CN116348379A - 用于无人机的后勤站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于无人机的后勤站,其可以适用于不同的无人机(12),并且包括至少一个着陆区,所述至少一个着陆区包括用于保持无人机的装置、用于更换无人机电池和/或对无人机充电的机器人(30)以及电池储存器(20)。
Description
对应申请
本申请要求于2020年9月16日提交的在先国际申请第PCT/IB2020/058619号的优先权,该在先申请的内容通过引用整体并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种站,优选地是移动站,以及这种站的元件,其能够容纳若干类型的无人机并在无人机和无人机的部件上执行若干功能/动作。该系统特别能够将无人机放置在限定位置,将无人机锁定在站中,从无人机取出一个或多个电池,将一个或多个满电池插入无人机中,并且以独立方式对取出的电池充电。
此外,该系统使得可以装载和/或卸载各种负载,例如包裹、种子、处理液体或来自无人机的任何其他负载。
该站优选地配备有优化电池寿命的智能电池充电系统和能够操作任何类型的有效载荷的可编程机器人。本发明还涉及一种通用电池壳/罩(cage)系统,其易于插入/取出、连接/断开,从而使得可以通过机器人操作电池并因此自动管理和操作所述电池。
该站可以在若干无人机的网络中或在每个无人机包括一个站的系统中用作中间站。站可以是固定的或移动的,例如安装在载具上。优选地,该站可以适用于不同的无人机,例如不同构造和/或不同尺寸的无人机。
发明内容
本发明的一个目的是改进现有技术中已知的系统。
本发明的另一个目的是提出一种允许自动管理若干类型、形状和尺寸的无人机的系统和装置。
本发明的另一个目的是提出简单且可靠的生产装置。
本发明的其他目的和优点从本发明的各种实施例的以下描述中显现。在本说明书中,主要描述了应用于无人机,但是本发明可以与能够在所描述的站上着陆和起飞的其他飞行载具(如直升机或其他等同物)一起使用。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施例。
图1示出了本发明的实施例。
图2至6示出了本发明的实施例的部分。
图7示出了在本发明的实施例中使用的传感器。
图8示出了在本发明的实施例中使用的圆顶。
图8至15示出了本发明的一个实施例中的电池及其安装。
图16示出了本发明的总体视图。
图17和18示出了本发明的另一实施例。
图19至23示出了具有支撑件和固定装置的电池的实施例。
图24A至24D示出了根据本发明的紧固装置的一个实施例。
图25和26示出了根据本发明的实施例的定心装置。
图27A至27F示出了根据本发明的用于保持无人机的装置的实施例。
图28A至28K示出了根据本发明的允许无人机定向(例如保持其水平性)的装置的实施例。
图29至33示出了根据本发明的用于在无人机中再填充液体的装置的实施例。
具体实施方式
在一些实施例中,根据本发明的后勤站被提供用于具有至少一个电池的飞行电动载具,例如无人机,该站适用于不同的飞行载具,并且包括至少一个着陆区,所述至少一个着陆区具有用于保持飞行载具的装置、用于更换飞行载具的电池和/或飞行载具的充电器的机器人以及储箱/电池充电器。
在一些实施例中,站包括圆环形式的部分,以在着陆和起飞区中支撑飞行载具。
在一些实施例中,保持装置包括至少三个锁定系统。
在一些实施例中,保持装置包括相对于彼此可移动的两个板。
在一些实施例中,圆环和保持装置固定在站中,或者可以沿着由定向装置致动的一个或多个轴线移动。
在一些实施例中,定向装置包括联接到支撑件的致动器或马达。
在一些实施例中,锁定装置根据圆环的位置移动。
在一些实施例中,当圆环处于高位置时,锁定装置处于打开位置,并且当圆环处于低位置时,锁定装置处于锁定位置。
在一些实施例中,站包括至少一个电池储存和充电区。
在一些实施例中,电池通过通用附接系统安装在罩中。
在一些实施例中,站包括具有至少一个手指的机器人,以在站中移动电池。
在一些实施例中,站包括用于使飞行载具定心的装置。
在一些实施例中,站包括运动检测传感器。
在一些实施例中,站包括圆顶,以在起飞和着陆期间保持恒定的飞行条件。
在一些实施例中,由引导件和锁定系统通过弹簧以及通过与引导件配合的夹子确保电池的锁定。
在一些实施例中,站安装在载具上。
在一些实施例中,站包括至少一个站储箱。
在一些实施例中,站储箱包括至少一个混合器和与喷枪相关联的一个泵。
在一些实施例中,站包括换热器。
在一些实施例中,站与至少一个无人机或另一等效载具组合。
根据本发明的系统包括后勤站1,所述后勤站能够容纳若干类型的无人机12或其他等效飞行载具,如本申请中详细描述和示出。该系统能够通过适当的手段将所述无人机放置在限定位置,一旦已到达所述位置就将无人机12锁定在站中,取出用过的和/或空的电池(或蓄电池),插入满电池并对已移除的空电池充电。此外,该系统允许装载和卸载包裹、种子、处理液体或任何其他负载。该站配备有优化电池寿命的智能电池充电系统和能够操纵任何类型的有效载荷的可编程机器人。一种通用电池壳/罩系统,易于插入/取出、连接/断开,从而使得可以通过机器人操纵电池。
根据本发明的站特别适用于若干无人机,并且能够操作所有类型的有效载荷(液体、固体等)。
在一个实施例中,着陆区1优选地包括圆环10,在所述圆环上固定有图1中所示的三个锁定系统11。当然,可以提供另一数量的锁定系统(例如,三个以上)。每个锁定系统11包括例如引导件(以滚轮的形式示出),所述引导件可以移动和保持无人机的臂。图1示出了具有打开的三个锁定系统的圆形着陆区10。
如图2中所示,无人机12着陆在圆环10的中心和其臂13上,系统11锁定臂13以保持无人机。锁定系统11的位置对应于无人机12的臂13的位置,所述位置是可变的并且因此适用于若干类型的无人机。优选地,锁定系统11被放置成接收一种类型的无人机(例如,具有如图2中的六个臂)或具有少于六个臂或多于六个臂的无人机。优选地,如图所示使用三个锁定系统11。
该站优选地适用于若干无人机(例如具有三个或更多个臂),无人机下方的空间是自由的,无人机着陆在其臂上并稳定地保持就位,参见图2,图2示出了具有锁定的无人机12的圆形着陆区。
着陆区包括滚轮形式的引导件14(在图3中被包围,图3示出了用于精确着陆的引导件),使得可以在站中驾驶(steer)无人机12并且因此确保在锁定系统的中心的精确着陆。引导件14“夹紧”待保持的无人机的臂。引导件14优选地自由旋转,以便当三个锁定系统在无人机的臂上闭合时允许调节无人机的位置(图2)。
该系统允许高精度(GPS包括正或负1米的公差,减小到5厘米),其将无人机放置在已知的基准位置。
每个锁定系统11包括例如4个滚轮14,确保无人机12在其锁定时的适当滑动,特别参见图4和5。这些滚轮14是可移动的,并且可以朝向彼此移动以保持无人机的臂,参见图1、2、4和5。在图4(或1)中,它们“打开”,即彼此远离,而在图2和5中,它们“闭合”,即彼此靠近。
图4示出了从侧面看到的打开的滚轮14,并且图5示出了从上方看到的闭合的滚轮。
着陆区的中心优选地是空的,这使得可以保持机载设备(包裹、相机、检测工具等)的自由通道,如图6中所示,图6示出了中心处的自由着陆区。
因此,无人机12可以运输庞大的有效载荷,并且仍可以着陆在站上。
根据实施例,该站配备有运动检测传感器15以在第三方侵入该区的情况下停止着陆或起飞。图7示出了这种运动传感器15。
该特征的优点是增加了站周围的安全性以避免例如人员遭遇意外,或例如损坏无人机。
在一些实施例中,圆顶16可以围绕站,以便在无人机12下降期间保持恒定的飞行条件。圆顶16优选地配备有可伸缩顶盖17,所述可伸缩顶盖仅在着陆/起飞阶段期间打开和关闭,以便保护设备免受恶劣天气的影响,例如免受诸如风的外部影响。图8示出了圆顶和可伸缩顶盖的图。
优点包括在着陆期间稳定与风干扰、防雨和防止故意破坏。
优选地,该站在接近和等待阶段期间协调无人机12。它根据每个无人机和/或UAV(无人飞行器)的飞行状态和电池状态或根据其他标准对无人机的着陆进行优先级排序。因此,它优选地与电子装置76(参见图28I)(如一个或多个计算机)和通信装置(如无线网络)相关联,所述通信装置确定无人机的位置并且可以组织着陆和/或起飞命令和/或其他无人机动作,如机场中的控制塔。可以使用不同标准,例如:电池的状态、相对于运输或待运输的负载的紧急性、天气和环境条件等。无人机优选地与这些电子装置连续通信以发送状态信息(例如无人机的位置、电池的充电状态等)并接收命令(例如移动、着陆、等待等)。该管理可以是自动化的和/或编程的和/或由操作者控制,例如根据无人机的任务和/或要采取的动作。管理可以是混合的,部分自动、部分编程并且部分由操作者执行。管理的分布可以随时间或情况而变化:例如,操作者可以在出现问题的情况下“接管”或选择自动动作(例如用于起飞或着陆等)或通过远程控制来行动。
该实现方式的优点是通过与所有相关无人机和载具通信来集中每个无人机的飞行数据(电池状态等)和无人机网络的管理。
在本发明的实施例中,电池充电系统是智能的并且允许更长的电池寿命。为此,该系统优化充电,特别是关于电池的温度和状态。可以使用其他参数,例如电池的老化、其经历的充电循环次数。
以该方式进行的优点是使用智能管理系统优化电池的寿命。
在示出电池储存和充电区的图9所示的本发明的实施例中,电池充电区由完全模块化的电池21的“盒”20组成。如果由于必须补充若干无人机12,客户希望增加站的容量,则添加自身包括若干电池的“盒”就足够了。
这些实施例的优点是电池21的储存的完全模块化,对于不同的无人机12具有非常大量的电池和不同类型的电池的可能性。
电池21可以附接到形成通用附接系统的壳/罩22,如图10-11、图12和图13中所示,图10-11示出了电池罩、电池、固定安装件和机器人手指31,图12示出了具有电池和罩的无人机中的固定支架,并且图13示出了具有电池和罩的储存器。这些壳22放置在无人机12和电池储存器20中。这些壳22允许固定市场上可获得的不同容量的电池。该易于插入/取出、连接/断开的通用系统使得可以通过例如机器人30操作电池21(参见图16)。
该系统的优点是它可以适用于所有类型的电池,使得可以由机器人操作。
在例如图14(其示出了用于壳22的固定接收板25,在无人机12上具有用于安装电池的连接器26)所示的实施例中,由引导件和锁定系统通过弹簧以及通过电源连接器的摩擦和通过夹子来确保壳的锁定,所述夹子将壳的凸形引导件压靠在位于无人机下方的电池接收模块的凹形引导件上。
该系统的优点适用于所有类型的电池,简化且可靠的电源连接触点。
在图15(其示出紧凑的电池罩)所示的实施例中,用于接收电池21的模块23用于将壳容纳在无人机中以及储存和装载空间中。这些模块23再次适用于若干类型的无人机。
优点是无人机12的电池21的位置的标准化。
图16是根据本发明的站的实施例的一般图示,所述站包括上面参考前述附图描述的元件。该站特别地包括具有电池盒20、无人机12和机器人30的着陆区,所述机器人用于根据本发明的原理更换电池并装载/卸载无人机。附图标记32示意性地示出了用于承载站的载具。该载具可以是例如卡车、拖车、履带式载具、坦克(例如军用坦克)等。该构造的原理适用于如本申请中所述的本发明的所有实施例。
图17和18示出了本发明的另一实施例,其中着陆区1包括圆环10,四个锁定系统11固定在所述圆环上。无人机12着陆在圆环10的中心和其臂13上,系统11锁定臂。锁定系统11的位置对应于无人机的臂的位置,所述位置是可变的,因此适用于若干类型的无人机。根据无人机的臂的数量,可以优选地使用四个锁定系统11,而不是如上所述并例如在图1中示出的三个。
图19至23示出了电池21及其支撑件的另一实施例。电池固定在壳/罩22'上。这些壳放置在无人机和电池储存器中。这些壳允许电池附接到市场上可获得的不同容量。易于插入/取出、连接/断开的该通用系统使得可以通过机器人水平地操作电池。
具体地,如图19中所示,该系统包括安装在壳22'中的电池21,壳是标准的但适合于电池21。导线27将电池21电连接到触点27'。图20示出了安装在无人机12中的电池30。
图21更具体地示出了具有到电池21的接触导线27的壳22'。
图22示出了在无人机上或在储存/充电系统中使用的用于接收电池21及其壳22'的装置。这些装置包括支撑件28和在接触支撑件29上的触点29',所述触点旨在与壳22'的触点27'接触(在图21中示出)。壳22'在支撑件28上的组装例如通过在图22中从左向右滑动来完成,并且一旦滑动完成,壳22'的触点27'就与无人机12的触点29'接触。
为了一旦安装(例如通过滑动)就将壳22'锁定就位,壳22'包括图23中所示的锁定装置。这些锁定装置包括例如“L”形夹子40,所述夹子在一端包括斜坡41。这些斜坡41旨在进入支撑件28的开口28',以便将壳22'锁定就位。斜坡41通过压力弹簧43保持在开口28'中。为了从支撑件28移除壳22'(和电池21),机器人30将抵靠弹簧42按压“L”40,这将使斜坡41移动到开口28'中。由于它们具有倾斜平面,因此一切将抵抗弹簧43上升并离开开口28',这释放锁定并允许通过滑动(例如,在图19中向左)取出壳22'。
图24A至24D示出了无人机阻挡装置12的另一实施例。在该实施例中,阻挡装置不阻挡无人机的臂,而是位于无人机下方,并且通过其脚保持和定心无人机12并将其锁定在良好位置。这些装置特别地使用两个滑动板50,所述两个滑动板在无人机12着陆时彼此分离,并且在着陆之后朝向彼此接近,以便“夹紧”无人机12的脚12'。图24A和24B示出了处于闭合位置的板50,图24C和24D示出了处于打开位置的板50。这些板50也可以与站1的图1(例如)的实施例一起使用,并且形成实施例的阻挡装置11的替代或补充。它们例如通过致动器和/或滑道和/或蜗杆侧向定位。
元件优选地被添加到无人机,以允许完全锁定和系泊,例如适于通过板50夹紧它们的支撑件或紧固件。
该系统可以用于臂太短或不可接近的多旋翼无人机,但也可以用于其他类型的VTOL无人机(例如,固定机翼或直升机)和其他UAV。
图25和26示出了无人机定心装置。它们特别地包括安装在致动器52上的定心杆51,能够使其在图26中向右移动。由于图25所示的站包括以120°分布的它们中的三个(例如),因此杆51朝向站的中心的移位将具有使已着陆的无人机定心的效果。
这些定心装置可以用于本发明的所有实施例中。在图25中,图27A至27F的实施例示出为具有滚轮64、拉杆61和致动器62。
图25、27A至27F示出了根据本发明的站的一个实施例。该站的特征特别是着陆区1(即圆环10)的水平的自动升高和降低,用于例如无人机的着陆和起飞。锁定/系泊系统60(例如,以滚轮的形式)在着陆区下降时关闭并校正无人机的位置并且在着陆区上升时打开以释放无人机起飞。图27A至27C示出了当着陆区1处于低位置时处于关闭状态的系统:在该位置,根据本发明的原理,无人机12由锁定装置60保持。图25、27D至27F示出了处于高位置或打开位置的着陆区1:在该位置,无人机12不再被保持并且可以起飞或着陆。从高位置到低位置的移动以及相反的操作通过致动器来实现,例如所示的气缸(已示出三个锁定系统60,但是可以存在更多)。锁定装置60可以通过着陆区的移动直接致动,例如通过横拉杆61,所述横拉杆使锁定装置60的滚轮64从打开位置(图27F)移动到闭合位置(图27C)。替代地,可以使用不直接取决于圆环10的位置的锁定装置60的独立控制。图27B和27E中的箭头示出了锁定装置的移动。区1的竖直移动可以例如通过具有或不具有引导(例如在滑动件上)的机械、流体致动器62来实现。每个锁定系统60包括例如三个滚轮64,当无人机被锁定时确保无人机12的适当滑动,特别参见图27A、B、D、E。这些滚轮64是可移动的并且可以倾斜以保持无人机臂,参见图27C和27F。在图27D、E和F中,它们“打开”,即彼此远离,而在图27A、B和C中,它们“闭合”,即彼此靠近并保持无人机(图27B)。
图28A至28K示出了着陆区1的实施例,其相对于地形的水平(或“姿势”)被控制,优选地自动控制,并且可以如图所示修改(向前、向后、向右或向左等倾斜,参见图28A至28H)。例如,如果系统安装在载具32上,而载具32在不平坦的地形上移动,则这样的区1是有用的。因此,可以校正区1(圆环10)的位置,使得其永久地保持水平或基本上水平(或在另一期望位置),而与载体载具32的位置和取向无关。调节可以静态地(载具32停止)或动态地(载具32移动)进行。设置可以手动或自动进行。所实现的装置特别是连接到马达72的该区的两个支撑件70(优选地具有减震器71)和通过铰接件75附接到固定点74的支撑件73。在这些图中可以看到,该构造使得可以相对于支撑件在若干方向上移动着陆区。图28J和28K示出了系统(支撑件70、缓冲器71和马达72)的构造细节。这些可调节支撑件70也可以在图1和6中看到,并且可以手动或自动调节(例如用受控气缸)。可以存在或不存在缓冲器。在图1至6的实施例中也优选地存在类似于图28A至28K的固定点和铰接件。
为了调节,使用已知的装置来确定水平位置或期望的位置(例如传感器),并且可以例如通过例如放置在壳体(优选密封的)中的电子装置(计算机、计算器等)来执行控制。
这些电子装置及其壳体例如在图28I中示出,附图标记76。尽管在所有图中未具体示出,但是这些装置76优选地存在于本发明的所有实施例中。更一般地,站的所有元件可以由这些电子装置、计算机、计算器、合适的传感器控制(位置、移动等),以便允许站以及这些部件和元件(气缸、致动器等)的远程控制、半自动或自动操作。可以实施传输命令、信息(数据、测量值等)的适当装置为:电缆、波传输等。机器人30例如由包括若干旋转自由度的臂形成,并且允许所谓的“拾取和放置”运动:抓住电池,将其从其支撑件(在无人机12上或在储器20中)取出并在其预期目的地将其更换(例如,如果其来自无人机12,则在储器20中以对其进行再充电,或者如果其来自储器20,则相反)。
图29至33示出了用于例如用液体填充无人机的储箱的装置的实施例。
图29中所示的这些装置特别地包括具有填充盖81的站储箱80、混合器82(如果需要,其使得可以在液体中保持移动)和泵83。该图还示出了轮84,所述轮允许移动储箱以便填充它。该装置还包括在一端连接到泵83并且在另一端连接到喷枪86的管85。在图29中,还可以看到用于移动电池并且还用于操纵喷枪86的机器人30,如下所述。储器80优选地位于站1的下部分1'中(参见图30),并且该部分包括例如门88、88',所述门使得储器80能够在其滚轮84上离开以便填充它。
在图30中,还可以看到从站1的下部分1'的槽87离开的管85。在该图30中,无人机12已着陆以补充液体(作为负载),并且根据本发明的原理如上所述保持就位。
在图31中,示出了无人机12的储箱90的填充。为此,喷枪86由机器人30携带并被引入储器90的斜槽91中,并且来自站80的储器的液体被引入无人机12的储器90中。
图32示出了已添加液体换热器92的图30的站1,所述液体换热器可用于回收在填充期间流出的液体。换热器92优选地围绕无人机并密封装载区域。
图33详细示出了站1的填充喷嘴86的实施例。喷枪86保持在支撑件93中,所述支撑件允许喷枪86由机器人30操纵,并且支撑件还包括致动装置。这些装置例如是连接到蜗杆95的马达94,所述蜗杆作用在铰接在轴线97上的致动装置96上。螺杆95的旋转将使致动装置96向左或向右倾斜(取决于螺杆的旋转方向),并且致动装置通过其向右倾斜(在图33中)将按压喷枪86的触发器98并允许液体流入无人机12的储器90中。在另一方向上的旋转将释放触发器并中断进给。因此,这些装置允许完全自动的操作:通过机器人将喷枪86带到储器90并将其引入斜槽91中,按压触发器98以允许液体通过(由储器80的泵83加压(参见图29)),并且一旦无人机12的储器90被填充,停止液体供应并通过机器人30撤回喷枪86(并将其储存在预定位置)。
所描述的实施例作为示例性示例,并且不应被认为是限制。其他实施例可以利用与例如所描述的装置等效的装置。实施例也可以根据情况彼此组合,或者在一个实施例中使用的装置可以在另一个实施例中使用。例如,许多实施例提到了无人机的使用,但是本发明的原理可以应用于其他等效的飞行物体,例如直升机和其他UAV,其允许在本申请中描述和示出的站上起飞和着陆。
Claims (20)
1.一种用于飞行电动载具的后勤站(1),所述飞行电动载具例如是无人机,所述飞行电动载具具有至少一个电池,所述站适用于不同的飞行载具(12)并且包括至少一个着陆区(10)、机器人(30)以及电池储箱/充电器(20),所述至少一个着陆区具有用于保持所述飞行载具的装置(11、14、50、60),所述机器人(30)用于更换所述飞行载具的电池(21)和/或所述飞行载具的负载。
2.根据权利要求1所述的站,所述站包括用于在所述着陆和起飞区中支撑所述飞行载具的圆环(10)。
3.根据权利要求1或2所述的站,其中,所述保持装置包括至少三个锁定系统(11、14、60)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的站,其中,所述保持装置包括能相对于彼此移动的两个板(50)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的站,所述圆环和所述保持装置固定在所述站中,或者能够沿由定向装置(62、70-74)致动的一个或多个轴线移动。
6.根据权利要求4所述的站,其中,所述转向装置包括联接到支撑件(70)的致动器(62)或马达(72)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的站,其中,所述锁定装置(60、64)根据所述圆环的位置而移动。
8.根据前一权利要求所述的站,其中,当所述圆环(10)处于高位置时,所述锁定装置(60、64)处于打开位置,并且当所述圆环(10)处于低位置时,所述锁定装置(60、64)处于锁定位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的站,包括用于储存电池和对电池充电(21)的至少一个区域(20)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的站,其中,所述电池通过通用附接系统安装在罩(22、22')中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的站,包括机器人(30),所述机器人具有在所述站中移动所述电池的至少一个手指(31)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的站,包括用于使所述飞行载具(12)定心的装置(51、52)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的站,所述站包括运动检测传感器(15)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的站,包括圆顶(16),以在起飞和着陆期间保持恒定的飞行条件。
15.根据前述权利要求中任一项所述的站,其中,由引导件(28)和锁定系统通过弹簧(42、43)以及通过与所述引导件(28)配合的夹子(40)来确保所述电池的锁定。
16.根据前述权利要求中任一项所述的站,所述站安装在载具(32)上。
17.根据前述权利要求中任一项所述的站,所述站包括至少一个站储器(80)。
18.根据前一项权利要求所述的站,其中,所述站储器包括至少一个混合器(82)和与喷枪(86)相关联的泵(83)。
19.根据权利要求17或18所述的站,所述站包括换热器(92)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的站,其与至少一个无人机(12)组合。
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