[发明专利]用于航空器的操纵系统和方法

说明书

本发明涉及用于航空器的操纵系统和方法。提供航空器对工件的高精度操纵的工件操纵系统。该工件操纵系统包括与航空器耦接的提升机构、末端执行器、和处理器。该提升机构包括使提升机构相对于航空器延伸或缩回的一个或多个关节致动器。该末端执行器包括控制末端执行器操纵工件的操作的末端执行器致动器。该处理器与航空器处理器通信地耦接，并且被配置以控制末端执行器致动器和一个或多个关节致动器的操作。在操作中，该处理器向航空器提供反馈。

技术领域

本发明总体上涉及航空器系统，更具体地涉及能够高精度操纵、运输、和安放工件的航空器和航空器系统。

背景技术

机器人臂已被证实在有限的监管下全天候准确地操作(一般在初始编程之后需要极少操作员交互)。近几十年来，机器人自动化已经发展到能够利用机器人臂高度可靠、毫米精度地拾取和放置工件。虽然机器人臂已发展到高度可靠和有效，但其具有多个缺点。例如，机器人臂还昂贵，占据宝贵的设施不动产，并且由于其局限于被栓接到地板或坐乘在轨道上，单个设施通常需要多个机器人臂彼此相邻安装以服务连续生产线。在某些行业中，工件的精度抓取和安放是重要的。例如，湿实验室(wet-lab)自动化需要能够以毫米精度操纵微平板(例如，微量滴定板)，这传统上利用栓接到地面或布置在刚性线性轨道上的机器人臂进行。

与可能耗资数百或数千美元的高精度机器人臂相比，具有感知和相当运输能力的无人机(“UAV”)便宜一个数量级。事实上，商用低成本UAV开发是活跃且发展中的行业，其中UAV技术已被证明是对于涉及情报、监视、侦察、和有效载荷递送的任务剖面图有价值的工具。UAV公司持续推出具有更多能力的UAV，并且最近，UAV已被用于操纵和运输工件。例如，Amazon最近推出了Amazon Prime Air^TM，其是基于UAV的、被设计以给客户安全递送包裹的递送系统。

当前这代的低成本商用现货(COTS)UAV(即，消费UAV(consumer UAVs))已经能够执行相对安全的室内操作。因此，UAV是仓库、工厂、和实验室中代替机器人臂的极好候选者，其可在给定设施内提供工件的自动化和运输。然而，现有的消费UAV具有空气动力不稳定性和不精确性，使得这种UAV不能够精确抓取和安放。事实上，现代消费UAV以大约几十厘米的精度悬停，这还可能因接近墙壁和桌子、臂动作、以及臂与环境之间的机械互动而强烈受到影响。

因此，需要装备有臂和末端执行器、能够在环境(例如，室内环境)中高精度操纵、运输、和安放工件的UAV。还需要能够改装UAV以弥补这种空气动力不稳定性和不精确性以提供增加端点精确性(endpoint-accuracy)的工件操纵系统。如将公开，工件操纵系统(a)增强UAV的有效端点精确性，和(b)制约由末端执行器(例如，抓取器)和环境之间的互动引起的机械力如何反弹到UAV的飞行动力学上。

发明内容

本文公开了能够高精度操纵、运输、和安放工件的航空器和航空器系统，包括用于航空器的工件操纵系统等。

根据第一方面，提供工件高精度操纵的航空工件操纵系统包括：机体；自机体径向延伸的多个旋翼构架；多个推进器，所述多个推进器每一个均定位在所述多个旋翼构架中的一个旋翼构架的远端，并且电耦接到由航空器处理器控制的电子速度控制器(ESC)；耦接于机体的提升机构(提起机构，lifting mechanism)，其中提升机构包括一个或多个关节致动器，以使提升机构相对于机体延伸或缩回；耦接于提升机构的末端执行器，其中末端执行器包括末端执行器致动器，以控制末端执行器操纵工件的操作；以及第二处理器，该第二处理器与航空器处理器通信地耦接并且被配置以控制末端执行器致动器和所述一个或多个关节致动器的操作。