DE102020100071A1

DE102020100071A1 - System aus einer Drohnenlandevorrichtung und einer Drohne sowie Drohne für ein solches System

Info

Publication number: DE102020100071A1
Application number: DE102020100071.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Ein System (20) aus einer Drohnenlandevorrichtung (6) und einer daran lösbar festgelegten Drohne (2) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drohnenlandevorrichtung (6) eine Haltestange (4) aufweist, und die Drohne (2) eine Kopplungsvorrichtung (8) aufweist, wobei die Drohne (2) mittels der Kopplungsvorrichtung (8) lösbar form- und/oder kraftschlüssig an der Haltestange (4) festgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System aus einer Drohnenlandevorrichtung und einer daran lösbar festgelegten Drohne. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Drohne für ein solches System.
Drohnen im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere unbemannte und autonome oder ferngesteuerte Luftfahrzeuge.
Drohnen werden üblicherweise auf Plattformen oder am Boden befindlichen Landeplätzen im vertikalen Anflug gelandet. Beim vertikalen Landeanflug schwebt die Drohne über dem Landeplatz oder der Plattform und senkt sich dann ab, um zu landen. Beim vertikalen Landen bewegt sich die Drohne folglich entlang der Lotrichtung des Schwerefelds der Erde. Ein solches Landeverfahren hat den Nachteil, dass die Drohne in ihrem schwebenden Zustand besonders anfällig für Störeinflüsse wie Wind ist. Ein Vorteil liegt jedoch darin, dass relativ wenig Bauraum benötigt wird.
Daneben ist es auch möglich, eine Drohne im seitlichen Anflug zu landen. Nachteilig hierbei ist es jedoch, dass für seitliche Landeverfahren viel Platz benötigt wird. Ein seitliches Landeverfahren ist beispielsweise aus der US 2018/0155027 oder der US 9,387,928 B1 A1 bekannt, wobei für letzteres eine Landeplattform zwingend erforderlich ist.
Ein weiteres Drohnen-Landeverfahren ist beispielsweise aus der US 2019/0138028 A1 bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein System aus einer Drohnenlandevorrichtung und einer daran lösbar festgelegten Drohne, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Drohnenlandevorrichtung eine Haltestange aufweist, und die Drohne eine Kopplungsvorrichtung aufweist, wobei die Drohne mittels der Kopplungsvorrichtung lösbar form- und/oder kraftschlüssig an der Haltestange festgelegt ist.
Bevorzugt handelt es sich bei der Drohne um eine Drohne der Gewichtsklasse bis 20 kg, welche insbesondere auch als SUA (Small Unmanned Vehicle) oder (MAV) Micro Air Vehicle bezeichnet wird. Bevorzugt ist die Drohne als unbemanntes, rotorgetriebenes Luftfahrzeug, insbesondere als Quadrocopter, Hexacopter oder Oktocopter ausgebildet.
Eine Drohnenlandevorrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, an der eine Drohne landen kann. Sie ist insbesondere derart ausgebildet, dimensioniert und positioniert, dass eine Drohne sie anfliegen und mittels ihrer Kopplungsvorrichtung an die Haltestange ankoppeln kann, um die Drohne an der Haltestange lösbar form- und/oder kraftschlüssig festzulegen. Bevorzugt befindet die Drohnenlandevorrichtung, insbesondere die Haltestange der Drohnenlandevorrichtung im Freien oder ist ins Freie bringbar, beispielsweise durch Ausklappen oder Ausfahren aus einem Gegenstand oder einem Gebäude.
Dass die Drohne an der Haltestange festgelegt ist, bedeutet insbesondere, dass sie keine Bewegung relativ zu der Haltestange ausführen kann, ohne dass die Kopplungsvorrichtung von der Haltestange gelöst wird. Hiervon umfasst ist selbstverständlich auch etwaig vorhandenes Spiel zwischen den Komponenten.
Insbesondere wird im Rahmen der Erfindung eine Drohne auch dann als festgelegt an der Drohnenlandevorrichtung angesehen, wenn sie lediglich eine Rotationsbewegung um eine Längsachse der Haltestange ausführen kann, diese Bewegung durch die form- und/oder kraftschlüssige Festlegung von Kopplungsvorrichtung an der Haltestange folglich nicht gesperrt ist. Hierbei liegt die Kopplungsvorrichtung beispielswiese auf einer Verdickung oder einem Vorsprung der Haltestage auf oder ist an einer Verjüngung der Haltestange derart festgelegt, dass sie entlang der Längsachse der Haltestange formschlüssig festgelegt ist.
Die Kopplungsvorrichtung dient der lösbaren Festlegung der Drohne an der Haltestange. Dass die Drohne mittels der Kopplungsvorrichtung an der Haltestange festgelegt ist, bedeutet insbesondere, dass sie nicht auf einer Plattform stehend an der Haltestange gelagert ist. Bevorzugt ist die Drohne ausschließlich mittels der Kopplungsvorrichtung an der Haltestange festgelegt. Die Kopplungsvorrichtung weist zum Festlegen der Drohne beispielweise zumindest einen Magnet, insbesondere zumindest einen Elektromagnet auf, mittels dessen die Drohne durch eine von dem zumindest einen Magneten auf die Haltestange ausgeübten Haltekraft an der Haltestange festgelegt ist. Hierzu besteht die Haltestange bevorzugt aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material, insbesondere einem solchen Metall oder einer solchen Metalllegierung, oder weist zumindest einen Bereich aus einem solchen Material auf.
Lösbar bedeutet insbesondere, dass die Drohne eine von der Kopplungsvorrichtung auf die Haltestange ausgeübte Haltekraft mittels ihrer Antriebseinheit überwinden kann, also die Kraft bei einer Beschleunigung der Drohne bei einem Start von der Haltestange die Haltekraft überwindet. Alternativ oder zusätzlich ist es im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung möglich, dass die Kopplungsvorrichtung aktiv angesteuert werden kann, um die Festlegung zu lösen, beispielsweise durch ein Stromlosschalten des zumindest einen Elektromagneten der Kopplungsvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Drohne genau eine Kopplungsvorrichtung auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Drohne zumindest zwei Kopplungsvorrichtung, insbesondere vier Kopplungsvorrichtungen auf. Bevorzugt ist die Drohne jedoch nur mit genau einer Kopplungsvorrichtung an der Haltestange festgelegt, die übrigen Kopplungsvorrichtungen dienen insbesondere dazu, dass die Drohne auch aus unterschiedlichen Flugrichtungen an die Haltestange ankoppeln kann.
Bevorzugt weist die Kopplungsvorrichtung zumindest zwei Kopplungselemente auf, die die Haltestange zumindest teilweise, insbesondere vollständig umgreifen und/oder zwischen denen die Haltestange eingeklemmt ist. Die Kopplungselemente sind bevorzugt zangenförmig angeordnet und ausgebildet.
Die Kopplungselemente sind beispielsweise als Klemmspangen aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall, ausgebildet. Beim Landen der Drohne an der Haltestange treffen die Klemmspangen auf die Haltespange und werden infolge des Auftreffens auf die Haltestange nach außen aufgeweitet und liegen teilweise an der Haltestange an. Durch weiteres Annähern der Drohne an die Haltestange umgreifen die Klemmspangen die Haltestange vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig. Bevorzugt weisen die Klemmspangen jeweils eine, insbesondere auf den Durchmesser der Haltestange abgestimmte Ausbuchtung auf, in der die Haltestange im festgelegten Zustand aufgenommen ist, sodass die Drohne an der Haltestange verrastet und form- und/oder kraftschlüssig an der Haltestange festgelegt ist.
Daneben ist es eine Ausführungsform der Erfindung, dass die Kopplungselemente aktiv angesteuert werden können und insbesondere als Greifarme ausgebildet sind. Die Kopplungselemente sind vorzugsweise mittels eines Motors aus einer Öffnungsposition in eine Kopplungsposition bringbar und umgekehrt. In der Kopplungsposition sind die Kopplungselemente eingerichtet, zumindest teilweise an der Haltestange anzuliegen und diese einzuklemmen und/oder zumindest teilweise, insbesondere vollständig zu umgreifen oder eine Profilierung oder Nut der Haltestange zu hintergreifen oder in diese einzugreifen. Die Kopplungselemente sind dazu bevorzugt auf einen Durchmesser der Haltestange abgestimmt. Die Drohne kann bevorzugt von der Haltestange gelöst werden, indem die Kopplungselemente von der Kopplungsposition in die Öffnungsposition gebracht werden.
Die Kopplungsvorrichtung ist bevorzugt an einer Oberseite, Unterseite oder Seitenfläche der Drohne angeordnet und seitlich orientiert. Seitlich orientiert bedeutet, dass die Kopplungsvorrichtung derart an der Drohne angeordnet und orientiert ist, dass die Drohne mittels der Kopplungsvorrichtung aus einem seitlichen Anflug auf eine Haltestange an dieser festgelegt werden kann. Die vorzugsweise vorhandenen Kopplungselemente der Kopplungsvorrichtung sind insbesondere derart angeordnet und orientiert, dass sie die Haltestange unmittelbar aus einem seitlichen Anflug zumindest teilweise, insbesondere vollständig umgreifen können. Zusätzlich zu der Kopplungsvorrichtung weist die Drohne bevorzugt eine Transportgutaufnahmeeinrichtung auf, die insbesondere an der Unterseite der Drohne angeordnet ist und nach unten orientiert ist. Diese ist beispielsweise eine Greifeinrichtung für ein Transportgut, beispielsweise ein Paket, wobei sie zum Aufnehmen des Pakets eine Greifbewegung nach unten durchführt.
Ein seitlicher Anflug bedeutet nicht notwendigerweise, dass der Anflug vollständig horizontal, also senkrecht zur Lotrichtung des Schwerefelds der Erde erfolgt. Dies ist jedoch Gegenstand einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt erfolgt das seitliche Anfliegen derart, dass die Drohne die Haltestange in einem Winkel von 45° bis 135° relativ zur Lotrichtung des Schwerefelds der Erde anfliegt. Es ist folglich möglich, dass die Drohne sich beim Landen und insbesondere im Moment des Ankoppelns an die Haltestange in einem seitlichen Steig- oder Sinkflug befindet.
Die Drohnenlandevorrichtung mit ihren beschriebenen Ausführungsformen stellt ausdrücklich eine eigene Erfindung dar.
Die Drohnenlandevorrichtung weist eine Haltestange auf. Im einfachsten Fall wird die Drohnenlandevorrichtung vollständig durch die Haltestange gebildet. Die Haltestange ist bevorzugt freistehend ausgebildet oder beispielsweise an einer Wand angeordnet. Bevorzugt weist die Drohnenlandevorrichtung genau eine Haltestange auf. Gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Drohnenlandevorrichtung auch mehrere Haltestangen, insbesondere zumindest zwei oder zumindest fünf Haltestangen aufweisen.
An jeder Haltestange ist vorzugsweise zumindest eine Drohne festgelegt. Bevorzugt sind an der oder den Haltestangen mehrere, insbesondere zumindest zwei oder zumindest drei Drohnen festgelegt. Die Drohnen an einer Haltestange sind bevorzugt entlang einer Längsachse der Haltestange voneinander beabstandet.
Jede Drohne ist bevorzugt jeweils nur an genau einer Haltestange festgelegt.
Die Drohnenlandevorrichtung ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ortsgebunden, beispielsweise als freistehender Mast.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Drohnenlandevorrichtung auf einem, an einem oder als Teil eines Containers, Dachs oder Fahrzeugs ausgebildet, beispielsweise eines Schiffs, eines Schienenfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftfahrzeugs. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Drohnenlandevorrichtung, insbesondere die Haltestange der Drohnenlandevorrichtung, in den Container, das Dach oder das Fahrzeug oder ein separat ausgebildetes Gehäuse einfahrbar oder einklappbar ausgebildet. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Fahrzeug betrieben werden, ohne dass die Drohnenlandevorrichtung oder die Haltestange ausgefahren oder ausgeklappt ist und einen erhöhten Luftwiderstand bietet. Bei Stillstand oder langsamer Fahrt kann die Drohnenlandevorrichtung oder die Haltestange dann beispielsweise ausgefahren oder ausgeklappt werden, sodass Drohnen an ihr landen können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Drohnenlandevorrichtung eine Vorrichtung, die die dazu errichtet wurde, um als Drohnenlandevorrichtung verwendet zu werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Drohnenlandevorrichtung eine Vorrichtung, die nicht speziell zu diesem Zweck errichtet wurde, beispielsweise ein Geländer, insbesondere ein Balkongeländer, ein Verkehrsschild oder ein Laternenpfahl. Die Haltestange wird dann beispielsweise durch die Streben des Geländers, oder den Pfahl des Straßenschilds oder der Laterne gebildet.
Die Haltestange dient dazu, dass die Drohne mittels der Kopplungsvorrichtung an sie ankoppeln kann und mittels der Kopplungsvorrichtung an ihr festgelegt werden kann. Das System wird bevorzugt dadurch gebildet, dass eine Drohne aus einem seitlichen Anflug mittels der Kopplungsvorrichtung an der Drohnenlandevorrichtung festgelegt wird. Dazu fliegt die Drohne bevorzugt die Haltestange an und koppelt mittels der Kopplungsvorrichtung an die Haltestange an, sodass sie relativ dazu festgelegt ist.
Bevorzugt weist die Haltestange einen runden, insbesondere kreisrunden, oder vier- oder mehreckigen Querschnitt auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Haltestange eine Profilierung auf, beispielsweise ein T-, Doppel-T- oder H-Profil oder ist als T-Nutschiene ausgebildet, welche die Kopplungsvorrichtung, insbesondere die Kopplungselemente der Kopplungsvorrichtung im festgelegten Zustand bevorzugt hintergreifen und/oder in diese eingreifen. Die Kopplungselemente sind bevorzugt korrespondierend zu dem Querschnitt und/oder der Profilierung der Haltestange ausgebildet, um die Haltestange in der Kopplungsposition teilweise, insbesondere vollständig zu umgreifen und dabei an der Haltestange anzuliegen, insbesondere vollflächig anzuliegen.
Bevorzugt sind die Kopplungselemente jeweils mehrgliedrig ausgebildet, wobei die einzelnen Glieder gelenkig miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können die Kopplungselemente die Haltestange insbesondere besser umgreifen und so ein besseres Anliegen der Kopplungselemente an der Haltestange sicherstellen.
Die Haltestange und/oder die Kopplungselemente weisen bevorzugt ein rutschhemmendes Element auf, beispielsweise eine Gummiauflage oder eine Aufrauhung, um den Halt der Drohne an der Haltestange zu verbessern
Die Haltestange ist bevorzugt teilweise, insbesondere vollständig als Hohlkörper, beispielsweise als Rohr, ausgebildet. Wenn die Haltestange teilweise oder vollständig als Hohlkörper ausgebildet ist, können beispielsweise Leitungen oder Kabel auf besonders einfache Weise in der Drohnenlandevorrichtung angeordnet und geführt werden, bevorzugt weist die Haltestange einen Durchmesser von 2 bis 20 cm, insbesondere von 5 bis 15 cm auf. Die Länge der Haltestange beträgt bevorzugt zumindest das Doppelte, insbesondere zumindest das Dreifache, besonderes bevorzugt zumindest das Zehnfache des Durchmessers.
Bevorzugt befindet sich die Haltestange in einer Höhe über dem Boden von zumindest 2,00 m, weiter bevorzugt von zumindest 2,20 m, besonderes bevorzugt von zumindest 2,50 m oder sie erstreckt sich zumindest bis in eine solche Höhe, besonders bevorzugt über diese Höhe hinaus, beispielswiese bis in eine Höhe von zumindest 3 m oder zumindest 5 m über dem Boden. Bevorzugt ist die Drohne in einer Höhe über dem Erdboden von zumindest 2,00 m weiter bevorzugt von zumindest 2,20 m, besonderes bevorzugt von zumindest 2,50 m an der Haltestange angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drohne in einer Höhe über dem Boden zwischen 2,00 m und 4,00 m, besonders bevorzugt zwischen 2,20 m und 3,00 m, insbesondere zwischen 2,20 m und 2,50 m an der Haltestange angeordnet. Hierdurch kann eine mögliche Gefährdung von Personen oder Verkehrsteilnehmern durch an der Haltestange festgelegte, landende oder startende Drohnen verringert werden.
Die Haltestange weist vorzugsweise zumindest ein Anschlusselement zum Verbinden und/oder Inkontaktbringen mit einem korrespondierenden Anschlusselement der Drohne, welches insbesondere an der Kopplungsvorrichtung der Drohne angeordnet ist, auf. Die Anschlusselemente sind derart ausgebildet, dass über sie ein elektrischer Ladestrom zum Aufladen eines oder mehrerer Akkumulatoren der Drohne und/oder ein Datenaustausch möglich ist und insbesondere erfolgt. Hierzu weist die Haltestange zumindest eine Strom- und/oder eine Datenleitung auf, die mit dem zumindest einen Anschlusselement der Haltestange verbunden ist. Die zumindest eine Strom- und/oder Datenleitung ist bevorzugt innerhalb der Haltestange angeordnet.
An der Drohnenlandevorrichtung, insbesondere an der Haltestange ist bevorzugt eine Übernahmevorrichtung für ein von der Drohne transportiertes Transportgut, beispielsweise ein Paket, angeordnet. Diese ist eingerichtet, ein Transportgut von der Drohne zu übernehmen und dieses vorzugsweise einer Lagereinrichtung zuzuführen. Diese Lagereinrichtung, die bevorzugt Teil des Systems, insbesondere Teil der Drohnenlandevorrichtung ist, kann beispielweise ein auf einem Boden befindlicher Ablageplatz sein, welcher bevorzugt umzäunt ist. Die Lagereinrichtung kann beispielsweise auch ein Regal und/oder eine Mehrzahl abschließbarer einzelner Lagerräume aufweisen, denen jeweils selektiv ein bestimmtes Transportgut, beispielsweise für einen bestimmten Empfänger, zugeordnet wird. Bevorzugt ist die Übernahmevorrichtung schwenkbar an der Haltestange angeordnet, sodass sie in eine Übernahmeposition, in der sie sich zum Übernehmen eines Transportguts unterhalb oder oberhalb einer Drohne befindet, und in eine Ablageposition bringbar ist, in der sie das Transportgut an die Lagereinrichtung abgeben kann. Alternativ oder zusätzlich ist die Übernahmevorrichtung bevorzugt entlang einer Längsachse der Haltestange bewegbar, sodass sie beispielsweise zu der Drohne hin oder von dieser weg fahrbar ist.
Alternativ oder zusätzlich ist die Übernahmevorrichtung oder eine zweite Übernahmeeinrichtung eingerichtet, einen Akkumulator der Drohne zu entnehmen oder der Drohne einen Akkumulator zuzuführen. Auf diese Weise ist es möglich der Drohne einen neuen, insbesondere vollständig geladenen Akkumulator zuzuführen, anstatt den in der Drohne befindlichen Akkumulator aufzuladen. Bevorzugt wird der Drohne zunächst der aktuelle Akkumulator mittels der Übernahmeeinrichtung entnommen und anschließend wird der Drohne ein neuer Akkumulator zugeführt und an der Drohne angeschlossen. Dies erfolgt bevorzugt vollständig automatisiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verbleibt das Transportgut an der Übernahmevorrichtung und ist an dieser bevorzugt mittels einer Verriegelungsvorrichtung arretiert. Die Verriegelungsvorrichtung lässt sich bevorzugt mittels eines Schlüssels oder Codes entriegeln, sodass das Transportgut insbesondere nur von einem berechtigten Empfänger von der Übernahmevorrichtung entnommen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das von der Drohne transportierte Transportgut direkt von der Drohne abgelassen, insbesondere fallengelassen oder mittels eines Seils abgelassen. Dies geschieht vorzugsweise über der Lagereinrichtung, insbesondere dem Ablageplatz.
Die Haltestange ist bevorzugt vertikal orientiert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Haltestange entlang der Lotrichtung des Schwerefelds der Erde ausgerichtet ist. Die Haltestange ist insbesondere auch dann vertikal im Sinne der Erfindung orientiert, wenn sie in einem Winkel zur Lotrichtung des Schwerefelds der Erde von höchstens 45°, insbesondere höchstens 20°, weiter insbesondere höchstens 10° orientiert ist.
Bevorzugt weist die vertikal orientierte Haltestange zumindest einen Vorsprung oder eine Verdickung auf, wobei die Kopplungselemente im festgelegten Zustand der Drohne zumindest teilweise auf der Verdickung oder dem Vorsprung aufliegen. Der Vorsprung oder die Verdickung kann auch dadurch gebildet sein, dass die Haltestange in dem Bereich, in dem die Drohne mittels der Kopplungsvorrichtung festgelegt ist, einen geringeren Querschnitt aufweist, als in Längsrichtung darunter und optional auch darüber. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass die Kopplungselemente der Drohne beim Landen der Drohne an der Haltestange oberhalb der Verdickung oder des Vorsprung die Haltestange an die Haltestange koppeln, sie insbesondere zumindest teilweise oder vollständig umgreifen, ohne dass die Kopplungselemente dabei jedoch wesentlich an dieser anliegen und/oder ohne eine Haltekraft auf sie ausüben. Durch Absenken, insbesondere schwerkraftgetriebenes Absenken der Drohne entlang einer Längsachse der Haltestange kommen die Kopplungselemente dann zumindest teilweise an oder auf der Verdickung oder dem Vorsprung zu liegen und umgreifen die Haltestange in diesem Bereich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, so dass die Drohne an der Haltestange festgelegt ist. Bevorzugt ist es im festgelegten Zustand der Drohne möglich, sie entlang der Schwerkraft, insbesondere entlang der Längsachse der vertikal orientierten Haltestange zu bewegen.
Die Verdickung ist gemäß einer Ausführungsform asymmetrisch ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass der Querschnitt der Haltestange nicht symmetrisch aufgeweitet ist, sondern beispielsweise ein Bereich stärker als ein anderer. Ein Aufliegen der Kopplungsvorrichtung auf einer solchen Verdickung führt vorzugsweise zu einer Drehung der Drohne um einen bestimmten Winkel um die Längsachse der Haltestange.
Zusätzlich oder alternativ zu der asymmetrischen Verdickung ist die Haltestange in sich verdreht, sodass eine Bewegung der Drohne entlang der Längsachse der Haltestange zu einer Drehung der Drohne um einen bestimmten Winkel um die Längsachse der Haltestange führt.
Wenn die Drohne aus einer bestimmten Richtung an der Haltestange landet und anschließend durch Absinken entlang der Haltestange um deren Längsachse gedreht wird, ist es beispielsweise möglich, die Drohne hierdurch über einen Ablagebereich für ein Transportgut zu bewegen. Dort kann das Transportgut dann beispielsweise auch ohne eine Übernahmevorrichtung einfach abgelassen werden, beispielsweise mittels eines Seils oder durch Fallenlassen.
Bevorzugt ist die Drohnenlandevorrichtung als Mast ausgebildet. Dabei handelt es sich insbesondere um einen explizit als Drohnenlandevorrichtung errichteten Mast, oder um eine andere mastförmige Vorrichtung, wie beispielsweise um einen Fahnenmast oder einen Laternenpfahl, die nicht explizit als Drohnenlandevorrichtung errichtet wurde, jedoch aufgrund ihrer Abmessungen als solche einsetzbar ist. Die Haltestange ist hierbei ein Abschnitt des Mastes oder der gesamte Mast.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Drohnenlandevorrichtung, insbesondere wenn sie eine vertikal orientierte Haltestange aufweist, eine Stützvorrichtung auf, auf der die Drohne im an der Haltestange mittels der Kopplungsvorrichtung festgelegten Zustand zumindest teilweise, insbesondere vollflächig aufliegt. Die Stützvorrichtung ist beispielsweise als Plattform, Halterahmen oder Haltegestell ausgebildet. Die Stützvorrichtung ist bevorzugt an der Haltestange angeordnet. Durch die Stützvorrichtung ist es möglich, die Drohne, zusätzlich zu der Festlegung über die Kopplungsvorrichtung, an der Drohnenlandevorrichtung zu stabilisieren. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn die Drohne ein Transportgut transportiert und so im festgelegten Zustand, ohne die Stützung durch die Stützvorrichtung, große Hebelkräfte auf die Kopplungsvorrichtung wirken würden. Die Stützvorrichtung weist bevorzugt eine Aussparung für ein solches, von der Drohne transportiertes Transportgut auf, sodass die Drohne durch die Stützvorrichtung gestützt wird und gleichzeitig das an der Unterseite der Drohne angeordnete Transportgut an eine Übernahmeeinrichtung abgegeben werden kann. Bevorzugt kann die Drohne im mittels der Kopplungsvorrichtung an der Haltestange festgelegten Zustand, vorzugsweise schwerkraftgetrieben und/oder mittels zumindest einer Antriebseinheit der Drohne, entlang der Haltestange auf die Stützvorrichtung zu bewegt werden, sodass sie auf dieser zu liegen kommt. Alternativ oder zusätzlich ist die Stützvorrichtung entlang der Haltestange bewegbar ausgebildet, sodass diese alternativ oder zusätzlich auf die festgelegte Drohne hin bewegt werden kann, um diese abzustützen. Die Stützvorrichtung ist beispielsweise derart ausgebildet, dass sie manuell entlang der Haltestange bewegbar ist und, insbesondere stufenlos, an dieser festlegbar ist. Bevorzugt ist der Stützvorrichtung ein Motor zugeordnet, mittels dessen sie entlang der Haltestange bewegbar ist. Bevorzugt erfolgt die Bewegung automatisch, wenn beispielsweise mittels eines Sensors erkannt wurde, dass eine Drohne an der Haltstange angekoppelt und insbesondere festgelegt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weißt die Drohnenlandevorrichtung zusätzlich oder alternativ zu der Stützvorrichtung eine zusätzliche Haltevorrichtung für die Drohne auf. Diese ist bevorzugt schwenkbar an der Haltestange angeordnet oder als um ein Gelenk schwenkbarer Teil der Haltestange ausgebildet. Die Haltevorrichtung ist bei einer vertikal orientierten Haltestange dazu eingerichtet, von oben auf die Drohne geschwenkt zu werden und anschließend mit dieser zu koppeln, beispielsweise über zueinander korrespondierende Verbindungselemente an Drohne und Haltevorrichtung. Auf diese Weise ist die Drohne zusätzlich zu der Kopplungsvorrichtung auch mittels der Haltevorrichtung an der Haltestange festgelegt. Hierdurch ist die Drohne zusätzlich stabilisiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weißt die Drohnenlandevorrichtung zusätzlich eine schwenkbar gelagerte Abdeckvorrichtung auf, mittels der die Drohne im an der Haltestange festgelegten Zustand zumindest teilweise abgedeckt oder abdeckbar ist. Die Abdeckvorrichtung ist beispielsweise als schwenkbare Abdeckplatte ausgebildet, die von oben über die Drohne geschwenkt wird, um diese abzudecken. Vorzugweise weist die schwenkbar gelagerte Abdeckplatte zusätzlich Seitenwände auf, sodass die Abdeckvorrichtung wie ein einseitig offener Kasten ausgebildet ist. Dieser überdeckt die Drohne nicht nur nach oben, sondern deckt sie auch zu den Seiten ab. Auf diese Weise ist die Drohne insbesondere vor Umwelteinflüssen, aber auch vor Fremdzugriff geschützt. Gleichzeitig kann hierdurch auch ein von der Drohne transportiertes Transportgut vor Fremdzugriff geschützt werden. Die Abdeckvorrichtung weist vorzugsweise eine Verriegelungsvorrichtung auf, beispielsweise ein Schloss, welche beispielsweise mittels eines Schlüssels oder eines Codes verriegelbar und/oder entriegelbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Drohne hängend an der Haltestange festgelegt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Drohne nicht auf einer Stützvorrichtung angeordnet oder durch eine solche abgestützt wird. Vielmehr ist sie vorzugsweise ausschließlich mittels der Kopplungsvorrichtung an der Haltestange hängend festgelegt.
Bevorzugt ist die Drohne an der Haltestange in einem Winkel von 90° ± 15° relativ zur Längsachse der Haltestange festgelegt. Dies bedeutet bei einer vertikal orientierten Haltestange, dass die Drohne sich vorzugsweise nahezu senkrecht zur Lotrichtung des Schwerefelds der Erde erstreckt.
Bevorzugt ist die Kopplungsvorrichtung über ein Abstandselement an einem Drohnengrundkörper der Drohne angeordnet, wobei sich der Drohnengrundkörper von der Kopplungsvorrichtung, entlang einer Längsachse der Haltestange beabstandet, an der Haltestange oder einem Abstützelement abstützt.
Das Abstützelement ist, insbesondere wenn es sich um eine vertikal orientierte Haltestange handelt, bevorzugt vertikal orientiert. Das Abstützelement ist beispielsweise eine Wand oder ein Polster.
Der Drohnengrundkörper befindet sich bei einer vertikal orientierten Haltestange unterhalb der Kopplungsvorrichtung und ist dabei hängend mittels der Kopplungsvorrichtung an der Haltestange festgelegt. Dabei stützt sich der Drohnengrundkörper an der Haltestange oder dem Abstützelement ab.
Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Belastung der Kopplungsvorrichtung im festgelegten Zustand zu verringern. Der Drohnengrundkörper ist insbesondere ein Hauptgehäuse der Drohne, in dem die zumindest eine Antriebseinheit, insbesondere zumindest ein Motor und/oder zumindest ein Rotor der Drohne, angeordnet ist. Das Abstandselement ist vorzugsweise als Haltearm ausgebildet, der gelenkig mit dem Drohnengrundkörper und/oder der Kopplungsvorrichtung verbunden ist.
Die Drohnenlandevorrichtung weist vorzugsweise zumindest eine Signalaussendeeinheit auf, die ein Signal an die Drohne, insbesondere zur Erleichterung eines Landevorgangs, aussendet. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine Markierung der Drohnenlandevorrichtung, vorzugsweise an der Haltestange. Die Markierung ist beispielsweise farbig, insbesondere mehrfarbig oder schwarz-weiß. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sendet die Signalaussendeeinheit Signale, beispielsweise Licht- oder Funksignale aus. Diese kodieren vorzugsweise für einen oder mehrere Landeanflugparameter, wie den Anflugwinkel oder die Position der Haltestange. So kann beispielsweise ein grünes Licht ausgesendet werden, wenn der Anflugwinkel in einem Sollwertkorridor liegt. Daneben kann eine Abweichung von dem Sollwertkorridor oder eines Sollanflugwinkels mittels einer Farbverschiebung, beispielsweise von grün nach rot, signalisiert werden. Die Signalaussendeeinheit sendet in einer weiteren Ausführungsform, beispielsweise per Funk, Steuersignale oder Informationen über bestimmte Parameter, wie Windgeschwindigkeit oder Position der Drohnenlandevorrichtung oder der Haltestange, an die Drohne. Auf diese Weise kann die Signalaussendeeinheit mittelbar oder unmittelbar die Steuerung der, insbesondere autonomen, Drohne einwirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Drohne für ein solches System, die eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens zum Anfliegen und Landen an einer Haltestange einer Drohnenlandevorrichtung, mit den Schritten a) Erhalten von Sensordaten mittels zumindest einer Sensoreinrichtung über eine Position und/oder eine Orientierung der Drohne relativ zu der Haltestange, b) Übermitteln der erhaltenen Sensordaten an eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, c) Erzeugen von Steuerdaten mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung oder einer weiteren elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zum Steuern der Drohne zu der Haltestange in Abhängigkeit der übermittelten Sensordaten, d) Übermitteln der Steuerdaten an zumindest eine Antriebseinheit der Drohne, e) Ansteuern der zumindest einen Antriebseinheit in Abhängigkeit der Steuerdaten, wobei f) die Schritte a) bis e) zumindest solange wiederholt werden, bis die Drohne die Haltestange erreicht hat, und g) form- und/oder kraftschlüssiges Festlegen der Drohne an der Haltestange mittels einer Kopplungsvorrichtung der Drohne.
Alle im Zusammenhang mit dem System beschriebenen Ausführungsformen der Drohne sind entsprechend auch Ausführungsformen der Drohne als solche. Ebenso stellen alle im Folgenden genannten Ausführungsformen der Drohne Ausführungsformen der Drohne des Systems dar.
Unter automatischem Durchführen wird insbesondere verstanden, dass die Drohne autonom fliegt, die Steuersignale also innerhalb der Drohne selbst in Abhängigkeit von Sensordaten erzeugt werden. Darunter ist jedoch insbesondere auch zu verstehen, dass der Drohne Steuersignale einer externen Datenverarbeitungseinrichtung zugesandt werden, die Steuersignale also nicht innerhalb der Drohne selbst und nicht manuell von einem Bediener, beispielsweise mittels einer Fernbedienung generiert werden, sondern automatisiert mittels der externen Datenverarbeitungseinrichtung. In Schritt b) werden dann folglich die Sensordaten an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt und in Schritt c) keine Steuersignale innerhalb der Drohne erzeugt sondern von dieser empfangen, sodass Schritt c) in dieser Ausführungsform insbesondere lautet: Empfangen von Steuerdaten, die mittels einer externen elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt wurden, zum Steuern der Drohne zu der Haltestange in Abhängigkeit der übermittelten Sensordaten,
Bevorzugt fliegt die Drohne die Drohnenlandevorrichtung innerhalb eines Landesektors an. Dieser kann beispielsweise dauerhaft vorgegeben sein, insbesondere aufgrund in der Nähe der Drohnenlandevorrichtung befindlicher Vegetation, Gebäude oder Verkehrswege, oder dynamisch anhand einer aktuellen Position der Drohnenlandevorrichtung oder der Haltestange und/oder aktuell vorherrschender Umweltbedingungen wie beispielsweise der Windrichtung und/oder Windgeschwindigkeit vorgegeben werden, bei der Steuerung der Drohne wird mittels der zumindest einen Sensoreinrichtung und der erzeugten Steuersignale insbesondere sichergestellt, dass die Drohne den Landesektor nicht verlässt oder in einen bestimmten Landesektor eintritt. Im einfachsten Fall kann die Drohnenlandevorrichtung, insbesondere die Haltestange der Drohnenlandevorrichtung von allen Seiten angeflogen werden, sodass sich der Ladesektor im 360°- Winkel um die Haltestange herum erstreckt.
Bevorzugt wird zum Starten der Drohne von der Drohnenlandevorrichtung die Kopplungsvorrichtung erst dann von der Haltestange, insbesondere aktiv gelöst, wenn die zumindest eine Antriebseinrichtung einen hinreichend großen Auftrieb erzeugt, sodass die Drohne selbstständig fliegen kann. Die Drohne verlässt nach dem Start die Drohnenlandevorrichtung insbesondere entlang eines Startsektors. Dieser kann identisch mit dem Landesektor sein, in einer Ausführungsform der Erfindung sind Landesektor und Startsektor jedoch verschieden voneinander, sodass sich startende und landende Drohnen nicht gegenseitig beeinträchtigen.
Die zumindest eine Sensoreinrichtung ist bevorzugt an und/oder in der Drohne angeordnet. Bei der zumindest einen Sensoreinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen GPS-Empfänger, ein Gyroskop und/oder oder eine Kamera. Bevorzugt weist die Drohne mehrere Sensoreinrichtungen, beispielsweise zumindest zwei Kameras und/oder eine Kombination unterschiedlicher Sensoreinrichtungen auf.
Bevorzugt ist die zumindest eine Sensoreinrichtung eingerichtet, ein von einer Signalaussendeeinheit der Drohnenlandevorrichtung ausgesendetes Signal zu empfangen. Beispielsweise erfasst die Sensorvorrichtung eine Markierung der Drohnenlandevorrichtung oder der Haltestange mittels zumindest einer, insbesondere zumindest zweier Kameras. Gemäß einer weiteren Ausführungsform empfängt die zumindest eine Sensoreinrichtung Funk- und/oder Lichtsignale der zumindest einen Signalaussendeeinheit, welche für die Position der Haltestange kodieren,
Gemäß einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung Teil der Drohnenlandevorrichtung oder als separate Vorrichtung ausgebildet. Bei einer solchen Sensoreinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Radar- oder Lidar-Empfänger. Dieser empfängt Strahlung, die von einer Radar- oder Lidar-Aussendeeinrichtung, die Teil der Drohnenlandevorrichtung oder separat ausgebildet ist, ausgesendet und von der Drohne zurückgeworfen wurde.
Mittels der zumindest einen Sensoreinrichtung werden vorzugsweise auch kinetische Parameter der Drohne, wie beispielsweise eine Fluggeschwindigkeit oder Beschleunigung ermittelt.
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, nicht aber notwendig, dass mehrere unterschiedlich angeordnete Sensoreinrichtungen, also als Teil der Drohnenlandevorrichtung, Teil der Drohne und/oder separat ausgebildete Sensoreinrichtungen vorhanden sind.
Die erhaltenen Sensordaten werden einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zugeleitet. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ist bevorzugt an oder in der Drohne angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung nicht Teil der Drohne, sondern Teil der Drohnenlandevorrichtung oder separat ausgebildet. Wenn die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung nicht Teil der Drohne ist, werden ihr die Sensordaten drahtlos, bevorzugt über Funk übermittelt.
Anhand der Sensordaten werden in der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung oder in einer weiteren elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung, welche Teil der Drohne, Teil der Drohnenlandevorrichtung oder separat ausgebildet sein kann, Steuerdaten erzeugt. Diese Steuerdaten dienen dazu, die zumindest eine Antriebseinheit der Drohne anzusteuern, um die Drohne zu der Haltestange der Drohnenlandevorrichtung zu lenken. Die Antriebseinheit ist dabei insbesondere nicht nur durch den zumindest eine Motor und/oder zumindest einen Rotor der Drohne gebildet, sondern auch durch etwaig vorhandene Steuereinrichtungen wie Ruder oder Klappen.
Die Schritte werden solange wiederholt, bis die Drohne die Haltestange erreicht hat. Dies bedeutet insbesondere, dass die Kopplungsvorrichtung die Haltestange berührt oder sich nahe der Haltestange, beispielswiese in einem Abstand von weniger als 10 cm, insbesondere weniger als 5 cm befindet.
Anschließend beginnt der Vorgang des Festlegens der Drohne an der Haltestange.
Die Haltestange ist bevorzugt vertikal orientiert.
Sofern die Kopplungsvorrichtung zumindest einen Magneten, insbesondere zumindest einen Elektromagneten aufweist, wird die Drohne derart an die Haltestange gesteuert, dass der zumindest eine Magnet in Kontakt mit der Haltestange kommt und so eine Haltekraft auf sie ausübt, sodass die Drohne kraftschlüssig und ggf. zusätzlich formschlüssig an der Haltestange festgelegt ist.
Wenn die Kopplungsvorrichtung zumindest zwei Kopplungselemente aufweist, die insbesondere als Klemmspangen ausgebildet sind, wird die Drohne vorzugsweise derart gegen die Haltestange gesteuert, dass die Kopplungsvorrichtung auf die Haltestange trifft und die Kopplungselemente infolge des Auftreffens aufgeweitet werden. Dies führt zum Entstehen einer Rückstellkraft, die die Klemmspangen gegen die Haltestange belasten. Auf diese Weise ist die Haltestange zwischen den Kopplungselementen eingeklemmt. Bevorzugt weisen die Kopplungselemente Ausbuchtungen zum Aufnehmen der Haltestange auf, sodass die Kopplungselemente die Haltestange im festgelegten Zustand zumindest teilweise, insbesondere vollständig umgreifen.
Wenn die Kopplungselemente aktiv ansteuerbar sind, also insbesondere mittels eines Motors in eine Öffnungsposition und eine Kopplungsposition bringbar sind, dann werden die Kopplungselemente vorzugsweise kurz vor oder bei Erreichen der Haltestange in die Öffnungsposition gebracht oder sie befinden sich bereits vorher in der Öffnungsposition, und die Drohne dann weiter auf die Haltestange zu bewegt, sodass sich die Kopplungselemente jeweils neben der Haltestange befinden. Anschließend werden die Kopplungselemente in die Kopplungsposition gebracht, in welcher sie die Haltestange einklemmen und/oder zumindest teilweise, insbesondere vollständig umgreifen, sodass die Drohne an der Haltestange festgelegt ist. Wenn die Haltestange eine Profilierung und/oder eine Nut aufweist, greifen die Kopplungselemente in der Kopplungsposition vorzugsweise in diese ein und/oder hintergreifen sie.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung koppelt die Drohne zunächst an die vertikal orientierte Haltestange, ohne jedoch an dieser festgelegt zu sein. Dies erfolgt beispielsweise durch zumindest teilweises, insbesondere vollständiges Umgreifen und/oder Hinter- oder Eingreifen in eine Nut oder Profilierung der Haltestange durch die Kopplungselemente, die Kopplungselemente jedoch keine wesentliche Haltekraft auf die Haltestange, insbesondere keine Haltekraft auf die Haltestange ausüben. Beispielsweise umgreifen die Kopplungselemente die Haltestange zumindest teilweise, insbesondere vollständig in einem Bereich, in dem die Haltestange einen geringeren Durchmesser aufweist, sodass die Kopplungselemente nicht an der Haltestange anliegen und/oder eine Klemmkraft auf sie ausüben. Anschließend sinkt die Drohne dann entlang der Längsachse der Haltestange schwerkraftgetrieben und/oder mittels der zumindest einen Antriebseinheit ab und kommt auf einer Verdickung oder einem Vorsprung der Haltestange zu liegen, sodass sie insbesondere an der Haltestange festgelegt ist. Bevorzugt sinkt die Drohne soweit entlang der Längsachse ab, dass sie zumindest teilweise an der Verdickung oder dem Vorsprung anliegt und sich der Drohnengrundkörper der Drohne seitlich an der Haltestange oder einem separaten Abstützelement abstützt. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Drohne nicht nur an der Haltestange festgelegt wird, sondern zusätzlich durch das Abstützen stabilisiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sinkt die Drohne, nachdem sie mittels der Kopplungsvorrichtung form- und/oder kraftschlüssig an der Haltestange festgelegt ist, schwerkraftgetrieben und/oder mittels der zumindest einen Antriebeinheit entlang der Längsachse der vertikal orientierten Haltestange ab. Die Kopplungsvorrichtung ist an einem Abstandelement, beispielsweise einem Stab oder Haltearm, angeordnet, welches gelenkig mit der Kopplungsvorrichtung und/oder des Drohnengrundkörpers verbunden ist. Der Drohnengrundkörper führt beim Absinken aufgrund der Festlegung durch die Kopplungsvorrichtung eine Schwenkbewegung in Richtung auf die Haltestange durch. Die Drohne sinkt solange entlang der Längsachse der Haltestange ab, bis sich der Drohnengrundkörper der Drohne seitlich an der Haltestange oder einem Abstützelement abstützt.
Die zum Festlegen der Drohne an der Haltestange notwendigen Bewegungen der Drohne werden bevorzugt entsprechend der Schritte a) - e) des Verfahrens gesteuert.
Durch das Festlegen der Drohne an der Haltestange der Drohnenlandevorrichtung wird entsprechend das System gebildet.
Das Anfliegen der Drohnenlandevorrichtung erfolgt seitlich. Seitliches Anfliegen bedeutet nicht notwendigerweise, dass der Anflug vollständig horizontal, also senkrecht zur Lotrichtung des Schwerefelds der Erde und/oder parallel zu einem Erdboden, erfolgt. Dies ist jedoch Gegenstand einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bevorzugt erfolgt das seitliche Anfliegen derart, dass die Drohne die Haltestange in einem Winkel von 45° bis 135° relativ zur Lotrichtung des Schwerefelds der Erde anfliegt. Es ist folglich möglich, dass die Drohne sich beim Landen und insbesondere im Moment des Ankoppelns an die Haltestange in einem seitlichen Steig- oder Sinkflug befindet.
Bevorzugt weist die Drohne zumindest zwei Leitelemente auf, die seitlich der Kopplungsvorrichtung angeordnet sind. Diese sind bevorzugt aus Kunststoff oder als Leitbleche aus Metall ausgebildet. Mittels dieser Leitelemente kann eine mögliche Anflugsungenauigkeit der Drohne an die Haltestange korrigiert werden. Die Leitelemente erstrecken sich vorzugsweise seitlich neben der Kopplungsvorrichtung, wobei sie sich von der Kopplungsvorrichtung, beispielsweise entlang eines gedachten V, weg erstrecken.
Sofern die Drohne die Haltestange nicht derart ansteuert, dass die Kopplungsvorrichtung genau auf die Haltestange ausgerichtet ist, sondern beispielsweise seitlich etwas versetzt dazu, kommt die Haltestange beim Landeanflug in Kontakt mit den Leitelementen, durch welche die Drohne derart seitlich zu ihrer Flugrichtung bewegt wird, dass die Kopplungsvorrichtung auf die Haltestange ausgerichtet wird. Auf diese Weise kann eine Landung an der Haltestange auch dann erfolgen, wenn die Drohne nicht vollständig korrekt ausgerichtet ist, beispielsweise durch Windeinfluss und/oder geringe Steuerungenauigkeiten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen

1 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung,
2 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung,
3 die perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Systems
4 die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Systems
5 die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Systems
6 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung,
7 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung,
8 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung,
9 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung,
10 die schematische Darstellung eines Landevorgangs einer Ausführungsform der Drohne an einer Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung.

Die linke Abbildung von 1 zeigt das Anfliegen einer Drohne 2 an eine Haltestange 4 einer Drohnenlandevorrichtung 6, die als freistehender und vertikal orientierter Mast ausgebildet ist. Die Haltestange 4 weist einen runden Querschnitt auf. Der Mast steht insbesondere senkrecht zu einem nicht dargestellten Erdboden. Die Drohne 2 weist eine Kopplungsvorrichtung 8 auf, die mit einem Drohnengrundkörper 10 der Drohne 2 verbunden ist. Die Drohne 2 ist als Quadrocopter mit vier Rotoren 12 ausgebildet, die in dem Drohnengrundkörper 10 der Drohne 2 angeordnet und Teil einer Antriebseinheit der Drohne 2 sind.
Die Kopplungsvorrichtung 8 ist seitlich orientiert und weist zwei Kopplungselemente 14 auf, die in der vorliegenden Ausführungsform als Klemmspangen ausgebildet sind. Die Klemmspangen weisen jeweils eine Ausbuchtung 16 auf, wobei die Ausbuchtungen 16 derart dimensioniert sind, dass sie die Haltestange 4 zwischen sich aufnehmen können. Die Kopplungsvorrichtung ist über ein, als Stab ausgebildetes Abstandselement 18 mit dem Drohnengrundkörper verbunden, wobei die Kopplungsvorrichtung 14 mit dem Abstandselement 18 und das Abstandselement 18 mit dem Drohnengrundkörper 10 jeweils über nicht dargestellte Gelenke gelenkig verbunden sind.
Die Drohne 2 fliegt die Haltestange 4 seitlich an, bis die Kopplungselemente 14 der Kopplungsvorrichtung 8 gegen die Haltestange 4 stoßen und die Kopplungselemente 14 in der Folge zu den Seiten aufgeweitet werden, dadurch wird eine Rückstellkraft erzeugt, die die Kopplungselemente 14 gegen die Haltestange 4 belastet. Durch weiteres Fliegen der Drohne 2 gegen die Haltestange 4 werden die Kopplungselemente 14 schließlich derart weit aufgeweitet, dass die Haltestange in den Ausbuchtungen 16 aufgenommen wird und die Kopplungselemente 14 die Haltestange 4 aufgrund der Rückstellkraft nahezu vollständig umgreifen und an dieser anliegen. Hierdurch ist die Drohne 2 an der Haltestange 4 festgelegt, was in der mittleren Abbildung von 1 dargestellt ist. In dem festgelegten Zustand der Drohne 2 an der Haltestange 4 der Drohnenlandevorrichtung 6 bilden die Drohnenlandevorrichtung 6 und die Drohne 2 eine Ausführungsform eines Systems 20 im Sinne der Erfindung.
Anschließend sinkt die Drohne 2 entlang der Längsachse L der Haltestange 4 ab. Dies erfolgt schwerkraftgetrieben und/oder mit Unterstützung der Antriebseinheit der Drohne 2. Bevorzugt erfolgt das Absinken grundsätzlich schwerkraftgetrieben, wobei die Sinkgeschwindigkeit mittels der Antriebseinheit durch Betreiben der Rotoren 12 gebremst wird, um eine schädigende Kollision der Drohne 2 mit der Haltestange 4 zu vermeiden. Dadurch, dass die Drohne 2 mittels der Kopplungsvorrichtung 8 an der Haltestange 4 festgelegt ist, vollführt die Drohne 2 beim Absinken eine Schwenkbewegung in Richtung auf die Haltestange 4. Schließlich stützt sich der Drohnengrundkörper 10 der Drohne 2 an der Haltestange 4 ab, was die Drohne stabilisiert und in der rechten Abbildung von 1 dargestellt ist. Dies stellt eine Ausführungsform des Systems 20 dar.
Die linke und mittlere Abbildung von 2 zeigen eine Drohne 2, die eine Haltestange 4 einer Drohnenlandevorrichtung 6 anfliegt, wobei die Kopplungsvorrichtung nicht über ein Abstandselement 18 an dem Drohnengrundkörper 10, sondern direkt seitlich an dem Drohnengrundkörper 10 angeordnet ist.
Die Haltestange 4 ist zweigeteilt ausgebildet, aus einer Unterstange 22 und einer Oberstange 24, die miteinander über ein Gelenk 26 verbunden sind. Die Drohne 2 fliegt die Haltestange 4 derart an, dass die Kopplungselemente 14, die abermals als Klemmspangen ausgebildet sind, der Kopplungsvorrichtung 8 zunächst die Oberstange 24 nahezu vollständig umgreifen, sodass die Drohne 2 an der Oberstangestange 24 der Haltestange 4 festgelegt ist. Im festgelegten Zustand, in dem die Drohne 2 und die Drohnenlandevorrichtung 6 ein System 20 bilden, wird die Drohne 2 anschließend insbesondere durch Betreiben der zumindest einen Antriebseinheit entlang der Längsachse L entlang des Schwerefelds der Erde bewegt, bis sie das Gelenk 26 passiert hat und an der Unterstange 22 festgelegt ist. Anschließend schwenkt die Oberstange 24 mittels des Gelenks 26 in Richtung auf die Drohne um und koppelt mit dieser über korrespondierend an der Oberstange 24 und dem Drohnengrundkörper 10 ausgebildete und in 2 nicht dargestellte Verbindungselemente. Hierdurch ist die Drohne 2 doppelt an der Haltestange 4 der Drohnenlandevorrichtung 6 festgelegt, was die Drohne zusätzlich stabilisiert, eine Ausführungsform des Systems 20 ist und in der rechten Abbildung von 2 dargestellt ist.
3 zeigt eine Ausführungsform des Systems 20, wobei eine Drohne 2 an einer Haltestange 4 einer Drohnenlandevorrichtung 6 mittels einer Kopplungsvorrichtung 8 festgelegt ist. Die Drohne 2 entspricht der Drohne 2 aus 1, wobei die in 3 dargestellte Drohne 2 an der Unterseite zusätzlich eine nicht dargestellte Transportgutaufnahmevorrichtung 28 aufweist, an der ein Transportgut 30 in Form eines Pakets über ein Verbindungsstück 32 angeordnet ist.
An der Haltestange 4 ist eine Übernahmevorrichtung 34 angeordnet, die eingerichtet ist das Transportgut 30 von der Transportgutaufnahme 28 der Drohne 2 zu übernehmen. Die Übernahmevorrichtung 34 ist entlang der Längsachse L der Haltestange 4 beweglich gelagert. Zusätzlich ist das Transportgut 30 an der Übernahmevorrichtung 34 entlang der Übernahmevorrichtung 34 beweglich gelagert, sodass dieses in Richtung auf die Haltestange 4 zu bewegt werden kann.
Mittels der Übernahmevorrichtung 34 kann das Transportgut 30 zudem abgelassen werden, insbesondere in eine in 3 nicht dargestellte Lagereinrichtung für das Transportgut 30. In der rechten Abbildung von 3 ist das Transportgut 30 im abgelassenen Zustand angedeutet.
In 4 ist eine Ausführungsform des Systems 20 dargestellt, bei der eine Drohne 2, die der Drohne 2 aus 3 entspricht, an der Haltestange 4 der Drohnenlandevorrichtung 6 angeordnet ist. Das Transportgut 30 ist von der Übernahmevorrichtung 34 von der Drohne 2 übernommen worden. Die Übernahmevorrichtung 34 ist sowohl entlang der Längsachse L beweglich an der Haltestange 4 gelagert als auch um die Längsachse L schwenkbar. Unterhalb der Drohne 2 befindet sich die Übernahmevorrichtung 34 in einer Übernahmeposition. Aus dieser kann sie um die Längsachse L der Haltestange 4 in eine Abgabeposition verschwenkt werden. In der rechten Abbildung von 4 sind zwei verschiedene Abgabepositionen der Übernahmevorrichtung 34 angedeutet. Die eine ist um 90° relativ zur Übernahmeposition versetzt und die andere um 180°. Bevorzugt ist unterhalb der Abgabepositionen der Übernahmevorrichtung 34 eine oder bei mehreren Abgabepositionen jeweils eine Lagereinrichtung für das Transportgut 30 angeordnet.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Systems 20 aus Drohnenlandevorrichtung 6 und Drohne 2, die vorliegend als Hexacopter mit sechs nicht dargestellten Rotoren 12 ausgebildet ist.
Die Drohne 2 ist mittels einer zangenförmigen Kopplungsvorrichtung 8, die zwei Kopplungselemente 14 aufweist, an der Haltestange 4 der Drohnenlandevorrichtung 6 festgelegt. Die Drohnenlandevorrichtung 6 ist vollständig durch die vertikal orientierte Haltestange 4 gebildet. Die Kopplungsvorrichtung 8 ist aktiv ansteuerbar, wobei die Kopplungselemente 14 mittels eines Motors von einer Öffnungsposition in eine Kopplungsposition und umgekehrt bringbar sind. In 5 befinden sich die Kopplungselemente 14 in der Kopplungsposition. Die Kopplungsvorrichtung 8 ist über ein Abstandselement 18 mit dem Drohnengrundkörper 10 der Drohne 2 verbunden. Das Abstandselement 18 ist über ein nicht dargestelltes Gelenk mit dem Drohnengrundkörper 10 gelenkig verbunden. Die Kopplungsvorrichtung 8 selbst ist mit dem Abstandselement 18 hingegen nicht gelenkig verbunden. Der Drohnengrundkörper 10 stützt sich an der Unterstange 22 ab, sodass die Drohne 2 an der Haltestange 4 stabilisiert ist.
Die Kopplungselemente 14 umgreifen eine Verdickung 36 der Haltestange 4 vollständig und liegen teilweise auf der Verdickung 36 auf. Die Verdickung 36 ist asymmetrisch ausgebildet. Die Verdickung 36 verbindet eine Oberstange 24 mit einer Unterstange 22, wobei die Oberstange 24 einen geringeren Durchmesser als die Unterstange 22 aufweist.
Zum Bilden des in 5 dargestellten Systems 20 fliegt die Drohne 2 autonom oder ferngesteuert die Oberstange 24 der Haltestange 4 seitlich an. Die Kopplungsvorrichtung 8 ist dabei horizontal orientiert und die Kopplungselemente 14 sind in einer Öffnungsposition oder werden kurz vor oder bei einem Berühren der Oberstange 24 von der Kopplungsposition in die Öffnungsposition gebracht. in der Öffnungsposition sind die Kopplungselemente 14 der zangenförmigen Kopplungsvorrichtung 8 mittels eines Gelenks seitlich aufgeklappt.
Die Drohne 2 steuert die Oberstange anschließend derart an, dass die Kopplungselemente 14 sich seitlich der Oberstange 24 befinden. Die Kopplungselemente weisen jeweils eine Ausbuchtung 16 auf, die in der Kopplungsposition eine Aufnahme für die Haltestange 4 bilden. Der Durchmesser der Ausnehmung ist dabei größer gewählt als der Durchmesser der Oberstange 24 und insbesondere kleiner gewählt als der Durchmesser der Unterstange 22. Die Kopplungselemente 14 werden anschließend von der Öffnungsposition in die Kopplungsposition gebracht, wobei sie die Oberstange 24 in der Ausnehmung aufnehmen und diese umgreifen. Dabei liegen die Kopplungselemente allerdings nicht oder nicht vollständig an der Oberstange 24 an, da die Oberstange 24 einen kleineren Durchmesser als die Ausnehmung hat.
Hiernach sinkt die Drohne 2 entweder durch Abschalten der zumindest einen Antriebseinheit schwerkraftgetrieben oder schwerkraftgetrieben jedoch durch die zumindest Antriebseinheit gebremst entlang der Längsachse L der Haltestange 4 nach unten ab, bis die Kopplungselemente 14 zumindest teilweise auf der Verdickung 36 aufliegen. Anschließend sinkt die Drohne 2 weiter ab, wobei das Abstandselement 18 mittels des nicht dargestellten Gelenks ausgelenkt wird. Dabei sinkt die Drohne 2 insbesondere solange ab, bis die Kopplungselemente die Verdickung 36 vollständig umgreifen und/oder der Drohnengrundkörper 10 sich infolge der Auslenkung des Abstandselements 18 und der daraus resultierenden Bewegung in Richtung auf die Unterstange 22 an der Unterstange 22 abstützt. Durch die asymmetrisch ausgebildete Verdickung 36 führt die Drohne 2 bei diesem Absinken insbesondere zusätzlich eine gewisse Drehbewegung um die Längsachse L der Haltestange 4 aus.
6 zeigt den Anflug einer Drohne 2, die der Drohne aus 2 entspricht, auf die Haltestange 4 einer Drohnenlandevorrichtung 6. Die Haltestange 4 ist, wie auch in den 1 bis 4, auf einem Sockel 38 mit einem quadratischen Querschnitt angeordnet. An dem Sockel 38 ist eine Stützvorrichtung 40 angeordnet, die zwei Stützarme 42 aus einem Kunststoff oder Metall aufweist.
Die Drohne 2 fliegt die Haltestange 4 wie beispielsweise zu 1 beschrieben an, sodass die Drohne 2 an der Haltestange 4 festgelegt ist, wobei Drohne 2 und Drohnenlandevorrichtung 6 eine Ausführungsform des Systems 20 bilden. Anschließend sinkt sie insbesondere durch Betreiben der zumindest einen Antriebseinheit und/oder schwerkraftgetrieben entlang der Längsachse L der Haltestange 4 und damit entlang des Schwerefelds der Erde ab, bis sie auf den Stützarmen 42 der Stützvorrichtung 40 aufliegt, wobei die Stützarme 42 aufgrund des Gewichts der Drohne zu den Seiten ausgelenkt werden, was eine Rückstellkraft in Richtung auf die Drohne 2 bewirkt.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung 6 mit einer Stützvorrichtung 40, die in diesem Fall als Plattform ausgebildet ist und an der Haltestange 4 angeordnet ist, dargestellt. Abermals fliegt die Drohne 2 die Haltestange 4 wie beispielsweise zu 1 beschrieben an, sodass die Drohne 2 an der Haltestange 4 festgelegt ist und Drohne 2 und Drohnenlandevorrichtung eine Ausführungsform des Systems 20 bilden. Anschließend sinkt sie insbesondere durch Betreiben der zumindest einen Antriebseinheit und/oder schwerkraftgetrieben entlang der Längsachse der Haltestange 4 und damit entlang des Schwerefelds der Erde ab, bis sie auf der als Plattform ausgebildeten Stützvorrichtung 40 aufliegt.
In 8 ist eine weitere Ausführungsform der Drohnenlandevorrichtung 6 mit einer ausklappbaren Stützvorrichtung 40 für die Drohne 2 dargestellt. Bevorzugt wird die Stützvorrichtung 40, wie in der mittleren Abbildung angedeutet, erst ausgeklappt, wenn das Ankoppeln einer Drohne 2 an die Haltestange erkannt wurde, beispielsweise mittels eines Sensors. Daneben kann das Ausklappen auch durch ein von der Drohne 2 ausgesendetes Signal ausgelöst werden oder manuell geschehen. Im an der Haltestange 4 festgelegten Zustand bilden Drohne und Drohnenlandevorrichtung eine Ausführungsform des Systems 20.
9 zeigt den Anflug einer Drohne 2 auf eine Haltestange 4, die an einer Wand 44 angeordnet ist. Bei der Drohne 2 handelt es sich um die in 1 dargestellte Drohne. Der Anflug entspricht ebenfalls dem zu 1 beschriebenen Verfahren. Aufgrund der Wand 44 kann die Haltestange 4 von der Drohne 2 jedoch, anders als bei einer freistehenden Haltestange, nicht von jeder Seite angeflogen werden. Durch die Wand ist folglich ein Landesektor statisch und dauerhaft vorgegeben. Im an der Haltestange 4 festgelegten Zustand bilden Drohne 2 und Drohnenlandevorrichtung 6 eine Ausführungsform des Systems 20.
In 10 ist das Landeverfahren der Drohne wie in 2 dargestellt. Im an der Haltestange 4 festgelegten Zustand bilden Drohne 2 und Drohnenlandevorrichtung 6 eine Ausführungsform des Systems 20. Zusätzlich weist die Drohnenlandevorrichtung 6 jedoch noch eine schwenkbar gelagerte Abdeckvorrichtung 46 in Form einer Abdeckplatte auf. Diese wird, nachdem die Oberstange 24 mit der Drohne 2 über die nicht dargestellten Verbindungselemente gekoppelt hat, über die Drohne 2 geklappt, sodass sie zumindest nach oben abgedeckt ist. Bevorzugt weist die Abdeckklappe Seitenwände auf, sodass die Drohne auch zu den Seiten abgedeckt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind um die Haltestange Seitenwände als Teil der Drohnenlandevorrichtung 6 angeordnet, mit welchen die Abdeckvorrichtung 46 dann abschließt, sodass die Drohne in einem geschlossenen Raum angeordnet ist und so beispielsweise vor Fremdzugriff und Umwelteinflüssen geschützt ist. Hierbei ist es zudem möglich, dass die Drohne 2 mittels der umklappenden Abdeckvorrichtung 46 weiter nach unten entlang der Längsachse L der Haltestange 4 bewegt wird und erst so in den dann geschlossenen Raum gelangt.
In den 1 bis 4 und 6 bis 10 sind Drohnen mit Kopplungsvorrichtungen 8 dargestellt, die als Klemmspangen ausgebildete Kopplungselemente 14 aufweisen. Gemäß weiterer Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung weisen die in diesen Figuren beschriebenen Drohnen 2 eine Kopplungsvorrichtung 8 mit aktiv ansteuerbaren Kopplungselemente, die mittels eines Motors von einer Kopplungsposition in eine Öffnungsposition und umgekehrt bringbar sind.
Bezugszeichenliste

2: Drohne
4: Haltestange
6: Drohnenlandevorrichtung
8: Kopplungsvorrichtung
10: Drohnengrundkörper
12: Rotor
14: Kopplungselement
16: Ausbuchtung
18: Abstandelement
20: System
22: Unterstange
24: Oberstange
26: Gelenk
28: Transportgutaufnahmeeinrichtung
30: Transportgut
32: Verbindungsstück
34: Übernahmevorrichtung
36: Verdickung
38: Sockel
40: Stützvorrichtung
42: Stützarm
44: Wand
46: Abdeckvorrichtung
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2018/0155027 [0004]
US 9387928 B1 [0004]
US 2019/0138028 A1 [0005]

Claims

System (20) aus einer Drohnenlandevorrichtung (6) und einer daran lösbar festgelegten Drohne (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Drohnenlandevorrichtung (6) eine Haltestange (4) aufweist, und die Drohne (2) eine Kopplungsvorrichtung (8) aufweist, wobei die Drohne (2) mittels der Kopplungsvorrichtung (8) lösbar form- und/oder kraftschlüssig an der Haltestange (4) festgelegt ist.
System (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (8) zumindest zwei Kopplungselemente (14) aufweist, die die Haltestange (4) zumindest teilweise umgreifen und/oder zwischen denen die Haltestange (4) eingeklemmt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestange (4) vertikal orientiert ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (2) mittels der Kopplungsvorrichtung (8) hängend an der Haltestange (4) festgelegt ist.
System (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (8) über ein Abstandselement (18) an einem Drohnengrundkörper (10) der Drohne (2) angeordnet ist und sich der Drohnengrundkörper (10), von der Kopplungsvorrichtung (8) entlang einer Längsachse (L) der Haltestange (4) beabstandet, an der Haltestange (4) oder einem Abstützelement abstützt.
Drohne (2) für ein System (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, eingerichtet zum automatischen Durchführen eines Verfahrens zum seitlichen Anfliegen und Landen an einer Haltestange (4) einer Drohnenlandevorrichtung (6), mit den Schritten: a) Erhalten von Sensordaten mittels zumindest einer Sensoreinrichtung über eine Position und/oder eine Orientierung der Drohne (2) relativ zu der Haltestange (4), b) Übermitteln der erhaltenen Sensordaten an eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, c) Erzeugen von Steuerdaten mittels der elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung oder einer weiteren Datenverarbeitungseinrichtung zum Steuern der Drohne zu der Haltestange (4) in Abhängigkeit der übermittelten Sensordaten, d) Übermitteln der Steuerdaten an zumindest eine Antriebseinheit der Drohne (2), e) Ansteuern der zumindest einen Antriebseinheit in Abhängigkeit der Steuerdaten, wobei f) die Schritte a) bis e) zumindest solange wiederholt werden, bis die Drohne (2) die Haltestange (4) erreicht hat, und g) form- und/oder kraftschlüssiges Festlegen der Drohne (2) an der Haltestange (4) mittels einer Kopplungsvorrichtung (8) der Drohne (2).
Drohne (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest zwei Leitelemente aufweist, die seitlich der Kopplungsvorrichtung (8) angeordnet sind.