[發(fā)明專利]用于航空器的操縱系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811478107.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN109969396A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·博斯沃思;D·R·詹森;J-W·蔡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 極光飛行科學(xué)公司
• 主分類號(hào): B64C39/02
• 分類號(hào): B64C39/02;B64C27/08
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 王永偉;顏芳

本發(fā)明涉及用于航空器的操縱系統(tǒng)和方法。提供航空器對(duì)工件的高精度操縱的工件操縱系統(tǒng)。該工件操縱系統(tǒng)包括與航空器耦接的提升機(jī)構(gòu)、末端執(zhí)行器、和處理器。該提升機(jī)構(gòu)包括使提升機(jī)構(gòu)相對(duì)于航空器延伸或縮回的一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)致動(dòng)器。該末端執(zhí)行器包括控制末端執(zhí)行器操縱工件的操作的末端執(zhí)行器致動(dòng)器。該處理器與航空器處理器通信地耦接，并且被配置以控制末端執(zhí)行器致動(dòng)器和一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)致動(dòng)器的操作。在操作中，該處理器向航空器提供反饋。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及航空器系統(tǒng)，更具體地涉及能夠高精度操縱、運(yùn)輸、和安放工件的航空器和航空器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

機(jī)器人臂已被證實(shí)在有限的監(jiān)管下全天候準(zhǔn)確地操作(一般在初始編程之后需要極少操作員交互)。近幾十年來，機(jī)器人自動(dòng)化已經(jīng)發(fā)展到能夠利用機(jī)器人臂高度可靠、毫米精度地拾取和放置工件。雖然機(jī)器人臂已發(fā)展到高度可靠和有效，但其具有多個(gè)缺點(diǎn)。例如，機(jī)器人臂還昂貴，占據(jù)寶貴的設(shè)施不動(dòng)產(chǎn)，并且由于其局限于被栓接到地板或坐乘在軌道上，單個(gè)設(shè)施通常需要多個(gè)機(jī)器人臂彼此相鄰安裝以服務(wù)連續(xù)生產(chǎn)線。在某些行業(yè)中，工件的精度抓取和安放是重要的。例如，濕實(shí)驗(yàn)室(wet-lab)自動(dòng)化需要能夠以毫米精度操縱微平板(例如，微量滴定板)，這傳統(tǒng)上利用栓接到地面或布置在剛性線性軌道上的機(jī)器人臂進(jìn)行。

與可能耗資數(shù)百或數(shù)千美元的高精度機(jī)器人臂相比，具有感知和相當(dāng)運(yùn)輸能力的無人機(jī)(“UAV”)便宜一個(gè)數(shù)量級(jí)。事實(shí)上，商用低成本UAV開發(fā)是活躍且發(fā)展中的行業(yè)，其中UAV技術(shù)已被證明是對(duì)于涉及情報(bào)、監(jiān)視、偵察、和有效載荷遞送的任務(wù)剖面圖有價(jià)值的工具。UAV公司持續(xù)推出具有更多能力的UAV，并且最近，UAV已被用于操縱和運(yùn)輸工件。例如，Amazon最近推出了Amazon Prime Air^TM，其是基于UAV的、被設(shè)計(jì)以給客戶安全遞送包裹的遞送系統(tǒng)。

當(dāng)前這代的低成本商用現(xiàn)貨(COTS)UAV(即，消費(fèi)UAV(consumer UAVs))已經(jīng)能夠執(zhí)行相對(duì)安全的室內(nèi)操作。因此，UAV是倉(cāng)庫(kù)、工廠、和實(shí)驗(yàn)室中代替機(jī)器人臂的極好候選者，其可在給定設(shè)施內(nèi)提供工件的自動(dòng)化和運(yùn)輸。然而，現(xiàn)有的消費(fèi)UAV具有空氣動(dòng)力不穩(wěn)定性和不精確性，使得這種UAV不能夠精確抓取和安放。事實(shí)上，現(xiàn)代消費(fèi)UAV以大約幾十厘米的精度懸停，這還可能因接近墻壁和桌子、臂動(dòng)作、以及臂與環(huán)境之間的機(jī)械互動(dòng)而強(qiáng)烈受到影響。

因此，需要裝備有臂和末端執(zhí)行器、能夠在環(huán)境(例如，室內(nèi)環(huán)境)中高精度操縱、運(yùn)輸、和安放工件的UAV。還需要能夠改裝UAV以彌補(bǔ)這種空氣動(dòng)力不穩(wěn)定性和不精確性以提供增加端點(diǎn)精確性(endpoint-accuracy)的工件操縱系統(tǒng)。如將公開，工件操縱系統(tǒng)(a)增強(qiáng)UAV的有效端點(diǎn)精確性，和(b)制約由末端執(zhí)行器(例如，抓取器)和環(huán)境之間的互動(dòng)引起的機(jī)械力如何反彈到UAV的飛行動(dòng)力學(xué)上。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開了能夠高精度操縱、運(yùn)輸、和安放工件的航空器和航空器系統(tǒng)，包括用于航空器的工件操縱系統(tǒng)等。

根據(jù)第一方面，提供工件高精度操縱的航空工件操縱系統(tǒng)包括：機(jī)體；自機(jī)體徑向延伸的多個(gè)旋翼構(gòu)架；多個(gè)推進(jìn)器，所述多個(gè)推進(jìn)器每一個(gè)均定位在所述多個(gè)旋翼構(gòu)架中的一個(gè)旋翼構(gòu)架的遠(yuǎn)端，并且電耦接到由航空器處理器控制的電子速度控制器(ESC)；耦接于機(jī)體的提升機(jī)構(gòu)(提起機(jī)構(gòu)，lifting mechanism)，其中提升機(jī)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)致動(dòng)器，以使提升機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)體延伸或縮回；耦接于提升機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器，其中末端執(zhí)行器包括末端執(zhí)行器致動(dòng)器，以控制末端執(zhí)行器操縱工件的操作；以及第二處理器，該第二處理器與航空器處理器通信地耦接并且被配置以控制末端執(zhí)行器致動(dòng)器和所述一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)致動(dòng)器的操作。