CN111511643A - 无人驾驶航空器的有效载荷耦合装置和有效载荷递送方法 - Google Patents
无人驾驶航空器的有效载荷耦合装置和有效载荷递送方法 Download PDFInfo
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Abstract
提供了一种包括外壳的有效载荷耦合装置。外壳适配为附接到系绳的第一端。该装置还包括从外壳的外表面朝向外壳的中心向下延伸的槽，从而在外壳上在槽下方形成下唇。该槽适配为容纳有效载荷的手柄。该装置还包括传感器，被配置为检测有效载荷的着陆；以及发送器，被配置为基于传感器的着陆检测，将着陆确认信号发送到无人驾驶航空器(UAV)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月22日提交的标题为“Payload Coupling Apparatus forUAV and Method of Delivering a Payload”的美国专利申请号15/853,664的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。转而，美国专利申请No.15/853,664是2016年12月22日提交的标题为“Payload Coupling Apparatus for UAV and Method of Delivering aPayload”的美国专利申请号15/389,074的部分继续申请，并要求2016年9月9日提交的标题为“Payload Coupling Apparatus for UAV and Method of Delivering a Payload”的美国临时专利申请序列号62/385,844，以及2016年9月9日提交的标题为“Methods andSystems for Raising and Lowering a Payload”的美国临时专利申请序列号62/385,854的优先权，该两者的全部内容通过引用整体并入本文。美国专利申请号15/389,138(2016年12月22日提交的标题为“Unmanned Aerial Vehicle and Techniques for Securing aPayload to the UAV in a Desired Orientation”)、美国专利申请号15/389,290(2016年12月22日提交的标题为“Methods and Systems for Damping Oscillations of aPayload”)、美国专利申请号15/389,304(2016年12月22日提交的标题为“Methods andSystems for User Interaction and Feedback Via Control of Tether”)、美国专利申请号15/389,326(2016年12月22日提交的标题为“Methods and Systems for Raising andLowering a Payload”)以及美国专利申请号15/389,338(2016年12月22日提交的标题为“Methods and Systems for Detecting and Resolving Failure Events when Raisingand Lowering a Payload”)，其全部内容通过引用整体并入本文。
背景技术
无人驾驶交通工具(unmanned vehicle)，也可以称为自动驾驶交通工具，是能够在没有实际在场的人类操作员的情况下行驶的交通工具。无人驾驶交通工具可以在远程控制模式、自动驾驶模式或部分自动驾驶模式下操作。
当无人驾驶交通工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给无人驾驶交通工具的命令来控制无人驾驶交通工具。当无人驾驶交通工具以自动驾驶模式操作时，无人驾驶交通工具通常基于预编程的导航路点、动态自动化***或这些的组合来移动。此外，一些无人驾驶交通工具可以在远程控制模式和自动驾驶模式下操作，并且在某些情况下可以同时进行。例如，作为示例，远程飞行员或驾驶员可能希望在手动执行另一任务(诸如操作用于拾取物体的机械***)时将导航留给自动驾驶***。
存在用于各种不同环境的各种类型的无人驾驶交通工具。例如，存在用于空中、地面、水下和太空中的操作的无人驾驶交通工具。示例包括四旋翼直升机(quad-copter)和尾坐式(tail-sitter)无人驾驶航空器(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)。还存在用于混合操作的无人驾驶交通工具，其中，可以进行多环境操作。混合无人驾驶交通工具的示例包括能够在陆地和水上进行操作的两栖航空器或能够在水上和陆地上进行着陆的浮筒飞机。其他示例也是可能的。
发明内容
本实施例有利地包括独特的有效载荷耦合装置。在一个实施例中，有效载荷耦合装置包括从有效载荷耦合装置的外表面朝向有效载荷耦合装置的中心向下延伸的槽。槽适配为容纳有效载荷的手柄，并在有效载荷的递送或取回期间支撑有效载荷。一旦有效载荷到达地面，有效载荷耦合装置将继续向下移动，直到有效载荷的手柄自动从有效载荷耦合装置的槽解耦。在槽下方的下唇的外表面被底切，使得其延伸小于在槽上方的有效载荷耦合装置的上端的外表面，以防止有效载荷耦合装置在有效载荷耦合装置取回到UAV期间与有效载荷的手柄重新接合，或者挂住电力线或树枝。有效载荷耦合装置有利地是没有移动部件的固态设计，从而提供了一种将有效载荷递送到地面的更简单更可靠的方式。
在一个方面，提供一种包括外壳的有效载荷耦合装置。所述外壳适配为附接到系绳的第一端。所述装置还包括槽，从外壳的外表面朝向外壳的中心向下延伸，从而在外壳上在槽下方形成下唇。所述槽适配为容纳有效载荷的手柄。所述装置还包括传感器，被配置为检测有效载荷的着陆；以及发送器，被配置为基于传感器的着陆检测，将着陆确认信号发送到无人驾驶航空器(UAV)。
在另一方面，提供一种有效载荷耦合装置，包括：外壳；系绳附接点，位于外壳底部；槽，在外壳的第一内表面和外壳上的一对垂直的向上延伸的指状件之间延伸。所述槽适配为容纳有效载荷的手柄。所述装置还包括开口，形成在所述一对垂直指状件之间；系绳槽，位于外壳的第一内表面上；传感器，被配置为检测有效载荷的着陆；以及发送器，被配置为基于传感器的着陆确定，将着陆确认信号发送到无人驾驶航空器(UAV)。
在再一方面，提供一种从无人驾驶航空器(UAV)递送有效载荷的方法，包括以下步骤：(i)提供系绳，所述系绳的第一端固定到位于UAV中的绞盘***，第二端固定到有效载荷耦合装置；(ii)将有效载荷的手柄定位在有效载荷耦合装置的槽内；(iii)确定与有效载荷相关联的重量；(iv)基于确定的重量操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置和有效载荷，直到有效载荷接合地面为止；以及(v)进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置，直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦。
通过在适当的情况下参考附图阅读以下详细描述，这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得显而易见。此外，应当理解，在本概述部分和本文其他地方提供的描述旨在通过示例而非限制的方式说明所要求保护的主题。
附图说明
图1A是根据示例实施例的无人驾驶航空器的简化图示。
图1B是根据示例实施例的无人驾驶航空器的简化图示。
图1C是根据示例实施例的无人驾驶航空器的简化图示。
图1D是根据示例实施例的无人驾驶航空器的简化图示。
图1E是根据示例实施例的无人驾驶航空器的简化图示。
图2是示出根据示例实施例的无人驾驶航空器的组件的简化框图。
图3是示出根据示例实施例的UAV***的简化框图。
图4A、图4B和图4C示出根据示例实施例的有效载荷递送装置。
图4D示出根据附加示例实施例的有效载荷递送装置。
图5A示出根据示例实施例的包括有效载荷510的有效载荷递送装置500的透视图。
图5B是图5A所示的有效载荷递送装置500和有效载荷510的截面侧视图。
图5C是图5A和图5B所示的有效载荷递送装置500和有效载荷510的侧视图。
图6A是根据示例实施例的有效载荷耦合装置800的透视图。
图6B是图5所示的有效载荷耦合装置800的侧视图。
图6C是图6A和图6B所示的有效载荷耦合装置800的前视图。
图6D是根据附加示例实施例的有效载荷耦合装置800的侧视图。
图6E示出根据示例实施例的用于有效载荷耦合装置800的传感器。
图7是在***到位于UAV机身中的有效载荷耦合装置接受器之前图6A至图6C所示的有效载荷耦合装置800的透视图。
图8是在***到位于UAV机身中的有效载荷耦合装置接受器之前图6A至图6C所示的有效载荷耦合装置800的另一透视图。
图9示出位于UAV机身中的凹陷约束槽和有效载荷耦合装置接受器的透视图。
图10A示出有效载荷递送装置500的侧视图，其中随着有效载荷510在着陆以进行递送之前向下移动，有效载荷510的手柄511固定在有效载荷耦合装置800中。
图10B示出有效载荷510已经降落在地面之后的有效载荷递送装置500的侧视图，示出与有效载荷510的手柄511解耦的有效载荷耦合装置800。
图10C示出有效载荷递送装置500的侧视图，其中有效载荷耦合装置800远离有效载荷510的手柄511。
图11是有效载荷510的手柄511的侧视图。
图12示出一对锁定销570、572，穿过有效载荷510的手柄511中的孔514和516延伸，以将手柄511和有效载荷510的顶部固定在UAV机身内。
图13A是在将有效载荷的手柄定位在有效载荷耦合装置900的槽920内之前有效载荷耦合装置900的透视图。
图13B是在递送有效载荷并且从有效载荷的手柄解耦之后有效载荷耦合装置900的透视图。
图14A是根据示例实施例的在图13A和图13B所示的有效载荷耦合装置900的前透视图。
图14B是图14A所示的有效载荷耦合装置900的后透视图。
图14C是图14A和图14B所示的有效载荷耦合装置900的侧视图。
图14D是图14A至图14C所示的有效载荷耦合装置900的正视图。
图14E是图14A至图14D所示的有效载荷耦合装置900的顶视图。
图15A是根据示例实施例的有效载荷耦合装置1000的透视图。
图15B是图15A所示的有效载荷耦合装置1000的另一透视图。
图15C是图15A和图15B所示的有效载荷耦合装置1000的侧视图。
图15D是图15A至图15C所示的有效载荷耦合装置1000的顶视图。
图15E是图15A至图15D所示的有效载荷耦合装置1000的截面侧视图。
图16A是根据示例实施例的具有位于唇缘806’上方的槽808的有效载荷耦合装置800’的侧视图。
图16B是在有效载荷耦合装置800’与有效载荷的手柄解耦之后，槽808已经关闭之后的有效载荷耦合装置800’的侧视图。
图16C是图16A所示的有效载荷耦合装置800’的侧视截面图。
图16D是图16B所示的有效载荷耦合装置800’的截面侧视图。
图17是根据示例实施例的用于进行有效载荷的系绳拾取用于随后递送到目标位置的方法的流程图。
图18是根据示例实施例的用于进行有效载荷的系绳递送的方法的流程图。
图19是根据示例实施例的用于促进与用户交互和/或向用户提供反馈的目的的系绳控制的示例流程图。
图20示出根据示例实施例的随时间变化的马达电流水平。
图21示出根据示例实施例的检测的电流尖峰，其指示与系绳的特定用户交互。
图22示出根据示例实施例的基于特定用户交互的马达响应。
图23示出根据示例实施例的用于调整系绳的张力的马达响应处理。
图24示出根据示例实施例的提供制动器感觉的马达响应处理。
图25示出根据示例实施例的后面是UAV响应处理的马达响应处理。
图26是根据示例实施例的用于确定有效载荷是否已经从UAV的系绳分离的方法的流程图。
图27是根据示例实施例的用于启动抑制例程以抑制有效载荷耦合装置的振荡的示例流程图。
图28A至图28D共同地示出根据示例实施例的在系绳缩回处理期间抑制例程的启动。
图29是根据示例实施例的用于启动向前飞行以抑制有效载荷的振荡的示例流程图。
图30A至图30D共同地示出根据示例实施例的使用向前飞行来抑制有效载荷的振荡。
图31是根据示例实施例的用于减小飞行稳定程度以抑制有效载荷的振荡的示例流程图。
图32A至图32H共同地示出根据示例实施例的使用飞行稳定程度的减小来抑制有效载荷的振荡。
图33是根据示例实施例的用于选择一个或多个抑制例程以帮助抑制有效载荷的振荡的示例流程图。
图34是根据示例实施例的用于从UAV分离系绳的方法的流程图。
图35是根据示例实施例的当将有效载荷朝向地面降低时用于检测和解决系绳上的向下力的方法的流程图。
图36是根据示例实施例的当将有效载荷朝向UAV绞动时用于检测和解决系绳上的向下力的方法的流程图。
图37是根据示例实施例的用于检测UAV是否已经成功拾取有效载荷的方法的流程图。
图38A示出根据示例实施例的进行有效载荷拾取和递送处理的UAV的状态图的一部分。
图38B示出根据示例实施例的进行有效载荷拾取和递送处理的UAV的状态图的另一部分。
图38C示出根据示例实施例的执行有效载荷拾取和递送处理的UAV的状态图的另一部分。
图39是根据附加示例实施例的用于进行有效载荷的系留递送的方法的流程图。
图40A和40B示出根据示例实施例的系绳张力曲线。
具体实施方式
本文描述了示例性方法和***。应当理解，词语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。在此被描述为“示例性”或“说明性”的任何实现方式或特征不一定要被解释为比其他实现方式或特征优选或有利。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常识别相似的组件。本文描述的示例实现方式并不意味着是限制性的。容易理解，可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计如本文一般地描述的以及在附图中示出的本公开的各方面，所有这些在此都被设想到了。
I.概述
本实施例涉及无人驾驶航空器(UAV)或无人驾驶航空***(unmanned aerialsystem，UAS)(在本文中统称为UAV)的使用，用于携带要被递送或取回的有效载荷。作为示例，UAV可以用于向个人或企业递送有效载荷或从个人或企业取回有效载荷。在操作中，待递送的有效载荷被固定到UAV，然后UAV被飞行到期望的递送地点。一旦UAV到达递送地点，则UAV可以降落以递送有效载荷，或者以悬停模式操作并且使用与UAV一起放置的系绳和绞盘机构将有效载荷从UAV降落到递送地点。在有效载荷着陆之后，有时将有效载荷耦合装置(有时称为胶囊)与有效载荷自动解耦。另外，在UAV以悬停模式操作时通过将有效载荷的手柄放置在有效载荷耦合装置中的槽中可以取回有效载荷。
为了递送有效载荷，UAV可以包括各种机制以在运输期间固定有效载荷并在递送时释放有效载荷。示例实施例可以采取用于将有效载荷被动地耦合到UAV用于运输和在递送时释放有效载荷的装置形式或涉及该装置。
这样的有效载荷耦合装置可以包括通过系绳耦合到UAV的外壳，该系绳可以被缠绕和展开以相对于UAV升高和降低外壳。外壳可以包括一个或多个摇臂，摇臂适配为以锐角从外壳延伸，从而形成挂钩，有效载荷可以被附接到挂钩。当外壳和附接的有效载荷从UAV降落(例如，通过展开系绳)到UAV下方的运输位置(例如，地面)时，有效载荷可能会从挂钩分离。
例如，一旦有效载荷到达地面，UAV就可以通过继续展开系绳来使系绳超程(over-run)。当有效载荷在地面上保持静止时，有效载荷耦合装置可以继续降低，并且外壳上的重力和/或惯性力可能导致摇臂钩从有效载荷分离。在从有效载荷分离后，摇臂可适配为缩回到外壳中，并且有效载荷耦合装置可以朝向UAV上升(例如，通过缩回系绳)，从而将有效载荷留在地面上。当有效载荷耦合装置接近UAV时，适配为容纳外壳的装置可以接合摇臂的凸轮以使摇臂从外壳以锐角延伸，从而形成挂钩以用于固定通过UAV递送的另一有效载荷。
更具体地说，本实施例有利地包括唯一的有效载荷耦合装置。在一个实施例中，有效载荷耦合装置包括从有效载荷耦合装置的外表面朝向有效载荷耦合装置的中心向下延伸的槽。槽适配为容纳有效载荷的手柄，并在有效载荷的递送或取回期间支撑有效载荷。一旦有效载荷到达地面，有效载荷耦合装置将继续向下移动，直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦。在槽下方的下唇的外表面被底切，使其延伸得比在槽上方的有效载荷耦合装置的上端的外表面小，以防止有效载荷耦合装置在将有效载荷连接装置收回到UAV期间与有效载荷的手柄重新接合，或者卡在电力线或树枝上。
有效载荷耦合装置可以包括位于其外表面的相对侧上的凸轮。当有效载荷耦合装置被绞回到UAV时，有效载荷耦合装置的凸轮适配为与UAV机身内的对应凸轮接合，使得当凸轮接合时，有效载荷耦合装置能够旋转以使有效载荷耦合装置定向在UAV机身内的期望位置。
对此，有效载荷可以具有纵向延伸的顶部，使得当有效载荷耦合装置的外表面上的凸轮与UAV机身内的配合凸轮接合时，纵向延伸的顶部被旋转到UAV机身底部的对应纵向延伸的凹陷约束槽内的期望位置。在其他实施例中，可以将有效载荷简单地拉入紧靠UAV机身底部的紧密位置。在这种情况下，有效载荷的顶部不需要具有纵向延伸的顶部，当有效载荷耦合装置的凸轮与机身内的配合凸轮接合时，该纵向延伸的顶部变为位于机身的空腔内。然而，在使用凸轮的情况下，有效载荷耦合装置的凸轮和机身中的有效载荷耦合接受器内的配合凸轮可以适当地旋转有效载荷耦合装置以将有效载荷相对于机身定向在期望位置。
有效载荷耦合装置还可以包括传感器，适配为确定有效载荷已经与地面接触。传感器可以设置在有效载荷耦合装置的槽中，并且可以通过确定有效载荷的手柄相对于传感器移动来检测有效载荷的着陆。有效载荷耦合装置还可以包括发送器，其当传感器检测到有效载荷的着陆时将着陆确定信号发送到UAV。以这种方式，UAV可以使用有效载荷耦合装置可靠地检测有效载荷的着陆。在包括布置在有效载荷耦合装置上或内部的传感器和发送器的实施例中，有效载荷耦合装置还可以包括一个或多个电源，其在被收回到UAV时被充电。
有效载荷耦合装置的显着优点在于：有效载荷耦合装置不包括移动部件，从而降低了其复杂性，并减少了在有效载荷耦合装置中包含移动部件时存在的部件故障的可能性。
有效载荷可以有利地包括非常适合于定位在有效载荷耦合装置的槽内的手柄。手柄可以由具有高柔韧性的薄的、柔性的塑料材料制成，从而允许容易地***到有效载荷耦合机构的槽中，并且还易于在有效载荷降落时从有效载荷耦合机构的槽解耦。期望手柄柔性以允许有效载荷和有效载荷耦合装置在手柄弯曲以匹配有效载荷耦合装置中的槽的角度时垂直悬挂。刚性更高的手柄使有效载荷装置在包裹降落时更容易从手柄解耦，尽管如果手柄太灵活，有效载荷耦合装置可能会翻转而不释放。此外，期望的是，在解耦时，手柄应弹回至垂直方向，这进一步减少了手柄与有效载荷耦合装置的槽的重新钩住，并且当将包裹接合在UAV机身内时将其拉紧到约束件中。还应注意，手柄也可以用纸或其他天然纤维制成，带有或不带有用于提高强度的塑料层压或塑料/玻璃/天然纤维。例如，也可以使用纤维增强纸。
手柄还可以有利地包括一对孔，适配为容纳位于UAV内的锁定销。锁定销可以具有圆锥形的形状，以利于***到手柄中的孔中，并且将包裹拉动成紧密接合在UAV机身的凹陷约束槽内。一旦有效载荷耦合装置的凸轮与机身内的配合凸轮接合，就将手柄定位在期望的方向上。可以使用伺服马达或其他机构(诸如带有丝杠的常规电动马达或带有限位开关来控制行程的齿条和小齿轮)(或其他机构(诸如线性致动器))使圆锥形锁定销穿过手柄中的孔，以将手柄和下面的有效载荷牢牢保持在适当的位置，从而在有效载荷固定在UAV下方时允许UAV高速飞行。可选地，锁定销或销可以移动到有效载荷耦合装置自身的凹部或开口内的位置，而不是移动到包裹的手柄中的孔中以将有效载荷耦合装置和包裹固定到UAV。
有效载荷可以采取空气动力学手提袋的形式，尽管有效载荷可以具有任何数量的不同配置和几何形状。然而，在机身上装有线性凹陷约束槽的情况下，期望有效载荷的顶部具有大致线性的形状以装配在机身内的线性凹陷约束槽内。
有效载荷耦合机构也可以具有不同配置。例如，系绳可以附接到有效载荷耦合装置的底部，并且被定位在有效载荷耦合装置中的垂直延伸的系绳槽内。垂直系绳槽延伸穿过适配为容纳有效载荷的手柄的有效载荷耦合装置。在该位置，有效载荷的手柄在递送和取回期间位于槽内。有效载荷耦合装置还包括围绕槽定位的一对向上延伸的指状件，在该对指状件之间具有开口。
当有效载荷接触地面时，有效载荷耦合装置继续向下移动，并自动从有效载荷的手柄上解耦。有效载荷耦合装置可以包括被加重的上半部，使得在与有效载荷的手柄脱离时，有效载荷耦合装置翻倒并旋转180度，从而使该对向上延伸的指状件旋转180度并向下延伸。在此旋转过程中，系绳从垂直系绳槽解耦，并穿过该对指状件之间的开口。结果，由于槽向下延伸，防止了有效载荷耦合与有效载荷的手柄重新接合。另外，在释放手柄之后向下延伸的槽还有助于防止有效载荷耦合装置在被绞回UAV时与电力线或树枝接合，因为槽中的开口向下延伸。可选地，有效载荷耦合装置可以是底部加重。
有效载荷耦合装置的该实施例还可以包括在其外表面上的凸轮，该凸轮适配为与机身内的有效载荷耦合装置接受器内的配合凸轮接合，以将有效载荷耦合装置定向在UAV机身内的期望位置。
在另一个实施例中，垂直槽可以定位在有效载荷耦合装置内，适配为接收有效载荷的手柄并在递送和取回期间支撑手柄和有效载荷。在该实施例中，系绳槽位于有效载荷耦合装置的外部，并且对有效载荷耦合装置的顶部进行加重，使得当有效载荷到达地面时，有效载荷耦合装置继续向下移动，直到手柄与有效载荷耦合装置的槽解耦为止。一旦解耦，加重的有效载荷耦合机构就会旋转90度，使得槽在收回或钩住在电力线或树枝上期间无法与有效载荷的手柄重新接合。有效载荷耦合机构的该实施例可以包括在其外表面上的凸轮，该凸轮适配为与UAV机身内的配合凸轮接合，以将有效载荷耦合机构以及手柄和有效载荷定向在期望位置。
此外，有效载荷递送***在绞起期间会自动对准包裹，将其定向为使沿航空器纵轴的阻力最小。这种对准使得拾取之后能够高速向前飞行。通过有效载荷挂钩和接受器的形状实现对准。挂钩(由于其形状也被称为胶囊)在其周边具有凸轮特征，当它与UAV机身的接受器内的凸轮特征接合时，总是将其定向在限定的方向上。胶囊两侧的凸轮形状的尖端不对称，以防止在90度方向上卡住。对此，螺旋凸轮表面可以在有效载荷耦合机构的一侧的顶端处相交，并且螺旋凸轮表面可以在有效载荷耦合机构的另一侧的圆形顶端处相交。挂钩经过专门设计，使包裹悬挂在挂钩的中心线上，可以从90度在两个方向上对准。
除了对准功能之外，有效载荷挂钩还可以在包裹递送后与地面接触时被动地自动释放包裹。这是通过钩槽的形状和角度以及包裹上对应手柄完成的。当有效载荷由于胶囊的质量和想要继续使胶囊向下移动经过包裹的惯性而着陆时，挂钩容易滑下手柄。挂钩的末端被设计为从胶囊主体略微凹陷，以防止挂钩意外重新附接到手柄上。在成功释放之后，挂钩会绞回到航空器上。在该挂钩实施例中没有任何移动部件的情况下(称为固态设计)，都可以有利地实现所有这些功能(在拾取期间的包裹对准和在递送期间的被动释放)。这大大提高了可靠性并降低了成本。简单的设计还使用户交互变得非常清晰和不言自明。另外，有效载荷耦合装置可以在底部加重，以使其保持期望的垂直方向并且不倾斜。
用于绞起/拾取操作的包裹可以是具有增强的接合手柄的空气动力学形状手提袋(例如，由塑料或诸如纤维的其他材料制成)，尽管也可以使用其他形状的有效载荷。有效载荷的手柄将有效载荷附接到有效载荷耦合装置的挂钩上，并且其槽或开口的形状设计成允许可靠的被动释放。手柄还可包括两个较小的用于锁定销的开口。手柄的加强有利于在对准旋转期间将扭矩从胶囊传递到包裹中。包裹本身可以由卡片材料制成，并具有内部撕条。细纤维带撕条可以沿着包裹一侧的周长延伸，使客户在递送后可以容易地打开包裹。
当有效载荷被绞起并完成对准时，利用胶囊在其接受器中的附加垂直行驶，将有效载荷拉入UAV机身的凹陷约束槽中。凹陷约束槽与有效载荷上部的形状相匹配，并在巡航飞行期间使其稳定，从而防止了任何多余的左右或前后摇摆运动。凹陷约束槽也完全凹进机身，没有突出的部件，从而在返回飞行时(在包裹递送之后)具有良好的空气动力学性能。
本实施例提供了用于UAV的高度集成的基于绞动的拾取和递送***。可以提供许多明显的优点。例如，提供了无需降落就可以拾取和递送包裹的能力。该***能够在航空器悬停时绞起包裹。在某些应用中，商家或客户也可以不需要基础架构。优点包括高任务灵活性、以及有限或无基础设施安装成本的潜力、以及增加的有效载荷几何形状的灵活性。
II.说明性无人驾驶交通工具
在本文中，术语“无人驾驶航空器”和“UAV”是指能够在没有实际在场的人类飞行员的情况下执行某些功能的任何自动驾驶或半自动驾驶交通工具。
UAV可以采用多种形式。例如，UAV可以采用固定机翼飞机、滑翔机、尾坐式飞机、喷气飞机、管道风扇飞机、比空气轻的飞艇(诸如小型飞船或可操纵的气球)、旋翼飞机(诸如直升机或多旋翼飞机)和/或扑翼飞机等的形式。此外，术语“无人机(drone)”、“无人驾驶航空器***”(UAVS)或“无人驾驶航空***”(UAS)也可以用于指代UAV。
图1A是示例UAV 100的等距视图。UAV 100包括机翼102、吊杆104和机身106。机翼102可以是固定的，并且可以基于机翼形状和UAV的前进空速产生升力。例如，两个机翼102可以具有翼型截面，以在UAV 100上产生空气动力。在一些实施例中，机翼102可以承载水平推进单元108，并且吊杆104可以承载垂直推进单元110。在操作中，可以从机身106的电池舱112提供用于推进单元的动力。在一些实施例中，机身106还包括航空电子设备舱114、附加的电池舱(未示出)和/或用于处理有效载荷的递送单元(未示出，例如，绞盘***)。在一些实施例中，机身106是模块化的，并且两个或更多个舱(例如，电池舱112、航空电子设备舱114、其他有效载荷和递送舱)彼此可拆卸并且彼此固定(例如，机械地、磁性地或其他方式)以连续形成机身106的至少一部分。
在一些实施例中，吊杆104终止于方向舵116，以改善UAV 100的偏航控制。此外，机翼102可以终止于机翼尖端117，以改善对UAV的升力的控制。
在所示的配置中，UAV 100包括结构框架。该结构框架可以被称为UAV的“结构H框架”或“H框架”(未示出)。H框架可以在机翼102内包括机翼翼梁(未示出)，并且在吊杆104内包括吊杆架(未示出)。在一些实施例中，翼梁和吊杆架可以由碳纤维、硬塑料、铝、轻金属合金或其他材料制成。翼梁和吊杆架可以用夹具连接。翼梁可包括用于水平推进单元108的预钻孔，并且吊杆架可以包括用于垂直推进单元110的预钻孔。
在一些实施例中，机身106可以可移除地附接到H框架(例如，通过夹具附接到机翼翼梁，配置有凹槽、突出部或其他特征以与对应H框架特征等配合)。在其他实施例中，类似地，机身106可以可移除地附接到机翼102。机身106的可移除附接件可以改善UAV 100的质量和/或模块化。例如，机身106的电气/机械组件和/或子***可以与H框架分开测试并且在附接到H框架之前测试。类似地，印刷电路板(PCB)118可以与吊杆架分开测试并且在附接到吊杆架之前进行测试，因此在完成UAV之前消除了有缺陷的零件/子组件。例如，在将机身106安装到H框架上之前，可以对机身106的组件(例如，航空电子设备、电池单元、递送单元、附加电池舱等)进行电测试。此外，PCB 118的马达和电子器件也可以在最终组装之前进行电测试。通常，在组装处理的早期识别出有缺陷的零件和子组件会降低UAV的总体成本和交货时间。此外，不同类型/型号的机身106可以附接到H框架，因此改善了设计的模块化。这样的模块化使得UAV 100的这些各个部分得以升级，而无需对制造过程进行实质性的全面修改。
在一些实施例中，机翼壳体和吊杆壳体可以通过粘合元件(例如，粘合带、双面粘合带、胶等)附接到H框架。因此，可以将多个壳体附接到H框架，而不是将单体式主体喷涂到H框架上。在一些实施例中，多个壳体的存在减小了由UAV的结构框架的热膨胀系数引起的应力。结果，UAV可以具有更好的尺寸精度和/或改善的可靠性。
此外，在至少一些实施例中，相同的H框架可以与具有不同尺寸和/或设计的机翼壳体和/或吊杆壳体一起使用，因此提高了UAV设计的模块化和多功能性。机翼壳体和/或吊杆壳体可以由被较硬但相对较薄的塑料皮覆盖的相对较轻的聚合物(例如，闭孔泡沫)制成。
来自机身106的功率和/或控制信号可以通过穿过机身106、机翼102和吊杆104的线缆被路由到PCB118。在所示的实施例中，UAV 100具有四个PCB，但是其他数量的PCB也是可能的。例如，UAV 100可以包括两个PCB、每个吊杆一个。PCB承载电子组件119，电子组件119包括例如功率转换器、控制器、存储器、无源组件等。在操作中，UAV 100的推进单元108和110电连接到PCB。
在图示的UAV上可以有许多变化。例如固定机翼UAV可以包括更多或更少的转子单元(垂直或水平)，和/或可以利用管道风扇或多个管道风扇进行推进。此外，具有更多机翼(例如，具有四个机翼的“x-机翼”配置)的UAV也是可能的。虽然图1示出两个机翼102、两个吊杆104、每个吊杆104两个水平推进单元108和六个垂直推进单元110，但是应当理解，UAV100的其他变体可以用更多或更少的这些组件来实现。例如，UAV 100可以包括四个机翼102、四个吊杆104以及更多或更少的推进单元(水平或垂直)。
类似地，图1B显示了固定机翼UAV120的另一个示例。固定机翼UAV120包括机身122；两个机翼124，其机翼形横截面可为UAV120提供升力；垂直稳定器126(或鳍片)，可稳定飞机的偏航(向左或向右旋转)；水平稳定器128(也称为升降机或水平尾翼)，用于稳定俯仰(向上或向下倾斜)；起落架130；以及推进单元132，可以包括马达、轴和螺旋桨。
图1C示出具有推动器配置的螺旋桨的UAV 140的示例。与将推进单元安装在UAV的前部相比，术语“推动器”是指这样的事实，即，推进单元142被安装在UAV的后部，并且将交通工具向前“推”。类似于为图1A和图1B提供的描述，图1C描绘了在推进器平面中使用的常见结构，包括机身144、两个机翼146、垂直稳定器148和推进单元142，推进单元142可以包括马达、轴和螺旋桨。
图1D示出尾坐式UAV 160的示例。在所示的示例中，尾坐式UAV 160具有固定机翼162以提供升力并允许UAV 160水平滑行(例如，沿x轴、在大致垂直于图1D中所示的位置的位置)。然而，固定机翼162还允许尾坐式UAV 160自行垂直起飞和降落。
例如，在发射地点，尾坐式UAV 160可以垂直放置(如图所示)，其鳍片164和/或机翼162停留在地面上并将UAV 160稳定在垂直位置。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，通常沿着y轴的推力)来起飞。一旦处于合适的海拔，尾坐式UAV 160可以使用其襟翼168将其自身重新定向在水平位置，使得其机身170比与y轴更接近于与x轴对准。水平放置的螺旋桨166可以提供向前的推力，使得尾坐式UAV 160可以以与典型飞机类似的方式飞行。
所示的固定机翼UAV可能有许多变型。例如，固定机翼UAV可以包括更多或更少的螺旋桨，和/或可以利用管道风扇或多个管道风扇进行推进。此外，具有更多机翼(例如，具有四个机翼的“x-机翼”配置)，更少机翼或甚至没有机翼的UAV也是可能的。
如上所述，除了固定机翼UAV之外或替代固定机翼UAV，一些实施例可以涉及其他类型的UAV。例如，图1E显示了旋翼飞机的示例，通常称为多旋翼飞机180。多旋翼飞机180也可以称为四轴直升机，因为它包括四个旋翼182。应当理解，示例实施例可以涉及旋翼飞机，该旋翼飞机具有比多旋翼飞机180更多或更少的旋翼。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。在本文中，术语“多旋翼飞机”是指具有两个以上旋翼的任何旋翼飞机，而术语“直升机”是指具有两个旋翼的旋翼飞机。
更详细地参照多旋翼飞机180，四个旋翼182为多旋翼飞机180提供推进力和机动性。更具体地，每个旋翼182包括附接到马达184的叶片。如此配置，旋翼182可以允许多旋翼飞机180垂直起飞和降落，在任何方向上进行操纵和/或悬停。此外，叶片的俯仰可以成组和/或不同地调整，并且可以允许多旋翼飞机180控制其俯仰、翻滚、偏航和/或海拔。
应当理解，本文中对“无人驾驶”航空器或UAV的引用可以等同地应用于自动驾驶和半自动驾驶的航空器。在自动驾驶实现方式中，航空器的所有功能都是自动化的；例如，通过实时计算机功能进行预编程或控制，该实时计算机功能可响应来自各种传感器的输入和/或预定信息。在半自动驾驶的实现方式中，航空器的某些功能可以由人类操作员来控制，而其他功能则是自主进行的。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原本可以由UAV自动控制的功能。更进一步，给定类型的功能可以在一个抽象级别上被远程控制，而在另一抽象级别上被自主执行。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***则自主控制更细粒度的导航决策，诸如在两个位置之间采取的特定路线，用于实现路线并在导航路线时避开障碍物的特定飞行控制等。
更一般地，应当理解，本文描述的示例性UAV并非旨在进行限制。示例实施例可以涉及实现在任何类型的无人驾驶航空器中或采用任何类型的无人驾驶航空器。
III.说明性UAC组件
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可以采用参照图1A至图1E描述的UAV 100、120、140、160和180之一或与之类似的形式。然而，UAV 200也可以采用其他形式。
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***。在所示的实施例中，除了其他可能的传感器和感测***之外，UAV 200的传感器包括惯性测量单元(IMU)202、超声传感器204和GPS 206。
在所示的实施例中，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，该计算机可读程序指令212被存储在数据存储器210中并且可执行以提供本文描述的UAV的功能。
数据存储装置210可以包括或采取可由至少一个处理器208读取或访问的一种或多种计算机可读存储介质的形式。一种或多种计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储组件，诸如光学、磁性、有机或其他存储器或磁盘存储，它们可以全部地或部分地与一个或多个处理器208的至少一个或多个集成在一起。在一些实施例中，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磁盘存储单元)来实现数据存储装置210，而在其他实施例中，可以使用两个或多个物理设备来实现数据存储装置210。
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可以包括程序指令212以执行或促进本文描述的一些或全部UAV功能。例如，在所示的实施例中，程序指令212包括导航模块214和系绳控制模块216。
A.传感器
在说明性实施例中，IMU 202可以包括加速度计和陀螺仪两者，可以一起用于确定UAV 200的方位。特别地，加速度计可以测量交通工具相对于地球的方位，而陀螺仪可以测量绕轴的旋转速率。IMU以低成本、低功率的封装在市场上有售。例如，IMU 202可以采用小型化微机电***(MEMS)或纳米机电***(NEMS)的形式或包括MEMS或NEMS。也可以使用其他类型的IMU。
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，可以用于实现与方位无关的电子罗盘，以获得精确的航向信息。然而，也可以使用其他类型的磁力计。其他示例也是可能的。此外，注意，UAV可以包括一些或全部上述惯性传感器作为与IMU分离的组件。
UAV 200还可以包括压力传感器或气压计，可以用于确定UAV 200的高度。可选地，可以使用诸如声波高度计或雷达高度计的其他传感器来提供高度指示，这可以帮助提高IMU的准确性和/或防止IMU的漂移。
在另一方面，UAV 200可以包括一个或多个传感器，以允许UAV感测环境中的物体。例如，在所示的实施例中，UAV 200包括超声传感器204。超声波传感器204可以通过产生声波并确定波的传输与从物体接收对应回波之间的时间间隔来确定到物体的距离。用于无人驾驶交通工具或IMU的超声波传感器的典型应用是低空高度控制和避障。超声波传感器还可用于需要悬停在特定高度或需要能够检测障碍物的交通工具。可以使用其他***来确定、感测附近物体的存在和/或确定附近物体的距离，诸如光检测和测距(LIDAR)***、激光检测和测距(LADAR)***和/或红外或前视红外(FLIR)***等。
在一些实施例中，UAV 200还可以包括一个或多个成像***。例如，UAV200可以利用一个或多个静止相机和/或视频相机来从UAV的环境中捕获图像数据。作为特定示例，电荷耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机可用于无人驾驶交通工具。这种成像传感器具有许多可能的应用，诸如避障、定位技术、用于更精确导航的地面跟踪(例如，通过对图像应用光流技术)、视频反馈和/或图像识别和处理等。
UAV 200还可以包括GPS接收器206。GPS接收器206可以被配置为提供众所周知的GPS***典型的数据，诸如UAV 200的GPS坐标。此类GPS数据可由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，如至少部分地由其移动设备提供的GPS坐标所指示的。其他示例也是可能的。
B.导航和位置确定
导航模块214可以提供允许UAV200例如在周围环境中移动并到达所需位置的功能。为此，导航模块214可以通过控制影响飞行的UAV的机械特征(例如，方向舵、升降舵、副翼和/或其一个或多个螺旋桨的速度)来控制高度和/或飞行方向。
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，诸如基于地图的导航和基于定位的导航。利用基于地图的导航，UAV 200可以被提供有其环境的地图，然后其可以被用来导航到地图上的特定位置。利用基于定位的导航，UAV 200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构建其自身的环境地图并计算其在地图内的位置和/或环境中物体的位置。例如，当UAV 200在其整个环境中移动时，UAV200可以连续使用定位来更新其环境地图。该连续映射处理可以被称为同时定位和映射(SLAM)。也可以使用其他导航技术。
在一些实施例中，导航模块214可以使用依赖于航路点的技术来导航。特别地，航路点是识别物理空间中的点的坐标集。例如，空中导航航路点可以由特定纬度、经度和高度定义。因此，导航模块214可以使UAV 200从航路点移动到航路点，以便最终行进到最终目的地(例如，一系列航路点中的最终航路点)。
在另一方面，导航模块214和/或UAV 200的其他组件和***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在由UAV递送有效载荷228的目标位置的阈值距离之内(例如，在目标目的地的几英尺之内)。为此，UAV可以使用两层方法，其中它使用更一般的位置确定技术导航到与目标位置相关联的大致区域，然后使用更精确的位置确定技术以识别和/或导航到大致区域内的目标位置。
例如，UAV 200可以使用航路点和/或基于地图的导航来导航到有效载荷228被递送的目标目的地的大致区域。然后，UAV可以切换到UAV利用定位处理来定位并行进到更具***置的模式。例如，如果UAV 200要将有效载荷递送到用户的家中，则UAV 200可能需要基本接近目标位置，以避免将有效载荷递送到不期望的区域(例如，到屋顶上、到水池中、到邻居的财产等)。然而，GPS信号可能只能使UAV 200到达这么远(例如，用户家的街区内)。然后可以使用更精确的位置确定技术来找到具体目标位置。
一旦UAV 200已经被导航到目标递送位置的大致区域，各种类型的位置确定技术就可以用于完成目标递送位置的定位。例如，UAV 200可以配备一个或多个传感器***，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用来自主地或半自主地导航到具体目标位置的输入。
作为另一示例，一旦UAV 200到达目标递送位置(或诸如人或他们的移动设备的运动对象)的大致区域，UAV 200就可以切换到可以将UAV 200导航到具体目标位置的远程操作员至少部分地控制的“线控飞行(fly-by-wire)”模式。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导航到具***置。
作为又一个示例，UAV 200可以包括能够向路人发信号以帮助到达具体目标递送位置的模块；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需要这种帮助等。这样的视觉或音频消息可能指示在将UAV200递送到特定人员或特定位置时需要帮助，并且可能会提供信息以帮助路人将UAV 200递送到该人员或位置(例如，该人或位置的描述或图片和/或该人或位置的名称)等。在UAV无法使用传感功能或其他位置确定技术来到达具体目标位置的场景下，此类功能非常有用。然而，此特征不限于此类场景。
在一些实施例中，一旦UAV 200到达目标递送位置的大致区域，UAV 200就可以利用来自用户的远程设备(例如，用户的移动电话)的信标来定位人。这样的信标可以采取各种形式。例如，考虑远程设备(诸如请求UAV递送的人的移动电话)能够发出方向信号(例如，通过RF信号、光信号和/或音频信号)的场景。在此场景中，UAV 200可以被配置为通过“获得(source)”这种方向信号来进行导航，换句话说，通过确定信号最强的位置并进行相应的导航。作为另一个示例，移动设备可以发射人类范围内或人类范围外的频率，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可以利用口头陈述，诸如“我在这里！”以获得请求递送有效载荷的人的具***置。
在可选布置中，可以在与UAV 200无线通信的远程计算设备处实现导航模块。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的传感器数据——其允许远程计算设备评估UAV 200正在经历的环境条件、和/或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UAV 200应该进行的高度和/或方向调整和/或可以确定UAV200应该如何调整其机械特征(例如，其方向舵、升降舵、副翼和/或其一个或多个螺旋桨的速度)以实现这种移动。远程计算***然后可以将这种调整通信到UAV 200，以使其可以以确定的方式移动。
C.通信***
在另一方面，UAV 200包括一个或多个通信***218。通信***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，允许UAV 200经由一个或多个网络进行通信。此类无线接口可以提供一种或多种无线通信协议(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，以经由电线、双绞线、同轴电缆、光链路、光纤链路或到有线网络的其他物理连接进行通信。
在一些实施例中，UAV 200可以包括允许短距离通信和长距离通信的通信***218。例如，UAV 200可以被配置用于使用蓝牙的短距离通信以及在CDMA协议下的长距离通信。在这样的实施例中，UAV 200可以被配置为用作“热点”；或换句话说，作为远程支持设备和一个或多个数据网络(诸如蜂窝网络和/或互联网)之间的网关或代理。这样配置的UAV200可以促进远程支持设备本来无法独自执行的数据通信。
例如，UAV 200可以提供到远程设备的WiFi连接，并充当UAV可以在LTE或3G协议下连接到的蜂窝服务提供商的数据网络的代理或网关。UAV200还可以用作远程设备可能无法访问的高空气球网络、卫星网络或这些网络的组合的代理或网关。
D.电力***
在另一方面，UAV 200可以包括电力***220。电力***220可以包括一个或多个电池，用于向UAV 200提供电力。在一个示例中，一个或多个电池可以是可再充电的，并且每个电池可以通过电池和电源之间的有线连接和/或通过无线充电***(诸如向内部电池施加外部时变磁场的感应充电***)进行再充电。
E.有效载荷递送
UAV 200可以采用各种***和配置，以便传输和递送有效载荷228。在一些实现方式中，给定UAV 200的有效载荷228可以包括“包裹”或采取“包裹”的形式，该“包裹”被设计成将各种货物运输到目标递送位置。例如，UAV 200可以包括可在其中运输一个或多个物品的舱。这样的包裹可以是一个或多个食品、购买的商品、医疗物品或任何其他具有适合于由UAV在两个位置之间运输的大小和重量的物体。在其他实施例中，有效载荷228可以简单地是正被递送的一个或多个物品(例如，没有任何容纳物品的包裹)。
在一些实施例中，有效载荷228可以附接到UAV并且在UAV的一些或全部飞行期间基本上位于UAV的外部。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到UAV下方。在包裹在UAV下方携带货物的实施例中，包裹可以包括各种特征，这些特征保护其内容物免受环境影响，减少***上的空气阻力，并防止包裹内容物在UAV飞行期间移动。
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、塑料或任何其他轻质和防水材料构成的外部壳体。此外，为了减少阻力，包裹可以具有光滑的表面，该光滑的表面具有尖的前部，从而减小了正面的横截面积。此外，包裹的侧面可以从宽的底部到狭窄的顶部逐渐变细，这允许包裹充当狭窄的挂架，以减少对UAV机翼的干扰影响。这可以使包裹的一些前部区域和体积远离UAV的机翼，从而防止由包裹引起的机翼上的升力减小。更进一步，在一些实施例中，包裹的外部壳体可以由单片材料构成，以减少气隙或额外的材料，这两者都可以增加***上的阻力。附加地或可选地，包裹可以包括稳定器以抑制包裹的颤动。这种颤动的减少可能使包裹与UAV之间的连接的刚性降低，并可能导致包裹的内容物在飞行过程中移动较少。
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***221，以便在UAV悬停在上方时将有效载荷228降落到地面。如图2所示，绞盘***221可以包括系绳224，并且系绳224可以通过有效载荷耦合装置226耦合到有效载荷228。系绳224可以缠绕在与UAV的马达222耦合的线轴上。马达222可以采用可以由速度控制器主动控制的DC马达(例如，伺服马达)的形式。系绳控制模块216可以控制速度控制器以使马达222旋转线轴，从而使系绳224展开或缩回并降低或升高有效载荷耦合装置226。在实践中，速度控制器可以为线轴输出期望的操作速率(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，马达222可以旋转线轴，以使其保持期望的操作速率。
为了经由速度控制器控制马达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。特别地，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马达的轴或耦合至马达的线轴的旋转位置(和/或旋转运动)有关的信息等。此外，速度传感器可以采用绝对编码器和/或增量编码器的形式等。因此，在示例实现方式中，当马达222引起线轴旋转时，可以使用旋转编码器来测量该旋转。这样做，旋转编码器可以用于将旋转位置转换为用于确定线轴从固定的参考角度的旋转量的系绳控制模块216使用的模拟或数字电信号，和/或代表新的旋转位置的模拟或数字电信号等。其他示例也是可能的。
基于来自速度传感器的数据，系绳控制模块216可以确定马达222和/或线轴的转速，并响应地控制马达222(例如，通过增加或减少供应给马达222的电流)使马达222的转速与期望速度匹配。当调整马达电流时，电流调整的幅度可以基于使用确定的和期望的马达222的速度的比例积分微分(proportional-integral-derivative，PID)计算。例如，电流调整的幅度可以基于确定的线轴速度和期望的线轴速度之间的当前差异、过去差异(基于随时间的累积误差)和未来差异(基于当前变化率)。
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部署速率曲线和/或响应于其他因素来改变期望的操作速率，以改变有效载荷228朝着地面下降的速率。为此，系绳控制模块216可以调整施加到系绳224的制动量或摩擦量。例如，为了改变系绳的部署速率，UAV 200可以包括可以向系绳224施加可变量的压力的摩擦垫。作为另一示例，UAV 200可以包括马达制动***，改变线轴放出系绳224的速率。这种制动***可以采取机电***的形式，其中马达222操作以减慢线轴放出系绳224的速率。此外，马达222可以改变其调整线轴的速度(例如，RPM)的量，并且因此可以改变系绳224的部署速率。其他示例也是可能的。
在一些实施例中，系绳控制模块216可以被配置为将供应给马达222的马达电流限制为最大值。在马达电流上设置有这样的限制的情况下，可能存在马达222无法以速度控制器指定的期望操作进行操作的情况。例如，如下面更详细地讨论的，可能存在速度控制器指定马达222应将系绳224朝向UAV 200缩回的期望操作速率，但是马达电流可能受到限制使得系绳224上的足够大向下力将抵消马达222的缩回力，并导致系绳224展开的情况。并且如以下进一步讨论的，可以根据UAV 200的操作状态来施加和/或改变对马达电流的限制。
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马达222的电流量来确定系绳224和/或有效载荷228的状态。例如，如果向下力施加到系绳224(例如，如果有效载荷228附接到系绳224，或者当系绳224朝向UAV 200缩回时系绳224被卡在物体上)，则系绳控制模块216可以需要增加马达电流，以使确定的马达222和/或线轴的旋转速度与期望速度相匹配。类似地，当向下力从系绳224被去除时(例如，在有效载荷228的递送之后或在系绳卡住被移除之后)，系绳控制模块216可能需要减小马达电流，以使确定的马达222和/或线轴的旋转速度与期望速度相匹配。这样，系绳控制模块216可以被配置为监视施加到马达222的电流。例如，系绳控制模块216可以基于从马达的电流传感器或电力***220的电流传感器接收的传感器数据来确定马达电流。在任何情况下，基于提供给马达222的电流，确定有效载荷228是否附接到系绳224，是否有人或东西在系绳224上拉动、和/或在缩回系绳224之后有效载荷耦合装置226是否压靠在UAV 200。其他示例也是可能的。
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降低的同时固定有效载荷228，并且还可以被配置为在到达地面时释放有效载荷228。然后，可以通过使用马达222卷起系绳224，将有效载荷耦合装置226缩回到UAV。
在一些实现方式中，有效载荷228一旦被降低到地面就可以被动释放。例如，被动释放机构可以包括一个或多个摇臂，适配为缩回到外壳中并从外壳延伸。延伸的摇臂可以形成挂钩，有效载荷228可以被附接在挂钩上。在通过系绳将释放机构和有效载荷228降低到地面上时，重力以及释放机构上的向下惯性力可能导致有效载荷228从挂钩上分离，允许释放机构朝向UAV向上升高。释放机构还可以括弹簧机构，当在摇臂上没有其他外力时，弹簧机构使摇臂偏置以缩回到外壳中。例如，弹簧可以在摇臂上施加力，该力将摇臂推向或拉向外壳，从而一旦有效载荷228的重量不再迫使摇臂从外壳延伸，则摇臂缩回到外壳中。将摆臂缩回到壳体中可以在递送有效载荷228之后将释放机构向UAV升高时降低释放机构卡住有效载荷228或其他附近物体的可能性。
主动有效载荷释放机制也是可能的。例如，传感器(诸如基于大气压力的高度计和/或加速度计)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通信回UAV和/或控制***，并用于帮助确定释放机制何时达到地面水平(例如，通过使用加速度计检测到具有地面影响特性的测量值)。在其他示例中，UAV可以基于重量传感器检测到系绳上的比阈值低的向下力和/或基于降低有效载荷时由绞盘汲取的电力的比阈值低的测量值来确定有效载荷已到达地面。
除了系绳递送***之外或作为替代，用于递送有效载荷的其他***和技术也是可能的。例如，UAV 200可以包括安全气囊下落***或降落伞下落***。可选地，携带有效载荷的UAV 200可以简单地降落在递送位置的地面上。其他示例也是可能的。
IV.说明性UAV部署***
为了提供各种与UAV相关的服务，可以实现UAV***。特别地，在可以与区域和/或中央控制***通信的多个不同的发射地点处可以提供UAV。这种分布式UAV***可以允许UAV被快速部署以在较大的地理区域(例如，比任何单个UAV的飞行范围大得多)内提供服务。例如，能够携带有效载荷的UAV可以分布在一个较大的地理区域内的多个发射地点(可能甚至遍布整个国家，甚至全世界)，以将各种物品按需运输到遍布该地理区域的位置。图3是示出根据示例实施例的分布式UAV***300的简化框图。
在说明性UAV***300中，访问***302可以允许与UAV 304的网络交互、控制和/或利用。在一些实施例中，访问***302可以是允许对UAV304进行人为控制的派遣的计算***。这样，控制***可以包括或提供用户界面，用户可以通过该用户界面访问和/或控制UAV304。
在一些实施例中，UAV 304的派遣可以附加地或可选地经由一个或多个自动化处理来完成。例如，访问***302可以派遣UAV 304之一以将有效载荷传输到目标位置，并且UAV可以通过利用各种机载传感器(诸如GPS接收器和/或其他各种导航传感器)自主导航到目标位置。
此外，访问***302可以提供UAV的远程操作。例如，访问***302可以允许操作员通过其用户界面来控制UAV的飞行。作为特定示例，操作员可以使用访问***302将UAV 304派遣到目标位置。然后，UAV 304可以自主导航到目标位置的大致区域。对其，操作员可以使用访问***302来控制UAV 304，并将UAV导航到目标位置(例如，到将有效载荷运送到的特定人)。UAV远程操作的其他示例也是可能的。
在说明性实施例中，UAV 304可以采用各种形式。例如，每个UAV 304可以是诸如图1A至图1E所示的UAV。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，UAV***300还可以利用其他类型的UAV。在一些实现方式中，所有UAV 304可以具有相同或相似的配置。然而，在其他实现方式中，UAV 304可以包括许多不同类型的UAV。例如，UAV 304可以包括多种类型的UAV，其中每种类型的UAV被配置用于不同的一种或多种类型的有效载荷递送能力。
UAV***300还可以包括可以采用各种形式的远程设备306。通常，远程设备306可以是可以通过其发出直接或间接请求来派遣UAV的任何设备。(请注意，间接请求可能涉及可以通过派遣UAV来响应的任何通信，诸如请求包裹递送)。在示例实施例中，远程设备306可以是移动电话、平板计算机、膝上型计算机、个人计算机或任何网络连接的计算设备。此外，在某些情况下，远程设备306可能不是计算设备。作为示例，允许经由普通老式电话服务(POTS)进行通信的标准电话可以用作远程设备306。其他类型的远程设备也是可能的。
此外，远程设备306可以被配置为经由一种或多种类型的通信网络308与访问***302通信。例如，远程设备306可以通过在POTS网络、蜂窝网络和/或诸如互联网的数据网络上进行通信来与访问***302(或访问***302的人类操作员)通信。也可以使用其他类型的网络。
在一些实施例中，远程设备306可以被配置为允许用户请求将一个或多个物品递送到期望的位置。例如，用户可以通过其手机、平板电脑或笔记本电脑请求UAV将包裹递送到家中。作为另一个示例，用户可以请求动态递送到他们在递送时所处的位置。为了提供这样的动态递送，UAV***300可以从用户的移动电话或用户身上的任何其他设备接收位置信息(例如，GPS坐标等)，使得UAV可以导航到用户的位置(如由他们的手机指示)。
在说明性布置中，中央派遣***310可以是服务器或服务器组，被配置为从访问***302接收派遣消息请求和/或派遣指令。这样的派遣消息可以请求或指示中央派遣***310协调UAV到各种目标位置的部署。中央派遣***310还可以被配置为将这样的请求或指令路由到一个或多个本地派遣***312。为了提供这样的功能，中央派遣***310可以经由数据网络(诸如互联网或为访问***和自动派遣***之间的通信而建立的专用网络)与访问***302通信。
在所示的配置中，中央派遣***310可以被配置为协调来自多个不同的本地派遣***312的UAV 304的派遣。这样，中央派遣***310可以跟踪哪些UAV 304位于哪个本地派遣***312，哪些UAV 304当前可用于部署，和/或每个UAV 304被配置用于哪些服务或操作(在UAV队包括对不同服务和/或操作而配置的多种类型的UAV的情况下)。另外地或可选地，每个本地派遣***312可以被配置为跟踪其相关联的UAV 304中的哪些当前可用于部署和/或当前在物品运输中。
在某些情况下，当中央派遣***310接收来自访问***302的对UAV相关服务(例如，物品的运输)的请求时，中央派遣***310可以选择特定UAV 304来派遣。中央派遣***310可以相应地指示与选择的UAV相关联的本地派遣***312来派遣选择的UAV。然后，本地派遣***312可以操作其相关联的部署***314以启动选择的UAV。在其他情况下，中央派遣***310可以将对UAV相关的服务的请求转发到在请求支持的位置附近的本地派遣***312，并且将对特定UAV 304的选择留给本地派遣***312。
在示例配置中，本地派遣***312可以被实现为与其控制的部署***314处于相同位置的计算***。例如，本地派遣***312可以由安装在诸如仓库的建筑物上的计算***来实现，与特定本地派遣***312相关联的部署***314和UAV 304也位于该建筑物中。在其他实施例中，本地派遣***312可以在远离其相关联的部署***314和UAV 304的位置处实现。
示出的UAV***300的配置的众多变型和替代方案是可能的。例如，在一些实施例中，远程设备306的用户可以直接向中央派遣***310请求包裹的递送。为此，可以在远程设备306上实现应用，允许用户提供关于请求的递送的信息，并且生成并发送数据消息以请求UAV***300提供递送。在这样的实施例中，中央派遣***310可以包括自动功能以处理由这样的应用生成的请求，评估这样的请求，并且如果合适的话，与适当的本地派遣***312协调以部署UAV。
此外，在此归属于中央派遣***310、本地派遣***312、访问***302和/或部署***314的一些或全部功能可以组合在单个***中，实现在更复杂的***，和/或以各种方式在中央派遣***310、本地派遣***312、访问***302和/或部署***314之间重新分配。
更进一步，虽然每个本地派遣***312被示为具有两个关联部署***314，但是给定本地派遣***312可以可选地具有更多或更少的关联部署***314。类似地，尽管中央派遣***310被示为与两个本地派遣***312通信，但是中央派遣***310可以可选地与更多或更少的本地派遣***312通信。
在另一方面，部署***314可以采取各种形式。通常，部署***314可以采取物理地发射一个或多个UAV 304的***的形式或包括物理地发射一个或多个UAV 304的***。这样的发射***可以包括提供用于自动UAV发射的特征和/或允许用于人类辅助UAV发射的特征。此外，部署***314可以各自被配置为启动一个特定UAV 304，或启动多个UAV 304。
部署***314还可以被配置为提供附加功能，包括例如诊断相关功能，诸如验证UAV的***功能，验证UAV内容纳的设备的功能(例如，有效载荷递送装置)以及/或维护UAV中容纳的设备或其他物品(例如，通过监视有效载荷的状态，诸如其温度、重量等)。
在一些实施例中，部署***314及其对应的UAV 304(以及可能的关联本地派遣***312)可以策略性地分布在整个区域，诸如城市。例如，部署***314可以策略性地分布，使得每个部署***314靠近一个或多个有效载荷拾取位置(例如，在餐馆、商店或仓库附近)。然而，根据特定实现，可以以其他方式来分布部署***314(以及可能的本地派遣***312)。作为附加示例，可以在各个位置安装允许用户通过UAV运送包裹的信息亭。这样的信息亭可以包括UAV发射***，并且可以允许用户提供他们的包裹以便装载到UAV上并为UAV装运服务付费等。其他示例也是可能的。
在另一方面，UAV***300可以包括或可以访问用户帐户数据库316。用户账户数据库316可以包括用于多个用户账户的数据，并且每个用户账户与一个或多个人相关联。对于给定的用户帐户，用户帐户数据库316可以包括与提供UAV相关服务有关或在提供UAV相关服务中有用的数据。通常，与每个用户帐户相关联的用户数据可选地由关联用户提供和/或在关联用户的许可下收集。
此外，在一些实施例中，如果某人希望由UAV***300的UAV 304提供UAV相关服务，则可能需要该人在UAV***300中注册用户帐户。这样，用户帐户数据库316可以包括用于给定用户帐户的授权信息(例如，用户名和密码)，和/或可以用于授权访问用户帐户的其他信息。
在一些实施例中，某人可以将他们的一个或多个设备与他们的用户帐户相关联，使得他们可以访问UAV***300的服务。例如，当某人使用关联的移动电话(例如，向访问***302的操作员致电或向派遣***发送请求UAV相关服务的消息时)，可以通过唯一设备识别号识别电话，然后将呼叫或消息归属于关联的用户帐户。其他示例也是可能的。
V.有效载荷递送的示例***和装置
图4A、图4B和图4C示出根据示例实施例的包括有效载荷递送***410(也可以称为有效载荷递送装置)的UAV 400。如图所示，用于UAV400的有效载荷递送***410包括：耦合到线轴404的系绳402、有效载荷闭锁器406以及经由有效载荷耦合装置412耦合到系绳402的有效载荷408。有效载荷闭锁器406可用于交替地保护有效载荷408并在递送之后释放有效载荷408。例如，如图所示，有效载荷闭锁器406可以采用一个或多个销的形式，这些销可以接合有效载荷耦合装置412(例如，通过滑入有效载荷耦合装置412中的一个或多个接收槽)。将有效载荷闭锁器406的销***到有效载荷耦合装置412中可以将有效载荷耦合装置412固定在UAV 400的下侧上的接受器414内，从而防止有效载荷408从UAV 400降低。在一些实施例中，有效载荷闭锁器406可以布置成接合线轴404或有效载荷408，而不是有效载荷耦合装置412，以防止有效载荷408降低。在其他实施例中，UAV 400可以不包括有效载荷闭锁器406，并且有效载荷递送装置可以直接耦合到UAV 400。
在一些实施例中，线轴404可用于展开系绳402，使得有效载荷408可利用系绳402和有效载荷耦合装置412从UAV 400降低到地面。有效载荷408本身可以是要递送的物品，并且可以容纳在(或以其他方式包含)包裹、容器或其他配置为与有效载荷闭锁器406接口的结构内。实际上，UAV 400的有效载荷递送***410可以以受控的方式自主将有效载荷408降低到地面，以在UAV 400悬停在地面上方时促进有效载荷408在地面上的递送。
如图4A所示，从发射地点到目标位置420的飞行期间，有效载荷闭锁器406可以处于关闭位置(例如，与有效载荷耦合装置412接合的销)以将有效载荷408保持抵靠或接近UAV 400的底部，或者甚至部分或完全保持在UAV 400内部。目标位置420可以是期望递送位置正上方的空间中的点。然后，当UAV 400到达目标位置420时，UAV的控制***(例如，图2的系绳控制模块216)可以将有效载荷闭锁器406切换到打开位置(例如，使销与有效载荷耦合装置412脱离)，从而允许有效载荷408从UAV 400降低。控制***还可以操作线轴404(例如，通过控制图2的马达222)，使得通过有效载荷耦合装置412固定到系绳402的有效载荷408降低到地面，如图4B所示。
一旦有效载荷408到达地面，控制***就可以继续操作线轴404以降低系绳402，导致系绳402超程。在系绳402的超程期间，当有效载荷408保持静止在地面上时，有效载荷耦合装置412可以继续降低。有效载荷耦合装置412上的向下动量和/或重力可以使有效载荷408从有效载荷耦合装置412分离(例如，通过滑离有效载荷耦合装置412的挂钩)。在释放有效载荷408之后，控制***可以操作线轴404以将系绳402和有效载荷耦合装置412朝向UAV400缩回。一旦有效载荷耦合装置到达或接近UAV400，控制***就可以操作线轴404以将有效载荷耦合装置412拉入接受器414，并且控制***可以将有效载荷闭锁器406切换到关闭位置，如图4C所示。
在一些实施例中，当从UAV 400降低有效载荷408时，控制***可以基于从线轴404展开系绳402的长度来检测何时有效载荷408和/或有效载荷耦合装置412已经降低到地面或附近。当缩回系绳402时，类似的技术可以用于确定有效载荷耦合装置412何时在UAV 400处或附近。如上所述，UAV 400可以包括编码器，用于提供指示线轴404的旋转的数据。基于来自编码器的数据，控制***可以确定线轴404已经经历了多少旋转，并且基于旋转数，确定从线轴404展开系绳402的长度。例如，控制***可以通过将线轴404的旋转数乘以缠绕在线轴404上的系绳402的周长来确定线轴402展开的长度。在一些实施例中，诸如当线轴404窄时或当系绳402具有大直径时，线轴404上的系绳402的周长可随着系绳402缠绕或从系绳展开而变化，并且因此当确定展开的系绳长度时，控制***可以被配置为考虑这些变化。
在其他实施例中，控制***可以使用各种类型的数据和各种技术来确定有效载荷408和/或有效载荷耦合装置412何时降低到地面处或地面附近。此外，可以通过UAV 400上的传感器、有效载荷耦合装置412上的传感器和/或向控制***提供数据的其他数据源来提供用于确定有效载荷408何时在地面处或地面附近的数据。
在一些实施例中，控制***本身可以位于有效载荷耦合装置412和/或UAV 400上。例如，有效载荷耦合装置412可以包括经由使UAV 400执行本文描述的功能的硬件、软件和/或固件实现的逻辑模块，并且UAV 400可以包括与有效载荷耦合装置412通信的逻辑模块，使UAV 400执行本文描述的功能。
图4D示出根据另外的示例实施例的UAV 400。在一些示例中，UAV 400可以包括布置在UAV 400内的一个或多个发光元件416，或布置在UAV 400的底表面上的一个或多个发光元件418。在这样的示例中，有效载荷耦合装置412和/或有效载荷408可以包括发光表面。发光元件416可以设置在接受器414内，使得在飞行模式期间，发光元件416用光使有效载荷耦合装置412的发光表面暴露。类似地，发光元件418可以被布置在UAV 400的底表面上，使得在飞行模式期间，发光元件418用光使有效载荷408的发光表面暴露。以这种方式，有效载荷耦合装置412和有效载荷408中的一个或两个可以用作无源光源。
一旦已经用光使有效载荷耦合装置412或有效载荷408的发光表面暴露，该发光表面就可以发射光。从发光表面发射的光可以用于向有效载荷的接收者警告UAV 400已经到达目标位置420。因此，可以响应于确定环境的光水平下降到阈值光水平以下而执行用光使有效载荷耦合装置412或有效载荷408的发光表面暴露。例如，UAV 400上的图像捕获设备可以捕获图像，并且可以从图像确定指示环境光水平的像素统计。可以将光水平与指示UAV处于黑暗环境中的预定阈值进行比较。否则，可以提供时间指示和位置指示，以指示UAV在夜间行进。确定是否用光对发光表面充电的其他方式也是可能的，并且可以在其他情境下执行使有效载荷耦合装置412或有效载荷408的发光表面暴露。
尽管未在图4D中示出，但是发光元件416或其他发光元件可选地可以设置在有效载荷耦合装置412和/或有效载荷408上。布置在有效载荷耦合装置412和/或有效载荷408上的这些发光元件可以类似地用于基于环境中确定的光水平提供有效载荷408正在被递送的指示。
图5A示出根据示例实施例的包括有效载荷510的有效载荷递送装置500的透视图。有效载荷递送装置500定位在UAV(未示出)的机身内，并且包括由马达512提供动力的绞盘514和缠绕在绞盘514上的系绳502。系绳502附接到定位在有效载荷耦合装置接受器516内的有效载荷耦合装置800，该有效载荷耦合装置接受器516位于UAV的机身内(未示出)。有效载荷510被固定到有效载荷耦合装置800。在该实施例中，有效载荷510的顶部513被固定在UAV的机身内。示出了锁定销570延伸穿过附接到有效载荷510的手柄511，以在高速飞行期间将有效载荷可靠地固定在UAV下方。
图5B是图5A所示的有效载荷递送装置500和有效载荷510的截面侧视图。在该视图中，有效载荷耦合装置被示为与有效载荷耦合装置接受器516紧紧地定位在一起。系绳502从绞盘514延伸并附接到有效载荷耦合装置800的顶部。有效载荷510的顶部513被示出与手柄511一起定位在UAV(未示出)的机身内。
图5C是图5A和图5B所示的有效载荷递送装置500和有效载荷510的侧视图。有效载荷510的顶部513被示为定位在UAV的机身内。绞盘514已用于缠绕系绳502，以将有效载荷耦合装置定位在有效载荷耦合装置接受器516内。图5A至图5C公开了呈空气动力学六角形手提袋形状的有效载荷510，其中底壁和侧壁是六面六边形，并且手提袋包括在提供空气动力学形状的手提袋的侧壁和底部的相交处形成的大体上尖的前表面和后表面。
VI.示例胶囊、接受器和包裹/手提袋
图6A是根据示例实施例的有效载荷耦合装置800的透视图。有效载荷耦合装置800包括系绳安装点802和用于将有效载荷手柄的手柄置于其中的槽808。下唇或挂钩806位于槽808下方。还包括具有螺旋形凸轮表面804a和804b的外部突出部804，所述螺旋形凸轮表面804a和804b适配为与定位在UAV的机身上的有效载荷耦合装置接收器内的对应凸轮配合表面配合。
图6B是图6A中所示的有效载荷耦合装置800的侧视图。槽808显示为位于下唇或挂钩806上方。如图所示，下唇或挂钩806具有被底切的外表面806a，使得其不向外延伸到槽805上方的外表面，使得下唇或挂钩806在其已解耦之后不会与有效载荷的手柄重新接合，或在取回UAV时不会与电力线或树枝接合。
图6C是图6A和图6B所示的有效载荷耦合装置800的前视图。下唇或挂钩806显示为位于槽808的下方，适配为固定有效载荷的手柄。
图6D是根据另外的示例实施例的有效载荷耦合装置800的侧视图。在本示例中，有效载荷耦合装置还包括布置在槽808的底部的传感器810。传感器810可以被配置为确定何时将有效载荷的手柄***槽808中以及何时手柄从槽808解耦或开始解耦。有效载荷从槽808解耦可以指示有效载荷与地面接触。因此，传感器810可以被配置为检测有效载荷何时与地面接触，并向控制***指示这种接触。传感器810可以包括压力传感器、电容传感器或光电传感器。也可以使用其他类型的传感器。传感器810可以连接到包括在有效载荷耦合装置800的外壳内的电路。尽管在图6D中仅描述了一个传感器，但是应当理解，在槽808内可以包括多个传感器，以确定有效载荷的手柄的解耦。例如，第一传感器(诸如传感器810)可以设置在槽808的下部，而第二传感器可以设置在槽808的上部。在这样的示例中，第一传感器检测到手柄(第一时间)与第二传感器检测到手柄(第二时间)之间的时间差可用于确定手柄是否从槽808解耦。
在一些示例中，发光元件812可以设置在有效载荷耦合装置800上或内部。在图6D中，发光元件812被描绘为设置在有效载荷耦合装置800的顶表面上。然而，在其他示例中，发光元件812可以设置在有效载荷耦合装置800的外表面内。在这样的示例中，外表面的至少一部分可以包括透明或半透明的材料，允许来自发光元件812的光通过。发光元件812可以包括LED，但是其他类型的发光元件也是可能的。发光元件812可以用作有效载荷耦合装置800的发送器。例如，UAV可以确定其已经到达目标位置，诸如递送位置，并且使发光元件812发射递送信号。传递信号可以警告有效载荷的预期接收者有效载荷已经到达。此外，当传感器810确定有效载荷的手柄已经与槽808解耦时，传感器810可以使发光元件812发射着陆确定信号，以将有效载荷的着陆指示到UAV。因此，在一些示例中，发光元件812可以响应于确定UAV已经到达目标位置而发射第一信号，并且响应于确定有效载荷的手柄已经从槽808解耦而发射第二信号。
尽管在图6D中未描绘，但是应当理解，替代发光元件812，或者除了发光元件812之外，可以将其他类型的发送器包括在有效载荷耦合装置800中。例如，RF发送器可以被包括在有效载荷耦合装置800之上或之内。RF发送器可以被配置为根据调制方案将着陆确定信号无线发送到UAV。在其他示例中，着陆确定信号可以是经由系绳上的触点发送到UAV的有线信号。
在一些示例中，有效载荷耦合装置800可以包括控制电路，被配置为确定用于传输到UAV的信号，诸如着陆确定信号。控制电路可以包括与传感器810和发光元件812或有效载荷耦合装置800上的任何发送器交互的一个或多个处理器。电源也可以包括在有效载荷耦合装置800内。电源可以包括电池、电容器或另一种类型的临时电力存储设备。在这样的示例中，有效载荷耦合装置800可以包括被配置为接触设置在UAV内的电源的一个或多个端子。例如，当有效载荷耦合装置800被降低之后被取回到UAV时，UAV内的电源可以给有效载荷耦合装置800内的电源充电。
图6E示出根据示例实施例的传感器810的简化电路图。传感器810可以包括开关814、电容器816、地818、电流检测元件820和端子822。开关814可以是机械开关，被配置为当重物(诸如有效载荷的手柄)放置在其上时断开。当开关814断开时，电容器816可以通过端子822充电。端子822可以设置在有效载荷耦合装置800的表面上，使得当有效载荷耦合装置800被拉到UAV时，UAV的电源可以给电容器822充电。开关814可以在有效载荷着陆时再次闭合。当开关814闭合时，电容器816通过包括电流检测元件820的电流路径放电到地818，电流检测元件820在图6E中表示为电阻器。电流感测元件可以基于电流确定有效载荷的手柄是否已经从槽808解耦。
应当理解，尽管在图6E中将传感器810描绘为电容器放电电路，但是可以使用其他类型的传感器来检测有效载荷的着陆。例如，可以使用电容性开关或光电检测器来代替诸如关于图6E所描述的机械开关。其他类型的传感器也是可能的。
图7是在***到位于UAV的机身550中的有效载荷耦合装置的接收器516之前图6A至图6C中所示的有效载荷耦合装置800的透视图。如前所述，有效载荷耦合装置800包括位于下唇或挂钩806上方的槽808，适配为接收有效载荷的手柄。有效载荷递送***500的机身550包括位于UAV的机身550内的有效载荷耦合装置接受器516。有效载荷耦合装置800包括外部突出部810，该外部突出部810具有在圆形顶点处相交的螺旋形凸轮表面810a和810b。螺旋凸轮表面810a和810b适配为与向内突出部530的表面530a和530b配合，该向内突出部530位于有效载荷耦合装置接受器516内，该有效载荷耦合装置接受器516位于UAV的机身550内。还包括适配为接收和限制有效载荷的顶部的位于UAV的机身550内的纵向凹陷约束槽540(未示出)。当有效载荷耦合装置800被拉入有效载荷耦合装置接受器516时，外部突出部810的凸轮表面8l0a和810b与有效载荷耦合装置接受器516内的凸轮表面530a和530b接合，并且有效载荷耦合装置800旋转到UAV的机身550内的期望对准。
图8是在***到位于UAV的机身550中的有效载荷耦合装置的接收器516之前图6A至图6C中所示的有效载荷耦合装置800的相反侧的透视图。如图所述，有效载荷耦合装置800包括下唇或挂钩806。示出从有效载荷耦合装置向外延伸的外部突出部804，具有螺旋凸轮表面804a和804b，该螺旋凸轮表面804a和804b适配为与内部突出部530的凸轮表面530a和530b接合并配合，该内部突出部530位于有效载荷耦合装置接受器516内，该有效载荷耦合装置接受器516位于有效载荷递送***500的机身550内。应当注意，凸轮表面804a和804b在尖顶点处相交，与图7所示的凸轮表面810a和810b的圆形或钝顶点不对称。以此方式，当凸轮表面与位于有效载荷耦合装置接受器516(有效载荷耦合装置接受器516位于UAV的机身550内)内的凸轮表面530a和530b接合时，凸轮表面81010b和810b的圆形或钝顶点防止有效载荷耦合装置800的可能堵塞。特别地，凸轮表面804a和804b定位成略高于凸轮表面810a和810b的圆形或钝顶点。结果，凸轮表面804a和804b的较尖的尖端与位于有效载荷递送***500的机身550内的有效载荷耦合装置接受器516内的凸轮表面530a和530b接合，从而凸轮表面810a和810b的圆形或钝顶点与有效载荷耦合装置接受器516内的对应凸轮表面接合之前，稍微启动有效载荷耦合装置800的旋转。以这种方式，防止了有效载荷耦合装置上的凸轮表面的两个顶点(或尖端)都终止在有效载荷耦合装置接受器内的接收凸轮的同一侧上的情况。这种情况导致防止有效载荷耦合装置卡在接受器内。
图9示出位于在UAV的机身中的凹陷约束槽和有效载荷耦合装置接受器的透视图。特别地，有效载荷递送***500包括在具有有效载荷耦合装置接受器516的机身550，该机身550包括向内突出部530，该向内突出部530具有适配为与有效载荷耦合装置(未示出)上的对应凸轮表面配合的凸轮表面530a和530b。还包括纵向延伸的凹陷约束槽540，有效载荷的顶部适配为定位并固定在机身550内。
图10A示出有效载荷递送装置500的侧视图，其中随着有效载荷510在着陆以进行递送之前向下移动，有效载荷510的手柄511固定在有效载荷耦合装置800中。在有效载荷着陆之前，有效载荷510的手柄511包括孔513，有效载荷耦合装置800的下唇或挂钩穿过该孔513延伸。手柄位于有效载荷耦合装置800的槽内，该槽在有效载荷510下降到降落地点期间悬于有效载荷递送***500的系绳502。
图10B示出有效载荷510已经降落在地面之后的有效载荷递送装置500的侧视图，示出与有效载荷510的手柄511解耦的有效载荷耦合装置800。一旦有效载荷510接触地面，有效载荷耦合装置800就通过惯性或重力继续向下移动(随着绞盘进一步展开)，并使有效载荷耦合装置800的下唇或挂钩808与有效载荷510的手柄511解耦。有效载荷耦合装置800保持悬于系绳502，并且可以绞回到UAV的有效载荷耦合接受器。
图10C示出有效载荷递送装置500的侧视图，其中有效载荷耦合装置800远离有效载荷510的手柄511移动。在此，有效载荷耦合装置800与有效载荷510的手柄511的孔513完全分离。系绳502可用于将有效载荷耦合装置绞回到位于UAV机身中的有效载荷耦合装置接受器。
图11是有效载荷510的手柄511的侧视图。手柄511包括孔513，有效载荷耦合装置的下唇或挂钩穿过该孔513延伸以在递送期间悬挂有效载荷。手柄511包括固定到有效载荷的顶部的下部515。还包括孔514和516，位于在UAV的机身内的锁定销可以穿过该孔514和516延伸，以在高速向前飞行到递送位置期间将手柄和有效载荷固定在固定位置。手柄可以由薄的柔性的塑料材料构成，该塑料材料是柔性的并且提供足够的强度以在向前飞行到递送地点期间以及在递送和/或取回有效载荷期间将有效载荷悬挂在UAV下方。在实践中，手柄可以弯曲以将手柄定位在有效载荷耦合装置的槽内。手柄511还具有足够的强度以承受在有效载荷耦合装置旋转到有效载荷耦合装置接受器内的期望定向以及有效载荷的顶部旋转到带有凹陷约束槽的位置期间的扭矩。
图12示出一对锁定销570、572，穿过有效载荷510的手柄511中的孔514和516延伸，以将手柄511和有效载荷510的顶部固定在UAV的机身内。以这种方式，手柄511和有效载荷510可以被固定在UAV的机身内。在该实施例中，锁定销570和572具有圆锥形的形状，使得它们将包裹稍微拉动，或至少消除存在的向下松弛。在一些实施例中，锁定销570和572可以完全塞住有效载荷510的手柄511的孔514和516，以提供手柄和有效载荷的顶部在UAV的机身内的非常牢固的附接。尽管锁定销优选地是圆锥形的，但是在其他应用中，它们可以具有其他几何形状，诸如圆柱形几何形状。
图13A是在将有效载荷的手柄定位在有效载荷耦合装置900的槽920内之前有效载荷耦合装置900的透视图。有效载荷耦合装置900在部分914的内表面904上具有系绳槽906，系绳902***其中。还包括一对向上延伸的指状件908和910，指状件908和910之间具有槽912。可以将有效载荷的手柄***位于向上延伸的指状件908和910与内表面904之间的有效载荷耦合装置900的槽920中。
图13B是在递送有效载荷并且有效载荷耦合装置900从有效载荷的手柄解耦之后有效载荷耦合装置900的透视图。在该实施例中，部分914的上部被加重，使得当有效载荷耦合装置900从有效载荷的手柄解耦时，有效载荷耦合装置900旋转180度，使得指状件908和910向下延伸，从而防止槽920与有效载荷的手柄重新接合，或者在取回到UAV的机身期间与树枝或电线接合。在解耦之后的旋转期间，系绳902被从系绳槽906(在图13A中示出)拉出并且穿过指状件908和910之间的槽912，使得有效载荷耦合装置900从系绳902悬置。
图14A至图14E提供图13A和图13B所示的有效载荷耦合装置900的各种视图。如图14A至图14E所示，有效载荷耦合装置900包括位于向上延伸的指状件908和910与内表面904之间的槽920。系绳槽906位于内表面904中。槽912也在向上延伸的指状件908和910之间延伸。系绳附接点922位于有效载荷耦合装置900的底部。系绳槽906从系绳附接点922延伸到内表面904的顶部。对有效载荷耦合装置914的上部914进行加重，使得在有效载荷降落时，有效载荷耦合装置自动从有效载荷的手柄解耦，并且加重的上部914使有效载荷耦合装置900向下旋转180度。在该旋转时段期间，将系绳从系绳槽906中拉出，并且有效载荷耦合装置经由附接到系绳附接点922的系绳从UAV悬置，并且指状件908和910指向下方。结果，当被取回至UAV时，防止了指状件908和有效载荷的手柄重新接合，并且还防止了在取回UAV期间，指状件908和910与树枝或电力线接合。尽管在图14A至图14E中未示出，但是有效载荷耦合装置900还可以包括如有效载荷耦合装置800中所示的凸轮表面，与位于UAV的机身中的有效载荷耦合装置接受器内的配合凸轮接合，以使有效载荷耦合装置定向在有效载荷耦合装置容器内的期望定向。
有效载荷耦合装置900还有利地是不包括移动部件的固态设计，从而降低了有效载荷耦合装置的复杂性和成本，并消除了可能发生故障的移动部件。从而提供了更可靠的有效载荷耦合装置。
有效载荷耦合装置900还可以包括传感器和发送器，如上面关于图6D所述。因此，有效载荷耦合装置900可以经由传感器通过检测到有效载荷的手柄已经从槽920解耦自动确定有效载荷的着陆。此外，有效载荷耦合装置900可以基于检测到的着陆，经由发送器将着陆确认信号发送到UAV。
图15A至图15E提供了有效载荷耦合装置1000的各种视图。在该实施例中，有效载荷耦合装置1000具有大致球形的形状。槽1020位于外唇或挂钩1010与圆形部分1014之间。槽1020适配为接收有效载荷的手柄。系绳附接点1022位于圆形部分1014上。系绳槽1006从系绳附接点1022延伸到槽1020，并适配为接收和保持系绳。可以对圆形部分1014或部分1010进行加重，以使得当有效载荷接触地面时，有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置1000的槽中解耦。在与有效载荷的手柄解耦期间，加重的圆形部分1010向前倾斜并旋转90度，以使有效载荷耦合装置1000从附接到系绳附接点1022的系绳的末端悬置。以这种方式，槽1020不再面向上并且防止有效载荷耦合装置1000在取回到UAV期间与有效载荷的手柄重新接合，并且还防止有效载荷耦合装置接合树枝或电力线。
与上述有效载荷耦合装置800和900一样，有效载荷耦合装置1000也有利地是固态设计，其不包括移动部件，从而降低了有效载荷耦合装置的复杂性和成本，并消除了可能发生故障的移动部件。从而提供了更可靠的有效载荷耦合装置。
有效载荷耦合装置1000还可以包括传感器和发送器，如上面关于图6D所述。因此，有效载荷耦合装置1000可以通过传感器通过检测到有效载荷的手柄已经从槽1020解耦自动指示有效载荷的着陆。此外，有效载荷耦合装置1000可以基于检测到的着陆，经由发送器将着陆确认信号发送到UAV。
图16A至图16D示出有效载荷耦合装置800’的各种视图，有效载荷耦合装置800’是上述有效载荷耦合装置800的变型。有效载荷耦合装置800’包括与有效载荷耦合装置800相同的外部特征。然而，在有效载荷耦合装置800’中，下唇或挂钩806’包括向上延伸的柄806a’，该柄806a’在有效载荷耦合装置800’的外壳812中的柄腔817内延伸。系绳的一端延伸穿过外壳812，并附接到柄806a’的一端。外壳812可以向上移动到图16A和16C所示的位置，从而打开在下唇或挂钩806’与外壳812之间的槽808，并允许将有效载荷的手柄放置在槽808内。
一旦将有效载荷的手柄定位在槽808内，外壳812就通过重力向下移动以关闭槽808，并将有效载荷的手柄固定在下唇或挂钩806’与外壳812之间，如图16B和图16D所示。一旦有效载荷着陆，有效载荷耦合装置800’就向下移动，使得有效载荷的手柄从槽808中移出并与有效载荷耦合装置800’解耦。
另外，一旦有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置800’解耦，重力就会迫使外壳817与下唇或挂钩806a’接合，从而使槽808处于其正常关闭位置。以这种方式，防止了在取回期间与有效载荷的手柄的重新接合，并且因为槽808处于其正常关闭位置，所以也防止了与树枝或电力线的接合。
在有效载荷耦合装置800、800’，900和1000的每一个中，上端和下端是圆形的或半球形的，以防止有效载荷耦合装置在从UAV的机身下降或取回到UAV的机身期间被卡住。
本实施例提供了用于UAV的高度集成的基于绞动的拾取和递送***。提供了许多明显的优点。例如，由于***能够随着飞机的悬停而绞动提升包裹，因此提供了无需降落就可以拾取和递送包裹的能力。尽管在某些位置可以提供诸如用于降落或装载UAV的平台或栖息地的基础设施，但是在其他位置可能不需要在商人或客户位置的基础设施。优点包括任务灵活性高，基础设施安装成本可能很小甚至没有，以及有效载荷几何形状的灵活性更高。
另外，有效载荷递送***可以在绞动提升期间自动对准有效载荷的顶部，以使其沿着飞机的纵轴的阻力最小。这种对准使得拾取之后能够高速向前飞行。通过有效载荷挂钩和接受器的形状实现对准。在有效载荷耦合装置800中，下唇或挂钩806具有围绕其周边的凸轮特征，当其接合到UAV的机身的接受器部内部的凸轮特征中时，其总是沿限定的方向定向。胶囊两侧的凸轮形状的尖端不对称，以防止在90度方向上卡住。对此，螺旋凸轮表面可以在有效载荷耦合机构的一侧的顶点处相交，并且螺旋凸轮表面可以在有效载荷耦合机构的另一侧的圆形顶点处相交。挂钩经过专门设计，使得包裹悬挂在挂钩的中心线上，能够从90度在两个方向上对准。
有效载荷耦合装置800、800’，900和1000包括围绕槽形成的挂钩，使得当有效载荷在递送之后接触地面时，挂钩也被动地并且自动地释放有效载荷。这是通过挂钩槽的形状和角度以及有效载荷上的对应手柄完成的。当有效载荷由于胶囊的质量而着陆并且惯性想要继续使胶囊向下移动经过有效载荷时，挂钩容易从手柄滑落。挂钩的末端设计为从胶囊主体略微凹进，以防止挂钩意外重新附接到手柄上。在成功释放之后，挂钩会绞回到航空器上。在有效载荷耦合装置800、900和1000中没有任何移动部件的情况下(称为固态设计)，实现了所有这些功能(拾取期间的包裹对准和递送期间的被动释放)。这大大提高了可靠性并降低了成本。简单的设计还使用户交互变得非常清晰和不言自明。
VII.有效载荷拾取期间的系绳控制
UAV可能能够在不降落的情况下拾取并递送有效载荷。在一些示例中，UAV能够通过在悬停时缠绕和展开系绳来升高和降低耦合到系绳的有效载荷。这样，UAV可以在不要求商人或客户建立基础设施的情况下拾取并递送有效载荷，从而增加了递送位置和/或有效载荷几何形状的灵活性，并减少或消除了与基础设施的制造或安装相关的成本。在其他示例中，UAV可以被配置为降落在各种高架结构上，诸如高架或架子上，并从其高架降落位置通过缠绕或展开系绳来拾取或递送有效载荷。
图17示出用于进行有效载荷(例如，包裹)的系绳方式拾取用于随后递送到目标位置的方法1700。方法1700可以由诸如本文其他地方所描述的UAV进行。例如，方法1700可以由具有绞盘***的UAV的控制***来进行。此外，绞盘***可以包括：布置在线轴上的系绳；在第一模式和第二模式下可操作的马达，第一模式和第二模式分别抵抗和辅助由于重力(例如，通过向前或反向驱动线轴)而展开系绳；有效载荷耦合装置，将系绳机械地耦合到有效载荷；以及有效载荷闭锁器，在防止有效载荷从UAV下降的关闭位置和允许有效载荷从UAV下降的打开位置之间可以切换。
如方法1700的块1702所示，当UAV到达拾取位置(也称为源位置)时，UAV的控制***可以打开有效载荷闭锁器，从而可以将系绳和有效载荷耦合装置朝向拾取位置的地面降低。
在块1704，控制***操作马达以将细绳展开预定长度。该展开长度可以对应于附接到系绳的下端的有效载荷耦合装置的预期有效载荷附接高度。有效载荷附接高度可以是人或可能是机器人设备可以抓住有效载荷耦合装置以将耦合装置附接到有效载荷的高度。例如，有效载荷附接高度可以是高于地面小于两米的高度。其他示例也是可能的。
在展开系绳预定长度的之后，控制***可以等待预定有效载荷附接时段，如块1706所示。该附接时段允许人或可能是机器人设备有时间将有效载荷(例如，用于递送的包裹)附接到有效载荷耦合装置。预定有效载荷附接时段可以是固定值，或者可以基于UAV的操作状态而变化。
当有效载荷附接时段结束时，控制***可以在第二模式下操作绞盘马达预定附接验证时段，如块1708所示。特别地，马达可以操作以在附接验证时段将系绳向上拉，以便将系绳保持在适当位置或以特定速率缩回系绳。当附加有效载荷时，由于有效载荷的重量增加，将系绳保持在适当位置或以特定速率收回系绳所需的马达电流会更大。这样，控制***可以至少部分地基于预定附接验证时段期间的马达电流来确定有效载荷耦合装置是否机械耦合到有效载荷，如块1710所示。
在实践中，例如，如果马达电流小于附着阈值电流，则控制***可以确定有效载荷尚未附接到有效载荷耦合装置，并且可以重复降低有效载荷的处理(这次通过某个预定的附加长度)，等待预定的有效载荷附接时段，然后将系绳向上拉以测试有效载荷的附接，如块1704至1710所示。另一方面，如果马达电流大于或等于附接阈值电流，并且块1710导致确定有效载荷耦合装置机械地耦合到有效载荷，则控制***可以操作绞盘马达以缩回系绳，并朝向UAV提起附接的有效载荷，如块1712所示。
控制***可以继续缩回系绳，直到它感测到有效载荷耦合装置在UAV上或附近，这时它启动动作以确保有效载荷飞行到目标位置。例如，方法1700包括可用于将包裹和耦合装置固定在UAV的接受器中的功能，诸如在图5A至图5C中所示的配置中。
更具体地说，在块1714，控制***可以确定以下两者：(a)系绳的展开长度小于阈值长度，并且(b)马达电流大于阈值电流。当这两个条件均成立时，这可以指示有效载荷耦合装置和/或有效载荷已到达UAV接受器。特别地，当计算出的系绳的展开长度为零或接近零时，这可以指示有效载荷耦合装置和/或有效载荷已经被一直提升到UAV。此外，当有效载荷耦合装置和/或有效载荷接触UAV的接受器区域时，马达电流可能会随着马达的速度控制器尝试继续向上拉动有效载荷而增加。并且，通过考虑这两个指示，控制***可以避免误报。
因此，在检测到上述两个指示时，控制***可以响应地以第一模式操作马达，以将有效载荷拉入UAV的下表面上的接受器中并在其中定向有效载荷，如块1716所示。特别地，控制***可以操作马达以增加施加到系绳的扭矩，诸如通过将供应给马达的电流增加到预定值，以帮助确保有效载荷耦合装置(以及可能的有效载荷)牢固地抵靠在UAV的接受器的对应表面上，使得有效载荷闭锁器(例如，图12的销570和572)可以关闭以确保有效载荷飞行到目标位置。因此，在向上方向上将扭矩施加到系绳达预定的时间段之后，控制***可以关闭有效载荷闭锁器，如块1718所示。在有效载荷被确保飞行的情况下，UAV可以导航到目标位置以进行递送。
VIII.有效载荷递送期间的系绳控制
一旦UAV到达目标位置进行递送，UAV的控制***就可以响应地以递送模式操作。图18是示出根据示例实施例的用于在递送模式下操作UAV的方法1800的流程图。
更具体地说，一旦UAV到达并悬停在目标位置上以进行系绳方式递送，则UAV的控制***可以根据预定下降曲线来操作马达展开系绳，如块1802所示。预定下降曲线可以通过指定马达的期望转速来控制有效载荷的下降速率。例如，下降曲线可以在有效载荷下降的持续时间内指定恒定的下降速率或可变的下降速率。
在一些示例中，由预定下降曲线指定的期望旋转马达速度可以基于机器学习数据，该机器学习数据可以从先前飞行的数据中推断。例如，为了递送到特定位置，控制***可以使用在先前递送到特定位置期间先前使用的下降曲线。可选地，如果在先前递送到那个特定位置或某个其他位置期间使用下降曲线导致一个或多个检测到的错误(例如，无法将有效载荷与系绳分离、有效载荷损坏等)，则控制***可以改变下降曲线(例如，通过在有效载荷下降的各个阶段增加或减小期望的马达速度)或选择使用默认的下降曲线来代替。
在示例性方法中，控制***可能直到有效载荷接近地面才对其下降施加有效控制。例如，在系绳展开的某个时刻，控制***可以确定系绳的展开长度大于阈值长度，并响应地以着陆前模式操作，如块1804所示。阈值长度可以对应于有效载荷的预定近地面高度；例如，为了使旁观者和/或地面结构的安全和/或保护有效载荷及其内容物免受损坏，需要进行更多控制的高度。
如上所述，在着陆前模式下，控制***可以密切注意有效载荷，以提高有效载荷在地面上成功释放的机会。特别地，当在着陆前模式下操作时，控制***操作马达，以使系绳根据预定下降曲线继续展开，如块1804a所示，同时监视马达电流和马达速度，如块1804b所示。可以将马达电流与预定有效载荷解耦电流进行比较，以检测马达电流何时小于预定有效载荷解耦电流。另外，可以将马达速度与预定有效载荷解耦速度进行比较，以检测马达速度何时小于预定有效载荷解耦速度，如块1804c所示。当马达电流小于预定有效载荷解耦电流并且马达速度均小于预定有效载荷解耦速度时，控制***响应地切换到在可能着陆模式下操作。
可以实现可能着陆模式，以努力验证包裹是否确实已经到达地面(或换种说法，以帮助防止与地面接触检测的误判)。例如，当在可能着陆模式下操作时，控制***可以分析马达电流，以验证马达电流在着陆验证时段内保持低于预定有效载荷解耦电流(例如，在此时段期间也许允许少量的波动)，如块1806所示。在实践中，可以使用施密特触发器来验证检测到的马达电流下降到有效载荷解耦阈值以下不是噪声或某些暂时性阻塞的结果，而实际上是由于有效载荷停留在地面上。用于验证有效载荷的着陆的其他技术也是可能的。
可以基于有效载荷的重量来不同地执行对有效载荷的着陆的验证。例如，轻型有效载荷可能无法在系绳上轻易检测到。类似地，轻型有效载荷着陆之后马达电流波动可能比重包裹着陆引起的波动更难检测。因此，UAV可以在操作马达以降低有效载荷耦合装置和有效载荷之前确定有效载荷的重量。例如，当将有效载荷耦合装置和有效载荷拉向UAV时，UAV可以基于马达的电流输出来确定有效载荷耦合装置和有效载荷的总重量。在其他示例中，可以在马达操作以展开系绳时确定总重量。在其他示例中，总重量可以基于在马达缠绕或展开系绳时系绳的张力来确定。例如，UAV可以包括张力传感器，被配置为检测系绳中的张力水平，从而直接确定张力水平。在其他示例中，可以从马达的电流输出推断张力。
可以将确定的总重量与有效载荷耦合装置的已知重量进行比较以确定有效载荷的重量。在其他示例中，有效载荷可以提供有效载荷的重量的指示，诸如视觉指示(例如，条形码、QR码或书面描述)，并且UAV可以基于指示内容确定有效载荷的重量。确定有效载荷重量的其他方式也是可能的。
确定的有效载荷重量可以与阈值重量进行比较。可以使用各种重量阈值，并且可以基于马达的属性。在一些示例中，重量阈值可以落在400克(g)至700g的范围内。可以如上所述处理具有高于重量阈值的重量的有效载荷。也就是说，控制模块可以通过分析马达电流以验证马达电流在着陆验证时段内保持低于预定有效载荷解耦电流来确定有效载荷的着陆，如块1806所示。可以不同地确定被确定为落入重量阈值以下的有效载荷的着陆。
在一些示例中，可以基于系绳的张力来确定轻型有效载荷(即，重量小于重量阈值的有效载荷)的着陆。控制***可以分析张力以确定有效载荷的系绳张力曲线。系绳张力曲线可用于确定有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置800的解耦。
一旦验证了有效载荷的着陆，则控制***操作马达，使得系绳和有效载荷耦合装置发生超程，如块1808所示。当有效载荷停下来而系绳继续展开时，就会发生超程。在实践中，例如，控制***可以通过例如使绞盘马达的方向以及因此由马达施加到系绳的扭矩的方向反向来将马达从第一模式切换到第二模式。因此，马达可以从减慢系绳的下降切换到迫使系绳展开，使得发生系绳的超程。系绳的超程可以继而将有效载荷耦合装置降低到低于发生与有效载荷的耦合的高度(并且可能一直到地面)。在其他实施例中，块1808可以涉及控制***简单地关闭马达，并允许重力将有效载荷耦合装置下拉并使系绳超程。
此外，如图6A至图6C、图10A至图10C和图11所示，有效载荷和/或有效载荷耦合装置可以具有接口表面，使得在超程期间有效载荷和有效载荷耦合装置的交互将有效载荷耦合装置偏转到有效载荷的一侧。这样，有效载荷耦合装置的耦合特征(例如，挂钩)将不再与有效载荷的对应耦合特征(例如，手提袋上的手柄)对准。如此定位，绞盘***可以将系绳和有效载荷耦合装置缩回到UAV，而无需将有效载荷耦合装置重新耦合到有效载荷，从而将包裹留在地面上。
在方法1800的一些示例中，控制***可以被配置为在打开有效载荷闭锁器之前，操作马达以在系绳上施加向上力。这可以允许有效载荷闭锁器更容易地打开，因为当闭锁器处于关闭位置时，有效载荷可以被布置为将其部分或全部重量放在有效载荷闭锁器上。当尝试将闭锁器切换到打开位置时，有效载荷的重量可能会增加其对有效载荷闭锁器的摩擦力，因此将有效载荷提升预定量可以减少有效载荷闭锁器卡在关闭位置的情况。另外，在打开有效载荷闭锁器之后并且在展开系绳之前，控制***可以被配置为操作马达以将系绳保持在基本恒定的位置。这可以允许有效载荷的重量将有效载荷向下拉并抵靠有效载荷耦合装置，从而导致有效载荷牢固地安置在有效载荷耦合装置的耦合机构(例如，挂钩)中。
图39是示出根据另外的示例实施例的用于在递送模式下操作UAV的方法3900的流程图。从UAV递送有效载荷可以包括以下步骤。
可以执行方法3900的块3902，以提供具有固定到UAV中的绞盘***的第一端和固定到有效载荷耦合装置的第二端的系绳。如上面关于图4A所描述的，该步骤可以例如在有效载荷的拾取位置处执行。
可以执行方法3900的块3904，以将有效载荷的手柄定位在有效载荷耦合装置中的槽内。例如，UAV可以使用有效载荷耦合装置来拾取有效载荷，并且可以在飞行期间将手柄定位在槽中。可以如上面关于图11所描述的那样执行。
可以执行方法3900的块3906，以确定与有效载荷相关联的重量。例如，UAV可以基于与绞盘***的缠绕或展开相关联的马达电流来确定有效载荷耦合装置和有效载荷的总重量。在其他示例中，总重量可以基于绞盘***缠绕或展开时系绳中的张力来确定。总重量将根据有效载荷的重量而有所不同，因此通常可以与有效载荷相关联。然而，基于确定的总重量与有效载荷耦合装置的已知重量的比较，确定的总重量可以用于确定有效载荷的重量。
可以执行方法3900的块3908，以基于确定的重量来操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置和有效载荷，直到有效载荷接合地面为止。基于确定的重量降低有效载荷耦合装置和有效载荷可以包括确定与有效载荷相关联的重量是否达到或超过重量阈值。如上所述，重量阈值可以基于驱动绞盘***的马达的操作参数而变化。可以根据第一有效载荷降低操作来降低达到或超过重量阈值的有效载荷，而可以根据第二有效载荷降低操作来降低未达到或超过重量阈值的有效载荷。在一些示例中，重量阈值可以在400g至700g之间。
第一有效载荷降低操作可以基本上如以上关于图2在部分II(E)所描述的那样执行。也就是说，可以在系绳展开时施加制动力。可以在不施加制动力的情况下执行第二有效载荷降低操作。特别地，第二有效载荷降低操作可以包括在系绳展开时向绞盘***施加展开力。以这种方式，与施加制动力相比，可以更快地降低轻质包裹(即，落入重量阈值以下的包裹)。
可以执行方法3900的块3910以进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置，直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦。降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从槽中解耦可以包括确定有效载荷的着陆。
在一些示例中，可以由有效载荷耦合装置上的传感器来执行确定有效载荷的着陆。例如，如关于图6D所描述的，传感器可以设置在槽的下部内，并且可以通过确定有效载荷的手柄已经从槽的底部移动来确定有效载荷的着陆。传感器可以使有效载荷耦合装置上的发送器将着陆确定信号发送到UAV。信号可以包括光信号(其中发送器是发光元件)、RF信号(其中发送器是RF发送器)或物理信号(其中发送器是被配置为通过系绳上的电接触来发送信号的信号驱动器)。其他类型的信号也是可能的。
在其他示例中，可以由有效载荷上的传感器执行确定有效载荷的着陆。例如，在有效载荷的底部上的力传感器可以确定有效载荷的底部已经与地面接触。有效载荷上的发送器可以响应地向UAV发送指示有效载荷着陆的信号。在其他示例中，有效载荷可以在有效载荷着陆之后提供有效载荷的视觉指示。例如，当有效载荷接触地面时，可以显示具有视觉指示的有效载荷的一部分。在这些示例中，可以将物理开关设置在有效载荷的底部，并且接触地面可以使开关移动具有视觉指示的有效载荷的部分。具有可视指示的有效载荷的部分可以设置在有效载荷的顶部。视觉指示可以包括UAV的控制***已知的颜色，以向UAV指示着陆。其他物理指示，诸如QR码，也是可能的。
在其他示例中，可以由UAV确定有效载荷的着陆。例如，确定有效载荷的着陆可以包括从有效载荷耦合装置上的发送器或有效载荷上的发送器接收着陆确定信号。
在一些示例中，UAV可以通过系绳上的振动信号来确定有效载荷的着陆。例如，有效载荷的着陆可能导致有效载荷耦合装置或有效载荷与系绳相互作用，从而系绳根据着陆样式振动。UAV可以确定系绳在根据着陆样式振动，以确定有效载荷的着陆。在这样的示例中，有效载荷耦合装置、有效载荷或两者可以被设计成与系绳相互作用以使系绳根据着陆样式振动。
在其他示例中，UAV可以在视觉上确定有效载荷的着陆。例如，UAV的控制***可以处理由UAV上的图像捕获设备捕获的图像，以检测有效载荷的视觉指示。在其他示例中，控制***可以基于由图像捕获设备捕获的多个图像来确定有效载荷的下降轨迹曲线。下降轨迹曲线可以基于有效载荷在多个图像内的相对位置的变化，并且可以用于预测有效载荷在即将出现的图像中的预期相对位置。当有效载荷没有落在预期相对位置的阈值相对位置内时，控制***可以根据下降轨迹曲线确定有效载荷已经停止移动。
在另外的示例中，可以基于驱动绞盘***的马达的电流来确定有效载荷的着陆。例如，如关于图18所描述的，UAV可以通过分析马达电流以验证马达电流在着陆验证时段内保持低于预定有效载荷解耦电流来确定有效载荷的着陆。在其他示例中，可以基于确定的系绳张力曲线来确定有效载荷的着陆。可以基于关于块3906所描述的与有效载荷相关联的确定的重量来确定在系绳中使用马达电流还是使用张力。可以通过马达电流来确定重量高于重量阈值的有效载荷的着陆，而可以通过系绳中的张力来确定重量低于重量阈值的有效载荷的着陆。
图40A和图40B提供了根据示例实施例的确定的系绳张力的简化图示。在图40A中，未滤波张力4002表示在曲线图4000上，描绘了随着系绳展开相对于时间的力。第一滤波张力4004表示根据第一时间常数的张力4002的低通滤波版本。第二滤波张力4006表示根据第二时间常数的张力4002的低通滤波版本，该第二时间常数比第一时间常数长。
图40B描绘了曲线图4010，示出根据示例实施例的第一滤波张力4004和第二滤波张力4006之间的差。滤波张力的这种差异可以称为系绳张力曲线。可以存在其他类型的系绳张力曲线，诸如未滤波张力4002与滤波张力(诸如第一滤波的张力4004或第二滤波的张力4006)之间的差。因此，系绳张力曲线可以更一般地涉及系绳随时间的张力的表示。
系绳张力曲线4012可用于确定轻型包裹(即重量小于重量阈值的包裹)的着陆。可以通过分析系绳张力曲线4012以验证在着陆验证时段系绳张力曲线达到或超过预定有效载荷解耦张力阈值来确定有效载荷的着陆。
在本示例中，两个阈值用于验证有效载荷的着陆。首先，确定系绳张紧曲线4012达到或超过第一张力阈值4014。第二，确定系绳张紧曲线4012达到或超过第二张力阈值4016。在时间范围4018期间，确定在着陆验证时段系绳张力曲线4012达到或超过第二张力阈值4016。因此，在本示例中，系绳张力曲线4012指示有效载荷的着陆。
方法3900还可以包括，在操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置和有效载荷之前，确定UAV位于目标位置。响应于确定UAV位于目标位置，方法3900可以包括使有效载荷耦合装置上的发光元件发射递送信号。使发光元件发射递送信号还可以基于在UAV的环境中确定的光水平。例如，如果确定光水平下降到光阈值以下，并且确定UAV已到达目标位置，则可以指示发光元件发射递送信号。递送信号可以警告有效载荷的期望接收者有效载荷已经到达。在这样的示例中，方法3900的块3910可以包括从有效载荷耦合装置上的发光元件接收着陆确认信号。以此方式，相同的光可以用作多种功能，首先发出递送信号，其次发出着陆确定信号。也可以提供第二发光元件。例如，第一发光元件可以发射可见光以提供递送信号，而第二发光元件可以提供红外光以提供着陆确认信号。其他配置和操作也是可能的。
可以通过去除其中示出的任何一个或多个特征来简化图39的示例。此外，这些实施例可以与任何先前附图或本文另外描述的特征、方面和/或实现方式组合。
IX.经由系绳的控制的用户交互和反馈
在实践中，用户可以各种方式和各种原因与公开的绞盘***进行交互。例如，用户可以与绞盘***交互以经由有效载荷耦合装置手动地对系绳进行有效载荷耦合或解耦，诸如用于有效载荷递送目的或用于有效载荷拾取目的。这样，用户可将力直接施加到系绳上和/或可通过有效载荷耦合装置将力施加到系绳上。此外，与绞盘***的这种交互也可以有效地等同于与UAV本身的交互，因为UAV可以基于那些力来调整其操作(例如，UAV可以考虑这些力进行飞行稳定)。
当用户与所公开的绞盘***交互时，用户可能会遇到各种挑战。例如，用户可能不知道与绞盘***的交互如何最终影响绞盘***的操作和/或UAV的操作。结果，用户可能会无意中损坏UAV和/或绞盘***。在另一个示例中，用户可能不知道UAV和/或绞盘***计划执行的任何未来操作。结果，用户可能会无意中阻止UAV和/或绞盘***执行计划的操作。在又一示例中，用户可能希望UAV和/或绞盘***执行特定操作，但是可能没有控制UAV或绞盘***的操作的装置。其他示例也是可能的。
为了帮助解决这些挑战，所公开的绞盘***可以被配置以控制系绳，以便与用户互动并向用户提供反馈。具体地，UAV的控制***可能配备有解释与系绳的直接或间接用户交互的能力，可能响应于解释的交互而执行某些操作。同样，UAV的控制***可能配备有通过操纵系绳向用户提供信息的能力，这可能是响应于用户与系绳的交互而做出的。
图19是根据示例实施例的用于促进与用户交互和/或向用户提供反馈的目的的系绳控制的方法1900。如方法1900的块1902所示，UAV的控制***可以确定用于设置在航空器中的绞盘的马达的一个或多个操作参数，该绞盘包括系绳和线轴。然后，如方法1900的块1904所示，控制***可以在一个或多个操作参数中检测马达的操作样式(pattern)，其指示与系绳的有意用户交互。基于检测到的指示与系绳的有意用户交互的马达的操作样式，控制***可以确定马达响应处理，如方法1900的块1906所示。并且如方法1900的块1908所示，控制***然后可以根据确定的马达响应处理来操作马达。
i.确定马达的操作参数
如上所述，UAV的控制***可以确定马达的一个或多个操作参数。在实践中，马达的操作参数可以是马达活动的任何度量。尽管在此描述了某些操作参数，但是在不脱离本公开的范围的情况下其他操作参数也是可能的。
举例来说，马达的操作参数可以是马达的电流特性，诸如随时间或在特定时间实例提供给马达和/或由马达产生的电流水平等。在另一个示例中，马达的操作参数可以是马达的速度特性，诸如马达的传输组件随时间或在特定时间实例的转速等。在又一个示例中，马达的操作参数可以是马达的旋转特性，诸如马达的传输组件随时间的旋转程度。其他示例也是可能的。
通常，控制***可以以各种方式确定马达的一个或多个操作参数。例如，控制***可以从耦合到马达的一个或多个传感器接收指示操作参数的传感器数据。一旦控制***接收到传感器数据，则然后控制***可以使用传感器数据来确定和/或评估马达的操作参数。
举例来说，电流传感器可以耦合到马达并且被配置为生成指示被提供给马达和/或由马达产生的电流水平的电流数据。通过这种布置，控制***可以从电流传感器接收电流数据，并且可以使用接收的电流数据作为基础来确定马达的电流特性。例如，控制***可以使用接收的电流数据作为基础来确定在特定时间段内马达的特定电流水平。
在另一个示例中，速度传感器可以耦合到马达，并被配置为生成指示马达的传输组件的旋转速度的速度数据。通过这种布置，控制***可以从速度传感器接收速度数据，并且可以使用接收的电流数据作为基础来确定马达的速度特性。例如，控制***可以使用接收的速度数据作为基础来确定在特定时间点马达的特定速度。
在又一个示例中，编码器可以耦合到马达的传输组件，并被配置为生成代表传输组件随时间变化的位置数据。通过这种布置，控制***可以从编码器接收位置数据，并且可以使用接收的位置数据作为基础来确定马达的旋转特性。例如，控制***可以使用接收的位置数据作为基础来确定从第一时间点到第二时间点的传输组件旋转程度和/或方向。其他示例和实例也是可能的。
接下来的图20显示了说明马达的示例电流特性的曲线图2000。如图所示，电流特性2000表示随时间变化的马达电流水平。在实践中，电流水平可能会基于各种因素随时间变化。例如，电流水平可以基于马达尝试提供(例如，到系绳)的扭矩/力和/或基于提供给马达(例如，经由系绳)的外部扭矩/力而改变。其他示例也是可能的。
ii.检测指示用户交互的马达的操作样式
如上所述，控制***可以在一个或多个操作参数中检测马达的操作样式，该操作样式指示与系绳的有意用户交互。在实践中，操作样式可以是一个或多个操作参数的值随时间的任何连续和/或不连续的序列。此外，控制***可以使用任何当前已知和/或将来开发的信号处理技术等来检测操作样式。然而，操作样式可以采用多种形式。
在一种情况下，操作样式可以是在单个操作参数中找到的样式。例如，操作样式可以是电流特性的特定样式，诸如由电流数据随时间表示的电流水平的特定序列。然而，在另一种情况下，操作样式可以涉及在相同时间段和/或在不同的各个时间段上分别在两个或更多个操作参数中找到的样式。例如，操作样式可以是在第一时间段上的电流特性的特定样式以及在第二时间段(例如，与第一时间段相同或不同)上的速度特性的特定样式。其他情况也是可能的。
给定上述布置，控制***检测操作样式可以涉及控制***检测一个或多个确定的参数之中的各种样式。作为示例(但不限于)，控制***检测操作样式可以涉及控制***检测以下各项的任意组合：马达电流的特定相对变化、马达电流的特定变化率、特定马达电流值、马达电流值的特定序列、马达速度的特定相对变化、马达速度的特定变化率、特定马达速度值、马达速度值的特定序列、马达旋转的特定相对变化、马达旋转的特定变化率、特定马达旋转值和/或马达旋转值的特定顺序等。
如所指出，根据本公开，检测操作样式可以具体地涉及检测指示与系绳的有意用户交互的马达的操作样式。更具体地，当用户以特定方式与系绳交互时，马达可以表现出特定操作样式。这样，控制***可以检测到的已建立的操作样式(例如，经由手动工程输入而建立)可以各自对应于与系绳的相应用户交互。以这种方式，当控制***检测到特定操作样式时，控制***可以有效地检测与系绳的特定用户交互。在实践中，控制***可以这样做，以简单地检测操作样式，而不必必然存在用户交互的逻辑指示。
然而，在某些情况下，控制***可以维持或可以参考映射数据，该映射数据将马达的多个操作样式中的每一个与相应用户交互映射。例如，映射数据可以将特定电流水平样式与指示用户在系绳上提供特定向下力映射。在实践中，特定向下力可以是在基本垂直于地面的方向上施加的力和/或可以是在相对于地面成另一角度(例如，45度)的方向上施加的力(例如，当用户抓住振荡的系绳然后以一定角度拉扯它时)。在另一个示例中，映射数据可以将特定速度水平样式与指示用户以特定速率将系绳左右移动映射。在实践中，这些指示可以各自采取任何可行的形式，诸如字母、数字和/或逻辑布尔值等的形式。因此，当控制***检测到特定操作样式时，控制***可以参考映射数据以确定分别映射到该特定操作样式的用户交互。
此外，不同的操作样式有时可以指示相同的用户交互。由于这个原因，控制***可以被布置为检测第一操作样式并且因此有效地检测与系绳的特定用户交互，并且还可以被布置为检测第二操作样式并且因此有效地检测与系绳的相同的特定用户交互，诸如为了确定马达响应处理的目的，如下所述。可选地，映射数据中的两个或更多个操作样式可以各自被映射到相同的用户交互，使得控制***在参考映射数据中的那些操作样式中的任一个时检测相同的用户交互。其他情况也是可能的。
更进一步地，当建立各种可检测的操作样式时，那些已建立样式中的至少一些可以考虑可能施加到系绳的各种外力，诸如外力，而不仅仅是用户在与系绳交互期间施加的那些力。特别地，操作样式可以考虑重力、基于有效载荷耦合装置的重量的外力和/或基于耦合的有效载荷的重量(例如，待运输的包裹的重量)的外力。以这种方式，控制***能够检测当这种外力与基于用户交互的外力结合施加时表现出的马达的操作样式。其他外力也是可能的。
在又一方面，除了上述映射数据之外或代替上述映射数据，控制***可以使用一种或多种其他方法基于马达的操作样式来确定用户交互。
在一种情况下，控制***可以执行信号处理和/或分析技术以确定信号(例如，代表马达速度值的信号)的值和/或趋势，并基于信号的那些值和/或趋势确定用户交互。例如，控制***可以评估信号的条件集合，以便确定该集合内的所有条件是否都被确定为真。如果控制***确定该集合的所有条件都为真，则控制***可以确定该信号对应于特定用户交互。否则，控制***可以评估另一条件集合，以便确定该另一集合内的所有条件是否都确定为真，依此类推。在这种方法的示例中，控制***可以确定信号的斜率是否在特定斜率范围内，并且可以确定信号的值在特定阈值时间范围内是否超过特定阈值。如果控制***确定这两个条件都为真，则控制***可以确定该信号对应于特定用户交互。其他示例也是可能的。
在另一种情况下，控制***可以执行概率分析技术以确定用户交互。例如，控制***可以确定检测到的操作样式与映射数据的操作样式之一不精确匹配，并且因此可以应用概率分析来确定检测到的操作样式以最高可能性与之匹配的映射数据的操作样式。例如，当确定匹配时，与给予检测到的信号/图案的其他部分的权重相比，控制***可以给检测到的信号/样式的特定部分更高的权重，从而应用附加因子来确定匹配操作样式，从而最终基于映射数据确定用户交互。其他情况和示例也是可能的。
接下来，图21示出指示与系绳的特定用户交互的马达的示例性操作样式。如图所示，控制***可以检测上述电流特性2000中的特定电流尖峰2002。为此，控制***可以检测电流水平随时间的特定增加，然后检测电流水平随时间的特定减少。附加地或可选地，控制***可以通过检测电流水平随时间的特定增加率，然后检测电流水平随时间的特定减少率来这样做。在任一情况下，特定电流尖峰2002被显示为指示特定用户交互2110，涉及施加到系绳2102的特定向下力。
更具体地说，图21显示了包括具有马达的绞盘***的UAV 2100，其中，马达被配置为控制系绳2102的移动。如图所示，用户2108与耦合至系绳2102的有效载荷耦合装置2104进行物理交互。这样做时，用户2108经由有效载荷耦合装置2104将向下力施加到系绳2102，该向下力的幅度为“F1”。这样，特定电流尖峰2002指示用户向系绳施加幅度为“F1”的向下力。其他示例也是可能的。
iii.确定马达响应处理
如上所述，控制***可以确定马达响应处理，并基于检测到的指示与系绳的有意用户交互的马达的操作样式来确定马达响应处理。在实践中，特定马达响应处理可以涉及马达的一个或多个特定操作，诸如将一个或多个特定矩施加到系绳上。此外，可以布置马达响应处理，以使绞盘***经由系绳与用户交互和/或经由系绳向用户提供反馈等。
根据本公开，控制***可以各种方式确定马达响应处理。在一种情况下，控制***可以已经存储在其上，或者可以被配置为参考映射数据，该映射数据将多个操作样式每个都与相应马达响应处理映射。例如，映射数据可以将速度水平的特定序列与涉及马达施加一个或多个特定扭矩来缠绕系绳的马达响应处理进行映射。这样，控制***可以通过参考映射数据来确定映射到检测到的马达的操作样式的相应马达响应处理，从而确定马达响应处理。
在另一种情况下，控制***实际上可以确定通过检测到的马达的操作样式指示的与系绳的特定用户交互，诸如通过参考上述映射数据，该映射数据将各种操作样式分别映射到各种相应的用户交互。然后，控制***可以使用确定的特定用户交互作为确定马达响应处理的基础。
更具体地，控制***可以已经存储在其上，或者可以被配置为参考映射数据，该映射数据将多个用户交互均与具有相应马达响应处理映射。例如，映射数据可以将用户对系绳的特定左右移动与涉及在特定持续时间内施加特定扭矩以展开系绳的响应处理进行映射。这样，控制***可以通过参考映射数据来确定被映射到特定用户交互的相应马达响应处理，从而确定马达响应处理，其最初是基于将各种操作样式映射到各种相应用户交互的上述映射数据而确定的。其他情况也是可能的。
在另一方面，除了映射数据之外或代替映射数据，控制***可以使用一种或多种其他方法来确定马达响应处理。
在一种情况下，控制***可以执行信号处理和/或分析技术以确定信号(例如，代表马达速度值的信号)的值和/或趋势，并基于信号的那些值和/或趋势确定马达响应处理。例如，控制***可以评估信号的条件集合，以便确定该集合内的所有条件是否都被确定为真。如果控制***确定该集合的所有条件都为真，则控制***可以确定该信号对应于特定马达响应处理。否则，控制***可以评估另一条件集合，以确定该另一集合内的所有条件是否都确定为真，依此类推。在这种方法的示例中，控制***可以确定信号是否包括拐点，并且可以确定信号的局部最大值的值是否超过特定阈值。如果控制***确定这两个条件都为真，则控制***可以确定该信号对应于特定马达响应处理。其他示例也是可能的。
在另一种情况下，控制***可以执行概率分析技术以确定马达响应处理。例如，控制***可以确定检测到的操作样式与映射数据的操作样式之一不精确匹配，并且因此可以应用概率分析来确定检测到的操作样式以最高可能性与之匹配的映射数据的操作样式。例如，当确定匹配时，控制***可以确定在其期间检测到操作样式的环境和/或UAV的状态，并且可以将环境和/或UAV的状态用作附加加权因子用于确定匹配操作样式。以这种方式，一旦控制***使用概率分析确定了匹配的操作样式，则控制***随后可以基于映射数据确定马达响应处理。其他情况和示例也是可能的。
在如上所述布置的***中，马达响应处理可以涉及各种马达响应操作，其中的一些如下描述。在实践中，控制***可以确定马达响应处理以包括单个这样的马达响应操作或这些马达响应操作的任何可行的组合。假设确定要执行两个或多个马达响应操作，确定马达响应处理还可以涉及确定执行马达响应操作的顺序(例如，某些马达响应操作可能会在整个顺序的各个点重复进行)，并且/或应用每种马达响应操作的相应持续时间等。通常，可以基于各种因子来确定这种顺序和/或持续时间，诸如基于检测到的马达的操作样式。可选地，可以根据建立的映射数据来预先确定这样的顺序和/或持续时间。
在这两种情况下，下面将描述各种可能马达响应操作。尽管描述了某些马达响应操作，但是在不脱离本公开的范围的情况下其他马达响应操作也是可能的。
在一个示例中，马达响应操作可以包括特定抵抗操作，抵抗由于施加到系绳的至少一个外力而导致的系绳展开。作为这种操作的一部分，控制***可以操作马达以施加每个抵消系绳的展开的一个或多个特定抵消扭矩，并且可能在相应持续时间内施加每个抵消扭矩。具体地，每个这样的抵消扭矩可以具有与施加的外力基本相同的幅度，并且可以在与施加外力的方向实际相反的方向上。以这种方式，该响应操作可以抵抗由于施加的外力而导致的系绳的展开，而不必使系绳缩回到UAV。在实践中，向系绳施加外力的用户可能会感觉到系绳无法再进一步降低。此外，随着这种抵消扭矩的大小增加，系绳的张力也可能增加。
在另一个示例中，马达响应操作可以涉及特定辅助操作，用于辅助由于施加到系绳的至少一个外力而导致的系绳的展开。作为这种操作的一部分，控制***可以操作马达以施加一个或多个特定辅助扭矩，每个辅助扭矩都有助于系绳的展开，并且可能在相应持续时间内施加每个辅助扭矩。具体地，每个这样的辅助扭矩可以在与施加外力的方向实际相同的方向上，并且可以具有任何可行的幅度。以这种方式，辅助扭矩可以与施加的外力组合使用，以便进一步帮助系绳的展开。在实践中，由于对展开的阻力较小，用户在系绳上施加外力可能会感觉到手动展开系绳变得更加容易。
在又一示例中，马达响应操作可以涉及特定缩回操作，抵抗施加到系绳的至少一个外力而使系绳缩回。作为这种操作的一部分，控制***可以操作马达以施加一个或多个特定缩回扭矩，每个缩回扭矩抵抗外力而使系绳缩回，并且可能在相应持续时间内施加每个缩回扭矩。具体地，每个这样的缩回扭矩可以具有大于所施加的外力的幅度，并且可以在与施加外力的方向实际相反的方向上。以这种方式，该响应操作可以抵抗由于施加的外力引起的系绳的展开，并且尽管有外力，但在实际上使系绳向UAV缩回。在实践中，即使用户施加外力，用户在系绳上施加外力也可能会感觉到系绳拉动用户的程度达到系绳缩回的程度。
在又一示例中，马达响应操作可以在用户施加外力之后而不是在用户施加外力期间发生。例如，马达响应操作可以涉及系绳移动操作，其在将外力施加到系绳上之后根据特定系绳移动曲线来移动系绳。在实践中，即使当用户不再与系绳进行物理交互时，这种马达响应操作也可以允许执行用户反馈/交互。
对此，控制***可以检测指示特定用户交互的操作样式，然后确定在特定用户交互完成之后将要执行的马达响应处理。特别地，控制***可以通过检测马达的另一种操作样式来确定特定用户交互完成，该另一种操作样式指示这样做和/或可以其他方式进行。在任何一种情况下，一旦控制***确定特定用户交互完成，控制***便可以执行确定的马达响应处理，其涉及根据特定系绳移动曲线进行系绳的移动。
通常，特定系绳移动曲线可以采取各种形式，并且可以基于指示用户交互的操作样式。例如，系绳移动曲线可以简单地涉及以特定速率将系绳缩回到UAV。在这种情况下，可以基于检测到指示用户连续几次拉下系绳的操作样式来发生根据该系绳移动曲线的系绳的移动。其他实例和示例也是可能的。
接下来，图22示出示例马达响应处理。如图所示，控制***确定上述特定用户交互2110对应于马达响应处理2200。具体地，马达响应处理2200涉及包括施加抵抗扭矩的抵抗操作。该抵抗扭矩可以具有与由用户2108施加的向下力的幅度“F1”基本相同的幅度“T1”。此外，该抵抗扭矩可以在与用户2108施加的向下力的方向实际相反的方向上。这样，随着用户2108将向下力施加到系绳上，控制***可以最终操作绞盘***2106的马达以向用户施加该抵抗扭矩。其他示例也是可能的。
iv.根据确定的马达响应处理操作马达
如上所述，一旦确定了马达响应处理，则控制***可以根据确定的马达响应处理来操作马达，特别是通过向马达发送一个或多个指示马达进行与响应处理一致的某些操作的命令来进行操作。并且如上所述，根据已经确定的马达响应处理，控制***可以在用户交互期间和/或之后执行此操作。此外，除了与用户的计划交互/反馈之外，执行的运动响应处理还可能导致各种结果。
例如，马达响应处理可以对应于系绳遇到的一个或多个目标张力。具体地，当马达根据马达响应处理施加特定扭矩时，每个目标张力可能是系绳预期会承受的力。这样，根据确定的响应处理来操作马达的控制***可以使系绳遇到一个或多个这样的目标张力。
在另一示例中，马达响应处理可以对应于系绳遇到的一个或多个目标系绳移动。具体地，每个目标系绳移动可以是当马达根据马达响应处理施加特定扭矩时期望系绳经历的移动。这样，根据确定的响应处理来操作马达的控制***可以使系绳遇到一个或多个这样的目标系绳移动(例如，穿过系绳的波动脉冲)。其他示例也是可能的。
接下来，图23示出示例马达响应处理，其中，例如在手动耦合有效载荷的处理期间，随着用户2108抓住系绳2102，控制***操作马达以控制系绳2102的张力。假设UAV 2100在悬停时基本上保持其在空间中的物理位置，控制***可以随着由用户2108提供的向下力的增加而成比例地(例如，线性地)增加缠绕方向上的马达扭矩，反之亦然。以这种方式，随着用户2108将系绳2102进一步向下拉，系绳2102的张力可以增加，反之亦然。此外，控制***可以被配置为成比例地将马达的扭矩增加到最大扭矩，从而使系绳的张力饱和并且理想地防止用户2108将UAV 2100向下拉向地面。
更具体地，在马达响应处理的状态2302，控制***操作马达以施加具有幅度“T1”的扭矩以抵消由用户2108提供的力的幅度“F1”，从而导致系绳2102遇到第一张力。然后，在马达响应处理的状态2304，控制***操作马达以施加具有大于“T1”的幅度“T2”的扭矩，并且这样做以抵消大于“F1”的幅度“F2”的力，从而导致系绳2102遇到大于第一张力的第二张力。最终，在马达响应处理的状态2306中，控制***操作马达以施加具有大于“T2”的幅度“T3”的扭矩，并且这样做以抵消大于“F2”的幅度“F3”的力，从而导致系绳2102遇到大于第二张力的第三张力。
接下来，图24示出示例马达响应处理，其中，控制***可以操作马达以随着时间改变施加到系绳2102的扭矩的量，并且可能改变扭矩的方向，具体地这样做是为了增强用户体验或由于其他原因。例如，控制***可以操作马达，以随着用户2108下拉系绳2102复制止动(detent)或点击(click)的感觉，和/或通过系绳2102提供振动反馈(例如，波动脉冲)等。
更具体地，在马达响应处理的状态2402，控制***操作马达以施加具有幅度“T1”并且与用户2108提供的力相同的方向的辅助扭矩，从而辅助用户2108展开系绳2102。然后，在马达响应处理的状态2404释放系绳2102期间，控制***操作马达以施加幅度“T2”的抵消扭矩，以抵消用户2108提供的力的幅度“F2”，从而导致用户2108体验到“止动”的感觉。最终，在马达响应处理的状态2406，控制***再次操作马达以施加辅助扭矩，以便继续帮助用户2108展开系绳2102。具体地，该另外的辅助力被示出为具有幅度“T3”，并且在与用户2108提供的力(具有幅度“F3”)相同的方向上被提供。
接下来，图25示出示例性马达响应处理，其中，控制***解释用户2108与系绳2102的交互以确定用户2108的意图是使UAV 2100和/或绞盘***2106的马达执行某些操作。具体地，在马达响应处理的状态2502，控制***检测指示用户2108以基本上具有幅度“F1”的力连续至少三次拉下系绳2102的操作样式。在用户2108检测到这种手势时，控制***可以将该手势解释为有效载荷已经从有效载荷耦合装置2104适当地解耦并且因此UAV 2100可以继续飞行到目标目的地的信号。通常，为了促进这样的手势，可以向用户提供列出所公开的***可解释的各种手势的手册等。
更具体地，如马达响应处理的状态2504所示，控制***通过执行马达响应处理来对手势作出响应，这涉及操作马达以施加幅度“T2”的扭矩以将系绳2102缩回到UAV 2100。此外，一旦用户2108已经完成与系绳2102的交互并且因此不再向系绳2102施加外力，控制***就这样做。最终，一旦系绳2102已经缩回，则UAV2100可以向前飞行到目标目的地，如状态2506所示。其他示例也是可能的。
v.用户交互和反馈的附加特征
在另一方面，控制***可以考虑其他因素作为确定马达响应处理的基础。在实践中，如上所述，除了考虑到检测到的马达的操作样式之外，或者代替考虑到检测到的马达的操作样式，控制***还可以考虑这些因素。此外，控制***可以考虑这些因素的任何可行组合，可能赋予某些因素比其他因素更高的权重。
在一种情况下，控制***可以将环境状态视为确定马达响应处理的基础。具体地，控制***可以从一个或多个UAV的传感器(例如，图像捕获设备)接收代表UAV环境状态(诸如UAV附近的障碍物)的传感器数据等。然后，控制***可以至少基于该传感器数据来确定马达响应处理。例如，如果控制***在距离系绳的阈值距离内检测到障碍物，则控制***可以响应地选择马达响应处理，其中，系绳遇到较小的目标系绳移动，而不是较大的目标系绳移动，从而尝试避免与障碍物碰撞。
在另一种情况下，控制***可以将UAV的飞行状态视为确定马达响应处理的基础。具体地，控制***可以从飞行管理***(例如，在UAV上和/或在UAV的外部)接收表示UAV的飞行状态的飞行数据，该飞行数据可以是UAV沿着计划的飞行路线的飞行进度等。然后，控制***可以至少基于该飞行数据来确定马达响应处理。例如，如果控制***确定UAV的飞行进度显着落后于沿着飞行路线的计划时间表，则控制***可以响应地选择马达响应处理，其中，马达开始在一定程度上缩回系绳，以便向用户指示UAV的飞行进度明显落后于计划时间表。其他情况和示例也是可能的。
在另一方面，控制***可以执行所公开的方法1900，条件是有效载荷(例如，有效载荷耦合装置和/或耦合的有效载荷)处于预期用户交互的有效载荷高度。更具体地，控制***可以确定有效载荷的有效载荷高度，并且可以确定有效载荷高度是期望用户交互的高度。一旦控制***做出该确定，则控制***然后可以响应性地执行方法1900，诸如例如当实际检测到用户交互时。
通常，控制***可以使用各种技术来确定有效载荷高度。在一个示例中，高度传感器可以被耦合到有效载荷(例如，到有效载荷耦合装置)，并且控制传感器可以从高度传感器接收指示有效载荷高度的高度数据。在另一示例中，控制***可以例如通过使用本文描述的技术来确定系绳的展开长度。此外，控制***可以基于从UAV的高度传感器接收的高度数据来确定飞行高度等。然后，控制***可以将确定的系绳的展开的系绳长度以及确定的飞行高度用作确定有效载荷高度的基础。例如，控制***可以从确定的飞行高度(例如，地面之上11英尺)中减去确定的系绳的展开系绳长度(例如，5英尺)，以便确定有效载荷高度(例如，地面之上6英尺)。
此外，控制***可以采用各种方法来确定有效载荷高度是期望用户交互的高度。例如，控制***可以确定有效载荷高度小于阈值高度(例如，通过手动工程输入来建立)。在实践中，阈值高度可以是地面之上的高度，在该高度处，用户可以可行地到达有效载荷并因此与系绳相互作用。其他实例也是可能的。
在又一方面，控制***可以根据UAV响应处理来操作UAV本身，UAV响应处理可以涉及UAV的至少特定移动。在实践中，特定移动可以采取任何可行的形式。例如，特定移动可以涉及UAV沿着物理空间中的轴的左右移动。在另一示例中，特定移动可以涉及沿着飞行路径开始向前飞行，例如，如图25的状态2506所示。其他示例也是可能的。
通常，除了根据确定的马达响应处理来操作马达之外或代替根据确定的马达响应处理来操作马达，控制***可以根据UAV响应处理操作UAV。并且，如果控制***除了根据马达响应处理来操作马达之外这样做，则控制***可以分别操作马达和UAV，以同时和/或在不同时间执行那些处理。此外，控制***可以在用户交互之后和/或期间根据UAV响应处理来操作UAV。
此外，控制***可以基于各种因素来确定UAV响应处理。这样做时，控制***可以考虑这些因素的任何可行组合，与其他因素相比，可能赋予某些因素更多权重。但是，各种因素都是可能的。
在一个示例中，控制***可以基于检测到的马达的操作模式来确定UAV响应处理。例如，控制***可以已经存储在其上，或者可以被配置为参考映射数据，该映射数据映射将多个操作模式每个都与相应UAV响应处理映射。例如，映射数据可以将电流水平的特定序列与UAV响应处理映射，该处理涉及操作UAV以一定程度并沿特定方向倾斜。这样，控制***可以通过参考映射数据确定映射到检测到的马达的操作样式的相应UAV响应处理，从而确定UAV响应处理。
在另一个示例中，控制***可以基于UAV的环境状态和/或基于UAV的飞行状态来确定UAV响应处理。例如，如果控制***确定UAV的飞行状态涉及UAV悬停在地面上的第一位置，并且UAV环境的状态包括用户物理地指向地面上的第二位置，则UAV响应该处理可以涉及UAV在悬停飞行中飞行以便最终悬停在第二位置上，例如出于在第二位置处递送有效载荷的目的。其他示例和方面也是可能的。
注意，与用户交互/反馈有关的上述特征不限于UAV悬停的情况，并且在不脱离本公开的范围的情况下，可以在各种情况下执行。例如，各种特征可以在UAV已经降落在壁架上并且系绳已经被至少部分地展开使得系绳被UAV悬置在壁架的边缘上的情况下执行。其他示例也是可能的。
X.递送后系绳控制
A.释放验证
如上所述，当UAV通过控制马达以展开耦合到有效载荷的系绳而将有效载荷降低到地面时，UAV的控制***可以监视马达的电流和/或线轴的旋转以验证有效载荷已经到达地面。然后，控制***可以操作马达以通过继续从线轴上展开系绳来引起系绳超程(over-run)。一旦验证了有效载荷的着陆并且执行了系绳超程，则在开始提升有效载荷耦合装置器回到UAV的处理之前，控制***可以在释放验证模式下操作以便验证有效载荷与有效载荷耦合装置的分离。
图26是示出根据示例实施例的释放验证方法2600的流程图。作为释放验证模式中的操作的一部分，方法2600可以在方法1800完成时(例如，在系绳超程时段结束时)启动。
如图所示，方法2600涉及控制***在释放验证时段在第一模式下操作马达(其中，施加扭矩以抵抗系绳上的重力拉动)，如块2602所示。在实践中，控制***可以应用为释放验证设计的速度曲线。速度曲线可以被设计为在释放验证时段期间将有效载荷耦合装置的特定重量提升一小段距离。因此，如果未释放有效载荷，则与有效载荷已经从有效载荷耦合装置适当释放相比，马达将吸收更多电流来遵循该速度曲线。因此，如块2604所示，至少部分地基于释放验证时段期间的马达电流，控制***可以确定有效载荷与有效载荷耦合装置分离。例如，控制***可以通过确定释放验证时段期间的马达电流低于阈值电流至少阈值时间量来确定有效载荷与有效载荷耦合装置分离。并且，响应于该确定，控制***可以操作马达以缩回系绳，如块2606所示。
另一方面，如果在释放验证时段期间的马达电流足够大，则控制***可以确定有效载荷尚未与有效载荷耦合装置分离，并且可以重复操作马达以引起系绳超程(这次可能通过一些预定附加长度)然后在系绳上向上拉以测试有效载荷的分离的处理，如块1808和2602至2606所示。
B.系绳缩回处理
一旦验证有效载荷的释放(例如，通过执行方法2600)，控制***可以切换到缩回模式，以便缩回系绳以将有效载荷耦合装置提升回UAV。
在缩回模式中，有效载荷耦合装置的上升可以分为两个阶段：初始上升阶段和最终上升阶段。
在初始上升期间，控制***可以实现预定的上升速率曲线，其可以在考虑到旁观者和/或周围结构的安全性的情况下进行设计。在初始上升完成之后(例如，一旦缠绕特定长度的系绳)，控制***可以例如通过操作马达以维持基本恒定长度的展开系绳来暂停缩回处理。
由于减轻了从系绳悬挂的重量(例如，仅减轻了有效载荷耦合装置的重量)，一旦释放了有效载荷，有效载荷耦合装置可能更容易来回摆动。因此，在缩回处理中的暂停期间，控制***可以评估有效载荷耦合装置是否正在振荡(例如，作为摆)和/或确定振荡的幅度，并且可以评估是否应当采取措施来抑制振荡。在这样的抑制处理之后或期间，控制***可以启动有效载荷耦合装置的最终上升，其中系绳完全缩回以将有效载荷耦合装置拉回到UAV，并将有效载荷耦合装置安置在UAV的接受器以飞回到返回地点。
参照下面的图38A至图38C，提供了关于在递送之后系绳和有效载荷耦合装置的缩回的更多细节。
XI.抑制有效载荷的振荡
在实践中，UAV有时可能会遇到系绳至少部分地展开且耦合到系绳的悬挂有效载荷容易振荡的情况。在这种情况的一个示例中，UAV可以部署系绳以递送耦合的有效载荷，从而使耦合的有效载荷容易振荡。在这种情况的另一示例中，UAV可以将系绳部署用于拾取有效载荷，从而使得有效载荷耦合装置(例如，在这种情况下被认为是有效载荷)容易振荡。在这种情况的又一个示例中，UAV可以在耦合用于拾取的有效载荷之后缩回系绳，从而使得耦合的有效载荷易于振荡。在这种情况的又一个示例中，UAV可以在递送之后释放有效载荷之后缩回系绳，从而使得有效载荷耦合装置(例如，在这种情况下再次被认为是有效载荷)容易振荡。其他示例也是可能的。
在这种情况下，各种因素可能会导致悬挂的有效载荷发生振荡。在一示例中，足够强的风况可能导致有效载荷振荡。在另一个示例中，UAV以在悬停模式下保持其位置的移动可能导致有效载荷振荡。在又一个示例中，有效载荷的振荡可能是用户施加到系绳和/或有效载荷本身的外力的结果。其他示例也是可能的。
通常，有效载荷的振荡可能导致有效载荷以类似摆的运动来回移动，也称为摆运动。在实践中，振荡有效载荷的摆运动可能会产生各种后果。例如，振荡有效载荷的摆运动可能会对UAV的稳定性产生不良影响，可能在将有效载荷定位在地面上期望位置方面会造成困难，可能会导致有效载荷在地面附近不期望的移动，可能在将有效载荷耦合装置安置在UAV的接受器中方面造成困难等。
为了解决这些问题，UAV的控制***可以执行一种或多种抑制(damping)技术，例如以下所述。如上所述，可以在有效载荷的递送之后在系绳缩回处理中的暂停期间，执行这种抑制技术。然而，应当理解，以下描述的抑制技术也可以应用于其他场景。此外，本文所述的抑制技术可以应用于其中仍然将有效载荷附接到有效载荷耦合装置的场景中(与仅附接有效载荷耦合装置时相比，可能需要考虑从系绳悬挂的重量增加而进行一些调整)。更一般地，本文公开的抑制技术可以应用于系绳从航空器悬挂重物的任何情况。
A.有效载荷振荡的检测和评估
在示例实现方式中，UAV可以包括一个或多个传感器，被布置为生成指示悬挂在UAV下方的有效载荷耦合装置(和/或所耦合的有效载荷)的振荡的传感器数据。在实践中，这些传感器可以包括耦合到绞盘马达的电流传感器、系绳上的张力传感器、UAV和/或有效载荷耦合装置上的惯性测量单元(IMU)、UAV上的图像捕获设备和/或绞盘马达上的编码器等。因此，UAV的控制***可以使用来自此类传感器的任何组合的传感器数据，以便检测有效载荷的振荡以及振荡的属性，诸如幅度、频率和/或振荡速度等。
在一种情况下，电流传感器可以生成表示马达的电流特性的数据。控制***可以接收这样的电流数据，并且可以将电流数据用作检测有效载荷的振荡以及确定那些检测到的振荡的属性的基础。为此，控制***可以参考映射数据等，该数据将各种电流特性每个都与有效载荷振荡的指示和/或有效载荷振荡的相应属性映射。例如，电流特性的特定集合(例如，电流值的特定相对变化)可以被映射到有效载荷正在振荡的指示。此外，电流特性的另一特定集合(例如，电流值的特定变化率)可以映射到有效载荷以特定振荡幅度进行振荡的指示。
在另一种情况下，张力传感器可以生成表示系绳的张力的张力数据。控制***可以接收这样的张力数据，并且可以将张力数据用作检测有效载荷的振动以及确定那些检测到的振动的属性的基础。为此，控制***可以参考映射数据等，该数据将各种细绳张力特性每个都与有效载荷振荡的指示和/或有效载荷振荡的相应属性映射。例如，系绳张力特性的特定集合(例如，张力的特定相对变化)可以被映射到有效载荷正在振荡的指示。此外，系绳张力特性的另一特定集合(例如，张力的特定变化率)可以被映射到有效载荷以特定速度振荡的指示。
在又一情况下，IMU可以生成指示有效载荷相对于航空器的移动的移动数据。控制***可以接收这样的移动数据，并且可以将移动数据用作检测有效载荷的振荡以及确定那些检测到的振荡的属性的基础。为此，控制***可以参考映射数据等，该数据将移动数据的各种特性每个都与有效载荷振荡的指示和/或有效载荷振荡的相应属性映射。例如，移动数据特性的特定集合可以被映射到有效载荷正在振荡的指示。此外，移动数据特性的另一特定集合(例如，指示特定力的移动数据)可以被映射到有效载荷以特定的振荡幅度进行振荡的指示。
在又一情况下，图像捕获设备可以被布置成面对有效载荷，并因此提供表示有效载荷相对于UAV的位置的图像数据。通过这种布置，控制***可以接收图像数据并且可以使用任何当前已知和/或将来开发的图像处理技术来评估图像数据。这样做时，控制***可以使用图像数据来确定有效载荷随时间的位置。更具体地，控制***可以通过确定有效载荷的位置随时间的差来检测有效载荷的振荡。此外，控制***可以将图像数据用作确定检测到的振动的属性的基础。例如，控制***可以确定特定有效载荷位置之间随时间的差，然后基于确定的差来确定振荡幅度。在另一个示例中，控制***可以使用图像数据来确定有效载荷的位置的变化率，然后基于确定的变化率来确定振荡速度。其他情况和示例也是可能的。
此外，有效载荷振荡的各种属性可以取决于系绳展开的程度。例如，与当展开系绳长度较长时有效载荷摆动的频率相比，更短的展开系绳长度可能导致有效载荷以较高的频率摆动。为此，控制***在确定有效载荷振荡的属性时可以考虑将展开系绳长度作为附加因素。例如，在确定系绳以特定长度展开之后，控制***可以确定有效载荷随时间的位置。然后，控制***可以参考映射数据，其将确定的展开系绳长度和确定的位置的组合映射到特定的振荡幅度和特定的振荡频率。可选地，控制***可以基于输入变量(诸如展开系绳长度和确定的位置)的预定公式来确定这种属性，并且输出指示一个或多个上述属性的数据。其他示例也是可能的。
在实践中，控制***可以通过从编码器接收代表系绳的展开长度的位置数据来确定展开系绳长度。更具体地，编码器可以耦合至马达，使得随着马达进行旋转以展开和/或缠绕系绳，编码器生成表示马达(例如，马达的传输组件)的角位置和/或运动的数据。这样，控制***可以接收该数据并且可以将该数据用作跟踪系绳的展开长度的基础。例如，控制***可以基于来自编码器的数据来检测马达沿特定方向的两次旋转，并且可以确定那两个旋转对应于系绳的展开两米。其他示例也是可能的。
在另一方面，控制***还可以将传感器数据用作确定检测到的振荡超过阈值(例如，经由手动工程输入建立)的基础。例如，控制***可以确定传感器数据指示有效载荷的振荡的特定幅度，并且可以确定特定幅度高于阈值幅度。在另一示例中，控制***的传感器数据指示有效载荷的振动的特定速度，诸如在系绳部分展开时有效载荷来回摆动的速度。在该示例中，控制***然后可以确定该特定速度高于阈值速度。在又一示例中，控制***的传感器数据指示有效载荷的振荡的特定频率，诸如在系绳部分展开时有效载荷来回摆动的频率。在该示例中，控制***然后可以确定该特定频率高于阈值频率。其他示例也是可能的。
B.系绳缩回处理期间的抑制
图27是示出根据示例实施例的用于启动抑制例程(在本文中也可以称为抑制技术)的方法2700的流程图。方法2700可以在系绳缩回处理期间由UAV的控制***实现。在实践中，系绳缩回处理可以在递送之后和/或在拾取和/或递送期间的其他时间进行。此外，尽管将方法2700描述为在有效载荷耦合装置的上下文中执行，但是方法2700也可以在耦合到有效载荷耦合装置的有效载荷的上下文中执行。
转到方法2700，如块2702所示，UAV可以最初以悬停飞行模式操作。例如，UAV可以将悬停在目标或递送位置上，或悬停在源位置上。一旦有效载荷释放到地面上，UAV控制***就可以切换到系绳缩回模式，如块2702所示。当以系绳缩回模式操作时，如块2704所示，控制***可以执行抑制例程以抑制有效载荷耦合装置的振荡。可选地，控制***可以具体地响应于确定检测到的振荡超过阈值来这样做。
通常，控制***执行的抑制例程可以是本文描述的抑制例程的任何组合。然而，在某些情况下，控制***可以执行本文所描述的抑制例程以外的一个或多个抑制例程，并且在不脱离方法2700的范围的情况下执行该抑制例程。
如上所述，诸如在块2704处执行的抑制例程可以在上升处理中的暂停期间执行(并且也可以在降低有效载荷耦合装置同时的暂停期间)执行。在一些实施例中，控制***可以等待直到振荡被充分衰减为止才恢复缩回(或降低)系绳的处理。例如，控制***可以暂停直到确定振荡的幅度小于阈值幅度，或者甚至可能是有效载荷耦合装置停留在平衡位置为止。在任何一种情况下，控制***都可以响应地恢复系绳的缩回，以将有效载荷耦合装置提升至UAV。然而，在其他实施例中，控制***可以不等到振荡被充分衰减之后才恢复缩回(或降低)系绳的处理。例如，控制***可以在恢复之前将系绳缩回处理暂停固定时段。具体地，在开始执行抑制例程之后，控制***可以启动被布置为在特定持续时间(例如，经由手动工程输入而建立)之后到期的计时器，并且响应于检测到该计时器期满可以恢复缩回(或降低)系绳的处理。其他示例也是可能的。
接下来，图28A至图28D共同示出了在系绳缩回处理期间抑制例程的启动。
如图28A所示，UAV 2800包括系绳2802和耦合到系绳2802的有效载荷耦合装置2804。同样，有效载荷2806被示为已经由UAV 2800在地面上的递送位置处递送。此外，图28A示出当在有效载荷2806递送之后UAV的控制***在系绳缩回模式下操作以将有效载荷耦合装置2804提升回到UAV时，UAV 2800正在悬停在递送位置上方。
如图28B所示，在系绳缩回模式下操作时，UAV的控制***会暂停有效载荷耦合装置2804的上升。在暂停期间，控制***执行抑制例程，如图28B所示。如所指出的，抑制例程可以是本文所述的抑制例程中的任何一个。可选地，如上所述，控制***响应于检测到有效载荷耦合装置2804的振荡处于大于阈值幅度的振荡幅度2808而执行抑制例程。
如图28C所示，当UAV的控制***仍暂停有效载荷耦合装置2804的上升时，由于抑制例程，振荡被显示为已抑制。在一种情况下，在暂停期间以及在执行抑制例程一段时间之后，控制***检测到有效载荷耦合装置2804的振荡处于小于阈值幅度的振荡幅度2810。以这种方式，控制***确定振荡已被充分抑制，并且响应地确定系绳缩回处理可以恢复。在另一种情况下，控制***检测在抑制例程的开始执行时启动的计时器的期满，并且响应于检测到该计时器的期满而确定系绳缩回处理可以恢复。这样，在任何一种情况下，如图28D所示，控制***都可以响应地恢复在系绳缩回模式下的操作，以在有效载荷递送之后将有效载荷耦合装置2804提升回UAV 2800。其他说明也是可能的。
C.示例抑制技术
尽管下面描述了几种抑制技术，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，其他抑制技术和对所描述的技术的修改也是可能的。
i.向前飞行以抑制振荡
图29是出用于发起向前飞行以抑制振荡的方法2900的流程图。如上所述，UAV可以被配置为根据悬停飞行模式和根据向前飞行模式飞行。在悬停飞行模式下，飞行动力学可能类似于直升机。更具体地说，升力和推力可以由允许UAV垂直起降并向各个方向飞行的旋翼提供。然而，在向前飞行模式下，飞行动力学可能类似于飞机。更具体地，固定机翼UAV可以通过来自喷气引擎或螺旋桨的推力向前推进，而UAV的固定机翼提供升力并允许UAV相对于地面基本水平地滑行。
通过这种布置，UAV可以根据悬停飞行模式操作，如块2902所示。如所指出的，UAV可以在将系绳部署用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷递送的处理期间这样做，或者可以在缩回系绳用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷递送的处理期间这样做。无论如何，当UAV处于悬停飞行模式时，UAV的控制***可以使UAV从悬停飞行模式切换到向前飞行模式，如块2904所示。
可选地，控制***可以响应于确定检测到的振荡超过阈值来这样做。此外，所讨论的有效载荷可以被认为是与有效载荷耦合装置耦合的有效载荷(例如，包裹)，或者可以被认为是有效载荷耦合装置本身等。
更具体地，通过切换到向前飞行模式，UAV的移动可能导致对有效载荷的阻力(drag)。通常，阻力被认为是由于物体与空气分子之间的相互作用而对抗或抵抗物体在空气中移动的空气动力或摩擦。因此，在向前飞行场景中，气流可能会导致阻力方向沿与向前飞行方向相反的方向。因此，由于气流可以帮助稳定有效载荷，因此所产生的阻力可以抑制检测到的有效载荷的振荡。
此外，在一些实施例中，当控制***使UAV切换到前向飞行模式时，控制***还可以指导UAV以某些飞行特性在前向飞行模式下操作。在实践中，这些飞行特性可以包括飞行速度、飞行方向和/或飞行定时等。这样，控制***可以基于各种因素来确定适当的飞行特性。并且根据本公开，控制***可以至少基于检测到的有效载荷的振荡和/或基于其他因素来确定适当的飞行特性。
举例来说，控制***可以至少基于检测到的振荡来确定向前飞行模式的初始飞行速度。在实践中，初始飞行速度可以是UAV最初在切换到前向飞行模式之后立即加速到的飞行速度，并且是UAV在前向飞行模式期间最终保持至少一段时间的速度。因此，根据本公开，当检测到的振荡的幅度较大时，控制***可以确定通常较高的初始飞行速度。例如，当控制***检测到有效载荷的振荡的第一幅度时，控制***可以选择第一初始飞行速度，而当控制***检测到有效载荷的振荡的第二幅度时，控制***可以选择第二初始飞行速度，第一幅度高于第二幅度，并且第一初始飞行速度高于第二初始飞行速度。注意，初始飞行速度可以附加地或可选地取决于有效载荷的质量和/或阻力，或者可以简单地经由手动工程输入等来预定义。
在另一个示例中，控制***可以至少基于检测到的振荡来确定向前飞行模式的飞行定时。特别地，确定飞行定时可以涉及确定发起向前飞行模式的时间，作为向前飞行模式的一部分进行抑制的持续时间，和/或结束向前飞行模式的时间等。在任何一种情况下，控制***都可以将与检测到的振荡相关的各种因素视为确定飞行定时的基础。例如，控制***可以确定有效载荷摆动的状态，诸如有效载荷是在摆动的顶部还是在摆动的底部，并且使用确定的有效载荷摆动的状态作为确定飞行定时的基础。在另一实例中，控制***可以确定有效载荷振荡的程度(例如，幅度)，并且可以基于确定的程度来确定飞行定时。注意，可以通过人工工程输入等预先定义飞行定时。其他实例和示例也是可能的。
在另一方面，控制***可以在各种情况下帮助促进前向飞行抑制例程。在一个示例情况中，控制***可以在缩回系绳用于有效载荷拾取和/或用于有效载荷递送的处理期间启动向前飞行以抑制振荡。在该示例情况下，控制***可以在缩回处理的任何点从技术上启动向前飞行，诸如在缩回处理中不暂停。然而，理想地，当检测到的振荡超过阈值时，控制***可以操作马达以暂停系绳的缩回，这可以允许控制***在缩回处理中的暂停期间启动向前飞行模式。然后，一旦控制***检测到有效载荷的振荡已被阻力充分抑制(例如，检测到的振荡不再超过阈值)和/或在固定的时间延迟之后(例如，响应于检测到计时器的期满)检测到有效载荷的振荡已被充分抑制，然后控制***可以操作马达以恢复系绳的缩回。
在另一个示例情况下，控制***可以在将系绳部署用于有效载荷拾取和/或有效载荷递送的处理期间启动前向飞行以抑制振荡。在此示例情况下，控制***可以在部署处理的任何时候从技术上启动向前飞行，例如在部署处理中不暂停。然而，理想地，当检测到的振荡超过阈值时，控制***可以操作马达以暂停系绳的部署，这可以允许控制***在部署处理中暂停期间启动向前飞行模式。然后，一旦控制***检测到有效载荷的振荡已被阻力充分衰减和/或在固定的时间延迟之后(例如，响应于检测到计时器期满)检测到有效载荷的振荡已被充分衰减，然后控制***操作马达以恢复系绳的部署。各种其他示例情况也是可能的。
更进一步地，当控制***操作马达以恢复系绳的部署或缩回时，理想地，当UAV在前向飞行模式下操作时，控制***也可以这样做，而且当UAV在悬停飞行模式下操作时，控制***也可以这样做。
例如，一旦控制***检测到有效载荷的振荡已被阻力充分抑制和/或在固定的时间延迟之后已被充分抑制，则控制***可以响应性地操作马达以部署或缩回系绳，因为控制***还会导致UAV继续以向前飞行模式操作。此外，例如在缩回的情况下，随着系绳被缩回，控制***可以引导UAV保持特定向前飞行速度(例如，确定的初始飞行速度)。以此方式，控制***可以确保系绳的安全且稳定地缩回。然后，一旦控制***确定系绳缩回完成，然后控制***可以响应地改变(例如，增加)向前飞行速度，如果适用的话。
附加地或可选地，一旦系绳已经完全缩回，然后控制***可以使UAV从向前飞行模式切换回悬停飞行模式。对此，在UAV切换回悬停飞行模式之后，然后控制***可以操作马达以部署系绳。以这种方式，向前飞行可以抑制有效载荷的振荡，并且后续的悬停飞行可以允许系绳在特定位置上方部署，诸如用于有效载荷拾取或递送目的。其他示例也是可能的。
在另一方面，控制***可以以有效载荷与UAV相距安全距离为条件来执行方法2900。通常，控制***可以这样做以确保有效载荷在启动向前飞行时不会与UAV碰撞和/或可以出于其他原因这样做。然而，控制***可以各种方式来这样做。例如，控制***可以确定系绳的展开长度，然后可以确定系绳的展开长度大于阈值长度，从而向控制***指示有效载荷处于与UAV的相对安全距离。以这种方式，如果控制***尝试执行方法2900，则只有当控制***确定系绳的展开长度大于阈值长度时，控制***才可以这样做。其他示例也是可能的。
图30A至图30D共同地示出了涉及向前飞行以抑制振荡的技术，特别是在系绳缩回处理中这样做。
如图30A所示，UAV 3000包括系绳3002和耦合到系绳3002的有效载荷耦合装置3004。此外，有效载荷3006被示为已经由UAV 3000递送在地面上的递送位置处。此外，图30A示出当UAV的控制***在系绳缩回模式下操作以将有效载荷耦合装置3004在递送有效载荷3006之后提升回到UAV时，UAV 3000悬停在递送位置上方。
如图30B所示，当UAV3000处于悬停飞行模式时，UAV的控制***暂停有效载荷耦合装置3004的上升。在暂停期间，控制***可以可选地检测系绳3002的展开长度3010大于阈值长度。此外，控制***可以可选地检测有效载荷耦合装置3004的振荡处于大于阈值幅度的振荡幅度3008。对此，控制***然后可以响应地执行前向飞行抑制例程，如图30C所示。特别地，当UAV的控制***仍然暂停有效载荷耦合装置3004的上升时，UAV3000响应地从以悬停飞行模式操作切换为以向前飞行模式操作。然而，在其他情况下，控制***可能未检测到振荡并且可能在固定的时间段内简单地执行前向飞行抑制例程(例如，直到检测到计时器期满)。
如图30C所示，通过切换到前向飞行模式，UAV 3000的移动导致在有效载荷耦合装置3004上的阻力，这抑制了有效载荷耦合装置3004的振荡。因此，在暂停期间以及在UAV进行一定时间的向前飞行之后，控制***检测到有效载荷耦合装置3004的振荡处于小于阈值幅度的振荡幅度3012。以这种方式，控制***确定振荡已被充分抑制，并且响应地确定系绳缩回处理可以恢复。
如图30D所示，响应于确定振荡已被充分抑制和/或响应于检测到计时器期满，然后控制***恢复以系绳缩回模式操作，以在递送有效载荷之后将有效载荷耦合装置3004提升回UAV3000。此外，当控制***继续指示UAV 3000以向前飞行模式操作时，控制***被示为恢复以系绳缩回模式操作。其他说明也是可能的。
ii.减少飞行稳定程度以抑制振荡
根据示例实现方式，UAV可以在位置保持模式下操作，其中，UAV在悬停飞行期间基本上保持物理空间中的物理位置。通常，UAV可以通过在悬停飞行期间参与一种或多种飞行稳定技术(例如，基于视觉的稳定和/或基于IMU的稳定)这样做，诸如当前已知的稳定技术和/或未来开发的稳定技术。
具体地，UAV可以在物理空间中的三个维度上参与飞行稳定，以抵抗UAV在这三个维度中的任何一个方向上的移动，从而有助于维持UAV的物理位置。在实践中，讨论的三个维度可以是UAV的偏航轴、UAV的俯仰轴和UAV的翻滚轴。附加地或可选地，这三个维度可以包括用于UAV的任何可行平移轴(例如，可以沿着其进行UAV的平移移动的任何轴)。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，这三个维度也可以采用各种其他形式。
图31是示出用于减小飞行稳定程度(例如，增益)以抑制振荡的方法3100的流程图(“跛行(go limp)”抑制技术)。如方法3100的块3102所示，UAV可以在位置保持模式下操作。再次，UAV可以在部署系绳用于有效载荷拾取和/或有效载荷递送的处理中这样做，或者可以在缩回系绳用于有效载荷拾取和/或有效载荷递送的处理中这样做。无论如何，当UAV处于位置保持模式时，如块3104所示，UAV的控制***可能会降低沿至少一个维度的飞行稳定程度。可选地，控制***可以响应于确定检测到的振荡超过上述阈值来这样做。此外，如所指出的，讨论的有效载荷可以被认为是与有效载荷耦合装置耦合的有效载荷(例如，包裹)，或者可以被认为是有效载荷耦合装置本身。
更具体地，“跛行”抑制技术可以涉及使UAV降低沿上述三个维度中的至少一个的飞行稳定程度的控制***。通过这样做，UAV然后可以基于外力施加到UAV而沿着那个维度移动(例如，沿着轴的平移移动)。在实践中，这些外力可能是有效载荷振荡的结果。并且，由于这些有效载荷振荡导致UAV沿着讨论的至少一个维度移动，因此能量会随着时间消散，从而由于这种能量耗散而导致抑制检测到的振荡。
根据本公开，减小沿至少一个维度的飞行稳定程度的动作可以采取各种形式。
在一种情况下，减小沿至少一个维度的飞行稳定程度可以采取完全消除沿该维度的任何形式的稳定的形式，从而允许UAV严格地基于对UAV施加外力而沿该维度移动。例如，摆动的有效载荷可以沿特定轴向UAV施加外力，并且由于UAV降低了沿特定轴的稳定性，因此UAV最终可能沿着特定轴移动基于外力幅度的量。以此方式，摆动的有效载荷可能实质上沿特定轴拖动UAV本身。其他示例也是可能的。
然而，在另一种情况下，减小沿至少一个维度的飞行稳定程度可以采取将沿至少一个维度的稳定程度减小特定程度的形式。具体地，控制***可以基于外力施加到UAV而允许UAV沿着至少一个维度移动，但是仅移动特定程度。例如，在检测到UAV沿着相对于上述物理位置的至少一个维度的某种程度的移动之后，UAV可以参与飞行稳定。以此方式，控制***可以有效地允许UAV沿着相对于物理位置的至少一个维度的一定范围的移动(例如，UAV沿着特定轴在每个方向上的多达两米的平移移动)，而不是UAV尝试通过抵抗UAV远离该物理位置的任何移动来维持其物理位置。
此外，控制***在确定减小沿至少一个维度的稳定性的程度时可以考虑各种因素。在示例实现方式中，控制***可以将检测到的振荡用作确定目标稳定程度的基础。这样做时，当检测到的振荡的幅度较大时，控制***可以确定较小的目标稳定程度，从而允许UAV沿着至少一个维度的更大移动，以帮助耗散能量。并且由于UAV的这种更大的移动，更高幅度的振荡可能最终被抑制。其他情况和示例也是可能的。
在沿着至少一个维度减小飞行稳定之后，控制***可以检测到有效载荷的振荡已经被充分抑制和/或可以检测到计时器期满(例如，在“跛行”抑制例程的开始时启动)，并且可以响应地使航空器沿至少一个维度增加飞行稳定程度。根据本公开，飞行稳定性的这种增加可以采取各种形式。
在一个示例中，假设控制***导致UAV完全消除了沿该维度的任何形式的稳定，控制***可能导致UAV完全激活沿该维度的稳定，以尝试完全保持UAV的物理位置。在另一个示例中，再次假设控制***使UAV完全消除了沿该维度的任何形式的稳定，控制***可以通过有效地允许UAV沿着相对于物理位置的至少一个维度的一定范围的移动使UAV沿该维度增加稳定程度。在又一示例中，假设控制***使UAV部分地减小了沿至少一个维度的稳定程度，控制***可以使UAV增加沿该维度的稳定程度。在该示例中，控制***可以使UAV增加稳定程度(例如，达到在减小之前的相同程度)，以便有效地减小UAV沿着相对于物理位置的至少一个维度的移动的允许范围。可选地，控制***可以使UAV增加稳定程度，从而在尝试完全保持UAV的物理位置时完全激活沿该维度的稳定。各种其他示例也是可能的。
在另一方面，控制***可以在各种情况下帮助促进“跛行”抑制技术。在一种示例情况下，控制***可以在缩回系绳用于有效载荷拾取和/或有效载荷递送的处理中启动“跛行”抑制技术。在该示例情况下，控制***可以在缩回处理的任何点(例如在缩回处理中不暂停)在技术上启动“跛行”抑制技术。然而，理想地，当检测到的振荡超过阈值时，控制***可以操作马达以暂停系绳的缩回，这可以允许控制***在缩回处理中的暂停期间启动“跛行”抑制技术。然后，一旦控制***检测到有效载荷的振荡已在沿至少一个维度的飞行稳定程度减小之后(例如，检测到的振荡不再超过阈值)和/或在固定的时间延迟之后(例如，在检测到计时器到期时)已被充分抑制，然后控制***可以操作马达以恢复系绳的缩回。
在另一示例情况下，控制***可以在部署系绳用于有效载荷拾取和/或有效载荷递送的处理中启动“跛行”抑制技术。在这种示例情况下，控制***可以在部署处理的任何点从技术上启动“跛行”抑制技术，诸如在部署处理中不暂停。然而，理想地，当检测到的振荡超过阈值时，控制***可以操作马达以暂停系绳的部署，这可以允许控制***在部署处理中的暂停期间启动“跛行”抑制技术。然后，一旦控制***检测到有效载荷的振荡在沿至少一个维度的飞行稳定程度减小之后和/或在固定的时间延迟之后(例如，在检测到计时器到期时)已被充分抑制，然后控制***可以操作马达以恢复系绳的部署。各种其他示例情况也是可能的。
更进一步地，当控制***操作马达以恢复系绳的部署或缩回时，在沿至少一个维度的飞行稳定仍然减小时和/或在沿至少一个维度的飞行稳定已经增加之后，控制***可以这样做。例如，一旦控制***检测到有效载荷的振荡已被充分抑制和/或检测到计时器到期，则控制***可以响应性地操作马达以部署或缩回系绳，因为控制***还使UAV保持沿至少一个维度的飞行稳定程度的降低。在另一示例中，一旦控制***检测到有效载荷的振荡已经被充分抑制和/或检测到计时器的到期，则控制***可以响应地使UAV沿着至少一个维度增加飞行稳定程度。在该示例中，在UAV增加沿至少一个维度的飞行稳定程度之后，然后控制***可以操作马达以部署或缩回系绳。其他示例也是可能的。
接下来，图32A至图32H共同示出，特别是在系绳缩回处理期间执行的“跛行”抑制技术。
如图32A所示，UAV 3200包括系绳3202和耦合到系绳3202的有效载荷耦合装置3204。同样，有效载荷3206被示为已经由UAV 3200递送在地面上的递送位置处。此外，图32A示出当UAV 3200的控制***在有效载荷3206递送之后在系绳缩回模式下操作以将有效载荷耦合装置3204升回到UAV时，UAV 3200正在悬停在递送位置上方。对此，UAV 3200被示为处于位置保持模式，其中UAV 3200在悬停飞行期间基本上在物理空间中保持物理位置“X，Y”。
如图32B所示，在系绳缩回模式下操作时，UAV的控制***暂停有效载荷耦合装置3204的上升。在暂停期间，控制***可选地检测到有效载荷耦合装置3204的振荡处于大于阈值幅度的振荡幅度3208。响应于以这种方式检测振荡和/或响应于启动计时器，然后控制***执行上述“跛行”抑制例程。特别地，控制***使UAV减小沿至少一个维度的飞行稳定程度。通过这样做，基于向UAV施加外力，UAV然后沿着该维度移动，这可以抑制由于能量消散而引起的振荡。这种移动和能量消散由图32C至32F示出。
更具体地，由于沿该维度的飞行稳定程度的减小，摆动的有效载荷耦合装置3204沿该维度在第一方向将UAV 3200拖动到与位置“X，Y”相距距离D1的位置，如图32C所示。随后，由于沿该维度的飞行稳定程度的持续减小以及由于能量消散，摆动的有效载荷耦合装置3204将UAV 3200沿该维度在第二方向(例如，与第一方向相反)拖动到与物理位置“X，Y”相距较小的距离D2(例如，小于D1)的位置，如图32D所示。随后，再次由于沿该维度的飞行稳定程度的持续减小以及由于进一步的能量消散，摆动的有效载荷耦合装置3204将UAV 3200沿该维度在第一方向拖动到与物理位置“X，Y”相距更小的距离D3(例如，小于D2)的位置，如图32E所示。最终，再次由于沿该维度的飞行稳定程度的持续减小以及由于进一步的能量消散，摆动的有效载荷耦合装置3204将UAV 3200沿该维度在第二方向拖动到与物理位置“X，Y”相距甚至更小的距离D4(例如，小于D3)的位置，如图32F所示。以这种方式，随着能量继续消散，UAV 3200可以继续沿该维度来回移动。
如下图32G所示，由于“跛行”抑制例程，振荡已被抑制。可选地，在暂停期间并且在执行“跛行”抑制例程一段时间之后，控制***检测到有效载荷耦合装置3204的振荡处于低于阈值幅度的振荡幅度3210。在实践中，控制***可以在仍沿该维度减小飞行稳定时和/或在控制***沿该维度增大飞行稳定之后进行这种检测。然而，控制***确定振荡已被充分抑制和/或检测到计时器的到期，并且响应地确定系绳缩回处理可以恢复。这样，如图32H所示，控制***可以在有效载荷递送之后响应地恢复在系绳缩回模式下操作，以将有效载荷耦合装置3204升回UAV 3200。其他说明也是可能的。
iii.展开/缠绕系绳以抑制振荡
根据示例实现方式，UAV的控制***可以通过操作马达以展开和/或缠绕系绳，从而改变系绳上的张力，来抑制有效载荷的振荡。这样做时，控制***可以增加和/或减少展开系绳长度，并且以各种速率这样做，这可以帮助消散能量并因此最终抑制有效载荷的振荡。以这种方式，控制***被提供有附加的控制输入，不必干扰***的其他控制目标(例如，不会阻止航空器保持位置，又抑制有效载荷振荡)。
更具体地，控制***可以操作马达以改变系绳的缩回速率和/或系绳的部署速率。在实践中，缩回速率可以定义系绳缩回的时间、程度和/或速度，而部署速率可以定义系绳部署的时间、程度和/或速度。这样，控制***可以在第一模式下操作马达以(例如，基于检测到的振荡确定和/或经由手动工程输入建立的)至少一个目标缩回速率缩回系绳。附加地或可选地，控制***可以以第二模式操作马达以(例如，基于检测到的振荡确定和/或经由手动工程输入建立的)至少一个目标部署速率部署系绳。通过这种布置，控制***因此可以使用各种特定方法来通过以各种速率控制系绳来抑制振荡。
例如，控制***可以控制系绳的缠绕和/或展开，或系绳的缠绕和/或展开速率以像秋千(swing)一样“泵送(pump)”有效载荷，随着有效载荷移向秋千底部时，系绳会释放；随着有效载荷移向秋千顶部时，系绳会保持牢固(甚至缠绕)。此外，系绳的“泵送”频率、周期和/或相位可以分别与有效载荷的振荡频率、周期和/或相位匹配。通过这样做，即使UAV保持基本静止，摆动的有效载荷的能量也可以被去除。
此外，绞盘的“泵送”程度可能取决于有效载荷与UAV之间的距离，其对应于系绳的展开长度。具体地，当有效载荷与UAV之间的距离较大时，有效载荷的摆动可能会非常缓慢，例如1/4赫兹量级。对此，在绞盘“泵送”期间展开或缠绕到绞盘上的系绳的量可以在米量级。但是，当有效载荷更接近UAV时，摆动速度可能会加快，例如达到1赫兹量级或更高。在这种情况下，在“泵送”期间展开或缠绕到绞盘上的系绳的量可以为厘米量级。
更进一步，随着有效载荷到UAV的距离的改变，系绳的缠绕或展开速度可以从一个振荡周期变化到下一振荡周期，甚至可以在单个振荡周期内变化。例如，缠绕或展开的速率可以与有效载荷的速度或有效载荷的速度的平方成比例。其他示例也是可能的。
通过这种布置，控制***可以在以系绳缩回模式操作以使有效载荷上升时或在以系绳展开模式操作以使有效载荷下降时“泵送”绞盘。具体地，在有效载荷下降期间，可以通过在有效载荷接近秋千的底部时将系绳释放而抑制有效载荷的振荡。然而，当有效载荷移向秋千顶部时，可以减少或停止从绞盘上展开的系绳量，或者甚至可以在有效载荷移至秋千顶部时缠绕系绳。系绳的这种“泵送”可以抵消有效载荷的摆动，以控制和抑制有效载荷的振荡。相反，在有效载荷上升期间，随着有效载荷移动到秋千的顶部时，可以通过将系绳缠绕进来来抑制有效载荷的振荡。然而，当有效载荷移向秋千的底部时，系绳可能会展开，停止或以减少的速率缠绕。其他方法也是可能的。
iv.UAV移动以抑制振荡
根据示例实现方式，UAV的控制***可以通过引导UAV自身以各种方式在整个物理空间中移动来减轻有效载荷的振荡。利用这种方法，控制***可以引导UAV以在有效载荷的上升和/或下降期间抵消，阻止或减少有效载荷的移动的方式进行反应性地移动。尽管下面描述了各种这样的移动，但是在不脱离本公开的范围的情况下其他移动也是可能的。
更具体地，控制***可以操作以确定有效载荷的目标路径。该目标路径可以是在系绳的缠绕期间有效载荷上升的目标路径，或者可以是在系绳的展开期间有效载荷下降的目标路径。例如，目标路径可以基本垂直于地面并且可以从地面延伸到UAV。以这种方式，随着有效载荷被降低或升高时，控制***可以有效地计划将有效载荷维持在UAV的大致下方。但是有效载荷的振荡可能会导致随着有效载荷降低或升高有效载荷从目标路径移开。
如上所述，为帮助解决此问题，控制***可以使UAV以各种方式移动。具体地，在给定的时间点，控制***可以将检测到的有效载荷的振荡用作确定有效载荷相对于目标路径的位置的基础。然后，基于确定的有效载荷相对于目标路径的位置，控制***可以确定将由UAV执行的移动，以便将有效载荷移近目标路径，并且控制***可以使UAV执行确定的动作。这样，随着有效载荷相对于目标路径的位置由于振荡而随时间变化，控制***可以重复地确定这样的移动，并且可以反复地使UAV执行移动以帮助抑制振荡。
举例来说，可以通过响应于有效载荷的移动而水平移动或平移UAV来控制有效载荷的摆动，例如，通过尝试将有效载荷保持在UAV下方。通过使UAV以使振荡最小化的方式平移(例如，来回移动)，抑制有效载荷的振荡(例如，类似摆的摆动)。例如，控制***可以确定有效载荷的当前位置距目标路径特定距离，并且有效载荷当前相对于目标路径沿特定方向移动。响应地，控制***可以立即使UAV沿特定方向水平移动并且以基于特定距离的量进行移动，从而尝试将有效载荷保持在UAV下方。以这种方式，控制***可以反应性地确定抵消有效载荷上的水平力的水平移动，并阻止或抑制有效载荷的振荡。其他示例也是可能的。
D.抑制技术的选择
图33是示出用于选择一种或多种抑制例程/技术以帮助抑制有效载荷的振荡的方法3300的流程图。在实践中，UAV的控制***可以在系绳缩回模式下或系绳部署模式下执行3300方法。根据方法3300的块3302，当系绳至少部分地展开时，控制***可以从多个可用抑制例程中选择一个或多个抑制例程以抑制有效载荷的振荡。然后，控制***可以执行那些选择的抑制例程，如块3304所示。
根据本公开，控制***可以选择上述抑制例程中的任何一个。特别地，控制***可以选择以下例程的任意组合：向前飞行以抑制振荡，“跛行”技术以抑制振荡，系绳的缠绕/展开以抑制振荡、和/或UAV移动以减弱振荡。然而，在实践中，控制***还可以选择在此未描述的其他抑制例程，然后单独地或与上述抑制例程中的任何一个相结合地执行这种抑制例程。
此外，控制***可以基于各种因素来选择抑制例程，下面描述其中一些。在实践中，控制***可以使用这些因素的任意组合作为选择的基础，也许赋予某些因素比其他因素更大的权重。尽管下面描述示例因素，但是在不脱离本公开的范围的情况下其他因素也是可能的。
在一种情况下，控制***可以基于检测到的振荡的特性(诸如基于振荡的幅度、速度和/或频率等)来选择一个或多个抑制例程。例如，控制***可以基于检测到的有效载荷振荡的幅度来选择一个或多个抑制例程。具体地，控制***可以已经存储在其上，或者可以被配置为参考映射数据等，映射数据将各种幅度中的每一个与抑制例程或两个或更多个抑制例程的组合进行映射。举例来说，映射数据可以将特定幅度范围于“向前飞行”抑制技术进行映射，将另一较低幅度范围与“缠绕/展开系绳”抑制技术进行映射。在实践中，可以以这种方式布置映射数据，因为“向前飞行”通常在抑制有效载荷的更剧烈摆动方面可能更有效。这样，控制***可以使用传感器数据来确定检测到的振荡的幅度，然后可以参考映射数据来确定与检测到的幅度相对应的一个或多个抑制例程。
在另一种情况下，控制***可以基于马达的操作模式来选择一个或多个抑制例程。具体地，控制***可以确定马达是在马达在缠绕方向上向系绳施加扭矩的第一模式下操作还是在马达在展开方向上向系绳施加扭矩的第二模式下操作。然后至少部分地基于确定的马达的操作模式，控制***可以选择一个或多个抑制例程。例如，如果马达以第二模式操作，则控制***可以选择除前向飞行抑制技术以外的任何抑制技术，以便避免在准备向前飞行中和/或在向前飞行期间展开系绳长度的进一步增加。
在又一情况下，控制***可以基于UAV的操作模式来选择一个或多个抑制例程。具体地，控制***可以确定UAV是否在UAV尝试拾取有效载荷的有效载荷拾取模式下操作或者UAV是否在UAV尝试递送有效载荷的有效载荷递送模式下操作，可能分别确定有效载荷递送或有效载荷拾取的状态。然后至少部分地基于确定的UAV的操作模式，控制***可以选择一个或多个抑制例程。例如，如果UAV参与作为有效载荷递送模式的一部分的递送后系绳缩回，则控制***可以选择向前飞行抑制技术。在实践中，控制***可以这样做是因为一旦有效载荷被递送，UAV就可以开始向前飞行到下一个目的地。然而，如果UAV参与作为有效载荷拾取模式的一部分的拾取后系绳缩回，则控制***可以选择UAV移动抑制技术，并且这样做是因为UAV的移动可以帮助确保随着有效载荷向UAV上升，拾取的有效载荷经常直接位于UAV下方。
在又一情况下，控制***可以基于有效载荷的值来选择一个或多个抑制路由。在实践中，有效载荷的值可以是有效载荷的价格和/或可以是被递送的有效载荷的优先级等。尽管如此，控制***可以基于由用户提供的输入和/或通过使用对象识别技术基于图像数据来确定有效载荷的值等，来确定有效载荷的值。通过这种布置，控制***可以参考映射数据，该映射数据将各种值中的每一个与抑制例程或两个或更多个抑制例程的组合进行映射。例如，映射数据可以将较高值与“跛行”抑制技术进行映射，因为“跛行”技术可能对损坏较高价值的有效载荷风险最小。这样，控制***可以参考映射数据来确定与确定的有效载荷值相对应的一个或多个抑制例程。
在又一情况下，控制***可以基于UAV所处的环境的状态来选择一个或多个抑制例程。具体地，控制***可以使用传感器数据等来确定关于UAV所处的环境的信息，例如关于该环境中的物体的信息。通过这种布置，控制***然后可以使用关于环境的信息来选择一个或多个抑制例程。例如，如果控制***确定物***于距UAV阈值距离内，则控制***可以选择“系绳的展开/缠绕”抑制技术，从而避免由于参与任何其他抑制技术而导致UAV的任何移动，从而避免与物体碰撞。其他情况也是可能的。
在另一方面，当控制***选择一个或多个抑制例程时，如果可行，控制***还可以确定执行每个选择的例程的持续时间(例如，设置上述计时器的持续时间)。在实践中，控制***可以基于一个或多个上述因素来确定每个这样的持续时间，和/或可以以其他方式确定每个这样的持续时间。例如，当检测到的振荡的幅度较大时，控制***可以确定应当将选择的抑制例程应用更长的持续时间，从而允许足够的时间来充分抑制振荡。可选地，控制***可以简单地执行选择的抑制例程，直到控制***检测到振荡已被充分抑制。其他示例也是可能的。
在另一方面，当控制***选择两个或更多个抑制例程时，控制***还可确定用于组合使用这些选择的抑制例程的方法。在实践中，控制***可以基于一个或多个上述因素确定该方法和/或可以以其他方式确定该方法。此外，尽管下面描述了示例性方法，但是在不脱离本公开的范围的情况下其他示例性方法也是可能的。
在一个示例性方法中，控制***可以例如通过确定第一抑制例程之后应该是第二抑制例程来确定使用选择的抑制例程的顺序。例如，控制***可以确定应该执行“跛行”抑制技术，然后执行“系绳的展开/缠绕”抑制技术。对此，控制***可以确定第二抑制例程应该在第一抑制例程结束之后立即开始。可选地，控制***可以确定控制***在执行第一抑制例程之后应等待特定时段，然后在特定时段到期之后执行第二抑制例程。在某些情况下，控制***可能会使用特定时段来评估检测到的振荡，并且只有在振荡没有得到充分抑制的情况下，才可以决定继续执行第二抑制例程。
在另一示例方法中，控制***可以确定控制***应同时执行两个或更多个选择的抑制例程。例如，控制***可以确定控制***应同时执行UAV移动抑制技术和系绳的展开/缠绕抑制技术。对此，控制***可以确定控制***应该在同一时间点开始执行所选择的抑制例程。可选地，控制***可以确定控制***应该开始执行第一抑制例程，并且在执行该第一抑制例程其间，开始执行第二抑制例程。其他示例方法和所描述的方法的组合也是可能的。
E.附加抑制方面
尽管本文将各种抑制技术描述为在检测到有效载荷的振荡之后或响应于检测到有效载荷的振荡而执行，但是各种抑制技术也可以在其他情况下进行。例如，控制***可以被配置为在飞行的某些阶段和/或有效载荷的拾取和/或递送的某些阶段期间执行一种或多种抑制技术等。这种情况下，控制***可以执行那些抑制技术，而不必检测有效载荷的振荡。对此，如上所述，控制***可以在特定时间段内执行抑制例程，诸如通过在抑制例程开始时启动计时器，然后响应于检测到该计时器的到期结束抑制例程(和/或执行其他操作，诸如恢复系绳缩回)。以这种方式，控制***可以实质上采取预防措施以最小化可能出现的任何振荡。
XII.故障检测与纠正方法
A.未能释放有效载荷
如以上关于方法1800和2600所描述的，UAV可以在递送模式下操作以将有效载荷递送到目标位置，并且随后在释放验证模式下操作以验证有效载荷已经与有效载荷耦合装置分离。然而，在某些情况下，有效载荷在递送时未与有效载荷耦合装置分离。例如，有效载荷耦合装置可能被卡在有效载荷上，使得当UAV马达***作以引起系绳超程时，有效载荷耦合装置保持耦合到有效载荷而不是从有效载荷降低和分离。因此，控制***可以检测这种情况，并且响应地通过使系绳从UAV上分离而不是使有效载荷从有效载荷耦合装置上分离来采取补救措施。
图34是示出用于从UAV分离系绳的方法3400的流程图。方法3400可以由诸如本文其他地方描述的UAV执行。例如，方法3400可以由具有绞盘***的UAV的控制***来执行。此外，绞盘***可以包括：系绳，布置在线轴上；马达，在第一模式和第二模式下可操作，第一模式和第二模式分别抵抗和辅助由于重力(例如，通过向前或反向驱动线轴)而展开系绳；有效载荷耦合装置，将系绳机械地耦合到有效载荷；以及有效载荷闭锁器，在防止有效载荷从UAV降低的关闭位置和允许有效载荷从UAV降低的打开位置之间切换。
如块3402所示，方法3400涉及UAV的控制***操作马达展开系绳并朝向地面降低有效载荷(例如，通过执行方法1800)。控制***可以被配置为检测有效载荷何时接触地面并且响应地发起系绳超程处理以尝试从有效载荷耦合装置释放有效载荷，如块3404所示。当有效载荷停止降低之后，马达继续展开系绳时，发生系绳超程。在系绳超载期间，随着系绳展开时，有效载荷耦合装置继续降低，而有效载荷保持静止。例如，当有效载荷停留在有效载荷耦合装置的突出臂或其他钩状机构上时，这可能导致有效载荷耦合装置与有效载荷分离。如以上关于方法1800所述，控制***可以通过监视马达的速度和/或电流并确定马达速度和/或马达电流低于阈值来检测有效载荷何时接触地面。如以上关于方法1800所进一步描述的，启动系绳超程处理可以涉及在第二模式下操作马达，以在使系绳即使在有效载荷到达地面之后仍继续展开的方向上向前驱动线轴。
通常，进行系绳超程处理将导致有效载荷耦合装置与有效载荷分离。然而，在有效载荷没有从有效载荷耦合装置释放的情况下，系绳超程处理可以重复多达预定次数，如块3404进一步所示。
在实践中，一旦有效载荷到达地面并且控制***已经执行了第一系绳超程处理以尝试将有效载荷耦合装置与有效载荷分离，则控制***可以基于马达的电流确定有效载荷耦合装置是否已经与有效载荷分离(例如，通过执行方法2600的块2602和2604)。例如，在操作马达引起系绳超程之后，控制***可以操作马达以开始缩回系绳，并且如果有效载荷仍然附接在有效载荷耦合装置上，则有效载荷的额外重量可能导致马达吸引更多电流。因此，控制***可以通过检测马达电流高于阈值来确定有效载荷仍然附接在有效载荷耦合装置上。
响应于做出这样的确定，控制***可以重复以下处理：将有效载荷降低到地面，操作马达以引起系绳超程(这次，也许是某个预定附加长度)，然后向上拉在系绳上测试有效载荷分离，如块3402和3404所示。这些处理可以重复多次，直到控制***确定有效载荷已经与有效载荷耦合装置分离为止，或者直到阈值数量的重复发生为止，如块3404所示。
控制***可以跟踪导致系绳超程和测试有效载荷分离的处理已经执行了多少次，并且可以确定这些处理已经重复了阈值次数而没有成功地从有效载荷耦合装置释放有效载荷，如块3406所示。响应于做出该确定，控制***可以决定放弃进一步尝试从有效载荷耦合装置分离有效载荷，并且可以可选地通过操作马达以允许系绳在UAV上升期间展开来决定将系绳从UAV分离，如块3408所示。
在实践中，控制***可以通过控制提供给马达的最大电流操作马达允许系绳展开。通过限制提供给马达的最大电流，控制***限制了马达可以施加在系绳上的力的量。更具体地，控制***可以将最大电流限制在足够小的值，以使马达在最大程度地施加在系绳上的向上力的幅度小于由于有效载荷上的重力而在系绳上施加的向下力的幅度。结果，UAV可能会向上飞行，并且由于系绳上的向下力超过了来自马达的向上力，系绳会继续展开。在其他示例中，控制***可以仅关闭马达，使其自由旋转，以获得相似的结果。
此外，如上所述，系绳可以设置在线轴上。更具体地，系绳的第一端可以不固定地缠绕在线轴上。这样，当系绳完全从线轴上展开时，系绳可能会从线轴分离并掉下来。因此，在控制***操作马达以允许系绳展开时，控制***还可以使UAV启动飞往不同位置(例如，返回位置)的飞行，从而使UAV的飞行展开系绳，并将系绳与线轴分离，从而从UAV释放系绳，如块3410所示。以这种方式，当有效载荷耦合装置不能从有效载荷分离时，有效载荷和系绳都可以留在递送位置处，从而允许UAV安全地驶离。
B.卡住检测
根据本文公开的处理执行系绳拾取和递送有效载荷的UAV可能会发现自己在各种不同类型的环境中操作，需要解决各种不同的问题。一个问题可能涉及不期望的或意外的施加在系绳上的力。例如，一个人可能过度拉紧系绳，或者系绳可能卡在移动或固定的物体上，从而在系绳上产生向下力。其他示例也是可能的。在这些情况下，如果向下的力足够大，则UAV可能会被拉出飞行，可能会损坏UAV、有效载荷或附近的人员或财产。因此，控制***可以检测在有效载荷的递送期间何时将某些力施加到系绳上，并且通过允许系绳从其线轴上展开来作出响应地采取补救措施。
图35是示出当朝向地面降低有效载荷时检测并解决系绳上不期望的向下力的方法3500的流程图。方法3500可以由诸如本文其他地方所描述的UAV执行。例如，方法3500可以由具有绞盘***的UAV的控制***来执行。此外，绞盘***可以包括：系绳，布置在线轴上；马达，在第一模式和第二模式下可操作，第一模式和第二模式分别抵抗和辅助由于重力(例如，通过向前或反向驱动线轴)而展开系绳；有效载荷耦合装置，将系绳机械地耦合到有效载荷；以及有效载荷闭锁器，在防止有效载荷从UAV降低的关闭位置和允许有效载荷从UAV降低的打开位置之间切换。
如块3502所示，方法3500涉及UAV的控制***操作马达执行有效载荷的系绳递送(例如，通过执行方法1800)。在将有效载荷递送到目标位置的处理期间，控制***可能会检测到系绳上的不期望向下力。如上所述，在系绳上存在额外重量(或者在这种情况下，存在足够的向下力)会导致供给马达的电流增加，以便维持马达的期望转速。这样，控制***可以基于马达电流来检测在系绳上的不期望的向下力。此外，为了避免误报，控制***还可以考虑增加马达电流多长时间。
另外，当检测到不期望的向下力时，控制***可以考虑系绳的展开长度。例如，为了将对向下力的检测限制为在地面水平或接近地面的源(例如，检测到拉紧系绳的人)，控制***还可以确定系绳已从线轴上展开多远，以便确定系绳的任何部分位于地面还是附近。其他示例也是可能的。
因此，在实践中，在将有效载荷递送到目标位置的处理期间以及在UAV飞行时，控制***可以基于代表系绳线轴旋转的编码器数据来确定系绳的展开长度，并且控制***可以基于UAV的马达或动力***的电流传感器来确定马达电流。此外，控制***可以确定(a)系绳的展开长度大于阈值长度，以及(b)马达的马达电流大于阈值电流两者，至少持续了预定超时时间，如块3504所示。响应于做出这样的确定，控制模块可以在UAV上升时(例如，如以上关于方法3400的块3408所描述的)操作马达以允许系绳展开，如块3506所示。并且进一步响应于做出该确定，控制***可以使UAV启动飞往不同位置(例如，返回位置)的飞行，使得UAV的飞行展开系绳并将系绳与线轴分开，从而从UAV释放系绳，如块3508所示。以这种方式，当不期望的向下力施加在系绳上时，系绳可能会从UAV上展开并分离，允许使UAV能够安全地驶离。
在其他示例中，代替检测卡住并响应地操作马达以展开并释放系绳，可以通过在拾取有效载荷时在马达上施加电流限制来解决卡住。将马达电流限制为最大值会限制马达可以施加在系绳上的力的量，如果系绳被卡住，这可以防止UAV坠毁。例如，如果电流限制足够低，以至于马达施加在系绳上的最大向上力弱于系绳上的向下力，则假设UAV在系绳被卡住的情况下飞走，马达上的电流限制可能会使系绳完全展开并从其线轴上分离。
除了在有效载荷的递送处理期间承受不期望的力之外，系绳还可能在有效载荷的拾取处理期间承受不期望的力。例如，当将有效载荷从地面朝向UAV绞动时，有效载荷和/或系绳可能会卡在各种物体上，诸如树木、建筑物或各种其他附近物体。作为另一个示例，意外重有效载荷可能会附接在系绳上，从而导致系绳上的向下力过大，从而阻止了UAV提起有效载荷。因此，控制***可以检测在拾取有效载荷期间何时将特定力施加到系绳上，并且作为响应而采取补救措施。
图36是示出当将有效载荷向UAV绞动时检测并解决系绳上不期望的向下力的方法3600的流程图。方法3600可以由诸如本文其他地方描述的UAV执行。例如，方法3600可以由具有绞盘***的UAV的控制***来执行。此外，绞盘***可以包括：系绳，布置在线轴上；马达，在第一模式和第二模式下可操作，第一模式和第二模式分别抵抗和辅助由于重力(例如，通过向前或反向驱动线轴)而展开系绳；有效载荷耦合装置，将系绳机械地耦合到有效载荷；以及有效载荷闭锁器，在防止有效载荷从UAV降低的关闭位置和允许有效载荷从UAV降低的打开位置之间切换。
如块3602所示，方法3600涉及UAV的控制***操作马达以进行有效载荷的系绳递送(例如，通过执行方法1700)。在拾取要递送的有效载荷的处理期间，以及当UAV在拾取位置上方或附近时，控制***可以确定有效载荷耦合装置已经机械耦合到有效载荷(例如，基于如上文关于方法1700所述的马达电流)进行操作，并且可以响应地操作马达以缩回系绳并且将有效载荷朝向UAV提升，如块3604所示。
在缩回系绳的同时，当系绳和/或有效载荷被卡住时，控制***可以检测到错误情况。为了检测卡住，控制***可以监视马达电流。如上所述，向系绳添加向下力会引起马达电流的增加，以便抵消向下力并维持由速度控制器设定的马达速度。因此，当系绳和/或有效载荷被卡住时，随着马达尝试维持由速度控制器设定的旋转速度，马达电流会增加。然而，也如上文关于方法1700所述，马达电流的增加可以指示在绞盘完成之后有效载荷到达UAV。因此，当检测到卡住时，控制***还可以监视并考虑系绳的展开长度。例如，如果系绳的展开长度指示有效载荷尚未到达UAV，则控制***可以检测到卡住。另一方面，如果系绳的展开长度指示有效载荷已到达UAV，则控制***可能不会检测到卡住。因此，在使系绳与耦合到其上的有效载荷一起缩回时，当(a)系绳的展开长度大于阈值长度并且(b)马达的马达电流大于阈值电流两者时，控制***可以检测到错误情况，如块3606所示。
在任何情况下，在检测到错误情况之后，控制***都可以尝试通过操作马达以展开系绳(例如，以预定长度)来纠正错误情况，然后可以恢复缩回系绳，如块3608所示。展开系绳可能会增加系绳的松弛度，也许允许有效载荷的重量消除检测到的卡住。在一些示例中，控制***可以使UAV在恢复缩回系绳之前重新定位自身，以提高消除卡住的机会和/或减少遇到相同卡住的机会。
如果在恢复系绳的缩回之后，控制***检测到错误情况仍然存在(例如，如块3606所示)，则控制***可以通过重复块3608重复尝试以纠正错误情况，并且控制***可以监视重复校正尝试的次数。一旦控制***确定已经进行了预定次数的尝试来纠正错误情况而没有成功纠正错误情况，则控制***可以响应地结束拾取有效载荷的处理，并启动有效载荷递送处理以将有效载荷返回至在拾取位置处或附近的地面，如块3610所示。更具体地，控制***可以操作马达以将有效载荷降低到地面，就好像它正在根据方法1800执行有效载荷递送一样。
C.未能拾取有效载荷
有时，当UAV尝试拾取有效载荷用于系绳递送时(例如，通过执行方法1700)，UAV可以在有效载荷已经附接到系绳之前缩回系绳。例如，在执行方法1700时，UAV的控制***可能在块1708和1710错误地确定有效载荷附接到系绳(例如，由于在预定附接验证时段内有人或东西拉系绳)，并且响应地操作马达缩回系绳。因此，控制***可以被配置为在系绳缩回期间确定有效载荷实际上没有附接到系绳。
图37是检测UAV未能拾取有效载荷的方法3700的流程图。方法3700可以由诸如本文其他地方描述的UAV执行。例如，方法3700可以由具有绞盘***的UAV的控制***来执行。此外，绞盘***可以包括：系绳，布置在线轴上；马达，在第一模式和第二模式下可操作，第一模式和第二模式分别抵抗和辅助由于重力(例如，通过向前或反向驱动线轴)而展开系绳；有效载荷耦合装置，将系绳机械地耦合到有效载荷；以及有效载荷闭锁器，在防止有效载荷从UAV降低的关闭位置和允许有效载荷从UAV降低的打开位置之间切换。
如块3702所示，方法3700涉及UAV的控制***操作马达以进行有效载荷的系绳递送(例如，通过执行方法1700)。在拾取要递送的有效载荷的处理期间，以及当UAV在拾取位置上方或附近时，控制***可以操作马达以展开系绳，并将有效载荷耦合装置降低到预期的有效载荷附接高度，如由块3704示出。如上所述，有效载荷附接高度可以是人或可能机器人设备可以抓住有效载荷耦合装置以将耦合装置附接到有效载荷的高度。例如，有效载荷附接高度可以是高于地面小于两米的高度。
在降低系绳之后，控制***可以等待预定有效载荷附接时段，如块3706所示。该附接时段允许人或者可能是机器人设备有时间将有效载荷附接到有效载荷耦合装置。
当有效载荷附接时段结束时，控制***可以执行附接验证处理，如块3706进一步所示。特别地，附接验证处理可以涉及控制***操作马达，以便在预定附接验证时段内对抗系绳的展开(例如，通过向上拉动系绳以将系绳固定在适当位置或以特定速率缩回系绳)，如块3706a所示。当附加有效载荷时，由于有效载荷的重量增加，将系绳固定在适当位置或以特定速率缩回系绳所需的马达电流会更大。这样，附件验证处理还可以包括：控制***至少部分地基于预定附接验证时段期间的马达电流来确定有效载荷耦合装置是否机械耦合到有效载荷，如块3706b所示。例如，如上所述，控制***可以基于来自UAV的马达或动力***的电流传感器的数据来确定马达电流。如果在附件验证处理期间马达电流超过阈值电流值，则控制***可以确定有效载荷已耦合到有效载荷耦合装置。另一方面，如果马达电流低于阈值电流值，则控制***可以确定有效载荷耦合装置未耦合到有效载荷。
进一步地，当控制***确定有效载荷耦合装置没有机械地耦合到有效载荷时，控制***可以使UAV重复降低有效载荷耦合装置和附接验证处理，以便重新尝试拾取有效载荷，并且在一些实施例中，这些处理最多可以重复预定次数，如块3706所示。对此，控制***可以使UAV放弃拾取并离开，而不是尝试再次拾取有效载荷。在实践中，例如，控制***可以确定附接验证处理已经重复了预定次数，而没有将有效载荷耦合装置成功地耦合到有效载荷，并且响应地启动取消有效载荷的拾取并启动飞往下一个不同位置的UAV飞行。如块3708所示。不同位置可以是另一个拾取位置，或者可以是其他位置，诸如用于对接和/或存储UAV的UAV站。其他示例也是可能的。
如上所述，可能存在以下情况：控制***在有效载荷验证时段期间错误地确定附接有效载荷，并且控制***可能会响应性地使马达进入绞盘状态，以将系绳缩向UAV。因此，为了减少这样的错误确定，可以增加上述预定附接验证时段的持续时间。附加地或可选地，控制***可以进一步被配置为在以绞盘状态操作时执行附接验证处理和系绳降低处理，如块3706所示。
D.有效载荷闭锁器故障
如以上关于方法1800所描述的，当UAV成功地拾取有效载荷并将有效载荷或有效载荷耦合装置拉入UAV的接受器中时，控制***可以关闭有效载荷闭锁器以将有效载荷固定到UAV。然而，在某些情况下，控制***无法关闭闭锁器(例如，由于障碍物或其他问题)，或者控制***关闭闭锁器，但是关闭的闭锁器无法将有效载荷固定到UAV。因此，控制***可以被配置为确定有效载荷闭锁器是否已经成功地将有效载荷固定到UAV。
在一些实施例中，控制***可以在尝试关闭有效载荷闭锁器之前操作马达以向上拉动系绳。如果有效载荷和/或有效载荷耦合装置已经到达UAV接受器，则有效载荷耦合装置被向上压靠在UAV上，从而使得马达不能进一步缩回系绳。此时，关闭有效载荷闭锁器可以成功地将有效载荷和/或有效载荷耦合装置固定到UAV。另一方面，如果有效载荷和/或有效载荷耦合装置尚未到达UAV接受器，则马达可能仍在缩回系绳，并且此时关闭有效载荷闭锁器将无法成功地固定有效载荷。因此，当关闭有效载荷闭锁器时和/或在关闭有效载荷闭锁器之后的持续时间中，控制***可以被配置为监视马达速度以确定有效载荷闭锁器是否成功地闭合并将有效载荷固定到UAV。例如，响应于检测到马达速度高于阈值速度，控制***可以确定有效载荷闭锁器未能成功关闭和/或将有效载荷固定到UAV。
在其他实施例中，在尝试关闭有效载荷闭锁器之后，控制***可以通过操作马达以将系绳展开预定长度来检测有效载荷闭锁器失败。如果有效载荷闭锁器成功地闭合以接合有效载荷或有效载荷耦合装置，则有效载荷或有效载荷耦合装置可以布置在UAV接受器内，使得有效载荷的全部或部分重量落在有效载荷闭锁器上而不是系绳上，马达电流可能低于阈值电流(例如，大约为零)。另一方面，如果有效载荷闭锁器未能关闭，则系绳可能会支撑有效载荷的重量，而支撑有效载荷重量所需的马达电流可能会高于阈值电流。因此，控制***可以基于UAV的马达电流来确定有效载荷闭锁器是否成功关闭。
在任何情况下，响应于检测到有效载荷闭锁器未能关闭，控制***可以操作马达以将有效载荷朝向UAV绞回并再次尝试关闭存储器。该处理最多可以重复预定次数，或者直到成功关闭有效载荷闭锁器为止。在未成功地重复该处理预定次数之后，控制***可以响应地操作马达以将有效载荷降低回到地面并从系绳分离有效载荷(例如，通过执行方法1800)。
下表简要提供了如上所述用于检测和解决错误的各种方法：
XIII.UAV的示例状态图
图38A至图38C示出执行本文描述的各种处理中的一个或多个的UAV的示例性状态图3800。如图所示，UAV有时会在空闲状态3802下操作。在空闲状态下，有效载荷闭锁器(latch)可以处于关闭位置，从而防止系绳展开。此外，为了使马达保持静止，速度控制器可以设置对应于0m/s的系绳下降速率的马达的期望操作速度，并且在调整马达电流以匹配期望的操作速度时，控制***可以忽略随时间的累积误差。马达电流可能会限制为非常高的值，或者可能根本没有限制，因为在此状态下不期望马达旋转。在一些示例中，当将有效载荷从源位置运输到目标位置时，或者当导航到源位置用于拾取时，UAV可以进入空闲状态3802。另外，UAV可以响应于接收到停止命令而从任何状态进入空闲状态3802。其他示例也是可能的。
一旦UAV到达源位置用于拾取有效载荷，控制***就可以接收拾取有效载荷的命令，并且可以响应地进入有效载荷拾取模式(例如，通过执行方法1700)。如状态图3800所示，有效载荷拾取模式可以包括降下挂钩状态3804，在此状态下，控制***操作马达以将系绳从线轴上展开并且将有效载荷耦合装置朝地面降低。尽管状态3804将有效载荷耦合装置称为挂钩，但是有效载荷耦合装置可以采取各种形式，如上所述。可以基于UAV的高度将有效载荷耦合装置降低到预定有效载荷附接高度。一旦有效载荷耦合装置达到有效载荷附接高度(例如，当控制***确定展开的系绳长度至少是阈值长度时)，则控制***可以使UAV进入等待有效载荷状态3806，用于时间延迟，在此期间控制***操作马达以将有效载荷耦合装置保持在基本恒定的高度，从而使有效载荷附接到有效载荷耦合装置。另外，如果控制***未能确定有效载荷耦合装置在设置的时间段(例如，超时时段)内已经降低到预定有效载荷附接高度，则控制***可以响应地前进到等待有效载荷状态3806。
从等待有效载荷状态3806，一旦时间延迟逝去，则控制***进入验证有效载荷状态3808。在此状态期间，在马达尝试将有效载荷耦合装置保持在恒定高度或开始将系绳向UAV缩回时，控制***根据供给马达的马达电流来确定有效载荷是否附接在有效载荷耦合装置上。如果在验证有效载荷状态3808期间马达电流低于阈值电流，则控制***返回到降下挂钩状态3804以重新尝试有效载荷的附接。如以上关于方法3700所述，该重复可以重复多次直到达到极限。一旦达到极限，控制***可以使UAV缩回系绳，上升并且可能返回到空闲状态3802，UAV可以从空闲状态导航到某个其他位置。
另一方面，如果在验证有效载荷状态3808期间，控制***确定有效载荷已经附接到有效载荷耦合装置上(例如，通过在一段时间延迟之后确定马达电流至少为阈值电流)，控制***可以进入绞起有效载荷状态3810。在此状态期间，控制***可以操作马达以缩回系绳，并将有效载荷拉向UAV。如以上关于方法3700所述，控制***还可以在该状态下监视马达电流，以确定在验证有效载荷状态3808期间是否获得了误报(例如，通过检测马达电流比阈值低)。另外，如以上关于方法3600所述，控制***可以在绞起有效载荷状态3810期间监视马达电流，以便检测系绳何时被卡住(例如，通过检测马达电流比阈值高)。响应于检测到卡住，控制***可以操作马达以将有效载荷降低预定长度并重新尝试绞起有效载荷。在尝试去除卡住阈值次数之后，控制***可以操作马达以将有效载荷降低到地面并放弃拾取有效载荷。这可能涉及前进到下降状态3822，这将在下面更详细地讨论。
在绞起有效载荷状态3810下操作时，如果未检测到卡住，或者如果解决了所有检测到的卡住，则控制***可以检测到有效载荷在UAV的阈值距离内(例如，通过测量系绳线轴的转数)，并响应地进入接合有效载荷状态3812。在该状态期间，控制***可以在预定时间段内增加供给马达的电流，以尝试将有效载荷拉入UAV的接受器中并且在其中对其进行定向。如果在此状态期间，控制***检测到马达电流低于阈值电流和/或系绳被展开至少阈值长度，则控制***可以响应地确定有效载荷距离UAV太远，并且可以重新进入绞起有效载荷状态3810，直到控制***再次检测到有效载荷足够接近UAV以前进到接合有效载荷状态3812。
另一方面，如果在接合有效载荷状态3812期间，马达电流保持阈值高，并且系绳的展开长度指示有效载荷已到达UAV，则控制***将进入闭锁有效载荷状态3814。在此状态期间，控制***将有效载荷闭锁器切换到关闭位置，从而防止系绳和/或有效载荷从UAV下降。如上所述，控制***可以通过监视马达速度和/或通过操作马达以尝试降低有效载荷并监视马达电流来确定有效载荷闭锁器是否被成功关闭。如果控制***确定有效载荷闭锁器没有成功关闭，则控制***可以返回绞起有效载荷状态3810并重新尝试提起和接合有效载荷。但是，如果控制***确定有效载荷闭锁器已成功关闭，则控制***可以进入等待递送状态3816。
等待递送状态3816可以类似于空闲状态3802，其中有效载荷固定到UAV，控制***操作马达以使有效载荷保持静止。如果在时间延迟之后，控制***检测到马达速度大于阈值速度，则这可以指示有效载荷没有充分固定到UAV，并且控制***可以响应地返回到绞起有效载荷状态3810。否则，进入等待递送状态3816表示拾取模式的结束。
当处于等待递送状态3816时，控制***可以接收用于递送有效载荷的命令，并且可以响应地进入递送模式(例如，通过执行方法1800)。递送模式可以包括下落前张力状态3818。在这种状态下，当有效载荷闭锁器关闭时，控制***可以操作马达以提升有效载荷(例如，通过将期望系绳速度设置为向上的1m/s或某个其他速度，或通过设置马达电流到预定值)，从而从有效载荷闭锁器去除了有效载荷重量，使打开有效载荷闭锁器更容易。当处于下落前张力状态3818时，控制***可以在时间延迟之后打开有效载荷闭锁器并前进到下落后张力状态3820。在这种状态下，控制***可以操作马达以将系绳保持在恒定位置预定时间量，以允许有效载荷的重量将有效载荷牢固地拉靠在有效载荷耦合装置，从而减少有效载荷可能会从有效载荷耦合装置滑落并分离的任何机会。在预定时间量逝去之后，控制***可以进入下降状态3822。
在下落前张力状态3818和下落后张力状态3820两者下，如果控制***检测到有效载荷已经行进了至少阈值距离(例如，通过测量线轴的旋转)，则这可能表示发生了错误(例如，有效载荷从有效载荷装置过早分离或系绳卡住)，因为在这些状态下线轴应当保持基本静止不动。作为检测到这种错误的结果，控制***可以返回到空闲状态3802，并使UAV导航到可以对其进行维修的位置。
在下降状态3822中，控制***可以根据预定的下降曲线来操作马达以使系绳展开，该下降曲线规定了马达的恒定或变化的操作速度。在检测到系绳已展开至少预定量之后(例如，基于UAV的高度检测到有效载荷在地面的阈值距离内)，控制***可以进入等待着陆状态3824。在一些示例中，控制***还可以被配置为，如果在下降状态3822下经过了阈值时间量而没有前进到等待着陆状态3824，则从下降状态3822前进到等待着陆状态3824。
在等待着陆状态3824中，控制***可以监视马达电流及其操作速度，以便检测有效载荷是否已经到达地面。具体地，在确定马达电流和马达速度都比阈值低时，控制***可以进入可能的着陆状态3826以验证有效载荷事实上已经到达地面。控制***可以被配置为在可能的着陆状态3826中保持预定时间量。如果在这段时间期间马达电流或马达速度达到比阈值高，则这可能表明有效载荷尚未到达地面，并且控制***可以返回到等待着陆状态3824。然而，如果在可能的着陆状态3826的持续时间期间，马达电流和马达速度保持比阈值低，则这可能表示有效载荷事实上已经到达地面，并且控制***可以响应地前进到着陆状态3828。在一些示例中，如果在等待着陆状态3824下经过了阈值时间量而没有前进到可能的着陆状态3826，则控制***还可以被配置为从等待着陆状态3824前进到着陆状态3828。
一旦处于着陆状态3828，控制***就可以操作马达以使系绳超程，从而使得有效载荷耦合装置继续降低，而有效载荷在地面上保持静止。继续降低有效载荷耦合装置可能使有效载荷耦合装置与有效载荷分离。在使系绳超程达预定时间量之后，控制***可以进入验证释放状态3830，以便确定有效载荷耦合装置是否确实与有效载荷分离。
在验证释放状态3830下，控制***可以操作马达以向上拉系绳。基于当向上拉系绳时的马达电流，控制***可以确定有效载荷是否已经从有效载荷耦合装置释放。如果马达电流高于阈值，则这可以指示有效载荷仍被附接，并且控制***可以返回到着陆状态3828。此处理可以重复多达预定次数，这时控制***可以进入自由转动状态3832。
在自由转动状态3832中，控制***可以操作马达以允许系绳完全展开，使得系绳断开并从UAV掉落。这可以通过将马达电流限制到足够低的值(使马达无法抵消由于有效载荷上的重力牵引而在系绳上产生的向下力)来实现，以。可选地，可以完全关闭马达(例如，将马达电流限制为0A)。
再次回到验证释放状态3830，如果在整个预定持续时间内，马达电流保持低于阈值，则这可以指示有效载荷事实上已经与有效载荷耦合装置分离，并且控制***可以响应地前进到上升状态3834。
在上升状态3834中，控制***可以根据预定上升曲线来操纵马达，以使系绳和有效载荷耦合装置朝向UAV缩回，该上升曲线指定了马达的恒定或变化的操作速度。一旦控制***确定系绳的展开长度低于阈值长度以使有效载荷耦合装置足够靠近UAV(例如，基于测量的线轴转数)，控制***就可以进入上升状态3836。
在上升暂停状态3836下，控制***可以操作马达以停止系绳的缩回。一旦系绳的缩回被停止，则控制***可以控制UAV的移动，以便抑制在上升状态3834期间可能发生的系绳的任何振荡。在抑制系绳振荡之后，控制***可以进入最后的上升状态3836。
在最后的上升状态3836中，控制***可以操作马达以恢复缩回系绳。然而，在此状态下，系绳的缩回速度可能比上升状态3834的缩回速度慢。此较慢的速率可能会在系绳上引入较弱的振荡。同样在最后的上升状态3836期间，控制***可以监视马达电流以确定有效载荷耦合装置何时到达UAV。在实践中，当有效载荷耦合装置到达UAV时，该装置被压靠在UAV上，马达速度下降到零，并且马达电流增加，以尝试增加马达速度。因此，控制***可以基于马达电流超过阈值电流来确定有效载荷耦合装置已经到达UAV。响应地，控制***可以进入接合状态3840。
在接合状态3840下，控制***可以增加最大马达电流，以允许马达将有效载荷耦合装置拉入UAV的接受器中并且在其中将其定向。一旦有效载荷耦合装置固定在接受器内，控制***就可以返回到空闲状态3802。如果在接合状态3840期间，马达电流降到阈值电流以下，则这可能表示有效载荷耦合装置事实上不在UAV附近，并且检测到的电流增加可能是由其他原因引起的(例如，系绳的暂时卡住)。在这种情况下，控制***可以回复到最后的上升状态3838。
如状态图3800所示，一旦控制***进入上升状态3834，控制***就可以在确定逝去了阈值时间量而没有使状态前进之后重复地前进到下一状态。
在一些示例中，当与如状态3818至3828所示降低系绳相比，当如状态3834至3840所示缩回系绳时，可以将较低最大电流限制施加于UAV马达。这是因为在缩回系绳时，系绳更容易遇到障碍。施加较低的电流限制会减少马达可能在系绳上施加的力的量。这可以防止马达由于继续向着障碍物绞动UAV而导致UAV坠毁。并且如上所述，如果电流限制足够低，以至于马达的最大力弱于系绳上的向下力，则马达上的电流限制可能会使系绳完全展开并从其线轴上分离，UAV在系绳被卡住时飞走了。在状态3806至3814期间最初拾取有效载荷时，可以采用类似的方法。
XIV.附加方面
在一些实施例中，UAV的控制***可以被配置为在***启动时校准马达的旋转编码器和速度控制器。在实践中，当UAV***最初通电时，马达应该是静止的。因此，编码器数据还应指示马达处于静止。如果编码器数据另有指示，则可以考虑任何不一致将偏移量应用于编码器数据。
控制***可以在UAV***的启动时进一步测试马达的摩擦力。基于测量的马达摩擦力，可以考虑测量的马达摩擦力将偏移应用于各种马达电流设置。随着时间的流逝，直流马达的摩擦力可能会发生变化。因此，在每次启动时测量摩擦力并且相应地调整马达电流设置可以在马达的整个使用寿命内实现一致的操作。
XV.结论
附图中所示的特定布置不应视为限制性的。应当理解，其他实现可以包括给定图中所示的每个元件的更多或更少。此外，一些示出的元件可以被组合或省略。此外，示例性实施方式可以包括在附图中未示出的元件。
另外，尽管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而言将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实现方式是出于说明的目的，而不是旨在进行限制，真实的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离本文提出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。容易理解，可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计如本文一般地描述的以及在附图中示出的本公开的各方面，所有这些在此都被设想到了。
Claims (20)
1.一种有效载荷耦合装置，包括：
外壳，其中，所述外壳适配为附接到系绳的第一端；
槽，从外壳的外表面朝向外壳的中心向下延伸，从而在外壳上在槽下方形成下唇，其中，所述槽适配为容纳有效载荷的手柄；
传感器，被配置为检测有效载荷的着陆；以及
发送器，被配置为基于传感器的着陆检测，将着陆确认信号发送到无人驾驶航空器(UAV)。
2.根据权利要求1所述的有效载荷耦合装置，其中，传感器包括电路，其中，有效载荷的着陆使电路内的电流变化，并且其中，传感器基于电流的变化来确定有效载荷的着陆。
3.根据权利要求2所述的有效载荷耦合装置，其中，电路包括电容器和地，并且其中，有效载荷的着陆通过使电路短路使得电容器通过通向地的电流路径放电，来引起电路内的电流变化。
4.根据权利要求2所述的有效载荷耦合装置，其中，电路包括端子，所述端子适配为在将外壳取回至UAV时连接到电压源。
5.根据权利要求1所述的有效载荷耦合装置，还包括电源，被配置为基于传感器的着陆确定向发送器提供电力。
6.根据权利要求5所述的有效载荷耦合装置，其中，电源被配置为在将外壳取回至UAV时进行充电。
7.根据权利要求1所述的有效载荷耦合装置，其中，发送器包括发光元件，被配置为向UAV上的光检测传感器发射光信号。
8.根据权利要求1所述的有效载荷耦合装置，其中，发送器包括RF发送器，被配置为根据调制方案与UAV的接收器进行通信。
9.根据权利要求1所述的有效载荷耦合装置，其中，发送器包括电路，被配置为经由系绳上的电触点将信号发送到UAV的接收器。
10.一种有效载荷耦合装置，包括：
外壳；
系绳附接点，位于外壳底部；
槽，在外壳的第一内表面和外壳上的一对垂直的向上延伸的指状件之间延伸，其中，所述槽被适配为容纳接收有效载荷的手柄；
开口，形成在一对垂直指状件之间；
系绳槽，位于外壳的第一内表面上；
传感器，被配置为检测有效载荷的着陆；以及
发送器，被配置为基于传感器的着陆确定，将着陆确认信号发送到无人驾驶航空器(UAV)。
11.一种从无人驾驶航空器(UAV)递送有效载荷的方法，包括以下步骤：
提供系绳，所述系绳的第一端固定到位于UAV中的绞盘***，第二端固定到有效载荷耦合装置；
将有效载荷的手柄定位在有效载荷耦合装置的槽内；
确定与有效载荷相关联的重量；
基于确定的重量操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置和有效载荷，直到有效载荷接合地面为止；以及
进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置，直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，确定与有效载荷相关联的重量包括：确定有效载荷是否满足或超过重量阈值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，重量阈值在400克(g)至700g之间。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，基于确定的重量操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置和有效载荷包括：如果有效载荷达到或超过重量阈值，则将制动力施加至绞盘***，并且有效载荷未达到或超过重量阈值，将展开力施加至绞盘***。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦包括：确定有效载荷的着陆，其中，如果有效载荷达到或超过重量阈值，则电流阈值用于确定有效载荷的着陆，其中，如果有效载荷没有达到或超过重量阈值，则系绳张力曲线用于确定有效载荷的着陆。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦包括：基于绞盘***的电流输出确定有效载荷的着陆。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦包括：从有效载荷耦合装置上的发送器接收着陆确认信号。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦包括：从有效载荷接收着陆确认信号。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦包括：在有效载荷上检测着陆的视觉指示。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置和有效载荷之前，确定UAV位于目标位置；以及
响应于确定UAV位于目标位置，使有效载荷耦合装置上的发光元件发出递送信号；
其中，进一步操作绞盘***以降低有效载荷耦合装置直到有效载荷的手柄从有效载荷耦合装置的槽解耦包括：从有效载荷耦合装置上的发光元件接收着陆确认信号。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116994463A (zh) * | 2023-09-22 | 2023-11-03 | 中航信移动科技有限公司 | 一种运动状态航空器信息解绑方法、电子设备及存储介质 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112340005A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-09 | 辽宁科技大学 | 一种基于快递接收柜的多旋翼快递无人机 |
| CN112995597B (zh) * | 2021-02-24 | 2022-09-06 | 四川腾盾科技有限公司 | 一种用于高速无人机实时锁定目标的***及方法 |
| CN114056555B (zh) * | 2021-11-16 | 2023-10-31 | 西安应用光学研究所 | 一种无gps/北斗的系留式旋翼自动定点起降平台及控制方法 |
| JP7427052B1 (ja) * | 2022-07-28 | 2024-02-02 | 楽天グループ株式会社 | 制御装置、無人航空機、及び制御方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10114489A (ja) * | 1996-10-11 | 1998-05-06 | Nippon Juki Hanbai Kk | 吊り下げフック |
| CN102596722A (zh) * | 2009-09-09 | 2012-07-18 | 威罗门飞行公司 | 用于远程工作的无人驾驶航空飞行器的带有便携式rf透明发射管的抑制***声的发射器的***和设备 |
| CN104229140A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-12-24 | 中国人民解放军76321部队 | 飞机用吊运空投装具 |
| US20160009393A1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Breeze-Eastern Corporation | Helicopter Hoist Systems, Devices, and Methodologies |
| US20160059963A1 (en) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Google Inc. | Payload-Release Device and Operation Thereof |
| CN105658519A (zh) * | 2013-08-26 | 2016-06-08 | 谷歌公司 | 用于将载运物从无人飞行器下降至地面的机构 |
| US20170355460A1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-12-14 | X Development Llc | Apparatuses for Releasing a Payload from an Aerial Tether |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE453074B (sv) * | 1985-06-19 | 1988-01-11 | Ramnaes Konstr Tek Ab | Krokanordning |
| US8115498B1 (en) * | 2009-10-02 | 2012-02-14 | The Boeing Company | Proximity sensor interface device and method for its use |
| US9205922B1 (en) * | 2013-07-17 | 2015-12-08 | The Boeing Company | Systems and methods for implementing a payload distribution system |
| US9315268B2 (en) * | 2013-12-04 | 2016-04-19 | Sikorsky Aircraft Corporation | Payload touchdown detection |
-
2018
- 2018-12-21 CN CN201880083324.2A patent/CN111511643A/zh active Pending
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- 2018-12-21 EP EP18891036.8A patent/EP3728031A4/en active Pending
-
2021
- 2021-10-26 AU AU2021257911A patent/AU2021257911B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10114489A (ja) * | 1996-10-11 | 1998-05-06 | Nippon Juki Hanbai Kk | 吊り下げフック |
| CN102596722A (zh) * | 2009-09-09 | 2012-07-18 | 威罗门飞行公司 | 用于远程工作的无人驾驶航空飞行器的带有便携式rf透明发射管的抑制***声的发射器的***和设备 |
| CN105658519A (zh) * | 2013-08-26 | 2016-06-08 | 谷歌公司 | 用于将载运物从无人飞行器下降至地面的机构 |
| US20160009393A1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Breeze-Eastern Corporation | Helicopter Hoist Systems, Devices, and Methodologies |
| CN104229140A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-12-24 | 中国人民解放军76321部队 | 飞机用吊运空投装具 |
| US20160059963A1 (en) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Google Inc. | Payload-Release Device and Operation Thereof |
| US20170355460A1 (en) * | 2016-06-10 | 2017-12-14 | X Development Llc | Apparatuses for Releasing a Payload from an Aerial Tether |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116994463A (zh) * | 2023-09-22 | 2023-11-03 | 中航信移动科技有限公司 | 一种运动状态航空器信息解绑方法、电子设备及存储介质 |
| CN116994463B (zh) * | 2023-09-22 | 2023-12-08 | 中航信移动科技有限公司 | 一种运动状态航空器信息解绑方法、电子设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SG11202005635QA (en) | 2020-07-29 |
| AU2021257911B2 (en) | 2024-03-21 |
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| EP3728031A1 (en) | 2020-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |