UAV 1100a中，示出了稳定器1108附接到旋翼支撑件1110。

[0041] 在飞行期间，UAV 1100a可以通过控制其俯仰、滚转、偏航和/或高度来控制其运动的方向和/或速度。例如，稳定器1108可以包括用于控制UAV的偏航的一个或多个方向舵1108a，并且机翼1102可以包括用于控制UAV的俯仰的一个或多个升降舵、和/或用于控制UAV的滚转的一个或多个副翼1102a。作为另一个示例，同时增加或减小所有螺旋桨的速度可以分别导致UAV1100a增加或减小其高度。

[0042] 类似地，图1B示出了固定翼UAV 120的另一示例。固定翼UAV 120包括机身122、带有翼型形状的横截面以为UAV 120提供升力的两个机翼124、用于使飞机的偏航(左转或右转)稳定的垂直稳定器126(或垂直安定面)、用于使俯仰(向上或向下倾斜)稳定的水平稳定器128(也称为升降舵或水平尾翼)、起落架130和推进单元132，该推进单元可以包括电机、轴和螺旋桨。

[0043] 图1C示出了具有推动器(pusher)配置的螺旋桨的UAV 140的示例。术语“推动器”是指与推进单元安装在UAV的前部相反，推进单元142安装在UAV的后部并“推动”飞行器向前的事实。类似于针对图1A和图1B提供的描述，图1C描绘了在推动器式飞机中使用的常见结构，包括机身144、两个机翼146、垂直稳定器148和推进单元142，该推进单元可以包括电机、轴和螺旋桨。

[0044] 图1D示出了尾坐式UAV 160的示例。在所示示例中，尾坐式UAV 160具有固定翼162以提供升力并允许UAV 160水平地滑动(例如，沿x轴，在大致垂直于图1D所示的位置的位置)。然而，固定翼162还允许尾坐式UAV160自身垂直地起飞和着陆。

[0045] 例如，在发射场地，尾坐式UAV 160可以垂直地定位(如图所示)，其垂直安定面164和/或机翼162搁置在地面上并在垂直位置使UAV 160稳定。然后，尾坐式UAV 160可以通过操作其螺旋桨166以产生向上的推力(例如，大体上沿着y轴的推力)而起飞。一旦处于合适的高度，尾坐式UAV 160可以使用其襟翼168在水平位置自己重定向，使得相比于与y轴对齐，其机身170更接近于与x轴对齐。在被水平地定位的情况下，螺旋桨166可以提供向前推力，使得尾坐式UAV 160可以以与典型飞机类似的方式飞行。

[0046] 所示固定翼UAV的许多变型都是可能的。例如，固定翼UAV可以包括更多或更少的螺旋桨，和/或可以利用一个或多个涵道风扇来推进。此外，具有更多机翼(例如，具有四个机翼的“x-机翼”配置)、具有更少机翼或甚至没有机翼的UAV也是可能的。

[0047] 如上所述，除固定翼UAV之外或作为替选，一些实施例可涉及其他类型的UAV。例如，图1E示出了通常被称为多旋翼飞行器180的旋翼机的示例。多旋翼飞行器180也可以被称为四轴飞行器，因为其包括四个旋翼182。应当理解，示例实施例可以涉及具有比多旋翼飞行器180更多或更少的旋翼的旋翼机。例如，直升机通常具有两个旋翼。具有三个或更多个旋翼的其他示例也是可能的。这里，术语“多旋翼飞行器”是指具有多于两个旋翼的任何旋翼机，以及术语“直升机”是指具有两个旋翼的旋翼机。

[0048] 更详细地参考多旋翼飞行器180，四个旋翼182为多旋翼飞行器180提供推进和可操纵性。更具体地，每个旋翼182包括附接到电机184的桨叶。经如此配置，旋翼182可允许多旋翼飞行器180垂直地起飞和着陆，在任何方向上操纵，和/或悬停。此外，桨叶的桨距可以作为一组和/或不同地调节，并且可以允许多旋翼飞行器180控制其俯仰、滚转、偏航和/或高度。

[0049] 应当理解，本文对“无人驾驶”飞行器或UAV的引用可同样适用于自主和半自主飞行器。在自主实现方式中，飞行器的所有功能是自动化的；例如，通过响应来自各种传感器的输入和/或预定信息的实时计算机功能预编程或控制。在半自主实现方式中，飞行器的一些功能可以由人类操作员控制，而其他功能自主地进行。此外，在一些实施例中，UAV可以被配置为允许远程操作员接管以其他方式可以由UAV自主地控制的功能。此外，给定类型的功能可以在一个抽象级别(level of abstraction)被远程地控制，并在另一个抽象级别自主地执行。例如，远程操作员可以控制UAV的高级导航决策，诸如通过指定UAV应从一个位置行进到另一个位置(例如，从郊区的仓库到附近城市的递送地址)，而UAV的导航系统自主地控制更细粒度的导航决策，诸如两个位置之间采取的特定路线、在导航路线时实现路线以及规避障碍物的特定飞行控制等。

[0050] 更一般地，应理解，本文描述的示例UAV不旨在是限制性的。示例实施例可以涉及任何类型的无人驾驶飞行器，在任何类型的无人驾驶飞行器内实施，或采取任何类型的无人驾驶飞行器的形式。

[0051] III.说明性UAV组件

[0052] 图2是示出根据示例实施例的UAV 200的组件的简化框图。UAV 200可以采取参考图1A-1E描述的UAV 100、120、140、160和180之一的形式或者在形式上与之类似。然而，UAV 200也可以采取其他形式。

[0053] UAV 200可以包括各种类型的传感器，并且可以包括被配置为提供本文描述的功能的计算系统。在所示实施例中，UAV 200的传感器包括惯性测量单元(IMU)202、(一个或多个)超声传感器204和GPS 206，以及其他可能的传感器和感测系统。

[0054] 在所示实施例中，UAV 200还包括一个或多个处理器208。处理器208可以是通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器、专用集成电路等)。一个或多个处理器208可以被配置为执行计算机可读程序指令212，其存储在数据存储装置210中并且可执行以提供本文描述的UAV的功能。

[0055] 数据存储装置210可以包括可由至少一个处理器208读取或访问的一个或多个计算机可读存储介质或采取可由至少一个处理器208读取或访问的一个或多个计算机可读存储介质的形式。一个或多个计算机可读存储介质可以包括可与一个或多个处理器208中的至少一个整体或部分集成的易失性和/或非易失性存储组件，诸如光学、磁性、有机或其他存储器或盘存储。在一些实施例中，数据存储装置210可以使用单个物理设备(例如，一个光学、磁性、有机或其他存储器或盘存储单元)来实现，而在其他实施例中，数据存储装置210可以使用两个或更多个物理设备来实现。

[0056] 如所指出的，数据存储装置210可以包括计算机可读程序指令212以及可能的附加数据，诸如UAV 200的诊断数据。这样，数据存储装置210可以包括执行或促进本文描述的UAV功能中的一些或全部的程序指令212。例如，在所示实施例中，程序指令212包括导航模块214和系绳控制模块216。

[0057] A.传感器

[0058] 在说明性实施例中，IMU 202可以包括加速度计和陀螺仪两者，它们可以一起用于确定UAV 200的取向。具体地，加速度计可以测量该飞行器相对于地球的取向，而陀螺仪测量围绕轴线的旋转速度。IMU以低成本、低功耗封装商用。例如，IMU 202可以采取小型化微机电系统(MEMS)或纳米机电系统(NEMS)的形式，或包括小型化MEMS或NEMS。也可以利用其他类型的IMU。

[0059] 除了加速度计和陀螺仪之外，IMU 202还可以包括其他传感器，这可以帮助更好地确定位置和/或帮助增加UAV 200的自主性。这种传感器的两个示例是磁力计和压力传感器。在一些实施例中，UAV可以包括低功率数字3轴磁力计，其可以用于实现与取向无关的电子罗盘以得到准确的航向(heading)信息。然而，也可以利用其他类型的磁力计。其他示例也是可能的。此外，注意UAV可以包括上述惯性传感器中的一些或全部作为与IMU分开的组件。

[0060] UAV 200还可以包括压力传感器或气压计，其可以用于确定UAV 200的高度。替选地，其他传感器(诸如，声波高度计或雷达高度计)可以用于提供高度的指示，这可以帮助改进IMU的准确性和/或防止IMU的漂移。

[0061] 在另一方面，UAV 200可以包括允许UAV感测环境中的对象的一个或多个传感器。例如，在所示实施例中，UAV 200包括(一个或多个)超声传感器204。(一个或多个)超声传感器204可以通过产生声波并确定发送波与接收到对应的离开对象的回声之间的时间间隔来确定到对象的距离。用于无人驾驶载具或IMU的超声传感器的典型应用是低水平高度控制和避障。超声传感器也可用于需要悬停在一定高度或需要能够检测障碍物的载具。其他系统可用于确定、感测附近对象的存在、和/或确定到附近对象的距离，诸如光检测和测距(LIDAR)系统、激光检测和测距(LADAR)系统、和/或红外或前视红外(FLIR)系统，以及其他可能性。

[0062] 在一些实施例中，UAV 200还可以包括一个或多个成像系统。例如，UAV200可以利用一个或多个静态相机和/或摄像机来从UAV的环境捕获图像数据。作为具体示例，电荷耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机可以与无人驾驶载具一起使用。这种(一个或多个)成像传感器具有许多可能的应用，诸如避障、定位技术、用于更准确导航的地面跟踪(例如，通过将光流技术应用于图像)、视频反馈、和/或图像识别和处理，以及其他可能性。

[0063] UAV 200还可以包括GPS接收器206。GPS接收器206可以被配置为提供公知的GPS系统的典型的数据，诸如UAV 200的GPS坐标。这样的GPS数据可以由UAV 200用于各种功能。这样，UAV可以使用其GPS接收器206来帮助导航到呼叫者的位置，如至少部分地由他们的移动设备提供的GPS坐标所指示的。其他示例也是可能的。

[0064] B.导航和位置确定

[0065] 导航模块214可以提供允许UAV 200例如在其环境内到处运动并到达期望位置的功能。为了这样做，导航模块214可以通过控制影响飞行的UAV的机械特征(例如，其(一个或多个)方向舵、(一个或多个)升降舵、(一个或多个)副翼、和/或其(一个或多个)螺旋桨的速度)来控制飞行的高度和/或方向。

[0066] 为了将UAV 200导航到目标位置，导航模块214可以实现各种导航技术，诸如，例如基于地图的导航和基于定位的导航。利用基于地图的导航，可以向UAV 200提供其环境的地图，然后可以使用该地图以导航到地图上的特定位置。利用基于定位的导航，UAV 200可以能够使用定位在未知环境中导航。基于定位的导航可以涉及UAV 200建立其环境的其自己的地图并计算其在地图内的位置和/或对象在环境中的位置。例如，在UAV 200在其环境内到处运动时，UAV 200可以连续地使用定位来更新其环境的地图。该连续地图构建过程可以称为同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)。也可以利用其他导航技术。

[0067] 在一些实施例中，导航模块214可以使用依赖于路点(waypoints)的技术来导航。具体地，路点是识别物理空间中的点的坐标集。例如，空中导航路点可以由特定纬度、经度和高度来定义。因此，导航模块214可以使UAV200从路点到路点运动，以便最终行进到最终目的地(例如，路点序列中的最终路点)。

[0068] 在另一方面，UAV 200的导航模块214和/或其他组件和系统可以被配置用于“定位”以更精确地导航到目标位置的场景。更具体地，在某些情况下，可能希望UAV在有效载荷228被UAV递送的目标位置的阈值距离内(例如，在目标目的地的几英尺内)。为此，UAV可以使用双层方法(two-tiered approach)，其中它使用更一般的位置确定技术以导航到与目标位置相关联的一般区域，然后使用更精细的位置确定技术以识别和/或导航到一般区域内的目标位置。

[0069] 例如，UAV 200可以导航到使用路点和/或基于地图的导航有效载荷228被递送的目标目的地的一般区域。然后，UAV可以切换到下述模式：在该模式中，UAV利用定位过程来定位并行进到更具体的位置。例如，如果UAV 200要将有效载荷递送到用户的家中，则UAV 200可能需要基本上靠近目标位置，以避免将有效载荷递送到不期望的区域(例如，到屋顶上，到游泳池中，到邻居的房产上等)。然而，GPS信号可能仅使UAV 200到这么远(例如，在用户的家的街区(block)内)。然后可以使用更精确的位置确定技术来找到特定目标位置。

[0070] 一旦UAV 200已经导航到目标递送位置的一般区域，可以使用各种类型的位置确定技术来实现目标递送位置的定位。例如，UAV 200可以配备有一个或多个传感系统，诸如，例如超声传感器204、红外传感器(未示出)和/或其他传感器，其可以提供导航模块214用于自主地或半自主地导航到特定目标位置的输入。

[0071] 作为另一示例，一旦UAV 200到达目标递送位置(或诸如人或其移动设备的运动主体)的一般区域，UAV 200可以切换到“电传操纵(fly-by-wire)”模式，其中UAV 200至少部分地由远程操作员控制，远程操作员可以将UAV200导航到特定目标位置。为此，可以将来自UAV 200的传感数据发送到远程操作员以帮助他们将UAV 200导航到特定位置。

[0072] 作为又一示例，UAV 200可以包括能够向过路人发信号以获得到达特定目标递送位置的帮助的模块；例如，UAV 200可以在图形显示器中显示请求这种帮助的视觉消息，通过扬声器播放音频消息或音调以指示对这种帮助的需要，以及其他可能性。这样的视觉或音频消息可以指示在将UAV 200递送到特定人或特定位置时需要帮助，并且可以提供信息以帮助过路人将UAV200递送到人或位置(例如，人或位置的描述或图片、和/或人或位置的名称)，以及其他可能性。这种特征在UAV不能使用传感功能或其他位置确定技术到达特定目标位置的场景中可能是有用的。然而，此特征不限于此类场景。

[0073] 在一些实施例中，一旦UAV 200到达目标递送位置的一般区域，UAV 200可以利用来自用户的远程设备(例如，用户的移动电话)的信标来定位该人。这种信标可以采取各种形式。作为示例，考虑远程设备(诸如，请求UAV递送的人的移动电话)能够(例如，经由RF信号、光信号和/或音频信号)发出方向信号的场景。在这种场景中，UAV 200可以被配置为通过“寻源(sourcing)”这样的方向信号(换句话说，通过确定信号最强的位置并相应地导航)来导航。作为另一示例，移动设备可以发射在人类范围内或在人类范围外的频率，并且UAV 200可以收听该频率并相应地导航。作为相关示例，如果UAV 200正在收听口头命令，则UAV
200可以利用口头语句，诸如“我在这里！”，以寻源请求递送有效载荷的人的特定位置。

[0074] 在替选布置中，导航模块可以在远程计算设备处实现，该远程计算设备与UAV 200无线地通信。远程计算设备可以接收指示UAV 200的操作状态的数据、来自UAV 200的允许它评估UAV 200经历的环境条件的传感器数据、和/或用于UAV 200的位置信息。提供有这样的信息，远程计算设备可以确定应由UAV 200进行的高度和/或方向调节，和/或可以确定UAV 200应如何调节其机械特征(例如，其(一个或多个)方向舵、(一个或多个)升降舵、(一个或多个)副翼、和/或其(一个或多个)螺旋桨的速度)以完成这样的运动。然后，远程计算系统可以将这种调节传送给UAV 200，所以它可以以确定的方式运动。

[0075] C.通信系统

[0076] 在另一方面，UAV 200包括一个或多个通信系统218。通信系统218可以包括一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口，其允许UAV 200经由一个或多个网络进行通信。这样的无线接口可以提供在一个或多个无线通信协议(诸如，蓝牙、WiFi(例如，IEEE
802.11协议)、长期演进(LTE)、WiMAX(例如，IEEE 802.16标准)、射频ID(RFID)协议、近场通信(NFC)和/或其他无线通信协议)下的通信。这样的有线接口可以包括以太网接口、通用串行总线(USB)接口或类似的接口，以经由引线、双绞线、同轴线缆、光链路、光纤链路或到有线网络的其他物理连接进行通信。

[0077] 在一些实施例中，UAV 200可以包括允许短程通信和远程通信两者的通信系统218。例如，UAV 200可以被配置用于使用蓝牙的短程通信和用于CDMA协议下的远程通信。在这样的实施例中，UAV 200可以被配置为用作“热点”；或者换句话说，用作在远程支持设备与一个或多个数据网络(诸如，蜂窝网络和/或因特网)之间的网关或代理。经这样配置，UAV
200可以促进远程支持设备否则将不能自己执行的数据通信。

[0078] 例如，UAV 200可以提供到远程设备的WiFi连接，并且用作到蜂窝服务提供者的数据网络的代理或网关，例如UAV可以在LTE或3G协议下连接到该蜂窝服务提供者的数据网络。UAV 200还可以用作到高空气球网络、卫星网络或这些网络的组合、以及其他网络的代理或网关，远程设备可能无法以其他方式访问这些网络。

[0079] D.电力系统

[0080] 在另一方面，UAV 200可以包括(一个或多个)电力系统220。电力系统220可以包括用于向UAV 200提供电力的一个或多个电池。在一个示例中，一个或多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可以经由电池和电源之间的有线连接和/或经由无线充电系统(诸如，对内部电池施加外部时变磁场的感应充电系统)而被再充电。

[0081] E.有效载荷递送

[0082] UAV 200可以采用各种系统和配置以便运输和递送有效载荷228。在一些实现方式中，给定UAV 200的有效载荷228可以包括被设计为将各种货物运输到目标递送位置的“包裹(package)”或采取被设计为将各种货物运输到目标递送位置的“包裹”的形式。例如，UAV 200可以包括隔间(compartment)，在该隔间中可以运输一个或多个物品。这种包裹可以是一个或多个食品、购买的货物、医疗用品、或具有适合于由UAV在两个位置之间运输的尺寸和重量的任何其他(一个或多个)对象。在其他实施例中，有效载荷228可以仅是正递送的一个或多个物品(例如，没有容纳物品的任何包裹)。

[0083] 在一些实施例中，在UAV的一些或全部飞行期间，有效载荷228可以附接到UAV并且基本上位于UAV外部。例如，在向目标位置飞行期间，包裹可以被系绳或以其他方式可释放地附接在UAV下方。在包裹在UAV下方携带货物的实施例中，包裹可以包括保护其内容物免受环境影响、减小系统上的气动阻力、以及防止包裹的内容物在UAV飞行期间移位的各种特征。

[0084] 例如，当有效载荷228采取用于运输物品的包裹的形式时，包裹可以包括由防水纸板、塑料或任何其他质量轻的防水材料构成的外壳。此外，为了减小阻力，包裹可以具有带有突出前部的光滑表面的特征，该突出前部减少了前部横截面面积。此外，包裹的侧面可以从宽底部到窄顶部逐渐变细，这允许包裹用作窄的挂架(pylon)，其减少对UAV的(一个或多个)机翼的干扰影响。这可以使包裹的一些前部面积和体积从UAV的(一个或多个)机翼移开，从而防止由包裹引起的(一个或多个)机翼上的升力的减小。此外，在一些实施例中，包裹的外壳可以由单片材料构成，以便减少都可以增加系统上的阻力的气隙或额外的材料。附加地或替选地，包裹可以包括稳定器以抑制包裹颤动。这种颤动的减少可以允许包裹具有到UAV的较小刚性连接，并且可能导致包裹的内容物在飞行期间移位较少。

[0085] 为了递送有效载荷，UAV可以包括由系绳控制模块216控制的绞盘(winch)系统221，以便在UAV悬停在上方时将有效载荷228降低到地面。如图2所示，绞盘系统221可以包括系绳224，并且系绳224可通过有效载荷耦合装置226耦合到有效载荷228。系绳224可缠绕在耦合到UAV的电机222的卷轴上。电机222可以采取可由速度控制器主动控制的DC电机(例如，伺服电机)的形式。系绳控制模块216可以控制速度控制器以使电机222旋转卷轴，从而解绕(unwind)或回缩(retract)系绳224并降低或升高有效载荷耦合装置226。实际上，速度控制器可以输出用于卷轴的期望的操作速率(例如，期望的RPM)，其可以对应于系绳224和有效载荷228应朝向地面降低的速度。然后，电机222可以使卷轴旋转，使得其保持期望的操作速率。

[0086] 为了经由速度控制器控制电机222，系绳控制模块216可以从速度传感器(例如，编码器)接收数据，该速度传感器被配置为将机械位置转换为代表性的模拟或数字信号。具体地，速度传感器可以包括旋转编码器，该旋转编码器可以提供与电机的轴或耦合到电机的卷轴的旋转位置(和/或旋转运动)有关的信息，以及其他可能性。此外，速度传感器可以采取绝对编码器和/或增量编码器等形式。因此，在示例实现方式中，在电机222引起卷轴的旋转时，可以使用旋转编码器来测量该旋转。在这样做时，旋转编码器可用于将旋转位置转换为系绳控制模块216用于确定卷轴从固定参考角度旋转的量的模拟或数字电子信号、和/或代表新的旋转位置的模拟或数字电子信号，以及其他选项。其他示例也是可能的。

[0087] 基于来自速度传感器的数据，系绳控制模块216可以确定电机222和/或卷轴的旋转速度并且响应地控制电机222(例如，通过增加或减少供应给电机222的电流)以使电机222的旋转速度与期望的速度匹配。当调节电机电流时，电流调节的大小可以基于使用电机
222的确定速度和期望速度的比例-积分-微分(PID)计算。例如，电流调节的大小可以基于卷轴的确定速度与期望速度之间的当前的差异、过去的差异(基于随时间的累积误差)、以及未来的差异(基于电流变化率)。

[0088] 在一些实施例中，系绳控制模块216可以改变系绳224和有效载荷228降低到地面的速率。例如，速度控制器可以根据可变的部署速率曲线(deployment-rate profile)和/或响应于其他因素来改变期望的操作速率，以便改变有效载荷228朝向地面下降的速率。为这样做，系绳控制模块216可以调节施加到系绳224的制动量或摩擦量。例如，为了改变系绳部署速率，UAV 200可以包括可对系绳224应用可变的压力量的摩擦片。作为另一个示例，UAV 200可以包括机动制动系统，其改变卷轴放出(let out)系绳224的速率。这种制动系统可以采取机电系统的形式，其中电机222操作以减慢卷轴放出系绳224的速率。此外，电机222可以改变其调节卷轴的速度(例如，RPM)的量，因此可以改变系绳224的部署速率。其他示例也是可能的。

[0089] 在一些实施例中，系绳控制模块216可以被配置为将供应给电机222的电机电流限制到最大值。在对电机电流施加这样的限制的情况下，可能存在电机222不能在速度控制器指定的期望操作下操作的情况。例如，如下面更详细地讨论的，可能存在速度控制器指定电机222应将系绳224朝向UAV200回缩所处的期望操作速率的情况，但是电机电流可以被限制，使得系绳224上的足够大的向下的力将抵消电机222的回缩力并且反而使系绳224解绕。并且如下面进一步讨论的，可以取决于UAV 200的操作状态施加和/或改变对电机电流的限制。

[0090] 在一些实施例中，系绳控制模块216可以被配置为基于供应给电机222的电流的量来确定系绳224和/或有效载荷228的状态。例如，如果对系绳224施加向下的力(例如，如果有效载荷228附接到系绳224或者如果系绳224在朝向UAV 200回缩时被对象阻碍(snag))，则系绳控制模块216可能需要增加电机电流以便使电机222和/或卷轴的确定旋转速度与期望速度匹配。类似地，当从系绳224移除向下的力时(例如，在递送有效载荷228或移除系绳阻碍时)，系绳控制模块216可能需要降低电机电流以便使电机222和/或卷轴的确定旋转速度与期望速度匹配。这样，系绳控制模块216可以基于供应给电机222的电流来确定有效载荷228是否附接到系绳224，某人或某物是否正在拉动系绳224，和/或有效载荷耦合装置226是否在回缩系绳224之后压抵在UAV 200上。其他示例也是可能的。

[0091] 在有效载荷228的递送期间，有效载荷耦合装置226可以被配置为在通过系绳224从UAV降低时固定(secure)有效载荷228，并且还可以被配置为在到达地平面时释放有效载荷228。然后，有效载荷耦合装置226可以通过使用电机222卷绕系绳224而回缩到UAV。

[0092] 在一些实现方式中，一旦有效载荷228降低到地面，就可以被动地释放有效载荷228。例如，被动释放机构可以包括适于回缩到壳体中以及从壳体延伸的一个或多个摆臂。
延伸的摆臂可以形成钩子，有效载荷228可以附接在该钩子上。在经由系绳将释放机构和有效载荷228降低到地面时，释放机构上的重力以及向下惯性力可以使有效载荷228从钩子脱离，从而允许释放机构朝向UAV向上升高。释放机构还可以包括弹簧机构，当摆臂上没有其他外力时，弹簧机构使摆臂偏置以回缩到壳体中。例如，弹簧可以对摆臂施加力，该力朝向壳体推或拉摆臂，使得一旦有效载荷228的重量不再迫使摆臂从壳体延伸，摆臂就回缩到壳体中。摆臂回缩到壳体中可以降低释放机构在递送有效载荷228后朝向UAV升高释放机构时对有效载荷228或其他附近对象造成阻碍的可能性。

[0093] 主动有效载荷释放机构也是可能的。例如，诸如基于气压的高度计和/或加速度计的传感器可以帮助检测释放机构(和有效载荷)相对于地面的位置。来自传感器的数据可以通过无线链路传送回UAV和/或控制系统，并且用于帮助确定释放机构何时已到达地平面(例如，通过利用具有地面撞击的特性的加速度计检测测量)。在其他示例中，UAV可以基于在降低有效载荷时重量传感器检测到系绳上的阈值低向下力和/或基于由绞盘汲取的电力的阈值低测量来确定有效载荷已到达地面。

[0094] 除了系绳递送系统之外或作为替选，用于递送有效载荷的其他系统和技术也是可能的。例如，UAV 200可以包括气囊降落系统或降落伞降落系统。替选地，携带有效载荷的UAV 200可以简单地在递送位置着陆在地面上。其他示例也是可能的。

[0095] IV.说明性电气系统设计

[0096] 图3是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的电气系统的框图。UAV可以包括电源300。电源300可以是例如电池。UAV还可以包括传感器模块302。传感器模块302可以包括分散在整个UAV中的多个传感器。例如，多个传感器可以包括收发器、全球定位系统和航空电子传感器。其他传感器也是可能的。

[0097] 无人驾驶飞行器还可以包括处理器模块304。处理器模块可以包括一个或多个处理器。例如，处理器模块可以仅包括一个中央处理单元，其控制UAV的所有可控元件。可控元件可以包括该飞行器的螺旋桨和伺服机构。其他可控元件也是可能的。

[0098] UAV还可以包括多个悬臂。在本示例中，具有悬臂306和悬臂308的特征，但也可以包括更多的悬臂。悬臂可以是UAV的支撑构件。例如，悬臂可以支撑UAV的八轴飞行器(octocopter)配置。在另一个示例中，悬臂可以支撑UAV的四轴飞行器配置。其他配置也是可能的。在这些示例中，悬臂可以支撑一个或多个螺旋桨。在本示例中，悬臂306支撑螺旋桨314、316和318，而悬臂308支撑螺旋桨320、322和324。

[0099] UAV还可以包括多个印刷电路板(PCB)。一个或多个PCB可以对应于飞行器的每个悬臂。转而，PCB可以对应于悬臂的螺旋桨。PCB可以被配置为将电力和控制信号两者发送到悬臂的对应螺旋桨。例如，在本实施例中，与悬臂306相关联的PCB 310将来自电源300的电力和来自处理器模块304的信号发送到悬臂的螺旋桨314、316和318。同样，PCB 312将来自电源300的电力和来自处理器模块304的信号发送到螺旋桨320、322和324。在本示例中，PCB 310和312可以分别物理地结合到悬臂306和308中。替选地，PCB 310和312可以结合到UAV的其他部分中，并且可以电耦合到悬臂306和308的螺旋桨。

[0100] 在一些示例中，UAV还可以包括传感器模块302。传感器模块可以包括一个或多个传感器。处理器模块304可以从一个或传感器接收传感器数据，并基于接收的传感器数据做出控制决策。控制决策可以采取控制信号的形式。PCB 310和312可以分别将控制信号传输到螺旋桨314、316和318以及320、322和324。以这种方式，处理器模块304可以至少部分地基于传感器模块302的传感器数据来控制螺旋桨。

[0101] 图4是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的印刷电路板与该无人驾驶飞行器的其他组件交互的框图。类似于关于图3描述的实施例，本示例包括电源400、处理器模块402和传感器模块404。本示例还包括具有电力集线器410和信号集线器412的PCB 408。在一些示例中，电力集线器410可以将电力传输到悬臂406的螺旋桨414、416和418。虽然本示例呈现了三个螺旋桨，但是其他实施例可以包括更少或更多的螺旋桨。此外，其他实施例可以包括UAV的其他可控元件，诸如一个或多个伺服机构或传感器。

[0102] 除了向螺旋桨提供电力之外，电力集线器410还可以被配置为拒绝给螺旋桨414、416和418中的一个或多个电力。例如，可以提供电路以将螺旋桨中的一个或多个与电源400连接或断开。例如，可以使用选择器开关。在一些示例中，当满足可能损坏螺旋桨的阈值电流时，PCB 408的熔断器或比较器电路可以断开(disengage)选择器开关。在另外的示例中，每个悬臂可以对应于印刷电路板(PCB)。每个PCB可以被配置为将电力从电源传输到对应多个螺旋桨，处理器模块402可以被配置为基于处理器模块的控制决策来接合或断开选择器开关。

[0103] 本示例中还包括信号集线器412，其将信号从处理器模块传输到螺旋桨414、416和418。在该示例中，处理器模块仅向螺旋桨发送信号。然而，在一些示例中，螺旋桨可以被配置为诸如通过每个螺旋桨的电机控制器向处理器模块提供反馈。在这些示例中，处理器模块402可以基于来自螺旋桨的反馈来更新其控制决策。处理器模块402还可以使用传感器模块404的传感器数据来更新其控制决策。在一些示例中，处理器模块可以结合传感器数据使用来自螺旋桨的反馈来做出控制决策。

[0104] PCB 408的信号集线器412可以电耦合到处理器模块402的一个或多个处理器。例如，PCB 408可以物理地结合处理器模块402的处理器，诸如微处理器，并且信号集线器412可以电耦合到所结合的处理器。在这些示例中，PCB可以充当控制器局域网(CAN)网络的CAN节点。PCB的处理器可以解释来自CAN网络的中央处理器或来自网络的其他CAN节点的CAN信号，以经由信号集线器控制螺旋桨。在一些示例中，PCB的处理器可以解释脉冲宽度调制(PWM)信号以控制螺旋桨。其他类型的信号也是可能的。PCB的处理器可以充当CAN节点的CAN控制器和CAN收发器。在其他示例中，PCB可以物理地结合处理器模块的多于一个处理器。例如，PCB的一个处理器可以用作CAN节点的收发器，而PCB的第二处理器可以用作CAN节点的CAN控制器。

[0105] 本实施例包括传感器模块404。传感器模块可以包括UAV的各种类型的传感器和可控元件。例如，本示例中的传感器模块404包括导航传感器420、伺服机构422、取向传感器424、通信传感器426、对象规避传感器428和天气传感器430。这些传感器中的任何一个或全部可以被配置为向处理器模块402提供传感器数据，并且处理器模块402可以使用传感器数据来达成控制决策。处理器模块402可以依赖该飞行器的一个或多个控制背景(contexts)来确定是否使用来自一些传感器的传感器数据，同时在确定时排除来自其他传感器的数据。例如，在着陆背景下，处理器模块可以依赖于对象规避传感器428、天气传感器430和取向传感器424，而排除导航传感器420。其他控制背景也是可能的。

[0106] 图5是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的俯视图，该无人驾驶飞行器具有由无人驾驶飞行器的处理器模块可控制的多个控制区。在本示例中，UAV包括机翼500和四个悬臂502。每个悬臂502包括UAV的螺旋桨总数的子集。在本示例中，每个悬臂包括三个螺旋桨504，但是在其他示例中，不同的悬臂可以包括不同数量的螺旋桨。另外，机翼500包括一对螺旋桨504。

[0107] 在本示例中，UAV包括控制区510、512、514、516和518。控制区可以是UAV中的、可由处理器模块单独控制的部分。这些控制区中的每一个可以具有对应PCB。每个PCB可以被配置为将电力和信号传输到控制区的可控元件。例如，单个PCB可以与控制区512相关联，控制区512包括三个螺旋桨504、以及尾部508。PCB可以被配置为将电力和信号传输到三个螺旋桨504中的每个螺旋桨以及尾部508。控制区510、514、516和518也可以各自包括与对应的控制区的可控元件类似地交互的PCB。

[0108] 在一些示例中，不同的控制区可以包括不同的可控元件。例如，控制区516和518各自包括三个螺旋桨504。控制区510包括两个螺旋桨和四个机翼襟翼506，并且控制区512和514各自包括三个螺旋桨504、以及尾部508。类似地，不同的控制区可以包括不同的结构元件。在本示例中，控制区510包括机翼500，而控制区512、514、516和518包括悬臂502。在一些示例中，与每个控制区相关联的PCB可以基于控制区的可控元件的相关联结构元件而不同。
在其他示例中，每个PCB可以被配置为适应控制区之间的差异。例如，与控制区516相关联的PCB可以包括会对应于尾部508或机翼襟翼506的额外的电引线。这可以允许PCB的通用使用，其可以适应UAV的结构或电气设计的改变。

[0109] 在一些示例中，UAV的电气系统可以基本上与UAV的机翼相关联。例如，处理器模块和传感器模块可以基本上结合到机翼500中。PCB也可以结合到机翼中。因此，控制区512、514、516和518的可控元件可以仅电耦合到已经结合到机翼中的PCB的暴露的电引线，而电气系统的所有其他关键组件可以驻留在机翼中。在一些示例中，一些电气组件可以在机翼的制造期间结合到机翼中。例如，PCB可以在机翼的注射成型过程期间结合到机翼中。将PCB结合到机翼中的其他方法也是可能的。

[0110] 图6是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的电气系统的简化电路图。在该示例中，处理器模块包括单个处理器600。单个处理器与传感器模块610的多个传感器交互。传感器模块610可以包括多个传感器，每个传感器具有处理器600可以用于做出控制决策的传感器数据。处理器可以将信号发送到UAV的多个PCB 608。本示例中还包括电源602。

[0111] 处理器600和电源602两者可以电耦合到每个PCB 608。每个PCB的电力集线器可以经由电源的高压端和电源的低压端并联连接。低压端经由电引线622连接到PCB，并且高压端经由电引线624连接到PCB。在本示例中，电源的低压端对应于地线620。在一些示例中，地线620可以对于电源而言是局部的。在其他示例中，地线620可以是UAV的公共地线。

[0112] 本实施例的每个PCB 608包括选择器开关。以这种方式，每个PCB的电力集线器可以用作UAV的汇流条(bus bar)。例如，当PCB的所有选择器开关接合时，每个对应螺旋桨604可以接入来自电源的电力，并且可以将电力转换成螺旋桨的旋翼和桨叶的机械运动。当每个选择器开关接合时，PCB的每个螺旋桨可以经由PCB的电力集线器并联连接。接合或断开选择器开关可以通过移除或添加与每个螺旋桨相关联的并联阻抗来改变电力集线器的阻抗。PCB 608和处理器600可以被配置为检测选择器开关的状态并基于检测的选择器开关的状态来控制螺旋桨604的电机控制器606。此外，在一些示例中，选择器开关可以由处理器600控制。在其他示例中，选择器开关可以基于电力集线器的电路来接合或断开。

[0113] 图6还示出了控制区612、614、616和618，每个控制区包含可由处理器600控制的三个螺旋桨604。每个控制区可以与UAV的不同结构元件相关联。例如，控制区612、614、616和618中的每一个可以与UAV的单独的悬臂相关联。每个PCB 608经由控制引线624、626和628从处理器600接收信号。每个控制引线对应于单独的螺旋桨。来自处理器600的信号可以指示各个螺旋桨基于UAV的期望运动或者响应于从传感器模块610的传感器数据检测的环境因素而以不同的旋转速度旋转。例如，至控制区612和614的螺旋桨604的信号可以控制螺旋桨604以比控制区616和618的螺旋桨604略低的速度旋转，以在UAV中产生期望的运动。在另一个示例中，传感器数据可以指示UAV的有风环境。处理器模块可以对螺旋桨应用比例-积分-微分(PID)控制以校正风的影响。也可以应用其他类型的控制机制。

[0114] 在一些示例中，控制区的每个螺旋桨可以从处理器600接收相同的控制信号。在这些实施例中，控制区的每个螺旋桨可以从PCB的信号集线器的单个信号线接收信号。在其他示例中，控制区中的各个螺旋桨604可以由处理器600单独控制。在这些示例中，每个螺旋桨可以从PCB的信号集线器的单独线路接收信号。在本示例中，每个螺旋桨604从单独线路接收信号。

[0115] 在本实施例的另一方面，每个螺旋桨604包括电机控制器606。每个电机控制器606可以经由PCB 608的信号集线器从处理器600接收控制信号。电机控制器可以基于接收的信号控制相关联的螺旋桨604。在一些示例中，电机控制器606可以将信号发送回处理器600。例如，电机控制器可以检测螺旋桨604的旋转速度并且向处理器600发送指示旋转速度的信号。处理器600可以在做出后续控制决策和发送后续控制信号时包括该信息。在这些示例中，每个PCB 608的信号集线器可以被配置为将来自电机控制器的信息发送回处理器600。

[0116] 在其他示例中，螺旋桨可以不包括单独的电机控制器。例如，螺旋桨可以包括将电力转换成机械运动的电机。因此，螺旋桨的旋转速度可以通过改变经由电力集线器发送到螺旋桨的电压和电流来控制。在其他示例中，可以使用占空比来改变螺旋桨经由电力集线器接收的平均电压。在这些示例中，处理器模块的控制信号可以控制电力集线器的开关以产生期望的占空比。以这种方式，处理器模块与PCB一起可以用作用于各个螺旋桨的电机控制器。操作不具有单独的电机控制器的螺旋桨的其他示例也是可能的。

[0117] 图7是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的处理器模块的简化图。在一些示例中，诸如图6中所示的配置，处理器模块可以仅包括UAV的一个中央处理器。在其他示例中，处理器模块可以包括与多个PCB中的每一个相关联的各个处理器。在本示例中，UAV包括中央处理器700，但是还包括多个PCB702的处理器704。处理器的其他配置也是可能的。

[0118] 在本示例中，中央处理器700可以充当飞行器的控制器局域网(CAN)总线的中央处理单元。此外，PCB 702可以充当CAN总线的节点。更进一步地，处理器704可以充当CAN总线的CAN控制器和CAN收发器。在该配置中，UAV的处理器模块可以充当CAN总线，其可操作以在各个节点和中央处理单元之间传递信息和指令。

[0119] 在其他示例中，中央处理器700可以向处理器704仅发送指令信号或传递传感器数据，处理器704进而可以将控制信号发送到PCB 704的对应螺旋桨。在这些示例中，UAV的传感器模块可以包括直接与各个处理器704通信的传感器，而其他传感器与中央处理器700通信。例如，PCB中的每一个可以与悬臂相关联。每个悬臂可以包括一个或多个传感器。悬臂的传感器可以电耦合到PCB 702的处理器704。此外，中央处理器700可以结合到UAV的机身中。UAV的其他传感器可以电耦合到中央处理器。其他传感器配置也是可能的。

[0120] 图8A是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的印刷电路板的简化电路图。PCB 800可以经由电压源的高压端和低压端电耦合到电源802。电源802的低压端可以对应于地线804。在其他示例中，低压端可以不对应于地线。PCB 800可以被配置为将电力从电源802传输到螺旋桨806。在本示例中还包括处理器810。处理器电耦合到接触块814。接触块814可以包括来自UAV的传感器的信号或来自UAV的其他处理器的信号。例如，处理器810可以向UAV的处理器模块的其他处理器以及UAV的传感器模块的一个或多个传感器传送信号以及从其接收信号。PCB 800可以被配置为将信号从处理器810传输到螺旋桨806。在本示例中，PCB
800经由电机控制器808将信号发送到螺旋桨806。在其他示例中，可以在没有电机控制器
808的情况下发送信号。

[0121] 图8B是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的印刷电路板的电力集线器的简化电路图。电力集线器包括低压线816和高压线818。低压线816直接可耦合到每个螺旋桨。高压线被分成三条电力传输线820，每条电力传输线对应于单独的螺旋桨。每条电力传输线820基于选择器开关812而选择性地接合。接合的电力传输线820可以将电力传输到对应螺旋桨，而断开的电力传输线可以不传输。选择性地接合选择器开关812可以基于来自处理器模块的控制信号。然而，电力集线器的电路可用于接合或断开选择器开关。例如，电力集线器可以包括熔断器或电压比较器，以确保螺旋桨不会接收可能损坏螺旋桨的过高电压。

[0122] 图8C是根据示例实施例的无人驾驶飞行器的印刷电路板的信号集线器的简化电路图。在本示例中，信号集线器仅包括从处理器810铺设(run)到对应螺旋桨的电机控制器的信号线822。在其他示例中，信号集线器可以被配置为基于经由处理器810的控制信号传递的UAV的处理器模块的控制决策来操纵螺旋桨的占空比。例如，信号集线器可以包括其自己的处理器，诸如微处理器。信号集线器的处理器可以被配置为从处理器模块接收信号，诸如脉冲宽度调制(PWM)信号，并对其进行解释以便于处理器模块对螺旋桨的控制。信号集线器的其他配置也是可能的。

[0123] V.结论

[0124] 图中所示的特定布置不应视为限制。应理解，其他实现方式可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略一些所示元件。此外，示例性实现方式可以包括未在图中示出的元件。

[0125] 另外，虽然本文已经公开了各个方面和实现方式，但是其他方面和实现方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文公开的各个方面和实现方式是出于说明的目的，而非旨在是限制性的，其中真正的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实现方式，并且可以进行其他改变。将容易理解，如本文一般描述的并且在图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，本文考虑到所有这些各种不同的配置。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种倾转旋翼飞行器过渡态切换过程的几何最优控制器设计方法	2020-05-08	974
使用飞行器反射雷达的系统和方法	2020-05-13	312
无人驾驶飞行系统和用于无人驾驶飞行系统的控制系统	2020-05-12	746
用于无人驾驶飞行器的着陆平台、方法和充电系统	2020-05-12	109
一种基于5G网络远端控制的无人机系统	2020-05-11	423
使用机器学习工作流进行灌溉管理的系统与方法	2020-05-12	456
使用大型变速倾转旋翼的EVTOL飞行器	2020-05-13	153
垂直起飞和着陆无人驾驶飞行器	2020-05-13	158
空中货物运输的系统与方法	2020-05-11	985
VMIMO天线、微波雷达及可移动平台	2020-05-08	541

用于无人驾驶飞行器的电气系统

用于无人驾驶飞行器的电气系统

背景技术

附图说明

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：