DE102015206844B4

DE102015206844B4 - Andocksystem für ein unbemanntes Flugobjekt

Info

Publication number: DE102015206844B4
Application number: DE102015206844.7A
Authority: DE
Inventors: Ramanathan Sugumaran
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-04-17
Also published as: DE102015206844A1; US20160144982A1; US9561871B2

Abstract

Ein Andocksystem für ein Flugobjekt (100, 200) umfasst einen Landeplatz (400, 800) mit einer konkaven Landeoberfläche (402), die eine Vertiefung (404) aufweist, und ein Flugobjekt (100, 200) mit Landegeschirr und einem Vorsprung (124, 204), welcher geformt ist, in die Vertiefung (404) einzugreifen, wobei sich das Landegeschirr und der Vorsprung (124, 204) an der unteren Oberfläche des Flugobjekts (100, 200) befinden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Andocksystem für ein unbemanntes Flugobjekt.
Stand der Technik
Ein Andocksystem kann einem unbemannten Flugobjekt dazu dienen, von einer Plattform abzufliegen und dort zu landen. Das Andocksystem kann das unbemannte Flugobjekt auch sichern und schützen, wenn es sich nicht in der Luft befindet.
Derartige Flugobjekte können in der Landwirtschaft Verwendung finden, vgl. DE 10 2010 038 661 A1 und den dort erwähnten Stand der Technik.
Die US 2011/0 068 224 A1 zeigt ein unbemanntes Luftfahrzeug, das einen kugelförmigen Körper und an dessen Oberseite befestigte Rotoren umfasst. Eine Landefläche weist eine passende, kugelabschnittförmige Vertiefung auf, in welcher der Körper des Luftfahrzeugs landet.
In der US 2004/0 167 682 A1 wird ein unbemanntes Flugobjekt beschrieben, das aus einer kreiszylindrischen Vertiefung einer mobilen Startbasis abhebt und auch dort wieder landet.
Die US 2009/0 314 883 A1 beschreibt eine Anordnung zum Start und Landen von unbemannten Flugobjekten, bei dem ein Flugobjekt mittels eines Greiferarms aus einem Magazin entnommen und in eine zum Starten geeignete Stellung gebracht wird. Der Greiferarm erfasst das Flugobjekt auch zu dessen Landung.
Aufgabe
Bei den aus der US 2011/0 068 224 A1 und der US 2004/0 167 682 A1 bekannten Anordnungen muss durch eine hinreichend genau arbeitende Flugsteuerung des Flugobjekts sichergestellt werden, dass das Flugobjekt wieder exakt in der kugelabschnittförmigen oder zylindrischen Vertiefung landet. Die Anordnung nach US 2009/0 314 883 A1 ist hingegen relativ aufwändig. Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, die erwähnten Nachteile zu vermeiden.
Lösung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Andocksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Ein Andocksystem für ein Flugobjekt umfasst einen Landeplatz mit einer konkaven Landeoberfläche, die eine Vertiefung aufweist, und ein Flugobjekt mit Landegeschirr und einem Vorsprung, welcher geformt ist, in die Vertiefung einzugreifen, wobei sich das Landegeschirr und der Vorsprung an der unteren Oberfläche des Flugobjekts befinden.
Ausführungsform
Die oben erwähnten und andere Merkmale werden anhand der folgenden Beschreibung und zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines unbemannten Flugobjekts mit Rädern als Landegeschirr und einer Schulter mit Rädern,
2 eine perspektivische Ansicht eines unbemannten Flugobjekts mit Rädern als Landegeschirr und einer Schulter mit Gleitklötzen,
3 eine perspektivische Ansicht eines unbemannten Flugobjekts mit Rädern als Landegeschirr und einer Schulter mit Rädern, wobei die Schulter und das Landegeschirr nicht in den Körper des unbemannten Flugobjekts integriert sind,
4 eine perspektivische Ansicht eines unbemannten Flugobjekts mit Rädern als Landegeschirr und einer Schulter mit Rädern,
5a, 5b, 5c, 5d perspektivische Ansichten eines unbemannten Flugobjekts beim Niedergehen, weiteren Absenken, Andocken und Abheben von einem Landeplatz,
6a und 6b Querschnittsansichten eines unbemannten Flugobjekts mit Rädern als Landegeschirr und einer Schulter mit Rädern beim Andocken an einem Landeplatz,
7a und 7b Querschnittsansichten eines unbemannten Flugobjekts mit Rädern als Landegeschirr und einer Schulter mit Gleitklötzen beim Andocken an einem Landeplatz,
8 eine perspektivische Ansicht eines unbemannten Flugobjekts mit einem Landeplatz, der in das Dach einer Bedienerstation eines Arbeitsfahrzeugs integriert ist, und
9 eine perspektivische Ansicht eines Landeplatzes mit einer Abdeckung
Die 1 zeigt ein unbemanntes Flugobjekt 100 mit einem ersten Rotor 102, der einem ersten Arm 104 zugeordnet ist, einem zweiten Rotor 106, der einem zweiten Arm 108 zugeordnet ist, einem dritten Rotor 110, der einem dritten Arm 112 zugeordnet ist, einem vierten Rotor 114, der einem vierten Arm 116 (in 1 nicht gezeigt, vgl. aber 4) einem Körper 118, einer Schulter 120, Schulterrädern 122, einem Vorsprung 124 und Rädern 126 des Vorsprungs 124, die als Landegeschirr für das Flugobjekt 100 dienen. Das unbemannte Flugobjekt 100 ist ein Drehflügelluftfahrzeug und kann als Quadrokopter bezeichnet werden, jedoch können andere Ausführungsformen andere Entwürfe verwenden, einschließlich Drehflügelluftfahrzeugen (z. B. Helikopter, Trikopter, Hexakopter und Oktokopter) und anderer Luftfahrzeuge mit vertikalen Start- und Landefähigkeiten.
Der erste Rotor 102, der zweite Rotor 106, der dritte Rotor 110 und der vierte Rotor 114 sind jeder schwenkbar jeweils am ersten Arm 104, zweiten Arm 108, dritten Arm 112 und vierten Arm 116 befestigt, was es jedem Rotor ermöglicht, um einen mittigen Schwenkpunkt zu drehen. Jeder der Rotoren 102, 106, 110, 114 kann durch einen separaten Motor angetrieben werden, der drehübertragend mit dem Rotor gekoppelt ist. Alternativ kann ein einziger Motor verwendet werden, um alle vier Rotoren anzutreiben oder ein Motor treibt ein Paar an Rotoren des Flugobjekts über Zahnräder, Riemen, Ketten oder andere Mechanismen an, die auch als Getriebe bezeichnet werden. Das Getriebe kann es ermöglichen, die Rotoren 102, 106, 110, 114 mit einer unterschiedlichen oder im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit gegenüber den anderen Rotoren rotieren zu lassen. Die Drehung der Rotoren 102, 106, 110, 114 stellt einen Hub für das Flugobjekt dar und die Drehung der Rotoren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erlaubt es dem Flugobjekt 100, sich zu neigen und in eine spezielle Richtung zu fliegen.
Jeder der Arme 104, 108, 112 und 116 ist am Körper 118 angebracht. Bei einer Ausführungsform können die Arme 104, 108, 112 und 116 einteilig mit dem Körper 118 gegossen sein. Der Körper 118 und die Arme 104, 108, 112 und 116 sind aus einem Kunststoff hoher Festigkeit, könnten in einer anderen Ausführungsformen jedoch aus anderen Materialien geformt sein wie Metall oder einer Polymermatrix, die mit Kohlefasern gefüllt ist. Der Körper 118 ist hohl und umfasst Steuerungen, Batterien, Motoren, Getriebe und andere Komponenten, die dem Flugobjekt 100 den Betrieb ermöglichen. Die im Körper 118 enthaltenen Steuerungen kontrollieren den Flug des Flugobjekts 100 einschließlich einer Verstellung der Drehgeschwindigkeiten der Rotoren 102, 106, 110 und 114. Die Steuerungen kontrollieren auch die Batterie, stellen Positionsinformation beispielsweise durch sich in Kommunikation mit einem globalen Satellitennavigationssystem (GNSS) befindlichen Empfängern bereit, kommunizieren mit einer beabstandeten Stelle beispielsweise durch ein drahtloses Kommunikationssystem (z. B. Mobiltelefonsystem wie GSM oder ein Satellitensystem), kommunizieren mit einer lokalen Basisstation beispielsweise durch kurzreichweitige Radiowellen, betreiben eine Nutzlast wie eine Kamera oder ein Abgabesystem und betreiben das Flugobjekt 100 autonom. Bei dieser Ausführungsform kann das Flugobjekt 100 autonom, halbautonom durch gelegentlich an das Flugobjekt übersandte Kommandos oder manuell durch einen menschlichen Bediener gesteuert werden. Das Flugobjekt 100 hat die erforderlichen Steuerungen innerhalb des Körpers 118 angeordnet, um selbsttätig gemäß lokal auf dem Flugobjekt 100 gespeicherter und ausgeführter Instruktionen vorzugehen, in anderen Ausführungsformen können derartige Instruktionen jedoch im Abstand gespeichert und ausgeführt werden, z. B. auf einem Server und dann können einfache Kommandos an das Flugobjekt 100 beispielsweise über ein drahtloses Kommunikationssystem (z. B. Mobiltelefonsystem oder Satellitensystem) übersandt werden. Das Flugobjekt 100 kann auch durch einen Bediener manuell kontrolliert werden, der direkte Kommandos gibt, z. B. zum Ansteigen, Vorgeben der Reiserichtung und Nutzung der Nutzlast.
Die Schulter 120 ist ein ringförmiger Bereich, der an einer unteren Oberfläche des Körpers 118 positioniert ist und sich radial über den Umfang des Vorsprungs 124 hinaus erstreckt. Die Schulter 120 und der Vorsprung 124 liegen jedoch in unterschiedlichen Ebenen, sodass sie voneinander vertikal beabstandet sind. Da sie sich radial über den Umfang des Vorsprungs 124 hinaus erstrecken, wird die Schulter 120 und ihre Räder 122 dahin tendieren, eine äußere Oberfläche vor dem Vorsprung 124 in dem Fall zu berühren, wenn das Flugobjekt umkippt oder um einen Roll-, Stampf- oder Neigungswinkel geneigt ist, der einen minimalen Schwellenwinkel gegenüber einer vertikalen Linie überschreitet, die sich von einer Oberfläche erstreckt, auf dem das Flugobjekt 100 landet. In einer Ausführungsform ist die Schulter 120 eine Umfangsregion des Körpers 118, die sich über den Umfang des Vorsprungs 124 nach außen in jeder Richtung in der Form eines gleichförmigen Rings erstreckt. In alternativen Ausführungsformen kann die Schulter 120 stattdessen eine separate Komponente sein, die am Körper 118 angebracht ist (vgl. 3), ein unvollständiger Ring, oder sie kann sich nur an ausgewählten Stellen mit mehreren Elementen über den Umfang des Vorsprungs 124 hinaus erstrecken. Damit sich die Schulter 120 über den Umfang des Vorsprungs 124 hinaus erstreckt, ist es nicht erforderlich, dass eine durchgehende Komponente sich an allen Seiten über den Vorsprung 124 hinaus erstreckt. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Schulter 120 drei Vorsprünge umfassen, die sich unter etwa gleichen Abständen über den Umfang des Vorsprungs 124 hinaus erstrecken und die dahin tendieren, eine äußere Oberfläche zu berühren, bevor der Vorsprung 124 dieselbe Oberfläche berührt, wenn das Flugobjekt 100 umfällt. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Schulter 120 einteilig als Teil des Körpers 118 geformt und umfasst somit dasselbe Material wie der Körper 118. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Schulter 120 getrennt vom Körper 118 hergestellt und direkt oder indirekt durch eine andere Komponente am Körper 118 angebracht sein, wie durch den in der 3 gezeigten Vorsprung.
Die Schulterräder 122 sind an einer unteren Oberfläche der Schulter 120 angebracht, die gleichzeitig eine untere Oberfläche des Flugobjekts 100 ist. Die Schulterräder 122 sind in einem Ringmuster an der Schulter 120 angebracht mit einem etwa gleichen Abstand zwischen den Schulterrädern 122. Jedes der Schulterräder 122 ist ausgelegt, in jede Richtung zu rollen was es ihnen in Kombination mit dem Ringmuster ermöglicht, dem Flugobjekt 100 in jede horizontale Richtung rollende Abstützung zu bieten. Bei dieser Ausführungsform sind die Schulterräder schwenkbare Nachlauflenkräder, es wäre jedoch auch denkbar, andere Komponenten zu verwenden, die eine reibungsarme Relativbewegung zwischen der Schulter 120 und einer äußeren Oberfläche ermöglichen, wie ein Gleitklotz oder ein Kugelnachlauflenkrad, um einige mögliche Varianten zu nennen. Die 2 zeigt eine andere Ausführungsform mit Gleitklötzen anstelle von an der Schulter 120 angebrachten Nachlauflenkrädern.
Der Vorsprung 124 ist unterhalb der Schulter 120 positioniert und entlang einer unteren Oberfläche des Flugobjekts 100 angebracht. Der Vorsprung 124 ist ein scheiben- oder zylinderförmiger Vorsprung, der durch vier starre Zylinder am Flugobjekt 100 angebracht ist, die hohl sein können, um das Gewicht zu vermindern. Bei andern Ausführungsformen kann der Vorsprung 124 auf andere Weise am Flugobjekt 100 angebracht werden, zum Beispiel indem er einteilig mit dem Körper 118 geformt wird (vgl. 2), indem er am Flugobjekt 100 durch ein Federsystem angebracht wird, was es dem Vorsprung 124 ermöglicht, sich gegenüber dem verbleibenden Flugobjekt 100 zu bewegen, oder indem er durch ein einziges Element am Flugobjekt 100 angebracht wird anstelle durch vier Zylinder, um einige Möglichkeiten zu nennen.
Die Räder 126 des Vorsprungs 124 sind unterhalb des Vorsprungs 124 an dessen unterer Oberfläche angebracht, die auch eine untere Oberfläche des Fluggeräts 100 bildet. Die Räder 126 sind ringförmig unterhalb des Vorsprungs 124 in einem Ringmuster mit etwa gleichen Abständen zwischen allen Rädern 126 angebracht. Die Räder 126 des Vorsprungs 124 sind, wie die Schulterräder 122, Nachlauflenkräder in der gezeigten Ausführungsform, könnten jedoch auch andere Komponenten sein, die eine Relativbewegung mit geringer Reibung zwischen dem Vorsprung 124 und einer äußeren Oberfläche ermöglichen. Die Räder 126 sind durch federnde Aufhängungen 128 angebracht. Letztere umfassen ein Rohr, das einen zylinderförmigen Abschnitt des Rads 126 aufnimmt und eine Feder innerhalb des Rohres, welche das Rad 126 nach außen hin vorspannt. Die Aufhängung 128 ermöglicht es den Rädern 126, die Feder zusammenzudrücken, wenn eine äußere Kraft auf das Rad 126 einwirkt, wodurch der Stoß durch von den Rädern 126, dem Vorsprung 124 und dem Körper 118 aufgenommenen Kräften abgemildert wird. Die Aufhängung 128 kann auch entfallen oder durch andere Ausführungsformen ersetzt werden.
Die 2 zeigt ein Flugobjekt 200 mit denselben Komponenten wie das Fluggerät 100, mit der Ausnahme, dass die Schulterräder 122 durch Gleitklötze 202 und der Vorsprung 124 durch den Vorsprung 204 ersetzt ist. Gleiche Bezugszeichen in den 1 und 2 zeigen auf gleichartige Elemente.
Die Gleitklötze 202 sind eine gleitfähige Oberfläche, d. h. eine reibungsarme Oberfläche, die es dem Körper 118 ermöglicht, sich mit kleiner Reibungskraft gegenüber einer externen Oberfläche zu bewegen. Die Gleitklötze 202 können beispielsweise in gleitendem Kontakt mit einer externen Oberfläche sein, wo die Gleitklötze 202 einen kleinen Reibungskoeffizienten gegenüber der zusammenwirkenden, externen Oberfläche haben. Bei dieser Ausführungsform sind die Gleitklötze 202 eine Reihe von Klötzen, die an einer unteren Oberfläche der Schulter 120 positioniert und an der Schulter 120 angebracht sind. Alternativ können auch größere, kleinere, mehr oder weniger Gleitklötze 202 verwendet werden, einschließlich eines einzigen Gleitklotzes, der den Körper 118 umrundet. Die Gleitklötze 202 können aus irgendeiner Anzahl reibungsarmer Materialien aufgebaut sein, einschließlich beispielsweise Polyethylen, Polytetrafluoroethylen, fluoriertes Ethylenpropylen, Perfluoroalkoxy, Polyoxymethylen und Nylon. Sowohl die Räder 126 des Vorsprungs 124 als auch die Gleitklötze 202 stellen Landegeschirr für die Flugobjekte 100 und 200 dar, wie weiter unten anhand der 5a bis 5d beschrieben.
Der Vorsprung 204 ist an einer unteren Oberfläche des Flugobjekts 200 vorgesehen und einteilig mit dem Körper 118 geformt, sodass sie durch ein einziges, gegossenes Kunststoffstück gebildet werden. Der Vorsprung 204 ist eine hohle, zylinderförmige Region. Diese Konfiguration kann die Anbringung von Sensoren innerhalb von Hohlräumen des Vorsprungs 204 erleichtern, was den Sensoren einen freien Blick auf den Boden unterhalb des Flugobjekts 200 ermöglicht und die Sensoren vor Verunreinigungen aus anderen Richtungen schützt.
Die 3 zeigt ein Flugobjekt 300, welches viele identische Komponenten mit dem Fluggerät 100 aufweist, mit der Ausnahme, dass der Körper 118 durch den Körper 318, die Schulter 120 durch die Schulter 320 und der Vorsprung 124 durch den Vorsprung 324 ersetzt ist. Übereinstimmende Bezugszeichen in den 1 und 3 kennzeichnen gleichartige Elemente. Das Flugobjekt 300 hat ebenfalls einen Sensor 330, der innerhalb einer in der Schulter 320 geformten Vertiefung positioniert ist.
Der Körper 318 ähnelt dem Körper 118 mit der Ausnahme, dass er getrennt von der Schulter 320 und den Vorsprüngen 324 geformt ist. Bei dem Körper 318 kann es sich um einen bereits entstehenden Entwurf handeln, der durch die Anbringung von Schulter 320, Vorsprung 324 und darin enthaltene Komponenten modifiziert wird. Diese Modifikation kann es erlauben, existierende Flugobjekt-Entwürfe mit der vorliegenden Offenbarung zu verwenden.
Die Schulter 320 ist eine im Wesentlichen scheiben- oder zylinderförmige Komponente, die durch vier Beine mit dem Körper 318 verbunden werden kann. Die Schulter 320 kann durch eine Anzahl unterschiedlicher Mechanismen mit dem Körper 318 verbunden werden, wie Befestigungselementen, Klemmen, Magnete und Klebstoff. Der Sensor 330 ist an einer unteren Oberfläche der Schulter 320 innerhalb einer darin geformten Vertiefung angeordnet. Diese Konfiguration gewährt dem Sensor 330 eine freie Sicht unter das Fluggerät 300 durch die Mitte des Vorsprungs 324, was vorteilhaft sein kann, wenn der Sensor 330 ein Abbildungsgerät ist, das zur Erzeugung von Bildern des Bodens unterhalb des Flugobjekts 300 dient. Die Anbringung des Sensors 330 innerhalb der Vertiefung der Schulter 320 kann ihn vor Verunreinigungen oder Stößen schützen. Die Schulterräder 122 sind an einer unteren Oberfläche der Schulter 320 positioniert und befestigt, die auch eine untere Oberfläche des Flugobjekts 300 ist.
Der Vorsprung 324 ist im Wesentlichen ringförmig und an einer unteren Oberfläche der Schulter 320 angebracht. Räder 126 des Vorsprungs sind in einem Ringmuster an der unteren Oberfläche des Vorsprungs 324 angebracht und dort befestigt. Der Vorsprung 324 kann durch die Schulter 320 an dem Körper 318 angebracht werden, was es ermöglicht, den Zusammenbau an unterschiedlichen Flugobjekten anzubringen und davon abzunehmen.
Die 4 zeigt das Flugobjekt aus einer anderen Perspektive als die 1. Insbesondere sind der vierte Rotor 114 und der vierte Arm 116 sichtbar.
Die 5a bis 5d zeigen ein Andocksystem für das Flugobjekt 100 mit einem Landeplatz 400. Der Landeplatz 400 umfasst eine Landeoberfläche 402 und eine Vertiefung 404. Der Landeplatz 400 kann auch eine Anzahl unterschiedlicher Materialien umfassen, aus Vollmaterial bestehen oder hohl sein und einteilig aus einem einzigen Materialstück oder mehreren Materialstücken geformt sein, abhängig von der Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist der Landeplatz 400 aus einem einzigen Stück aus Kunststoff mit hoher Festigkeit aufgebaut. Der Landeplatz 400 ist scheiben- oder zylinderförmig mit einem Radius, der ein Vielfaches seiner Höhe ist. Die Landeoberfläche 402 ist an der Oberseite des Landeplatzes 400 positioniert und konkav mit einer gleichartigen Neigung in alle Richtungen geformt, sodass der niedrigste Punkt der Landeoberfläche 402 sich in deren Mitte befindet. Eine Vertiefung 404 ist in die Landeoberfläche 402 aufgenommen, bei der es sich um eine scheiben- oder zylinderförmige Vertiefung handelt, die sich in der Mitte der Landeoberfläche 402 befindet. Die Vertiefung 404 ist konfiguriert, mit dem Vorsprung 124 zusammenzupassen. Die Vertiefung 404 ist mit derselben Form wie der Vorsprung 124 konfiguriert, d. h. scheiben- oder zylinderförmig, jedoch mit einem größeren Radius versehen, um es dem Vorsprung 124 zu ermöglichen, in die Vertiefung 404 hinein zu passen. Der Radius der Vertiefung 404 ist nur geringfügig größer als der Radius des Vorsprungs 124, was es dem Vorsprung 124 ermöglicht, in die Vertiefung 404 einzudringen ohne signifikante, nach unten gerichtete Kraft und auch eine signifikante Bewegung des Vorsprungs 124 verhindert, sobald er sich in der Vertiefung 404 befindet. Die Vertiefung 404 kann ein stoßabsorbierendes Material enthalten, wie ein Elastomer, welches die Stoßbelastungen vermindert, die das Flugobjekt 100 erfahren kann, wenn der Vorsprung 124 mit der Vertiefung 404 zusammenwirkt. Derartige Stoßbelastungen können auftreten, wenn sich der Vorsprung 124 in die Vertiefung 404 einfädelt oder aufgrund der Bewegung des Landeplatzes 400, z. B. wenn dieser auf einem sich bewegenden Arbeitsfahrzeug befestigt ist (vgl. 8).
Die Landeoberfläche 402 und die Vertiefung 404 sind mit dem Landeplatz 400 einteilig geformt, sodass die Landeoberfläche 402 und die Vertiefung 404 lediglich exponierte Abschnitte desselben Materials sind, das den Landeplatz 400 umfasst. Bei alternativen Ausführungsformen können die Landeoberfläche 402 und die Vertiefung 404 getrennte Teile sein, die am Landeplatz 400 angebracht werden. Der Landeplatz 400 ist scheiben- oder Zylinderförmig, kann in anderen Ausführungsformen jedoch abweichende Form aufweisen einschließlich regelmäßiger Formen (wie quadratisch, rechteckig, fünf- oder sechseckig) oder unregelmäßiger Formen. Die Landeoberfläche 402 hat eine gleichförmige Neigung in Richtung auf ihre Mitte zu, könnte in anderen Ausführungsformen jedoch konkav mit gleichförmiger Neigung sein. Beispielsweise könnte die Landeoberfläche 402 unterschiedliche Neigungen in jede Richtung haben, die alle zur Vertiefung 404 führen, sie könnte ein Neigung haben, die sich von einer flacheren Steigung in der Nähe der Vertiefung bis zu einer größeren Steigung im Abstand davon ändert oder umgekehrt, oder sie könnte eine Neigung für den Abschnitt in der Nähe der Vertiefung 404 und dann stufig in eine steilere Neigung im Abstand davon haben.
Die 5 zeigt das Flugobjekt 100 beim Landen auf dem Landeplatz 400. Das Flugobjekt 100 nähert sich dem Landeplatz 400 an, bis zumindest ein Abschnitt seines Landegeschirrs, nämlich die Räder 126 des Vorsprungs 124 in dieser Ausführungsform, sich oberhalb des Landeplatzes 400 befindet. Das Flugobjekt 100 kann gesteuert werden, sich dem Landeplatz 400 auf unterschiedliche Arten zu nähern, einschließlich durch manuelle Anweisungen, die von einem Bediener gegeben und an das Flugobjekt übersandt werden, Positionsbestimmung und Leitung basierend auf GNSS, Positionsbestimmung und Leitung basierend auf einer lokalen, relative Navigation oder Positionserfassung (z. B. mittels einer Basisstation, die Positionsdaten des Landeplatzes 400 oder einer benachbarten Stelle übersendet, einer Reihe an Lichtern oder Mustern auf dem Landeplatz, die das Flugobjekt 100 detektieren und sich auf sie zu navigieren kann) oder eine Kombination dieser und/oder anderer Verfahren. Sobald das Flugobjekt 100 sich oberhalb der Landeoberfläche 402 befindet, kann das Flugobjekt 100 abgesenkt werden, bis die Räder 126 des Vorsprungs 124 die Landeoberfläche 402 berühren, wie in der 5a gezeigt wird. Das Flugobjekt 100 kann sich selbst absenken, indem es den durch seine Rotoren generierten Hub vermindert, bis der Hub nicht mehr ausreicht, die Gewichtskraft des Fluggeräts 100 zu überwinden.
Die 5b illustriert, wie sich das Flugobjekt durch die Schwerkraft auf die Landeoberfläche 402 absenkt. Sobald das Flugobjekt 100 auf der Landeoberfläche 402 gelandet ist, kann es sich weiter absenken, indem es der Schwerkraft erlaubt, es auf der konkaven Landeoberfläche 402 nach unten zu rollen in Richtung auf die Vertiefung 404 zu. Der Landeplatz 400 ermöglicht es dem Flugobjekt 100 sich durch die Schwerkraft abzusenken ohne Bedarf an weiteren Komponenten, wie mechanischer Hebel oder Arme um das Flugobjekt in die Mitte des Landeplatzes 400 zu verbringen. Das Fluggerät 100 kann sich weiter auf der Landeoberfläche 402 absenken, indem es die beim Landen erzeugte Hubkraft beibehält, die nicht hinreichte, die Gewichtskraft des Flugobjekts 100 zu überwinden, oder indem es die Hubkraft noch weiter absenkt, z. B. durch Abstellen der Drehbewegung der Rotoren. Abhängig vom Entwurf des Flugobjekts 100 einschließlich des Rollwiderstands seines Landegeschirrs (oder des Gleitwiderstands bei einigen anderen Ausführungsformen) kann die Neigung der Landeoberfläche 402 so ausgewählt oder eingestellt werden, dass sie es dem Flugobjekt ermöglicht, in Richtung auf die Vertiefung 404 nach unten zu rollen oder gleiten, wobei eine größere Neigung für einen größeren Rollwiderstand und eine kleinere Neigung für einen kleineren Rollwiderstand erforderlich ist.
Die bei manchen Ausführungsformen vorhandene Schulter 120 kann verhindern, dass das Fluggerät 100 umfällt, wenn es nicht in der Lage ist, mit seinem näherungsweise mittig unterhalb des Körpers 118 zentrierten Landegeschirr die Landeoberfläche 402 zu berühren. Wenn das Fluggerät 100 umkippt, kann die sich vom Fluggerät 100 nach außen erstreckende Schulter 120 die Landeoberfläche 402 berühren und ein weiteres Umfallen verhindern. Abhängig von der Größe und Position der Schulter 120 kann diese dazu dienen, das Flugobjekt 100 daran zu hindern, von der Landeoberfläche 402 herunterzufallen, die Rotoren des Flugobjekts 100 davor schützen, in Kontakt mit der Landeoberfläche 402 oder anderen Objekten zu kommen, wobei die Rotoren oder das Objekt beschädigt werden könnten, oder sie kann es dem Flugobjekt 100 ermöglichen, sich wieder auf sein Landegeschirr aufzurichten. Bei manchen Ausführungsformen kann es notwendig werden, dass ein Bediener eingreift und das Flugobjekt 100 aufrichtet, wenn die Schulter 120 in Kontakt mit der Landeoberfläche 402 kommt.
Die 5c zeigt den Vorsprung 124 des Flugobjekts 100, wie er in die Vertiefung 404 eingreift. Wenn sich das Flugobjekt 100 auf die Landeoberfläche 402 absenkt, fällt der Vorsprung 124 in die Vertiefung 404 und greift in sie ein. Aufgrund der ineinander passenden Konfigurationen des Vorsprungs 124 und der Vertiefung 404 ist das Fluggerät 100, sobald die Verbindung hergestellt ist, stabil positioniert und widerstandsfähig dagegen, durch Vibrationen oder Stöße gegen die Landeoberfläche 402 verrückt zu werden. An diesem Punkt kann das Flugobjekt heruntergefahren und gesichert, abgedeckt und/oder geladen werden, wie unten anhand der 7a, 7b und 9 beschrieben wird. Die ineinander passende Konfiguration des Vorsprungs 124 und der Vertiefung 404 erlaubt es dem Flugobjekt ohne Bedarf an zusätzlichen beweglichen Komponenten wie mechanischen, elektrischen und/oder magnetischen Haltemitteln am Landeplatz 400 zu sichern, auch wenn manche Ausführungsformen derartige Mechanismen verwenden, um eine zweite Sicherungsmethode für das Flugobjekt zu verwenden, wie in den 7a und 7b gezeigt.
Die 5d zeigt das Flugobjekt beim Starten vom Landeplatz 400. Der Vorsprung 124 dringt in die Vertiefung 404 ein, ohne einen derart großen Widerstand zu bieten, der es verhindern würde, dass das Flugobjekt 100 aus eigener Kraft abhebt. Das Flugobjekt 100 kann seine Hubkraft vergrößern bis der Vorsprung 124 außer Eingriff mit der Vertiefung 404 gerät, woraufhin dann das Flugobjekt 100 frei ist, eine Route zu fliegen.
Die 6a und 6b sind Querschnittsansichten, die zeigen, wie der Vorsprung 124 des Flugobjekts 100 mit der Vertiefung 404 zusammenwirken kann. Wenn das Flugobjekt 100 aus seiner in 6a gezeigten Position in seine Position gemäß 6b abgesenkt wird, greift der Vorsprung 124 in die Vertiefung 404 ein. Bei dieser Ausführungsform ist die obere Kante der Vertiefung 404 abgerundet, um dem Vorsprung 124 dabei zu unterstützen, in die Vertiefung 404 hinein zu gelangen. In der 6b greift der Vorsprung 124 in die Vertiefung 404 ein, wobei das Landegeschirr des Flugobjekts, die Räder 126 des Vorsprungs 124 in Eingriff mit dem Boden der Vertiefung 404 sind. In der in 6a und 6b dargestellten Ausführungsform berühren die Schulterräder 122 die Landeoberfläche 402 nicht, nachdem der Vorsprung 124 in die Vertiefung 404 eingreift. Die Schulterräder 122 können in anderen Ausführungsformen die Landeoberfläche 402 nach dem Andocken berühren oder nicht, abhängig vom Design des Flugobjekts 100 und der Landeoberfläche 402. Sobald der Vorsprung 124 in die Vertiefung 404 eingreift, kann das Flugobjekt 100 weiter gesichert, abgedeckt oder aufgeladen werden. Auch wenn keine weitere Sicherung stattfindet, sollte die Passung zwischen dem Vorsprung 124 und der Vertiefung 404 dabei helfen, das Flugobjekt 100 gegenüber dem Landeplatz 400 stationär zu halten, was vorteilhaft sein kann, wenn sich der Landeplatz 400 bewegt, z. B. wenn der Landeplatz 400 auf Rädern an einen Lagerort gezogen oder gerollt wird (vgl. 9) oder wenn der Landeplatz an der Oberseite eines Arbeitsfahrzeugs positioniert ist, s. 8.
Die 7a und 7b sind Querschnittsansichten, die den Vorsprung 204 des Flugobjekts 200 im Eingriff mit der Vertiefung 404 des Landeplatzes 400 zeigen. Wenn das Fluggerät 200 aus seiner in 7a gezeigten Position in seine Position gemäß 7b abgesenkt wird, greift der Vorsprung 204 in die Vertiefung 404 ein. Wenn der Vorsprung 204 des Fluggeräts 200 in die Vertiefung 404 eingreift, berührt das Landegeschirr des Flugobjekts 200, nämlich die Räder 126 des Vorsprungs 204 den Boden der Vertiefung 404 und Gleitklötze 202 berühren die Landeoberfläche 402 des Landeplatzes 400. Diese Ausführungsform kann wünschenswert sein, wenn das Flugobjekt 200 beträchtliche Stöße, Schwingungen und Prellungen erfahren kann, da Kraft zwischen dem Landeplatz 400 und dem Flugobjekt sowohl durch die Räder 126 als auch durch die Gleitklötze 202 übertragen werden und sie stellt eine breitere Abstützungsbasis bereit, da sich die Schulter 120 über den Vorsprung 204 radial nach außen erstreckt.
Die 7a und 7b zeigen eine Ausführungsform mit Magnet 600, Magnet 602, Spule 604 und Spule 606. Der Magnet 602 und die Spule 604 sind innerhalb des Körpers 118 nahe der Schulter 120 eingefügt. Der Magnet 602 und die Spule 604 sind innerhalb des Landeplatzes 400 eingefügt, in der Nähe der Stelle, in der die Schulter 120 ruht, wenn der Vorsprung 204 in die Vertiefung 404 eingreift. Der Magnet 600 und der Magnet 602 sind ausgerichtet, um sich zu überdecken und die Spulen 604 und 606 sind auch ausgerichtet, um sich zu überdecken. Die Magnete 600 und 602 und die Spulen 604 und 606 könnten, obwohl sie als in der Nähe der Schulter 120 positioniert dargestellt sind, wobei die Schulter 120 in dieser Ausführungsform auf dem Landeplatz 400 ruht, in anderen Ausführungsformen auch an anderen Stellen angebracht werden.
Die Magnete 600, 602 können eine zweite Vorgehensweise formen, das Flugobjekt am Landeplatz 400 zu sichern. Die Magnete 600 und 602 können konfiguriert sein, sich anzuziehen und somit eine Kraft bereitstellen, die das Flugobjekt 200 in Richtung auf den Landeplatz 400 zieht. Eine derartige, zusätzliche Kraft kann wünschenswert sein, um eine Bewegung des Flugobjekts 200 gegenüber dem Landeplatz 400 zu verhindern oder zu vermindern. Der Magnet 602 kann sowohl einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten enthalten. Der Permanentmagnet kann den Magneten 600 anziehen und der Elektromagnet, wenn er aktiv ist, den Magneten 600 abstoßen. Eine derartige Konfiguration kann wünschenswert sein, um eine das Flugobjekt 200 an den Landeplatz 400 ziehende Kraft bereitzustellen, wenn das Flugobjekt angedockt ist, sie erlaubt es jedoch auch, die Kraft zu vermindern, aufzuheben oder umzukehren, wenn der Elektromagnet aktiv ist, und so dem Flugobjekt 200 zu helfen, vom Landeplatz 400 zu starten. Das Flugobjekt 200 kann durch andere Mittel, wie Riegel, Gurte oder Befestigungselemente am Landeplatz 400 gesichert werden.
Die Spulen 604 und 606 können elektrische Leistung drahtlos vom Landeplatz 400 auf das Flugobjekt 200 übertragen. Die Spulen 604, 606 sind Induktionsspulen, die induktiv gekoppelt sind, wenn das Flugobjekt 200 am Landeplatz 400 angedockt ist, d. h. wenn der Vorsprung 204 in die Vertiefung 404 eindringt. Diese induktive Kupplung ermöglicht eine Energieübertragung von der Spule 604 auf die Spule 606, die wiederum einen elektrischen Strom bereitstellt. Dieser elektrische Strom kann genutzt werden, Batterien (Akkumulatoren) des Flugobjekts 200 aufladen, die letzteres mit Strom versorgen. Die Spulen 604 und 606 können vorteilhaft sein, wenn der Landeplatz Elementen ausgesetzt ist, wie Wasser, Schmutz und Sand, die eine physische, elektrische Verbindung korrodieren oder zum Versagen bringen könnten. Die Spulen 604 und 606 können auch vorteilhaft sein, da sie es vermeiden, dass ein Bediener einen elektrischen Verbinder zum Laden mit dem Flugobjekt 200 verbinden und davon trennen muss. Wenn es problematisch ist, die in 6b gezeigte, zur induktiven Kopplung der Spulen 604, 606 erforderliche Drehausrichtung bereitzustellen, sind auch alternative Spulendesigns denkbar, die es erlauben, die Spule 606 unabhängig von der Drehstellung des Flugobjekts 200 zu beaufschlagen. Beispielsweise könnte die Spule 604 ringförmig sein und unabhängig von der Drehstellung des Flugobjekts mit der Spule 606 induktiv koppeln.
Aufgrund der konkaven Form der Landeoberfläche 402 kann sich innerhalb der Vertiefung 404 Wasser ansammeln. Um es abzuleiten, können Drainagelöcher 608 dienen. Die Drainagelöcher 608 sind an der Unterseite der Vertiefung 404 angebracht und sind durchgängige Löcher, die an einer unteren Oberfläche des Landeplatzes 400 austreten. Die Drainagelöcher 608 erlauben es sich auf der Landeoberfläche 402 ansammelndem Wasser, das in die Vertiefung 404 läuft, unterhalb des Landeplatzes 400 abzulaufen, sodass die Vertiefung 404 frei von stehendem oder sich ansammelndem Wasser bleibt, das den Vorsprung 124 oder 204 daran hindern könnte, in die Vertiefung 404 einzudringen.
Die 8 zeigt ein Arbeitsfahrzeug 700 mit Reifen 702, einem Motor 704 und einer Bedienerkabine 706 mit einem Dach 708. Das Arbeitsfahrzeug 700 ist als landwirtschaftlicher Schlepper dargestellt, könnte jedoch ein beliebiges anderes Arbeitsfahrzeug mit einem Dach sein, wie ein knicklenkender Kipplader, Lader mit rückwärtigem Greifer, Bagger, Raupenschlepper, Baumstammtransportfahrzeug, Erntemaschine, Transportlastwagen, Straßengradierer, Baufahrzeug etc. Der Landeplatz 400 ist am Dach 708 angebracht mit nach oben gerichteter Landeoberfläche 402 und stellt einen Landeplatz bereit, von und auf dem das Flugobjekt 100 starten, landen und geladen werden kann. Der Landeplatz 400 kann mit dem Dach 708 einteilig geformt sein oder er kann eine separate Komponente darstellen, die am Dach befestigt wird, wie in der 8 gezeigt.
Die in der 8 dargestellte Ausführungsform ermöglicht es, das Flugobjekt 100 und den Landeplatz 400 mit dem Arbeitsfahrzeug 700 zu transportieren und einen Fernbetrieb und eine Ladung des Flugobjekts 100. Das kann in Anwendungen vorteilhaft sein, bei denen das Flugobjekt 100 in einem Abstand von einem zentralen Ort, wie einem Gebäude, operieren soll, aber in der Nähe des Arbeitsfahrzeugs 700 sein wird. Das kann zum Beispiel der Fall sein bei landwirtschaftlichen Feldern und Baustellen. Das Flugobjekt 100 kann vom Arbeitsfahrzeug 700 aufsteigen und eine Route abfliegen, um Informationen zu sammeln, die direkt an eine zentrale Stelle oder das Arbeitsfahrzeug 700 übertragen werden können, sei es zum Hochladen an die zentrale Stelle oder zur Verwendung durch das Arbeitsfahrzeug 700 oder den Bediener des Arbeitsfahrzeugs 700. Das Flugobjekt 100 kann die Daten auf beliebige Weise übersenden, z. B. durch Satelliten- oder Mobilfunknetzwerke oder durch kurzreichweitigere Kommunikation mit dem Arbeitsfahrzeug 700, wie Bluetooth oder WLAN. Das Flugobjekt kann dann zum Arbeitsfahrzeug 700 zurückkehren, z. B. durch Verwendung von GNSS zur Lokalisierung des Arbeitsfahrzeugs 700 oder durch Verwendung lokaler Navigationsdaten, wie durch eine Basisstation, die Positionsdaten von oder nahe des Landeplatzes 400 oder des Arbeitsfahrzeugs 700 sendet, eine Reihe an Lichtern oder Mustern auf dem Landeplatz 400 oder dem Arbeitsfahrzeug 700, die das Fluggerät 100 detektieren und dahin navigieren kann.
Die 9 zeigt einen Landeplatz 800, der dem Landeplatz 400 ähnlich ist, jedoch eine Abdeckung 802 und Räder 810 umfasst. Die Abdeckung 802 ist eine einfaltbare Plane mit einem Rahmen 804, einem Tuch 806 und Stiften 808. Der Rahmen 804 besteht aus einer Reihe fester Elemente, die untereinander verbunden sind, entweder durch direkte Verbindungen untereinander oder durch indirekte Verbindungen durch eine gemeinsame Komponente, in diesem Falle Stifte 808. Das Tuch 806 ist ein am Rahmen 804 in gleichförmigen Abständen angebrachtes Gewebe, sodass es den Rahmen 804 abdeckt und sich mit dem Rahmen 804 bewegt. Die Stifte 808 sind zwei schwenkbar am Rest des Landeplatzes 800 auf einer gemeinsamen, näherungsweise durch die Mitte des Landeplatzes 800 durchlaufenden Achse angebrachte Stifte. Die Stifte 808 erlauben es dem Rahmen 804 sich zu drehen, was wiederum es der Abdeckung 802 ermöglicht, sich zwischen einer eingefalteten und einer ausgefalteten Stellung zu bewegen. Wenn die Abdeckung 802 in der eingefalteten Position ist, sind der Rahmen 804 und das Tuch 806 an einer Seite des Landeplatzes 800 eingefaltet und bedecken den Landeplatz 800 nicht, was es dem Flugobjekt 100 ermöglicht, auf dem Landeplatz 800 zu starten und zu landen. Wenn die Abdeckung 802 in der entfalteten Stellung ist, sind der Rahmen 804 und das Tuch 806 ausgefaltet und erstrecken sich über die Fläche oberhalb des Landeplatzes 800, sodass der Landeplatz 800 abgedeckt wird und das Flugobjekt 100 daran gehindert wird, vom Landeplatz 800 zu starten und dort zu landen. Die Abdeckung kann zwischen der ein- und ausgefalteten Stellung von Hand, z. B. durch einen Bediener bewegt werden, der die Abdeckung 802 öffnet oder schließt, oder durch Drehung der Stifte 808 beispielsweise durch einen Elektromotor, der ferngesteuert werden kann. In die Abdeckung 802 kann ein Riegelmechanismus eingefügt werden, um sie in der ein- oder ausgefalteten Position zu sichern, was vorteilhaft sein kann, wenn die Abdeckung 802 starken Winden ausgesetzt ist. Die 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Abdeckung 802 eine einklappbare Plane ist, es wären jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar, die das Fluggerät 100 in einer Position abdecken und in einer anderen Position nicht abdecken.
Der Landeplatz 800 umfasst außerdem Räder 810, welche die Bewegung des Landeplatzes 800 erleichtern. Das kann vorteilhaft sein, wenn der Landeplatz 800 bei Nichtbenutzung in einem Gebäude gelagert wird zur Benutzung hinausgerollt wird.
Bezugszeichenliste

100: Flugobjekt, Fluggerät
102: erster Rotor
104: erster Arm
106: zweiter Rotor
108: zweiter Arm
110: dritter Rotor
112: dritter Arm
114: vierter Rotor
116: vierter Arm
118: Körper
120: Schulter
122: Schulterräder
124: Vorsprung
126: Rad
128: Aufhängungen
200: Flugobjekt, Fluggerät
202: Gleitklotz
204: Vorsprung
300: Flugobjekt, Fluggerät
318: Körper
320: Schulter
324: Vorsprung
330: Sensor
400: Landeplatz
402: Landeoberfläche
404: Vertiefung
600: Magnet
602: Magnet
604: Spule, Induktionsspule
606: Spule, Induktionsspule
608: Drainagelöcher
700: Arbeitsfahrzeug
702: Reifen
704: Motor
706: Bedienerkabine
708: Dach
800: Landeplatz
802: Abdeckung
804: Rahmen
806: Tuch, Plane
808: Stifte
810: Räder

Claims

Andocksystem für ein Flugobjekt (100, 200, 300), mit: einem Landeplatz (400, 800) mit einer konkaven Landeoberfläche (402), die eine Vertiefung (404) aufweist, und einem Flugobjekt (100, 200, 300) mit Landegeschirr und einem Vorsprung (124, 204, 324), welcher geformt ist, in die Vertiefung (404) einzugreifen, wobei sich das Landegeschirr und der Vorsprung (124, 204, 324) an der unteren Oberfläche des Flugobjekts (100, 200, 300) befinden.
Andocksystem nach Anspruch 1, mit einer am Landeplatz (400, 800) angebrachten Abdeckung (802), die zwischen einer ersten Position, in der sie zumindest ein Teil des Flugobjekts (100, 200, 300) abdeckt, dessen Vorsprung (124, 204, 324) in die Vertiefung (404) eingreift, und einer zweiten Position bewegbar ist, in der sie das Flugobjekt (100, 200, 300) nicht abdeckt, dessen Vorsprung (124, 204, 324) in die Vertiefung (404) eingreift.
Andocksystem nach Anspruch 2, wobei die Abdeckung (802) einen Rahmen (804), eine Plane (806) und einen Stift (808) umfasst, die Plane (806) am Rahmen (804) angebracht ist und der Rahmen (804) um den Stift (808) zwischen einer ersten Position, in welcher die Plane (806) nicht über der Vertiefung (404) ist und einer zweiten Position, in welcher die Plane (806) über der Vertiefung (404) ist, verschwenkbar ist.
Andocksystem nach Anspruch 1, wobei das Landgeschirr an einer unteren Oberfläche des Vorsprungs (124, 204, 324) angebracht ist.
Andocksystem nach Anspruch 1, wobei das Flugobjekt (100, 200, 300) eine Schulter (120, 320) umfasst, die sich über den Umfang des Vorsprungs (124, 204, 324) hinaus erstreckt und oberhalb zumindest eines Abschnitts des Vorsprungs (124, 204, 324) positioniert ist.
Andocksystem nach Anspruch 5, wobei die Schulter (120, 320) zumindest zwei Schulterräder (122) oder einen Gleitklotz (202) an ihrer Unterseite aufweist.
Andocksystem nach Anspruch 1, wobei das Flugobjekt (100, 200, 300) ein Drehflügelluftfahrzeug ist.
Andocksystem nach Anspruch 1, mit einem Magneten (602) im Landeplatz (400, 800), der eingerichtet ist, mit einem Magneten (600) des Fluggeräts (100, 200, 300) zusammenzuwirken, dessen Vorsprung (124, 204, 324) in die Vertiefung (404) eingreift.
Andocksystem nach Anspruch 1, mit einer Induktionsspule (606) im Landeplatz (400, 800), die eingerichtet ist, mit einer Induktionsspule (604) des Fluggeräts (100, 200, 300) zusammenzuwirken, dessen Vorsprung (124, 204, 324) in die Vertiefung (404) eingreift.
Andocksystem nach Anspruch 1, dessen Landeplatz (400, 800) an einem Dach (708) eines Arbeitsfahrzeugs (900) insbesondere in Form eines Traktors, einer Erntemaschine oder einer Feldspritze befestigt ist.