带有同步传感器网络的无人驾驶飞机制造技术

公开了一种飞机和控制飞机的方法。该飞机包括从飞机的左舷延伸至右舷的连续机翼组件。部分通过机翼的弯曲部分，以及部分或全部通过改变机身相对于机翼的位置的机械系统控制飞机。机身通过机翼/机身接头结构附接到机翼，其允许机身相对于机翼的至少两个相互正交的轴旋转。该飞机包括传感器，链接到远程服务器的遥测系统、用于对飞行信息和飞机控制指令进行编程的控制系统以及响应于该控制系统的多个致动器，用于响应于来自控制系统的指令使机身相对于机翼旋转并使机翼弯曲以控制飞机的飞行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有同步传感器网络的无人驾驶飞机相关应用本申请要求于2017年6月1日提交的标题为“带有同步传感器网络的无人驾驶飞机”的美国临时专利申请号为62/513,675的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及飞机，并且特别地，涉及用于自动控制和/或远程控制重心转移控制的柔性机翼飞机的系统。
技术介绍
由于电子技术的进步，无人驾驶飞机(UAV)现在具有多种形状、尺寸和配置，并已用于许多军事和民用应用，包括监视、战斗和货运。UAV可以在地面操作人员的直接或间接控制下，通过无线电或卫星链路在操作员的视线内或视线外飞行。飞机可以由一个或多个旋翼提供动力并被引导，并且能够垂直起飞和降落。其他无人机可能具有固定的、刚性的机翼，该机翼上装有控制表面，可以与喷气发动机或推进器一起保持在高空并保持机动。这些UAV可能具有允许进行三轴控制的尾翼和方向舵，或者可能是无舵的并且在两轴控制的基础上起作用。用于UAV的各种设计在本领域中是已知的，包括柔性翼型UAV(WO1610/100374A1)。控制UAV的各种方法在本领域中也是已知的，包括用于与自主UAV通信的方法(US782316B2)、模块化UAV包裹空中输送(US9348333B1)、用于延长飞行时间的UAV配置(US16116129998A1)等等。在地面操作员的直接控制下(无论在视线之内还是视线之外)的无人机通常需要计算机化的飞行控制器，该控制器仅需要能够将来自地面控制台的输入转换为飞机控制面的适当移动以引导飞机沿着期望的飞行路径。在没有地面操作员直接输入的情况下运行的无人机需要飞行控制器，该控制器可以将飞机自动引导到预定的目的地，并考虑到障碍物、飞机和环境条件(例如可能会影响飞机性能和飞机任务成功的天气)的状况和行为，向机械、制导和致动系统发出适当的命令，并接受对致动系统正确运动以及由此产生的飞行路径和飞机行为的确认。但是，现有的无人机可能没有执行某些苛刻任务或操作所需的灵活性。需要制造和操作成本低廉且能够执行多种任务的UAV。
技术实现思路
我们在本文中公开了一种使用传感器、电子设备、机械控制器和有效载荷系统的组合的用于UAV的系统和方法，其适合于先前未被用作自主UAV的特定类型的飞机。更具体地，我们在本说明书中公开了一种飞机，其包括：从飞机的左舷延伸至右舷的连续机翼组件，该机翼组件包括机翼主体，该机翼主体至少部分地是柔性的，从而至少部分地通过机翼组件的弯曲部分来实现飞机的控制；通过机翼/机身接头结构附接到机翼组件的机身，所述机身接头结构构造成允许所述机身相对于机翼结构的至少两个相互正交的旋转轴旋转，用于对飞行信息和飞机控制指令进行编程的控制系统；响应于所述控制系统的多个致动器，用于响应于来自控制系统的指令使机身相对于机翼组件绕所述两个旋转轴线旋转，并使机翼组件弯曲以控制飞机的飞行。我们进一步公开了一种自主控制飞机的方法，该飞机包括柔性机翼和通过接头连接到机翼的机身，该接头允许机身相对于机翼绕两个正交的相对水平轴旋转。在最广泛的方面，该方法包括：a)从多个传感器获取数据；b)将所述数据传输到控制器；c)在控制器内将所述数据处理成飞机控制信息；和d)将所述飞机控制信息从控制器传输到响应于所述控制信息的飞机控制致动器，其中，致动器通过它们中的一个或多个使机身相对于机翼绕至少一个水平轴和/或通过使机翼变形或弯曲来控制飞机，其中所述旋转和机翼弯曲控制飞机飞行。在一些实施例中，该方法包括将所述传感器数据和飞机控制信息传输到地面人员以跟踪飞机、执行历史或维护相关的分析和/或响应于外部事件而超控控制器。本文中的方向性参考，例如“垂直”、“水平”等，仅为了便于描述而使用，并且无意限制本专利技术的范围，显而易见的是，本文描述的部件可以在任何方向上定向。此外，这里仅以示例的方式给出了具体的尺寸、材料、制造方法等，而无意于限制本专利技术的范围。附图说明现在将参考附图通过示例的方式来描述实施例，在附图中，相同的附图标记可用于指示相似的特征，并且其中：图1是飞机的一个实施例的后透视图。图2A是图1的飞机的前透视图。图2B是图1的飞机的前透视图，其中货舱处于打开位置。图3是根据第一实施例的飞机机翼的俯视透视图。图4是机翼的前透视图，示出了外机翼的左舷和右舷柔性。图5是机翼的侧面透视图，示出了机翼主体的后缘柔性。图6分别显示了机翼的俯视图和前透视图，示出了机翼的柔性。图7分别显示了机翼的俯视图和后部透视图，示出了机翼的内部结构。图8是机身接头组件的透视图。图9是机身旋转致动系统的侧面透视图。图10是图9的机身旋转致动系统的前透视图。图11是图9的机身旋转致动系统的侧面透视图。图12A是示例性翼尖致动器的侧面透视图；图12B是图12A的翼尖致动器的透视图。图13A是安装在机翼上的图12A的翼尖致动器的透视图。图13B是根据实施例的翼尖致动器的透视图。图13C是根据实施例的处于分解状态的翼尖致动器的透视图；图13D是图13B的翼尖致动器在组装状态下的透视图。图14是示例性机翼后缘致动器的透视图；图15是根据第一实施例的UAV飞行控制系统的示意图。图16是示出根据示例实施例的UAV飞行控制系统中的数据流的示意图。图17是图15的主传感器网络的框图。图18是飞行控制系统的操作的框图。图19是飞行控制系统的操作的框图。图20是根据示例实施例的飞行控制系统的操作的框图。图21是飞行控制逻辑流程图。图22是控制飞机的方法的流程图。图23是在各个飞行阶段期间致动系统偏好例程的示意图。图24是根据第二实施例的飞机的透视图。图25是图24的飞机的货舱的透视图。图26是图24的飞机的货舱的一部分的透视图。图27是根据第三实施例的飞机的侧面透视图。图28是图27的飞机的俯视透视图。图29A是根据第四实施例的飞机的前透视图；图29B是图29A的飞机的侧面透视图。图30是示例性轴致动器的透视图。图31A是飞机的实施例的发动机和一部分框架的透视图。图31B是图31A的框架的一部分的透视图。图32是示出了一部分框架中的飞机的实施例的透视图。图33是图8的机身接头组件的第二实施例的透视图。具体实施方式定义：“柔性翼飞机”是指：具有响应于某些飞行条件改变形状的机翼的飞机以影响飞机空气动力学控制的方式。“自主”是指：在大部分或全部任务期间，只需很少的人工干预或无需人工干预，即可在计算机的指导下执行计划和编程的任务；即能够对与计划任务的完成有关的信息进行感知、解释并采取行动。“半自主”是指：能够接受和解释来自人类操作员的部分、最小或不频繁的命令输入，并能够解释这些相对简单的输入以控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机，其特征在于，包括：机身，从飞机的左舷延伸至右舷的连续机翼组件，机翼组件包括柔性机翼主体，连接至机翼组件并适于使机翼充分弯曲以控制飞机的至少一个机翼致动器，连接机身和机翼组件的机身接头，其中机身接头允许机身独立于机翼组件移动，连接机身和机翼组件以使机身相对于机翼组件枢转的机身致动器，至少一个用于检测飞机参数的传感器，以及适于响应于来自至少一个传感器的信号而致动机翼和机身致动器从而响应于来自至少一个传感器的信号通过机翼弯曲和机身相对于机翼组件的旋转的组合来控制飞机的控制系统。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170601 US 62/513,6751.一种飞机，其特征在于，包括：机身，从飞机的左舷延伸至右舷的连续机翼组件，机翼组件包括柔性机翼主体，连接至机翼组件并适于使机翼充分弯曲以控制飞机的至少一个机翼致动器，连接机身和机翼组件的机身接头，其中机身接头允许机身独立于机翼组件移动，连接机身和机翼组件以使机身相对于机翼组件枢转的机身致动器，至少一个用于检测飞机参数的传感器，以及适于响应于来自至少一个传感器的信号而致动机翼和机身致动器从而响应于来自至少一个传感器的信号通过机翼弯曲和机身相对于机翼组件的旋转的组合来控制飞机的控制系统。


2.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述机身接头被构造成允许所述机身相对于所述机翼结构绕至少两个相互正交的旋转轴旋转。


3.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述控制系统适于接收并存储编程的飞行信息和飞机控制指令。


4.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述机翼组件还包括从所述机翼组件的相对尖端向上延伸的小翼，所述小翼可相对于所述机翼主体绕至少一个旋转轴线旋转，以提供对所述飞机的附加控制，所述小翼由飞机的一个或多个致动器控制。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的飞机，其特征在于，所述机翼和/或机身致动器包括可伸缩电缆。


6.根据权利要求1-4中任一项所述的飞机，其特征在于，所述机翼和/或机身致动器包括线性或旋转电致动器中的一个或两者。


7.根据权利要求1-4中任一项所述的飞机，其特征在于，所述机身致动器包括轴杆致动器。


8.根据权利要求1至4中任一项所述的飞机，其特征在于，所述机身接头被构造成允许所述机身绕第一水平轴线旋转运动，以允许所述机身相对于所述机翼组件侧倾，以及绕垂直于所述第一轴线的第二水平轴线旋转运动，以调整机身相对于机翼组件的俯仰。


9.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述控制系统包括：
a)多个传感器，所述多个传感器安装至飞机并被配置为从飞机的一部分的一个或多个和飞机的环境中获取数据；
b)存储器；和
c)主飞行控制器，所述主飞行控制器包括与所述存储器通信并被配置为执行存储在存储器上的计算机指令的处理器，所述计算机指令使所述处理器从所述处理器接收数据并将数据传输到所述多个传感器，所述飞行控制器电连接至一个或多个致动器。


10.根据权利要求9所述的飞机，其特征在于，还包括通信系统，所述通信系统可安装在所述飞机上并与所述主飞行控制器和远程服务器通信，所述通信系统被配置为从所述主飞行控制器接收数据并将所述数据传输至所述远程服务器。


11.根据权利要求9或10所述的飞机，其特征在于，还包括与所述主飞行控制器分离并且可操作地连接至一个或多个致动器和通信系统的辅助飞行控制器，所述辅助飞行控制器被配置为独立于所述主飞行控制器来控制一个或多个致动器。


12.根据权利要求9所述的飞机，其特征在于，所述多个传感器获取位置数据、惯性运动、环境温度、湿度、速度和方向中的一个或多个。


13.根据权利要求9至12中任一项所述的飞机，其特征在于，所述通信系统被配置为从所述远程服务器接收数据。


14.根据权利要求9至13中任一项所述的飞机，其特征在于，多个传感器中的一个或多个安装在飞机的机翼、多个小翼或机身中的一个或多个上。


15.根据权利要求9至14中任一项所述的飞机，其特征在于，所述处理器被配置为将从所述多个传感器获取的位置数据与环境的参考位置相关联。


16.根据权利要求9至15中任一项所述的飞机，其特征在于，所述处理器被配置为将从所述多个传感器中的一个获取的机身或...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·F·皮萨罗，B·C·道瓦尔德，
申请(专利权)人：罗马里斯公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA