EP4178857A1 - Hybrid-drohne zur landung an vertikalen strukturen - Google Patents

Hybrid-drohne zur landung an vertikalen strukturen

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EP4178857A1
EP4178857A1 EP20740572.1A EP20740572A EP4178857A1 EP 4178857 A1 EP4178857 A1 EP 4178857A1 EP 20740572 A EP20740572 A EP 20740572A EP 4178857 A1 EP4178857 A1 EP 4178857A1
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EP
European Patent Office
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hybrid drone
drone
hybrid
vertical
drive unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP20740572.1A
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English (en)
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Inventor
Herbert Weirather
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hw Aviation AG
Original Assignee
Hw Aviation AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B64U2201/10—UAVs characterised by their flight controls autonomous, i.e. by navigating independently from ground or air stations, e.g. by using inertial navigation systems [INS]

Definitions

  • the present invention relates to an unmanned hybrid drone (hybrid unmanned aerial vehicle - UAV) with a unique arrangement of the propulsion units, which allows the hybrid to hover upright, to land on vertical structures, to hold on to vertically terminating structures and objects there to drop off
  • unmanned hybrid drone hover upright, to land on vertical structures, to hold on to vertically terminating structures and objects there to drop off
  • Drones for delivering packages are known from the prior art. The great advantages of delivering parcels with drones are obvious. First and foremost, they are extremely fast. Drones can fly the direct path, don't have to brake and accelerate constantly, don't get stuck in traffic and are very energy-efficient. All drone concepts are very environmentally friendly compared to a car delivery, as they fly electrically, emit no CO2, no soot particles or toxic gases, have no rubber abrasion and, above all, polluting roads are not used or even relieve them. Drones not only drastically reduce the delivery time, but also continue to minimize the costs on the part of the delivering company, since fewer staff are required.
  • Multicopter drones can be positioned in space in a defined manner with almost no restrictions. Parcel delivery multicopters are known that rope down a parcel at the recipient while they are above the drop-off point. This solution has security risks. For example, dogs can attack the descending package or grab the rope and cause the drone to crash.
  • a hybrid drone basically combines the advantages of a multicopter and an airplane.
  • drones are known for delivering packages, the package being dropped onto fleas of a landing zone with a small parachute.
  • the invention relates to a hybrid drone which is designed on the one hand to cover large distances in a cruising flight and on the other hand to land on a vertical structure, e.g. a wall.
  • the hybrid drone of the present invention can perform a stable vertical (erected) hover with or without an additional object to land on a vertical structure, stick to vertical structures, hold on to vertical structures that end up, and/or objects drop off there. In addition to the efficient cruise flight, this also solves the problem a lot to fly agile maneuvers, so that the hybrid drone can also approach very narrow urban canyons in order to land on those vertical structures.
  • the hybrid drone according to the invention which can reliably land on a vertical structure, provides the following properties: the center of gravity is not far from the vertical structure in the landed state, in order to avoid large leverage effects; the object to be transported can be reached from above (or from above a railing); and there is a large holding force between the drone and the vertical structure.
  • the invention relates to a hybrid drone for transporting or delivering objects, having at least a first wing with a wing, in particular with a wing control surface, with a transverse axis inherent to the drone being defined by the extension of the at least one wing and at least a first and a second longitudinal drive unit, wherein the first longitudinal drive unit and the second longitudinal drive unit are arranged on the at least one wing and the first and the second longitudinal drive unit are each aligned or can be pivotally aligned in such a way that a thrust force that can be generated by means of the respective longitudinal drive unit is parallel to a longitudinal direction of the hybrid Drone acts, with the longitudinal direction being orthogonal to the transverse axis and directed essentially in a forward flight direction defined by the hybrid drone.
  • the hybrid drone also has an object holding device, which is formed on an upper side or on an underside between the first and the second longitudinal drive unit and for receiving an object, the underside of the hybrid drone below the at least one wing and the Top is above the at least one wing (along the vertical axis of the drone).
  • a control unit is provided for controlling the hybrid Drone, in particular the drive units, is designed based on control signals.
  • the hybrid drone has at least one first high-drive unit, the first high-drive unit being aligned or pivotably alignable in such a way that a thrust force that can be generated by means of the high-drive unit acts essentially orthogonally to the longitudinal direction and essentially parallel to a vertical axis of the hybrid drone and the first high drive unit is arranged with a defined lever distance relative to the center of gravity of the hybrid drone.
  • a pitch angle of the hybrid drone can be adjusted in flight by means of the first high-power drive unit.
  • the hybrid drone has at least one holding element, in particular a hook or an eyelet, which is assigned to the underside in a front area of the hybrid drone, the holding element for releasably arranging, in particular for hooking, the hybrid drone on a upward ending vertical receiving structure is formed.
  • the hybrid drone can also have a holding element which is arranged on the at least one wing or the hybrid drone has a fuselage part and the holding element is arranged on the fuselage part.
  • the holding element can furthermore have an opening in a holding direction opposite to the longitudinal direction, in particular wherein the holding element has a structure which is pronounced towards the rear and is accessible from the rear.
  • the holding element can be mounted in a fixed manner or be extendable and/or retractable, in particular in the at least one wing or the fuselage part.
  • the holding element can be designed to generate a holding force by pressing the hybrid drone against the vertical structure, in particular by partially retracting the holding element.
  • the hybrid drone can have a counter-element, which can be extended on the underside, for applying a clamping force between the holding element and the counter-element.
  • the hybrid drone can have at least one tail unit with tail control surfaces 108, with the tail unit being arranged above the at least one wing and behind the wing by a carrier element connected to the at least one wing 102, in particular the fuselage part, and wherein the at least a tail unit is arranged in an air flow that can be generated by the first and/or the second longitudinal drive unit.
  • the hybrid drone can have at least one second high-drive unit, the second high-drive unit being aligned or pivotable in such a way that a thrust force that can be generated by means of the high-drive unit acts essentially parallel to the vertical axis and the second high-drive unit has a defined lever spacing relative to the center of gravity the hybrid drone is mounted, and wherein a pitch angle and a roll angle of the hybrid drone can be adjusted in the flight state by means of the second high-power drive unit.
  • the hybrid drone can control a rolling movement in slow flight by means of differential activation of the rear control surfaces and/or by means of differential activation of the first and the second high drive unit.
  • At least the first elevating drive unit may be pivotable about a pivot axis, the pivot axis extending substantially orthogonal to the longitudinal axis and substantially orthogonal to the transverse axis.
  • the at least first high drive unit can be mounted on a pivotable or extendable arm and can be lowered into the at least one wing, or in particular into the fuselage part.
  • the object holding device can have a transport system which is designed to transport an object picked up by the object holding device forwards or backwards, in particular around the object in front of or behind the to carry wings and to eject in front of or behind the wing or to change the center of gravity during a flight.
  • At least one of the longitudinal propulsion units and/or the at least one first high propulsion unit can have an electrically operated motor and propeller and/or enclosed propeller, in particular an impeller.
  • At least one of the longitudinal drive units and/or the at least one first high-speed drive unit can be designed and/or controllable for thrust reversal by changing the direction of rotation or by pitch adjustment.
  • the hybrid drone can have a third and a fourth longitudinal drive unit, the third being arranged coaxially with the first longitudinal drive unit and the fourth being arranged coaxially with the second longitudinal drive unit.
  • the hybrid drone can have an adhesive strip on the underside of the hybrid drone for producing a detachable adhesive connection with a counter-adhesive element arranged on the vertical receiving structure.
  • the hybrid drone can have a detection system, in particular a camera, lidar or radar, which is designed to detect an object, the control unit being designed to control the hybrid drone based on the object detection.
  • a detection system in particular a camera, lidar or radar, which is designed to detect an object
  • the control unit being designed to control the hybrid drone based on the object detection.
  • the hybrid drone can have an object release device with at least two release elements that can be connected to the object, in particular ropes or cables, with the release elements being at a distance of at least 10 cm.
  • the hybrid drone can have a control unit that has a lowering functionality, when it is executed, the object lowering device and/or the drive units are actuated in such a way that the object is set in a defined oscillating or oscillating movement and the object is lowered in a targeted manner occurs at a specific point in the pendulum or swing motion.
  • the hybrid drone can have a sensor for detecting a distance between the hybrid drone and the vertical receiving structure, in particular the sensor being arranged on the underside.
  • the invention also relates to a flight method for a hybrid drone according to the invention for putting the hybrid drone in a cruising state into a hovering state, with a main direction of movement of the hybrid drone in the cruising state corresponding to a horizontal direction, a main lift by flowing around the at least one first wing is generated and the longitudinal drive units generate forward thrust in the longitudinal direction, with the following steps:
  • Detecting and recognizing, in particular by means of image processing, lidar or radar, a vertical recording structure and initiating the reduction or Terminating the forward thrust in response to detecting the vertical pickup structure may be applied in the flight procedure.
  • a landing method for setting down an object transported with the hybrid drone after executing the above flight method in a hovering flight can include the following steps:
  • the holding element can be aligned by extending the holding element and/or by pitching the drone in the direction of the vertical receiving structure.
  • a clamping force can be generated by partially retracting the holding element or by generating a counterforce.
  • the object can be unloaded by transporting the object over the upper end of the vertical receiving structure.
  • a detection and recognition, in particular by means of image processing, lidar or radar, of the vertical recording structure and the approaching and/or positioning of the hybrid drone depending on the recognition of the vertical recording structure can take place during the landing procedure.
  • the invention also relates to a starting method for a hybrid drone according to the invention for setting a hybrid drone that is in a horizontal orientation and resting on its underside in a cruising state, with the following steps:
  • the invention also relates to a starting method for a hybrid drone according to the invention for setting a hybrid drone that is in a vertical orientation and is arranged on the vertical receiving structure that ends at the top into a cruising state, with the following steps: • detaching the hybrid drone from the vertical receiving structure by generating a thrust in the longitudinal direction, in particular by means of the longitudinal drive units,
  • the at least one high drive unit can be retracted after reaching the cruising state.
  • the thrust force that is essentially orthogonal to the longitudinal direction can be changed in the longitudinal direction, in particular by reducing the thrust force or thrust reversal of the high drive unit, which causes the hybrid drone to tip back.
  • the invention also includes a vertical take-off and landing device for a hybrid drone according to the invention, in particular which includes an adhesive strip, the take-off and landing device having the following elements:
  • an attachment device which is designed to attach the take-off and landing device to a structure in a substantially vertical orientation, in particular to a vertical side of the structure, • at least one conveyor drive and
  • each of the contact and guide elements has a counter-adhesion element for establishing a detachable flair connection with the flair element of the Flybrid drone and o the counter-adhesion elements are in the form of a strip and by means of the Conveyor drive are designed to be driven in rotation, in particular like a conveyor belt, that a flybrid drone present in flat connection can be moved in a controlled manner along the contact and guide elements.
  • the take-off and landing device can have two conveyor drives, with each of the counter-adhesion elements being individually drivable by means of one of the conveyor drives, and by differentially driving the counter-adhesion elements, a flybrid drone that is in a flat connection can be aligned with respect to its horizontal alignment.
  • the counter-adhesion elements can be Velcro strips.
  • the takeoff and landing device can have at least one repelling element for repelling a drone arranged on the takeoff and landing device, in particular for generating or increasing a distance between the flairing element of the flybrid drone and the counter-adhesion element.
  • the invention also relates to a lowering method for a flybrid drone according to the invention, which includes the following steps:
  • the drone can also perform a completely silent landing approach, during which the drone's propulsion units can be switched off for noise protection. If there is enough space in the approach area and the vertical structure to be landed is high enough above other obstacles, the drone can fly a trajectory similar to that of a landing bird, accordingly a kind of flare-off arc that the drone temporarily descends so low that it is below the to landing vertical structure. Then the drone is controlled in such a way that it rises again, to ultimately abut against the vertical structure at an upright angle, at which point the drone has almost no kinetic energy left and sags. The extended hook can then attach to the vertical structure at the top.
  • the trajectory for landing is calculated in such a way that the momentum, ie in particular the kinetic energy in the vertical direction, releases exactly when the drone is just above the top of the vertical structure.
  • the energy of the forward-flying drone is sufficient without switching on the drive units again. In this case, the drone lands silently.
  • the person who is to receive the object may be instructed to exercise caution via a personal message, such as a message "Please stand back, the drone is approaching.”
  • the drone's transport system is aligned to such an extent that an object to be delivered can also be dropped by parachute during the cruising flight.
  • the parachute is opened and the object holding device releases the connection to the object at the same time or with a time delay. Because of the high Forward speed and the braking effect of the parachute separate the hybrid drone and the object very quickly.
  • the drone Due to the possibility of performing a very fast turning maneuver, the drone is also able to abseil objects very quickly and efficiently.
  • the drone flies at a flat approach angle with the drive units switched off to a position to be delivered and performs a tight and fast turning maneuver. Immediately afterwards, the lowering of the object can start. This reduces the duration of the noise emission considerably, especially compared to multicopters, which can be heard for the entire duration of the approach.
  • the drone can be secured and charged on the customer's wall, which is why an expensive logistics center for regular storage of the drones is not absolutely necessary. These "parking lots" at the customers can also be viewed as a decentralized network. The drone can also fly directly to another customer on demand, where a package has to be picked up, for example.
  • FIG. 1a shows an embodiment of a hybrid drone according to the invention
  • FIG. 1b shows the side view of a Flybrid drone according to the invention hooked to a vertical structure
  • FIG. 1c shows an object being dropped using a parachute from the hybrid drone according to the invention which is in cruise flight;
  • FIG. 1d shows abseiling/lowering down an object of the hybrid drone according to the invention which is in hovering flight
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a hybrid drone according to the invention
  • FIG. 3 shows a side view of a further embodiment of a hybrid drone according to the invention.
  • FIG. 4a shows a take-off and landing station for a hybrid drone according to the invention
  • FIG. 4b shows a hybrid drone according to the invention attached to the takeoff and landing station at the takeoff and landing station;
  • FIG. 4c shows a hybrid drone according to the invention attached to the take-off and landing station and aligned
  • FIG. 5 shows an exemplary flight procedure for a rapid transition from cruising flight to upright hovering flight with a hybrid drone according to the invention
  • FIG. 6 shows an example of a hybrid drone with differential thrust control
  • FIG. 7 shows an example of a hybrid drone with collective thrust control
  • FIG. 8 shows an example of a hybrid drone with a dual system
  • FIG. 9 shows an example of a hybrid drone with a tilting wing.
  • Example methods and systems are described.
  • the word “exemplary” means “as an example, instance or illustration”. Any embodiment or feature described herein as “exemplary” or “illustrative” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or features.
  • the embodiments described herein are not intended to be limiting. It is understood that certain aspects of the disclosed systems and methods can be arranged and combined in a variety of different configurations, all of which are contemplated herein.
  • Exemplary embodiments can relate to and/or be implemented in a system in which hybrid unmanned aerial vehicles and in particular “hybrid unmanned aerial vehicles” (hybrid UAVs) or also called hybrid drones, which have at least one wing 102 , with which lift can be generated more efficiently in cruise flight, and also different drive configurations to be able to carry out a stable hover flight.
  • hybrid drone of the present invention can perform landings on a vertical structure and transport and optionally deliver an object to the vertical structure.
  • the drone can be supported by a launch and landing station mounted on the vertical structure, or it can hold itself to vertical structures that end at the top.
  • the exemplary embodiments can very quickly switch to a hover flight and hover in place in a controlled manner or slowly approach vertical structures.
  • the exemplary embodiments have a holding element, in particular designed as a hook 112, and/or an adhesive strip 321. A further position of a hook 212 is illustrated in FIG. Many other embodiments are possible for holding onto a vertical structure.
  • FIG. 1a shows two longitudinal drive units 104 in the form of two electric motors with permanently mounted propellers. Longitudinal is doing on the Thrust vector related, which runs parallel to the body-fixed longitudinal axis 115 substantially. In hovering flight, the longitudinal axis 115 is aligned approximately vertically in space; in cruising flight, the longitudinal axis 115 is aligned essentially horizontally with respect to the force of gravity.
  • the longitudinal drive units 104 are mounted, for example, on the wing 102 or above the wing 102, as a result of which higher lift is generated and noise emissions are dampened downwards, with the result that the hybrid drone can appear almost silent compared to the ground when cruising.
  • the longitudinal drive units 104 are fixed in this position.
  • these can be mounted such that they can be tilted or pivoted about any desired axis, or can be brought into a longitudinal position using tilting wings, swiveling wings, lever arms or other aids.
  • Another position for two longitudinal drive units 204 is shown as an example in FIG.
  • the longitudinal drive units 104 are designed with protected, encased electric thrusters, so-called impellers, so that the rotating parts are not free-standing and the risk of injury is correspondingly reduced in every situation. In addition, noise emissions are significantly reduced.
  • a high drive unit 105 is shown in FIG. 1a as an example.
  • High refers to the high thrust vector, which is substantially parallel to the vertical 116 axis, which is orthogonal to the longitudinal 115 and lateral 117 axes.
  • the elevating drive units 105 or 205 are not necessarily fixed in this position, but can also be mounted so as to be tiltable or pivotable about any axis or brought into an upright position using tilting wings, swiveling wings, lever arms or other aids.
  • the hybrid drone can have at least one tail unit with tail control surfaces 108, the tail unit being connected to at least one of the wings 102 or the fuselage part 113 by a tail unit Support element 109 is arranged above the at least one wing 102 and behind the wing 102.
  • at least one rear control surface 108 is arranged in an air flow 120 that can be generated by the first and/or the second longitudinal drive unit 104 .
  • the hybrid drone is thus rolled in slow flight by means of differential activation of the tail control surfaces 108.
  • the tail control surfaces 108 are primarily responsible for pitching about the transverse axis 117. If, for example, the stern control surfaces 108 fail, the elevating drive unit 105 can take over the task of pitching. According to the invention, in slow flight or in hovering flight, due to the high drive unit 105 being independent of the air flow, the generation of the pitching motion is decisive. In addition, in hovering flight, the tail control surfaces 108 can support the generation of the pitching movement or take over in the event of a failure. When loaded with an object 124, the center of gravity 107 changes, especially along the vertical axis 116.
  • the elevation drive unit 105 is dimensioned in such a way that the leverage acting on the center of gravity 107 can be largely compensated by the elevation drive unit 105 when the longitudinal drive units 104 are at full thrust, and also a wide variety of centers of gravity can be compensated due to different masses of objects 124.
  • At least the first high-drive unit can be pivoted about a pivot axis 311, the pivot axis 311 extending essentially orthogonally to the longitudinal axis 115.
  • At least the first high drive unit 105 is mounted on a pivotable or extendable arm and can be lowered into the fuselage part 113 or wing 102 .
  • a flap 319 is illustrated in FIG. 3, which opens before retraction or extension and covers a retracted high-speed drive unit 105 in fuselage part 313 in an aerodynamically favorable manner.
  • the hybrid drone has at least one second high-speed drive unit 205, wherein the second high-speed drive unit 205 is aligned or can be pivoted, tilted or rotated about any axis in such a way that a high-thrust force that can be generated by means of the high-speed drive unit 205 is essentially acts orthogonally to the longitudinal direction 106 downwards or upwards and is mounted with a defined lever spacing relative to the center of gravity 107 of the hybrid drone.
  • Figure 2 shows an example of a version with two high drive units 205. With two high drive units 205 located in front of the center of gravity, not only the pitching movement but also the rolling movement can be controlled in hovering flight by differential activation of the first and the second high drive unit 205.
  • the hybrid drone has a third and a fourth longitudinal drive unit 320, the third being arranged coaxially with the first longitudinal drive unit 320 and the fourth being arranged coaxially with the second longitudinal drive unit.
  • the rolling movement can thus take place via differential activation of the longitudinal drive units 104 in such a way that two drive units rotating in the same direction have a higher speed than the two counter-rotating drive units. Due to the generation of torque, a rolling motion is initiated.
  • At least one of the longitudinal drive units 104 and/or at least one first high-speed drive unit 105 is designed and/or controllable for thrust reversal by changing the direction of rotation or by adjusting the blade. The detailed explanation for this property is described in the procedure.
  • FIG. 1 b shows an example of an object 124 as a package in the form of a folding box.
  • the object 124 can take on a wide variety of sizes and shapes.
  • the object 124 can also contain power-consuming components, which are fed via the voltage source of the hybrid drone via the object holding device 110, which feed the integrated systems with energy, for example for cooling, heating or other functions.
  • object 124 may include an additional Include a power source and feed the hybrid drone with additional energy for longer ranges.
  • the object 324 contains additional sensors, such as a high-resolution camera for measuring ground conditions or the like. In addition to the power supply, a data connection is established with which the object 324 can be controlled by the hybrid drone.
  • an object holding device 110 is provided according to the invention, which is located on an upper side or on an underside between the first and the second longitudinal drive unit 104 (with respect to the transverse axis, in an area defined by two planes that run perpendicular to the transverse axis and wherein the point of intersection of one plane with the transverse axis is defined by the arrangement of the first longitudinal drive unit and the point of intersection of the other plane with the transverse axis is defined by the arrangement of the second longitudinal drive unit along the transverse axis) and is designed to receive an object 124, the underside of the hybrid - drone is below the at least one wing 102 and the top is above the at least one wing 102.
  • an object 224 is mounted below as an example.
  • the object holding device 110 can also contain an interface for a discharging current and/or charging current and/or a unidirectional or bidirectional data connection for receiving objects 324 with power consumption or a power source or various sensors.
  • the object holding device 110 includes a conveying system 119 which is designed to convey an object 124 picked up by the object holding device 110 forwards or backwards, in particular to convey the object 124 in front of or behind the wing 102 and in front of or behind the wing 102 to eject or to change the center of gravity 107 during a flight.
  • a conveying system 119 which is designed to convey an object 124 picked up by the object holding device 110 forwards or backwards, in particular to convey the object 124 in front of or behind the wing 102 and in front of or behind the wing 102 to eject or to change the center of gravity 107 during a flight.
  • the transport system 119 can transport objects 124 of different weights and move them during the flight in such a way that the center of gravity 107 can be moved from the object 124 to the optimum position for flight performance.
  • FIG. 1c shows an exemplary method for dropping the object 124 with a small parachute 190 behind the Flybrid drone that is in cruise flight.
  • a parachute 190 integrated in the object 124′ is triggered via the data connection of the object holding device 110 .
  • the object 124' is released from the object holding device 110 and the object 124 is pulled rearward by the braking force of the parachute 190.
  • FIG. 1b shows a method for unloading the object 124 by transporting the object 124 over the upper end of the vertical receiving structure.
  • the hybrid drone has successfully hooked onto a vertical structure at the top, illustrated by a balcony 132 .
  • a rotatably mounted 134 conveying system 119 this is brought to the horizontal plane with a power cylinder 131 .
  • the transport system 119 then pushes the object 124 forward until it tips over the front edge of the transport system 119 .
  • Vertical structure in this case refers in particular to a balcony or its railing or parapet, window, house facade, steeper gabled roof or the like and is accordingly to be understood in particular as essentially vertical to the force of gravity.
  • a launch and landing station in a mounted state is also to be understood as a vertical structure, with the launch and landing station being mounted parallel thereto, for example.
  • a drone can land very quietly on a vertical structure and also for relatively narrow street canyons. This increases the target group for drone parcel delivery and also enables deliveries during quiet times such as at night.
  • a balcony, a window, a steeper sloping roof and/or the accessibility of a house facade is sufficient in contrast to other concepts that require open spaces or flat roofs.
  • third parties have no access to the package or the drone, so reliable delivery can be guaranteed.
  • the hybrid drone according to the invention is equipped with at least one holding element, in particular hook 112, which is on the underside of the hybrid Is assigned drone, wherein the holding element for releasably arranging, in particular for hooking, the hybrid drone is formed on an upward ending vertical receiving structure.
  • the holding element has an opening in a holding direction opposite to the longitudinal direction 106; in particular, the holding element has a structure which is pronounced towards the rear and is accessible from the rear. Not to be confused with a so-called catch hook, which is open in the longitudinal direction 106 in order to abruptly slow down the speed of an unmanned aircraft.
  • This holding element is permanently mounted or can be extended, in particular it can be lowered into the fuselage or into the wing 102 .
  • the holding element can be designed to generate a holding force by pressing the hybrid drone against the vertical structure, in particular by partially retracting the holding element.
  • the hybrid drone according to FIG. 1 or 1b has a counter-element 114, which can be extended on the underside, for applying a clamping force between the holding element 112 and the counter-element 114.
  • a clamping with a balcony 132 is illustrated in FIG.
  • the hybrid drone has an adhesive strip 321 on the underside of the hybrid drone for establishing a detachable adhesive connection with a counter-adhesive element 401 arranged on the vertical receiving structure.
  • This adhesive strip 321 can be attached to the underside of the wing 102 or to the underside of an undercarriage 207 of a similar construction, so that when a vertical structure is touched, a holding force is immediately generated and springing back can be prevented.
  • the size of the adhesive strip 321 is designed to allow the adhesive bond to hold the full weight of the hybrid drone in place plus a safety factor.
  • Adhesive strips 321 can be Velcro strips, magnetic strips, adhesive strips or the like.
  • the hybrid drone according to the invention has an object release device 118 with at least two release elements 150 that can be connected to the object 124, separated by a distance 151 of at least 10 cm, in particular ropes or cables.
  • the hybrid drone when it hovers over the drop location, it can drop an object 124 via at least these two object drop devices 118 in a coordinated manner.
  • the object 124 is rotated in a desired direction relative to a longitudinal axis 154 of the object, in particular in the direction of the wind.
  • the object 124 is also held in a desired position about an object vertical axis 152 during the lowering by the two lowering elements 150, regardless of the position of the hybrid drone, in particular in a position parallel to the ground. From a certain distance to the ground or when the object 124 touches the ground, a release mechanism releases the connection between the two release elements 150 and the object 124 in a coordinated manner.
  • the hybrid drone has a control unit that has a release functionality, when it is executed, the object release device 118 and/or the drive units are actuated in such a way that the object 124 is set in a defined oscillating or oscillating motion and the object 124 is set down in a targeted manner at a specific point of the pendulum or swinging movement.
  • Figure 4a shows the vertical take-off and landing device for a hybrid drone according to the invention.
  • This includes an attachment device 403, which is designed to attach the take-off and landing device in a substantially vertical orientation to a structure, in particular to a vertical side of the structure.
  • the take-off and landing device has: at least one conveyor drive, at least two contact and guide elements, which are formed parallel to one another at a certain distance, each of the contact and guide elements having a counter-adhesive element 401 for producing a detachable adhesive connection with the adhesive element of the hybrid Drone has and the counter-adhesion elements 401 are belt-shaped and designed to be revolvingly driven by means of the conveyor drive, in particular like a conveyor belt, that a hybrid drone according to the invention that is present in an adhesive connection can be moved in a controlled manner along the contact and guide elements.
  • Another embodiment of the vertical take-off and landing device includes two conveyor drives, which make each of the counter-adhesion elements 401 individually drivable by means of one of the conveyor drives, and by driving the counter-adhesion elements 401 differentially, a hybrid drone that is in adhesion connection can be aligned with respect to its horizontal alignment .
  • the hybrid drone according to the invention rotated about the vertical axis 116, leans into the wind so that it cannot drift away from the wind.
  • the drone according to the invention can maintain this position until it is “docked” to the take-off and landing device, illustrated in FIG. 4b.
  • the hybrid drone according to the invention issues a command for the differential activation of the conveyor belts, as a result of which the hybrid drone is erected horizontally again, as illustrated in FIG. 4c.
  • the counter-adhesive elements 401 of the take-off and landing station are Velcro strips, with the corresponding adhesive element on the hybrid drone then being the other element on the Velcro side.
  • Other adhesive and counter-adhesive elements are possible.
  • the vertical takeoff and landing device also includes at least one repelling element 402 for repelling a hybrid drone arranged on the takeoff and landing device, in particular for creating or enlarging an angle between the vertical orientation of the takeoff and landing device and the longitudinal direction 106 of the Drone.
  • the take-off and landing device also has a docking station. This provides charging current and/or unidirectional or bidirectional data traffic.
  • An interface of the docking station is adapted to a corresponding—likewise optional—interface of the drone 1, ie the interface can be plug- or cable-based or wireless (inductive charging, NFC, Bluetooth, WiFi, etc.).
  • Hybrid drones can take many different forms.
  • a drone is commonly known as an unmanned aerial vehicle, unmanned aerial system, or unmanned aerial vehicle. This can be controlled autonomously or semi-autonomously. Semi-autonomous means only limited maneuvers without the physical presence of a human. For example, parts of a flight can be remotely controlled by a pilot and other parts of a flight are performed autonomously. Normally, but not necessarily, a remote-controlled pilot can switch an autonomously flying drone to direct control inputs at any time.
  • a hybrid drone specifies an unmanned aerial vehicle with at least one wing 102, which typically has the ability to take off and land vertically.
  • hybrid drones can contain a wide variety of embodiments and are usually divided into convertible aircraft and tail launchers.
  • a convertible aircraft maintains the main body of the aircraft in a substantially stable pitch attitude during all modes of flight, and certain transitions or rotational mechanisms are applied to change modes of flight.
  • Tail launchers take off and land mostly on the tail, and the entire hybrid drone rotates to attempt horizontal cruise.
  • One embodiment of a convertible aircraft is equipped with a tiltrotor, in which multiple rotors are mounted on a rotatable nacelle. During the transition from hovering to cruising flight, all or some of the rotors rotate in the cruising direction.
  • the nacelles In bi-rotor configurations, the nacelles are usually mounted on a wing tip. These configurations usually have rotors with a swash plate, which enable collective blade control and cyclic blade control.
  • Tri-rotor or quad-rotor configurations are mostly equipped with fixed propellers. Other tilt rotor variants are possible.
  • FIG. 9 Another embodiment of a convertible aircraft is equipped with a tilting wing, illustrated in Figure 9.
  • part or all of the wing or several wings, each including the drive units, are rotated or tilted during a transition to another flight mode.
  • the center piece remains essentially horizontal.
  • Other tilting vanes and combinations with tilting rotor variants are possible.
  • FIG. 8 Another embodiment of a convertible aircraft is equipped with a dual system, illustrated in Figure 8.
  • This version consists of a combination of at least two propulsion systems, a propulsion system with several propulsion units arranged symmetrically through the center of gravity is only responsible for hovering and at least one in Longitudinally arranged propulsion unit is only intended for cruise flight. Accordingly, a tilting mechanism is not necessary.
  • the propulsion units necessary for hovering are switched off, partially switched off or switched on and can provide additional lift next to the wing.
  • these high propulsion units produce a lot of drag, generate a lot of vortices and are accordingly relatively noisy when cruising.
  • Special variants such as retracting and extending wings or similar are possible.
  • Rotor wings or stop rotors are a special variant of a hybrid drone, which rotates one or more wings while hovering and stops rotating the wing in a transition, whereby at least one wing is rotated by almost 180° and accordingly all wings are aligned in the cruising direction and provide lift for the cruising flight.
  • FIG. 120 Another embodiment of a spot starter is equipped with a mono-thrust drive unit in the longitudinal direction 106 .
  • This drive unit is mounted in the longitudinal direction 106 of the hybrid drone and usually at the very front or rear at the rear. The transition from hovering to cruising flight is most often created by vectoring thrust from fan blades, cyclic or variable blade pitch, or a flexibly mounted propulsion unit.
  • FIG. 7 Another embodiment of a rear launcher is equipped with one or more drive units in the longitudinal direction 106 with collective thrust, illustrated in Figure 7.
  • the control surfaces are in the airflow of the drive unit or drive units in which the thrust is collectively increased or decreased.
  • Rear starters with differential thrust control illustrated in FIG. 6, are equipped with drive units arranged in the longitudinal direction 106 .
  • the arrangement and control is very similar to multicopter configurations, in particular quadrocopters, hexacopters, octocopters or similar. Yaw, pitch and roll are achieved through the differential speed change of the individual motors. Climb and descent is controlled in hover by collective reduction or increase in RPM.
  • the advantage of differential thrust control is that no wing control surfaces are necessary and generally there are very few rotating parts.
  • the motors are usually not mounted exactly in the longitudinal direction 106, but are tilted into an axis passing through the center of gravity 107, depending on the direction of rotation of the propellers. This helps especially for far outboard masses, such as when the wings are very far outboard Focus 107 are, for example, to enclose the drive units and protect them.
  • Figure 5 shows an embodiment of a method for rapid transition of the hybrid drone according to the invention, which is in a cruising state 541, to a hovering state 545, with a main direction of movement of the hybrid drone in the cruising state corresponding to a horizontal direction, a main lift by flowing around the at least one first Wing 102 is generated and the longitudinal drive units 104 generate a forward thrust in the longitudinal direction 106.
  • Hovering state is a continuous regulation, in particular maintenance, of the vertical orientation of the hybrid drone by regulation of the
  • High propulsion unit(s) provided.
  • the setting down of an object 124 transported with the hybrid drone has the following steps: (a) Approaching the hybrid drone to a vertical receiving structure ending upwards by generating a pitching movement of the hybrid drone, in particular setting a defined angle of the Longitudinal 106 relative to the vertical, and thereby generating a relative movement of the hybrid drone towards the vertical receiving structure (b) providing contact between the hybrid drone and the vertical receiving structure by the progressive approach (c) climbing the hybrid drone along the vertical Storage structure until at least the holding member is provided in the vertical direction above the upper end of the vertical storage structure.
  • the vertical recording structure is detected in a position of the hybrid drone at 543 and recognized by image processing, lidar or radar, for example, and there is an initiation of reducing or ending the thrust of the longitudinal drive units 104 carried out depending on the detection of the vertical recording structure.
  • the vertical recording structure in position 544 and 545 is detected and recognized, in particular by means of image processing, lidar or radar, and the approaching and/or positioning of the hybrid drone is carried out depending on the recognition of the vertical recording structure.
  • the holding element is mounted in a fixed manner and the hybrid drone is therefore not lying flat on the vertical receiving structure. As soon as the holding element extends beyond the vertical structure ending upwards, the drone nods towards the vertical receiving structure. In a further embodiment, the holding element is retracted into a wing 102 or fuselage and the drone lies flat on the vertical receiving structure. As soon as the drone protrudes beyond the vertical structure ending at the top, the holding element extends.
  • a launch method for cruising a hybrid drone in a vertical orientation and mounted on the upwardly terminating vertical support structure comprising the steps of: (a) releasing the hybrid drone from the vertical support structure by applying a longitudinal thrust 106, in particular by means of the longitudinal drive units 104. (b) Generating a thrust force that is essentially orthogonal to the longitudinal direction 106, in particular by means of the high drive unit, causing the hybrid drone to tilt, in particular pitch, in a direction away from the vertical receiving structure (c) regulating the thrust force in the longitudinal direction 106 and the thrust force substantially orthogonal to the longitudinal direction 106 such that the hybrid drone is provided in a hovering state with a horizontal direction of travel away from the vertical containment structure.
  • the at least one high drive unit 105 is retracted after reaching the cruising state.
  • Another starting method of a hybrid drone that is in a horizontal orientation and lying on the underside in a cruise flight state with the following steps: (a) Generating a thrust force that is essentially parallel to the vertical axis 116, in particular by means of the high drive unit, which causes the hybrid to erect -drone in the direction of a vertical alignment of the longitudinal direction 106 (b) in particular balancing the hybrid drone in the vertical alignment (c) generating a thrust force in the longitudinal direction 106, in particular by means of the longitudinal drive units 104, whereby the hybrid drone takes off (d) such Controlling longitudinal thrust 106 to cause the hybrid drone to climb (e) Generating a pitching motion of the hybrid drone upon reaching a certain altitude and transitioning the hybrid drone from the climb to the substantially level cruise state.
  • a hybrid drone can have different types of sensors and enough computing power to perform the functions described here. This usually includes an inertial navigation system (e.g. IMU, gyro sensor), GNSS, sonar sensors, image sensors and others.
  • IMU inertial navigation system
  • GNSS GNSS
  • sonar sensors image sensors and others.
  • a hybrid drone can have multiple processors that can read and execute a computer program that is stored on a data memory.
  • the control unit can bring together all the components or processes just described and, based on the incoming sensor data via processors using a computer program that is available on a data memory, calculate and generate the control signals for the hybrid drone according to the invention.
  • IMUs Inertial navigation systems, or IMUs, typically combine accelerometers and gyroscopes. Acceleration sensors can determine the hybrid drone's orientation to the earth and the gyro sensors measure the rotation rate around all three axes. These inertial sensors are nowadays cheap and available in very small form, specifically in the form of Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) or in Nano Electro Mechanical Systems (NEMS). Air pressure sensors and magnetometers are usually also built into an IMU to improve the accuracy of an attitude determination.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • NEMS Nano Electro Mechanical Systems
  • the positioning of the drone is usually determined with receivers for the global navigation satellite system (GNSS), which only receives one or various providers such as NAVSTAR GPS, GLONASS, Galileo or others.
  • GNSS global navigation satellite system
  • the accuracy of the position determination can be additionally increased by a sensor fusion calculation of the IMU and other sensors, such as for example sonar sensors or image sensors.
  • the hybrid drone according to the invention can have a detection system, in particular cameras 323, lidar or radar, which is designed for object recognition, the control unit being designed for controlling the hybrid drone based on the object recognition.
  • the hybrid drone according to the invention can have a sensor 135 for detecting a distance between the hybrid drone and the vertical receiving structure, in particular the sensor 135 being arranged on the underside.
  • the hybrid drone can preferably be equipped with several small cameras 323 (as part of the detection system) to detect and avoid other flying objects, to be able to fly the landing precisely, to check for obstacles before take-off to verify proper assembly of the Object 124, to scan barcodes on the Object 124, and to observe the Object 124 in flight.

Abstract

Hybrid-Drohne zum Transportieren oder Ausliefern von Objekten 124, aufweisend mindestens einen ersten Flügel 102 mit einer Tragfläche, mindestens eine erste und eine zweite Längsantriebseinheit 104, wobei die erste Längsantriebseinheit 104 und die zweite Längsantriebseinheit 104 an dem mindestens einen Flügel 102 angeordnet sind, eine Objekthaltevorrichtung 110, die an einer Oberseite oder an einer Unterseite zwischen der ersten und der zweiten Längsantriebseinheit 104 und zur Aufnahme eines Objekts 124 ausgebildet ist und eine Regelungseinheit, die zum Regeln der Hybride-Drohne, insbesondere der Antriebseinheiten, basierend auf Steuerungssignalen ausgebildet ist. Die Hybrid-Drohne weist zudem mindestens eine erste Hochantriebseinheit 105 auf, wobei die erste Hochantriebseinheit 105 derart ausgerichtet ist oder schwenkbar ausrichtbar ist, dass eine mittels der Hochantriebseinheit 105 erzeugbare Schubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung 106 und im Wesentlichen parallel zu einer Hochachse 116 der Hybrid-Drohne wirkt und die erste Hochantriebseinheit 105 mit einem definierten Hebelabstand relativ zum Schwerpunkt der Hybrid-Drohne angeordnet ist, und wobei mittels der ersten Hochantriebseinheit 105 ein Nickwinkel der Hybrid-Drohne im Flugzustand einstellbar ist. Zudem ist mindestens ein Halteelement vorgesehen, das der Unterseite in einem vorderen Bereich der Hybrid-Drohne zugeordnet ist, wobei das Halteelement zum lösbaren Anordnen, insbesondere zum Einhaken, der Hybrid-Drohne an einer nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur ausgebildet ist.

Description

Hybrid-Drohne zur Landung an vertikalen Strukturen GEBIET DER ERFINDUNG
[001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine unbemannte Hybrid-Drohne (hybrid unmanned aerial vehicle - UAV) mit einer einzigartigen Anordnung der Antriebseinheiten, welches dem Hybriden erlaubt aufrecht zu schweben, an vertikalen Strukturen zu landen, sich an vertikal endenden Strukturen festzuhalten und dort Objekte abzusetzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
[002] Aus dem Stand der Technik sind Drohnen zum Ausliefern von Paketen bekannt. Die grossen Vorteile für eine Paketauslieferung mit Drohnen liegen auf der Hand. In erster Linie sind sie enorm schnell. Drohnen können den direkten Weg fliegen, müssen nicht andauernd abbremsen und beschleunigen, stehen nicht im Stau und sind sehr energieeffizient. Alle Drohnen Konzepte sind im Vergleich zu einer Autolieferung sehr umweltfreundlich, da sie elektrisch fliegen, kein CO2, keine Russpartikel oder giftige Gase ausstoßen, keinen Gummiabrieb haben und vor allem umweltschädliche Strassen nicht gebraucht werden bzw. diese sogar entlasten. Drohnen reduzieren nicht nur die Lieferzeit drastisch, sondern minimieren weiterhin auch die Kosten auf Seiten der liefernden Unternehmen, da weniger Personal benötig wird.
[003] Multicopter-Drohnen können nahezu ohne Restriktionen definiert im Raum positioniert werden. Es sind Paketauslieferungs-Multicopter bekannt, die ein Paket beim Empfänger mit einem Seil abseilen während sie sich über der Ablagestelle befinden. Diese Lösung birgt Sicherheitsrisiken. Beispielsweise können Hunde das herablassende Paket attackieren bzw. das Seil packen und die Drohne zum Absturz bringen.
[004] Neben Multicopter-Drohnen gibt es auch die sogenannten Hybriden unbemannten Luftfahrzeuge - welche eine Tragfläche besitzen. Der Vorteil dieser klassischen Flugzeugform ist die Reichweite, denn für den Auftrieb mit dem Flügel wird deutlich weniger Energie benötigt, im Gegensatz zum Multicopter, der den Auftrieb permanent über die Rotoren erzeugen muss. Damit vereint eine Hybrid- Drohne grundsätzlich die Vorteile eines Multikopters und eines Flugzeugs.
[005] Ausserdem sind Drohnen zum Ausliefern von Paketen bekannt, wobei das Paket mit einem kleinen Fallschirm auf Flöhe einer Landezone abgeworfen wird.
[006] Bei den genannten Beispielen eignen sich als Ablageorte ausschliesslich Freiflächen, Gärten oder Flachdächer, wobei nur sehr wenige Personen über solche Ablageorte verfügen. In der Stadt lebende Personen können nur beliefert werden, wenn das Dach auch zugänglich ist. Ausserdem könnten dritte Personen leichten Zugang zu dem abgeworfenen oder abgeseilten Paket erlangen.
AUFGABE DER ERFINDUNG
[007] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drohne bereitzustellen, die sowohl den Vorteil einer vergleichsweise grossen Reichweite sowie eine verbesserte, insbesondere flexiblere und sichere, Auslieferung eines Objekts erlaubt.
[008] Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
[009] Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Drohne, die einerseits zum Zurücklegen grosser Strecken in einem Reiseflug und andererseits zur Landung an einer vertikalen Struktur, z.B. Wand, ausgebildet ist.
[010] Die erfindungsgemässe Hybrid-Drohne kann einen stabilen vertikalen (aufgestellten) Schwebeflug mit oder ohne einem zusätzlichen Objekt durchführen, um an einer vertikalen Struktur zu landen, an vertikalen Strukturen zu haften, sich bei nach oben endenden vertikalen Strukturen festzuhalten und/oder Objekte dort abzusetzen. Neben dem effizienten Reiseflug löst diese zusätzlich das Problem sehr wendige Manöver zu fliegen, sodass die Hybride Drohne auch sehr schmale Häuserschluchten anfliegen kann, um an jenen vertikalen Strukturen zu landen.
[011] Keine der bekannten Hybrid-Drohnen, vermag eine Landung an einer vertikalen Wand durchzuführen.
[012] Die erfindungsgemässe Hybrid-Drohne, die eine Landung an einer vertikalen Struktur zuverlässig durchführen kann, stellt folgende Eigenschaften bereit: Der Schwerpunkt ist in gelandeten Zustand nicht weit von der vertikalen Struktur entfernt, um große Hebelwirkungen zu vermeiden; das zu transportierende Objekt ist von oben (bzw. von oberhalb eines Geländers) erreichbar; und es besteht eine grosse Haltekraft zwischen Drohne und vertikaler Struktur.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[013] Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Drohne zum T ransportieren oder Ausliefern von Objekten, aufweisend mindestens einen ersten Flügel mit einer Tragfläche, insbesondere mit einer Flügelsteuerfläche, wobei eine drohneneigene Querachse durch die Erstreckung des mindestens einen Flügels definiert ist und mindestens eine erste und eine zweite Längsantriebseinheit, wobei die erste Längsantriebseinheit und die zweite Längsantriebseinheit an dem mindestens einen Flügel angeordnet sind und die erste und die zweite Längsantriebseinheit jeweils derart ausgerichtet sind oder schwenkbar ausrichtbar sind, dass eine mittels der jeweiligen Längsantriebseinheit erzeugbare Schubkraft parallel zu einer Längsrichtung der Hybrid-Drohne wirkt, wobei die Längsrichtung orthogonal zur Querachse und im Wesentlichen in eine durch die Hybrid-Drohne definierte Vorwärtsflugrichtung gerichtet ist.
[014] Die Hybrid-Drohne weist ferner eine Objekthaltevorrichtung auf, die an einer Oberseite oder an einer Unterseite zwischen der ersten und der zweiten Längsantriebseinheit und zur Aufnahme eines Objekts ausgebildet ist, wobei die Unterseite der Hybrid-Drohne unterhalb des mindestens einen Flügels und die Oberseite oberhalb des mindestens einen Flügels ist (entlang der Hochachse der Dohne). Zudem ist eine Regelungseinheit vorgesehen, die zum Regeln der Hybride- Drohne, insbesondere der Antriebseinheiten, basierend auf Steuerungssignalen ausgebildet ist.
[015] Die Hybrid-Drohne weist mindestens eine erste Hochantriebseinheit auf, wobei die erste Hochantriebseinheit derart ausgerichtet ist oder schwenkbar ausrichtbar ist, dass eine mittels der Hochantriebseinheit erzeugbare Schubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung und im Wesentlichen parallel zu einer Hochachse der Hybrid-Drohne wirkt und die erste Hochantriebseinheit mit einem definierten Hebelabstand relativ zum Schwerpunkt der Hybrid-Drohne angeordnet ist. Mittels der ersten Hochantriebseinheit ist ein Nickwinkel der Hybrid-Drohne im Flugzustand einstellbar.
[016] Die Hybrid-Drohne weist mindestens ein Halteelement auf, insbesondere einen Haken odereine Öse, das der Unterseite in einem vorderen Bereich der Hybrid- Drohne zugeordnet ist, wobei das Halteelement zum lösbaren Anordnen, insbesondere zum Einhaken, der Hybrid-Drohne an einer nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur ausgebildet ist.
[017] Die Hybrid-Drohne kann weiterhin ein Halteelement aufweisen, welches an dem mindestens einen Flügel angeordnet ist oder die Hybrid-Drohne ein Rumpfteil aufweist und das Halteelement am Rumpfteil angeordnet ist.
[018] Das Halteelement kann weiterhin eine Öffnung in eine der Längsrichtung entgegengesetzte Halterichtung aufweisen, insbesondere wobei das Halteelement eine nach hinten ausgeprägte und von hinten zugängliche Struktur aufweist.
[019] Das Halteelement kann fix montiert oder ausfahrbar sein und/oder versenkbar ausgebildet sein, insbesondere in den mindestens einen Flügel oder dem Rumpfteil.
[020] Das Halteelement kann zur Erzeugung einer Haltekraft durch Anpressen der Hybrid-Drohne an die vertikale Struktur ausgebildet sein, insbesondere durch ein teilweises Einfahren des Halteelements. [021] Die Hybrid-Drohne kann ein an der Unterseite ausfahrbares Gegenelement zur Aufbringung einer Klemmkraft zwischen dem Halteelement und dem Gegenelement aufweisen.
[022] Die Hybrid-Drohne kann mindestens ein Heckleitwerk mit Hecksteuerflächen 108 aufweisen, wobei das Heckleitwerk durch ein mit dem mindestens einen Flügel 102, insbesondere dem Rumpfteil, verbundenes Trägerelement oberhalb des mindestens einen Flügels und hinter dem Flügel angeordnet ist, und wobei das mindestens eine Heckleitwerk in einem durch die erste und/oder die zweite Längsantriebseinheiten erzeugbaren Luftstrom angeordnet ist.
[023] Die Hybrid-Drohne kann mindestens eine zweite Hochantriebseinheit aufweisen, wobei die zweite Hochantriebseinheit derart ausgerichtet ist oder schwenkbar ausrichtbar ist, dass eine mittels der Hochantriebseinheit erzeugbare Schubkraft im Wesentlichen parallel zur Hochachse wirkt und die zweite Hochantriebseinheit mit einem definierten Hebelabstand relativ zum Schwerpunkt der Hybrid-Drohne montiert ist, und wobei mittels der zweiten Hochantriebseinheit ein Nickwinkel und ein Rollwinkel der Hybrid-Drohne im Flugzustand einstellbar sind.
[024] Eine Rollbewegung kann der Hybrid-Drohne im langsamen Flug mittels differenzieller Ansteuerung der Hecksteuerflächen und/oder mittels differenzieller Ansteuerung der ersten und der zweiten Hochantriebseinheit steuern.
[025] Mindestens die erste Hochantriebseinheit kann um eine Schwenkachse schwenkbar sein, wobei die Schwenkachse sich im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung und im Wesentlichen orthogonal zur Querachse erstreckt.
[026] Die mindestens erste Hochantriebseinheit kann auf einem schwenkbaren oder ausfahrbaren Arm montiert sein und in dem mindestens einen Flügel, oder insbesondere in dem Rumpfteil, versenkbar sein.
[027] Die Objekthaltevorrichtung kann ein Beförderungssystem aufweisen, das dazu ausgelegt ist, ein von der Objekthaltevorrichtung aufgenommenes Objekt nach vorne oder hinten zu befördern, insbesondere um das Objekt vor oder hinter den Flügel zu befördern und vor oder hinter dem Flügel auszustossen oder um den Schwerpunkt während eines Fluges zu verändern.
[028] Zumindest eine der Längsantriebseinheiten und/oder die mindestens eine erste Hochantriebseinheit kann einen elektrisch betriebenen Motor und Propeller und/oder umschlossenen Propeller aufweisen, insbesondere Impeller.
[029] Mindesten eine der Längsantriebseinheiten und/oder die mindestens eine erste Hochantriebseinheit kann zur Schubumkehr durch Drehrichtungsänderung oder durch Blattverstellung ausgebildet und/oder ansteuerbar sein.
[030] Die Hybrid-Drohne kann eine dritte und eine vierte Längsantriebseinheit aufweisen, wobei die dritte koaxial zur ersten und die vierte koaxial zur zweiten Längsantriebseinheit angeordnet ist.
[031] Die Hybrid-Drohne kann einen Haftstreifen an der Unterseite der Hybrid- Drohne zum Herstellen einer lösbaren Haftverbindung mit einem an der vertikalen Aufnahmestruktur angeordneten Gegenhaftelement aufweisen.
[032] Die Hybrid-Drohne kann ein Erfassungssystem, insbesondere Kamera, Lidar oder Radar, aufweisen, das zu einer Objekterkennung ausgebildet ist, wobei die Regelungseinheit zum Steuern der Hybriden Drohne basierend auf der Objekterkennung ausgebildet ist.
[033] Die Hybrid-Drohne kann eine Objektablassvorrichtung mit mindestens zwei mit dem Objekt verbindbaren Ablasselementen, insbesondere Seile oder Kabel, aufweisen, wobei die Ablasselemente einen Abstand von mindestens 10cm aufweisen.
[034] Die Hybrid-Drohne kann eine Steuerungseinheit aufweisen, die eine Ablassfunktionalität aufweist, bei deren Ausführung eine Ansteuerung der Objektablassvorrichtung und/oder der Antriebseinheiten derart erfolgt, dass das Objekt in eine definierten Pendel- oder Schwingbewegung versetzt wird und ein gezieltes Absetzen des Objekts an einem bestimmten Punkt der Pendel- oder Schwingbewegung erfolgt. [035] Die Hybrid-Drohne kann einen Sensor zur Detektion eines Abstands zwischen der Hybrid-Drohne und der vertikalen Aufnahmestruktur aufweisen, insbesondere wobei der Sensor an der Unterseite angeordnet ist.
[036] Die Erfindung betrifft ausserdem ein Flugverfahren für eine erfindungsgemäße Hybrid-Drohne zum Versetzen der in einem Reiseflugzustand befindlichen Hybrid-Drohne in einen Schwebeflugzustand, wobei eine Hauptbewegungsrichtung der Hybrid-Drohne im Reiseflugzustand einer Horizontalrichtung entspricht, ein Hauptauftrieb durch Umströmen des mindestens einen ersten Flügels erzeugt wird und die Längsantriebseinheiten einen Vorwärtsschub in Längsrichtung erzeugen, mit folgenden Schritten:
• Einleiten eines Sinkflugs durch ein Nach-Vorne-Nicken der Hybrid-Drohne,
• Reduzieren oder Beenden des Vorwärtsschubs der Längsantriebseinheiten 104, insbesondere Erzeugen einer Schubumkehr, zur Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit der Hybrid-Drohne,
• derartiges Erzeugen einer zur Längsrichtung im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft mittels der Hochantriebseinheit zum Einleiten, Beschleunigen oder Verlangsamen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne, dass die Hybrid- Dohne in eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung versetzt wird, insbesondere die Längsrichtung im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, und
• bei Erreichen der vertikalen Ausrichtung o ein derartiges geregeltes Einstellen des Vorwärtsschubs in Längsrichtung in Abhängigkeit eines Gesamtgewichts der Hybrid- Drohne, insbesondere unter Berücksichtigung eines transportierten Objekts, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hybrid-Drohne in Längsrichtung im Wesentlichen 0 beträgt und o ein fortlaufendes Regeln, insbesondere Halten, der vertikalen Ausrichtung der Hybrid-Dohne mittels Regelung der Hochantriebseinheit, sodass die Hybrid-Drohne in dem Schwebeflugzustand bereitgestellt ist.
[037] Ein Erfassen und Erkennen, insbesondere mittels Bildverarbeitung, Lidar oder Radar, einer vertikalen Aufnahmestruktur und Einleiten des Reduzierens oder Beendens des Vorwärtsschubs in Abhängigkeit von dem Erkennen der vertikalen Aufnahmestruktur kann in dem Flugverfahren angewendet werden.
[038] Des Weiteren kann ein Landeverfahren zum Absetzen eines mit der Hybrid- Drohne transportierten Objekts nach dem Ausführen des obigen Flugverfahrens in einen Schwebeflug folgende Schritte beinhalten:
• Annähern der Hybrid-Drohne an eine nach oben endende vertikale Aufnahmestruktur durch Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne, insbesondere ein Einstellen eines definierten Winkels der Längsrichtung relativ zur Vertikalen, und dadurch Erzeugen einer Relativbewegung der Hybrid-Drohne in Richtung hin zur vertikalen Aufnahmestruktur,
• Bereitstellen einer Berührung von Hybrid-Drohne und von vertikaler Aufnahmestruktur durch das fortlaufende Annähern,
• Aufsteigen der Hybrid-Drohne entlang der vertikalen Aufnahmestruktur bis zumindest das Halteelement in vertikaler Richtung oberhalb des oberen Endes der vertikalen Aufnahmestruktur bereitgestellt ist,
• derartiges Ausrichten des Halteelements, dass ein zum lösbaren Anordnen ausgebildeter Teil des Haltelements oberhalb der nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur vorliegt, und
• Anordnen, insbesondere Einhaken, der Hybrid-Drohne an der vertikalen Aufnahmestruktur durch Absinken der Hybrid-Drohne mittels Reduzierung des Vorwärtsschubs in Längsrichtung 106 bei Beibehaltung der Berührung mit der vertikalen Aufnahmestruktur.
[039] Zudem kann beim Landeverfahren ein Ausrichten des Halteelements mittels Ausfahren des Halteelements und/oder mittels Nicken der Drohne in Richtung der vertikalen Aufnahmestruktur erfolgen.
[040] Weiterhin kann beim Landeverfahren im Rahmen des Anordnens der Hybrid- Drohne das Erzeugen einer Klemmkraft durch teilweises Einfahren des Halteelements oder Erzeugen einer Gegenkraft erfolgen. [041] Ausserdem kann beim Landeverfahren ein Entladen des Objekts durch ein Befördern des Objekts über das obere Ende der vertikalen Aufnahmestruktur erfolgen.
[042] Ein Erfassen und Erkennen, insbesondre mittels Bildverarbeitung, Lidar oder Radar, der vertikalen Aufnahmestruktur und das Annähern und/oder Anordnen der Hybrid-Drohne in Abhängigkeit von dem Erkennen der vertikalen Aufnahmestruktur kann beim Landeverfahren erfolgen.
[043] Die Erfindung betrifft zudem ein Startverfahren für eine erfindungsgemäße Hybrid-Drohne zum Versetzen einer in horizontaler Ausrichtung befindlichen und auf der Unterseite aufliegenden Hybrid-Drohne in einen Reiseflugzustand erfolgt mit folgenden Schritten:
• Erzeugen einer im Wesentlichen zur Hochachse parallelen Schubkraft, insbesondere mittels der Hochantriebseinheit, wodurch ein Aufrichten der Hybrid-Drohne in Richtung einer vertikalen Ausrichtung der Längsrichtung erfolgt,
• insbesondere Ausbalancieren der Hybrid-Drohne in der vertikalen Ausrichtung,
• Erzeugen einer Schubkraft in Längsrichtung, insbesondere mittels der Längsantriebseinheiten, wodurch die Hybrid-Drohne abhebt,
• derartiges Regeln der Schubkraft in Längsrichtung, dass die Hybrid-Drohne in einen Steigflug versetzt wird, und
• Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne bei Erreichen einer bestimmten Höhe und Versetzen der Hybrid-Drohne von dem Steigflug in den im Wesentlichen horizontalen Reiseflugzustand.
[044] Die Erfindung betrifft zudem ein Startverfahren für eine erfindungsgemäße Hybrid-Drohne zum Versetzen einer in vertikaler Ausrichtung befindlichen und an der nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur angeordneten Hybrid-Drohne in einen Reiseflugzustand erfolgt mit folgenden Schritten: • Lösen der Hybrid-Drohne von der vertikalen Aufnahmestruktur durch Erzeugen einer Schubkraft in Längsrichtung, insbesondere mittels der Längsantriebseinheiten,
• Erzeugen einer zur Längsrichtung im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft, insbesondere mittels der Hochantriebseinheit, wodurch ein Kippen, insbesondere Nicken, der Hybrid-Drohne in Richtung weg von der vertikalen Aufnahmestruktur erfolgt,
• Regeln der Schubkraft in Längsrichtung und der Schubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung derart, dass die Hybrid-Drohne in einem Schwebeflugzustand mit einer horizontalen Bewegungsrichtung weg von der vertikalen Aufnahmestruktur bereitgestellt ist,
• Vergrössern der Schubkraft in Längsrichtung bei Erreichen eines bestimmten Abstands von der vertikalen Aufnahmestruktur,
• derartiges Regeln der Schubkraft in Längsrichtung, dass die Hybrid-Drohne in einen Steigflug versetzt wird, und
• Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne bei Erreichen einer bestimmten Höhe und Versetzen der Hybrid-Drohne von dem Steigflug in den im Wesentlichen horizontalen Reiseflugzustand.
[045] Die mindestens eine Hochantriebseinheit kann nach Erreichen des Reiseflugzustands eingefahren werden.
[046] Vor dem Vergrössern der Schubkraft kann in Längsrichtung ein Verändern der zur Längsrichtung im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft erfolgen, insbesondere mittels Verringerung der Schubkraft oder Schubumkehr der Hochantriebseinheit, wodurch ein Zurückkippen der Hybrid-Drohne erfolgt.
[047] Die Erfindung beinhaltet zudem eine vertikale Start- und Landevorrichtung für eine erfindungsgemäße Hybrid-Drohne, insbesondere welche einen Haftstreifen inkludiert, wobei die Start- und Landevorrichtung folgende Elemente aufweist:
• eine Anbringungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Start- und Landevorrichtung in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung an einer Struktur anzubringen, insbesondere an eine vertikale Seite der Struktur, • mindestens einen Förderantrieb und
• mindestens zwei Kontakt- und Führungselemente, die mit einem bestimmten Abstand parallel zueinander ausgebildet sind, wobei o jedes der Kontakt- und Führungselemente ein Gegenhaftelement zum Fierstellen einer lösbaren Flaftverbindung mit dem Flaftelement der Flybrid-Drohne aufweist und o die Gegenhaftelemente derart bandförmig und mittels des Förderantriebs umlaufend antreibbar ausgebildet sind, insbesondere förderbandartig, dass eine in Flaftverbindung vorliegenden Flybrid- Drohne entlang der Kontakt- und Führungselemente gesteuert bewegbar ist.
[048] Dabei kann die Start- und Landevorrichtung zwei Förderantriebe aufweisen, wobei jedes der Gegenhaftelemente individuell mittels jeweils einem der Förderantriebe antreibbar ist und durch differenzielles Antreiben der Gegenhaftelemente eine in Flaftverbindung vorliegenden Flybrid-Drohne bezüglich ihrer horizontalen Ausrichtung ausrichtbar ist.
[049] Die Gegenhaftelemente können Klettbänder sein.
[050] Die Start- und Landevorrichtung kann mindestens ein Abstosselement zum Abstossen einer an der Start- und Landevorrichtung angeordneten Drohne aufweisen, insbesondere zum Erzeugen oder Vergrössern eines Abstands zwischen dem Flaftelement der Flybrid-Drohne und dem Gegenhaftelement.
[051] Die Erfindung betrifft zudem ein Ablassverfahren für eine erfindungsgemäße Flybrid-Drohne, welche folgende Schritte inkludiert:
• Schweben der Flybrid-Drohne über einem bestimmten Ablassort,
• Ablassen eines mit der Objektablassvorrichtung verbundenen Objekts,
• Rotieren des Objekts in eine bestimmte Richtung, insbesondere in die aktuelle Windrichtung, während des Ablassens,
• Versetzen des Objekts in eine definierte Lage, insbesondere in einer Lage parallel zum Boden, insbesondere Florizontallage, und • Lösen der Verbindung zwischen Objekt und Objektablassvorrichtung bei Bodenberührung oder bei Erreichen eines bestimmten Bodenabstandes.
WEITERE ASPEKTE DER ERFINDUNG
[052] Die Drohne kann zudem einen völlig lautlosen Landeanflug durchführen, in welchem die Antriebseinheiten der Drohne zum Lärmschutz abgeschaltet werden können. Wenn genügend Platz im Anflugbereich vorhanden und die zu landende vertikale Struktur hoch genug über anderen Hindernissen ist, kann die Drohne eine ähnliche Trajektorie wie ein landender Vogel fliegen, dementsprechend eine Art Abfangbogen, dass die Drohne zeitweilig so tief sinkt, dass sie sich unterhalb der zu landenden vertikalen Struktur befindet. Dann wird die Drohne so angesteuert, dass sie wieder aufsteigt, um letztlich in einem aufrechten Winkel an die vertikale Struktur anzustossen bzw. anzuliegen, wobei die Drohne dann nahezu keine kinetische Energie mehr hat und heruntersackt. Der ausgefahrene Haken kann dann bei der oben endenden vertikalen Struktur einhängen.
[053] Unter Berücksichtigung von vielen Faktoren wie z.B. Paketgewicht, Paketgrösse, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Höhe, etc. wird die Flugbahn zur Landung so berechnet, dass der Schwung, d.h. insbesondere die kinetische Energie in vertikaler Richtung, genau dann ablässt, wenn die Drohne sich kurz über dem oberen Ende der vertikalen Struktur befindet. Dabei reicht die Energie der vorwärtsfliegenden Drohne aus, ohne die Antriebseinheiten noch einmal einzuschalten. In diesem Fall landet die Drohne lautlos.
[054] Kurz vor der Landung der Drohne kann die Person, welche das Objekt erhalten soll, über eine persönliche Nachricht davon unterrichtet werden Vorsicht zu walten, etwa mit einer Nachricht „Bitte zurücktreten, die Drohne ist im Anflug“.
[055] Die Drohne ist mit ihrem Beförderungssystem soweit ausgerichtet, dass ein zu ablieferndes Objekt während dem Reiseflug auch per Fallschirm abgeworfen werden kann. Dabei wird der Fallschirm geöffnet und gleichzeitig oder zeitverzögert löst die Objekthaltevorrichtung die Verbindung zum Objekt auf. Aufgrund der hohen Vorwärtsgeschwindigkeit und der Bremswirkung vom Fallschirm separieren sich Hybrid-Drohne und Objekt sehr schnell.
[056] Durch die Möglichkeit ein sehr schnelles Wendemanöver durchzuführen, ist die Drohne auch befähigt sehr schnell und effizient Objekte abzuseilen. Dabei fliegt die Drohne bei einem flachen Anflugwinkel mit ausgeschalteten Antriebseinheiten an eine abzuliefernde Position hin und vollzieht ein enges und schnelles Wendemanöver. Direkt danach kann das Ablassen des Objekts starten. Das reduziert die Dauer der Lärmemission beträchtlich, insbesondere im Vergleich zu Multicoptern, die bereits die ganze Dauer des Anflugs hörbar sind.
[057] Die Drohne kann an der Wand beim Kunden gesichert und aufgeladen werden, weshalb ein kostspieliges Logistikzentrum zum regelmässigen Einlagern der Drohnen nicht unbedingt nötig ist. Diese "Parkplätze" bei den Kunden können auch als dezentrales Netzwerk betrachtet werden. So kann die Drohne auf Abruf auch direkt zu einem anderen Kunden fliegen, wo etwa ein Paket abgeholt werden muss.
[058] Wenn die Rede von "oberhalb" ist, so ist dies bezogen auf eine Ausrichtung der Drohne entlang der Hochachse. Wenn die Rede von "hinter", "hinten", "vor" oder "vorne" ist, so ist dies zusätzlich bezogen auf die Längsrichtung der Drohne. Wenn die Rede ist von "rechts" oder "links", so ist dies bezogen auf die Querachse in Längsrichtung schauend. Wenn die Rede ist von "kippen" bezieht sich das im Wesentlichem um eine Rotation um die Querachse. Wenn die Rede ist von "schwenken" bezieht sich das insbesondere um eine Rotation um eine beliebige Achse der Drohne und muss nicht zwingend um eine Hochachse sein. Bei einem gewöhnlichen Vorwärtsflug ist der Flügel so ausgerichtet, dass sein Profil einen Auftrieb erzeugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[059] Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
[060] Figur 1a zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Hybrid- Drohne; [061] Figur 1b zeigt die Seitenansicht einer erfindungsgemässen Flybrid-Drohne eingehakt an einer vertikalen Struktur;
[062] Figur 1c zeigt ein Abwurf eines Objekts anhand eines Fallschirms der im Reiseflug befindlichen erfindungsgemässen Hybrid-Drohne;
[063] Figur 1d zeigt ein Abseilen/Ablassen eines Objekts der im Schwebeflug befindlichen erfindungsgemässen Hybrid-Drohne;
[064] Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hybrid-Drohne;
[065] Figur 3 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hybrid-Drohne;
[066] Figur 4a zeigt eine Start- und Landestation für eine erfindungsgemässe Hybrid-Drohne;
[067] Figur 4b zeigt eine an der Start- und Landestation mit einer an der Start- und Landestation haftenden erfindungsgemässen Hybrid-Drohne;
[068] Figur 4c zeigt eine an der Start- und Landestation haftende und ausgerichtete erfindungsgemässe Hybrid-Drohne;
[069] Figur 5 zeigt ein beispielhaftes Flugverfahren eines schnellen Übergangs vom Reiseflug in den aufgerichteten Schwebeflug mit einer erfindungsgemäßen Hybrid-Drohne;
[070] Figur 6 zeigt ein Beispiel einer Hybrid-Drohne mit differenzieller Schub Ansteuerung;
[071] Figur 7 zeigt ein Beispiel einer Hybrid-Drohne mit einer kollektiv Schub Ansteuerung;
[072] Figur 8 zeigt ein Beispiel einer Hybrid-Drohne mit einem Dualsystem; und
[073] Figur 9 zeigt ein Beispiel einer Hybrid-Drohne mit einem Kippflügel. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
[074] Es werden beispielhafte Verfahren und Systeme beschrieben. Das Wort "beispielhaft" ist "als Beispiel, Instanz oder Illustration" zu deuten. Jede hierin als "beispielhaft" oder "veranschaulichend" beschriebene Ausführungsform oder Eigenschaft ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Merkmalen auszulegen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen nicht einschränkend sein. Es versteht sich von selbst, dass bestimmte Aspekte der offenbarten Systeme und Verfahren in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und kombiniert werden können, die alle hierin in Betracht gezogen werden.
[075] Beispielhafte Ausführungsformen können sich auf ein System beziehen und/oder in diesem implementiert sein, in dem hybride, unbemannte Luftfahrzeuge und insbesondere “hybrid unmanned aerial vehicles“ (hybrid UAVs) oder auch Hybrid-Drohne genannt, welche mindestens einen Flügel 102 besitzt, mit dem im Reiseflug effizienter Auftrieb erzeugt werden kann, und zudem unterschiedliche Antriebskonfigurationen um einen stabilen Schwebeflug durchführen zu können. Die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne kann Landungen an einer vertikalen Struktur durchführen und ein Objekt transportieren und optional an der vertikalen Struktur abliefern. Dabei kann die Drohne von einer an der vertikalen Struktur montierten Start- und Landestation unterstützt werden oder diese kann sich selbst an oben endenden vertikalen Strukturen festhalten.
[076] Die beispielhaften Ausführungsformen können neben einem effizienten horizontalen Reiseflug, sehr schnell in einen Schwebeflug übergehen sowie kontrolliert an Ort und Stelle schweben beziehungsweise sich langsam an vertikale Strukturen annähern. Die beispielhaften Ausführungsformen haben ein Halteelement, insbesondere ausgebildet als Haken 112, und/oder einen Haftstreifen 321. In Figur 2 ist eine weitere Position eines Hakens 212 illustriert. Viele weitere Ausführungsformen sind möglich, um sich an einer vertikalen Struktur festzuhalten.
[077] In Figur 1a sind beispielhaft zwei Längsantriebseinheiten 104 in Form von zwei Elektromotoren mit fix montierten Propellern dargestellt. Längs ist dabei auf den Schubvektor bezogen, welcher im Wesentlichen parallel zur körperfesten Längsachse 115 verläuft. Im Schwebeflug ist die Längsachse 115 ungefähr vertikal im Raum aufgerichtet, im Reiseflug ist die Längsachse 115 im Wesentlichen horizontal zur Erdanziehungskraft ausgerichtet. Die Längsantriebseinheiten 104 sind beispielhaft auf dem Flügel 102 oder oberhalb vom Flügel 102 montiert, wodurch ein höherer Auftrieb generiert wird und Lärmemissionen nach unten gedämmt werden, womit die Hybrid-Drohne im Reiseflug gegenüber dem Boden nahezu lautlos erscheinen kann.
[078] Beispielhaft sind die Längsantriebseinheiten 104 fix in dieser Position montiert. Diese können in einer weiteren Ausführungsform kippbar oder um eine beliebige Achse schwenkbar gelagert montiert sein oder über Kippflügel, Schwenkflügel, Hebelarme oder anderen Hilfsmittel in eine längsgerichtete Position gebracht werden. In Figur 2 ist beispielhaft eine andere Position für zwei Längsantriebseinheiten 204 dargestellt.
[079] Eine Antriebseinheit kann ein Propeller-Antrieb mit offenen, verstellbaren oder umschlossenen Propellern (=sogenannten Impellern) oder ähnliches sein, ebenso ein Turbinen-Antrieb, ein Raketenantrieb oder andere Schub erzeugende Varianten die elektrisch oder chemisch erzeugt werden.
[080] In einer bevorzugten Ausführung sind die Längsantriebseinheiten 104 mit geschützten, umhüllten elektrischen Schubdüsen, sogenannte Impellern ausgelegt, damit die drehenden Teile nicht freistehend sind und dementsprechend die Verletzungsgefahr in jeder Situation verringert wird. Zudem wird die Lärmemission deutlich reduziert.
[081] Beispielhaft ist in Figur 1a eine Hochantriebseinheit 105 dargestellt. Hoch bezieht sich auf den Hochschubvektor, welcher im Wesentlichen parallel zur Hochachse 116 verläuft, die orthogonal zur Längs- 115 und Querachse 117 steht. Die Hochantriebseinheiten 105 oder 205 sind nicht zwingend fix in dieser Position montiert, sondern können auch kippbar oder um eine beliebige Achse schwenkbar gelagert montiert sein oder über Kippflügel, Schwenkflügel, Hebelarme oder anderen Hilfsmittel in eine hochgerichtete Position gebracht werden. [082] Damit eine Rollbewegung um die Längsachse 115 vollzogen werden kann, kann die Hybrid-Drohne, beispielhaft in Figur 1a dargestellt, mindestens ein Heckleitwerk mit Hecksteuerflächen 108 aufweisen, wobei das Heckleitwerk durch ein mit mindestens einem der Flügel 102 oder dem Rumpfteil 113 verbundenes Trägerelement 109 oberhalb des mindestens einen Flügels 102 und hinter dem Flügel 102 angeordnet ist. Zudem ist mindestens eine Hecksteuerfläche 108 in einem durch die erste und/oder die zweite Längsantriebseinheiten 104 erzeugbaren Luftstrom 120 angeordnet. Somit erfolgt die Rollbewegung der Hybrid-Drohne im langsamen Flug mittels differenzieller Ansteuerung der Hecksteuerflächen 108.
[083] Im schnellen Vorwärtsflug sind maßgeblich die Hecksteuerflächen 108 für das Nicken um die Querachse 117 zuständig. Beim z.B. Ausfall der Hecksteuerflächen 108 kann die Hochantriebseinheit 105 das Erzeugen des Nickens übernehmen. Erfindungsgemäß übernimmt im langsamen Flug oder im Schwebeflug aufgrund die von Luftströmung unabhängiger Hochantriebseinheit 105 maßgeblich die Erzeugung der Nickbewegung. Zudem können im Schwebeflug die Hecksteuerflächen 108 die das Erzeugen der Nickbewegung unterstützen oder im Ausfall übernehmen. Durch Beladung mit einem Objekt 124 verändert sich der Schwerpunkt 107 speziell entlang der Hochachse 116. Die Hochantriebseinheit 105 ist so dimensioniert, dass die auf den Schwerpunkt 107 wirkende Hebelkraft bei vollem Schub der Längsantriebseinheiten 104 von der Hochantriebseinheit 105 größtenteils kompensiert werden kann und zudem verschiedenste Schwerpunkte aufgrund unterschiedlichster Massen von Objekten 124 ausgeglichen werden können.
[084] In einer Ausführungsform veranschaulicht in Figur 3 ist mindestens die erste Hochantriebseinheit um eine Schwenkachse 311 schwenkbar, wobei die Schwenkachse 311 sich im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse 115 erstreckt. Dabei ist mindestens die erste Hochantriebseinheit 105 auf einem schwenkbaren oder ausfahrbaren Arm montiert und im Rumpfteil 113 oder Flügel 102 versenkbar. In Figur 3 ist eine Klappe 319 veranschaulicht, welche vor dem Ein- oder Ausfahren öffnet und eine eingefahrenen Hochantriebseinheit 105 aerodynamisch günstig im Rumpfteil 313 verdeckt. [085] In einer weiteren Ausführungsform weist die Hybrid-Drohne mindestens eine zweite Hochantriebseinheit 205 auf, wobei die zweite Hochantriebseinheit 205 derart ausgerichtet ist oder schwenkbar , kippbar oder um eine beliebige Achse drehbar ausrichtbar ist, dass eine mittels der Hochantriebseinheit 205 erzeugbare Hochschubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung 106 nach unten oder oben wirkt und mit einem definierten Hebelabstand relativ zum Schwerpunkt 107 der Hybrid-Drohne montiert ist. Figur 2 zeigt beispielhaft eine Version mit zwei Hochantriebseinheiten 205. Mit zwei vor dem Schwerpunkt liegenden Hochantriebseinheiten 205 kann im Schwebeflug nicht nur die Nickbewegung, sondern auch die Rollbewegung, durch differenzielle Ansteuerung der ersten und der zweiten Hochantriebseinheit 205, gesteuert werden.
[086] In einer weiteren Ausführungsform, dargestellt in Figur 3, weist die Hybrid- Drohne eine dritte und eine vierte Längsantriebseinheit 320 auf, wobei die dritte koaxial zur ersten und die vierte koaxial zur zweiten Längsantriebseinheit 320 angeordnet ist. Damit kann die Rollbewegung über differenzielle Ansteuerung der Längsantriebseinheiten 104 in der Form erfolgen, dass zwei in die gleiche Richtung drehenden Antriebseinheiten, eine höhere Drehzahl aufweisen als die zwei gegendrehenden Antriebseinheiten. Aufgrund des Erzeugens eines Drehmoments, wird eine Rollbewegung initiiert.
[087] In einer weiteren Ausführungsform der Hybrid-Drohne ist mindestens eine der Längsantriebseinheiten 104 und/oder mindestens eine erste Hochantriebseinheit 105 zur Schubumkehr durch Drehrichtungsänderung oder durch Blattverstellung ausgebildet und/oder ansteuerbar. Die detaillierte Erläuterung für diese Eigenschaft, wird im Verfahren beschrieben.
[088] In Figur 1 b ist ein Objekt 124 als Paket in Form einer Faltschachtel beispielhaft dargestellt. In weiteren Ausführungsformen kann das Objekt 124 verschiedenste Größen und Formen annehmen. Dabei kann das Objekt 124 auch stromverbrauchende Komponenten beinhalten, welche über die Spannungsquelle der Hybrid-Drohne über die Objekthaltevorrichtung 110 gespeist wird, welche die integrierten Systeme mit Energie speisen z.B. zum Kühlen, Heizen oder anderen Funktionen. In einerweiteren Ausführungsform kann das Objekt 124 eine zusätzliche Spannungsquelle beinhalten und die Hybrid-Drohne mit zusätzlicher Energie speisen für längere Reichweiten. In einer weiteren Ausführungsform, dargestellt in Figur 3, beinhaltet das Objekt 324 zusätzliche Sensoren, wie z.B. eine hochauflösende Kamera zum Ausmessen von Bodenbeschaffenheiten oder ähnliches. Dabei wird neben der Energieversorgung eine Datenverbindung hergestellt, womit das Objekt 324 von der Hybrid-Drohne gesteuert werden kann.
[089] Für das Transportieren von Objekten 124 ist erfindungsgemäß eine Objekthaltevorrichtung 110 vorhanden, die an einer Oberseite oder an einer Unterseite zwischen der ersten und der zweiten Längsantriebseinheit 104 (bezüglich der Querachse, in einem Bereich definiert durch zwei Ebenen, die senkrecht zur Querachse verlaufen und wobei der Schnittpunkt einer Ebene mit der Querachse durch die Anordnung der ersten Längsantriebseinheit und der Schnittpunkt der anderen Ebene mit der Querachse durch die Anordnung der zweiten Längsantriebseinheit entlang der Querachse definiert ist) und zur Aufnahme eines Objekts 124 ausgebildet ist, wobei die Unterseite der Hybrid-Drohne unterhalb des mindestens einen Flügels 102 und die Oberseite oberhalb des mindestens einen Flügels 102 ist. In Figur 2 ist beispielhaft ein Objekt 224 unterhalb montiert.
[090] Die Objekthaltevorrichtung 110 kann in weiteren Ausführungsformen auch eine Schnittstelle beinhalten für einen Entladestrom und/oder Ladestrom und/oder einer uni- oder bidirektionalen Datenverbindung zur Aufnahme von Objekten 324 mit Stromverbrauch oder einer Stromquelle oder verschiedensten Sensoren.
[091] Die Objekthaltevorrichtung 110 beinhaltet ein Beförderungssystem 119, das dazu ausgelegt ist, ein von der Objekthaltevorrichtung 110 aufgenommenes Objekt 124 nach vorne oder hinten zu befördern, insbesondere um das Objekt 124 vor oder hinter den Flügel 102 zu befördern und vor oder hinter dem Flügel 102 auszustossen oder um den Schwerpunkt 107 während eines Fluges zu verändern.
[092] Erfindungsgemäß kann das Beförderungssystem 119 unterschiedlich schwere Objekte 124 transportieren und diese während dem Flug so verschieben, dass der Schwerpunkt 107 vom Objekt 124 in die für die Flugleistung optimale Position zu fahren. [093] Figur 1c zeigt ein beispielhaftes Verfahren, das Objekt 124 mit einem kleinen Fallschirm 190 hinter der im Reiseflug befindlichen Flybrid-Drohne abzuwerfen. Dabei wird über die Datenverbindung der Objekthaltevorrichtung 110 ein im Objekt 124’ integrierten Fallschirm 190 ausgelöst. Nach dem erfolgreichen Öffnen des Fallschirms 190 und dem Erreichen der gewünschten Abwurfstelle wird das Objekt 124’ von der Objekthaltevorrichtung 110 losgelassen und das Objekt 124 wird von der Bremskraft des Fallschirms 190 nach hinten gezogen.
[094] Figur 1 b zeigt ein Verfahren zum Entladen des Objekts 124 durch ein Befördern des Objekts 124 über das obere Ende der vertikalen Aufnahmestruktur. Die Hybrid-Drohne hat sich erfolgreich an einer oben endenden vertikalen Struktur, veranschaulicht anhand eines Balkons 132, eingehakt. Dabei wird beispielhaft mithilfe eines drehbar gelagerten 134 Beförderungssystems 119 diese mit einem Kraftzylinder 131 auf horizontale Ebene gebracht. Das Beförderungssystem 119 schiebt in weiterer Folge das Objekt 124 so weit nach vorne, bis es über die Vorderkante des Beförderungssystems 119 kippt.
[095] Vertikale Struktur bezieht sich in diesem Fall insbesondere auf einen Balkon bzw. dessen Geländer oder Brüstung, Fenster, Hausfassaden, steilere Giebeldächer oder ähnliches und ist dementsprechend insbesondere im Wesentlichen vertikal zur Erdanziehungskraft zu verstehen. Zudem ist eine Start- und Landestation in einem montierten Zustand auch als vertikale Struktur zu verstehen, wobei die Start- und Landestation beispielsweise parallel dazu montiert ist. Erfindungsgemäss lässt sich ein Landeanflug einer Drohne an eine vertikale Struktur sehr leise durchführen und auch für relativ enge Häuserschluchten. Dies erhöht die Zielgruppe für eine Drohnen- Paketlieferung und ermöglicht auch Lieferungen zu Ruhezeiten wie etwa in der Nacht. So genügt beispielsweise ein Balkon, ein Fenster, einem steileren Schrägdach und/oder die Zugänglichkeit einer Hausfassade im Gegensatz zu anderen Konzepten, die Freiflächen oder Flachdächer benötigen. Ausserdem haben Dritte keinen Zugang zu dem Paket oder der Drohne und es kann somit eine zuverlässige Zustellung garantiert werden.
[096] Die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne ist mit mindestens einem Halteelement ausgestattet, insbesondere Haken 112, das der Unterseite der Hybrid- Drohne zugeordnet ist, wobei das Halteelement zum lösbaren Anordnen, insbesondere zum Einhaken, der Hybrid-Drohne an einer nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur ausgebildet ist.
[097] Das Halteelement besitzt eine Öffnung in eine der Längsrichtung 106 entgegengesetzte Halterichtung, insbesondere besitzt das Halteelement eine nach hinten ausgeprägte und von hinten zugängliche Struktur. Nicht zu verwechseln mit einem sogenannten Fanghaken, welcher in Längsrichtung 106 geöffnet ist, um die Geschwindigkeit eines unbemannten Fluggeräts abrupt abzubremsen.
[098] Dieses Halteelement ist fix montiert oder ausfahrbar, insbesondere in den Rumpf oder in den Flügel 102 versenkbar, ausgebildet.
[099] Das Halteelement kann zur Erzeugung einer Haltekraft durch Anpressen der Hybrid-Drohne an die vertikale Struktur ausgebildet sein, insbesondere durch ein teilweises Einfahren des Halteelements.
[100] Zudem weist die Hybrid-Drohne nach Fig. 1 oder 1b ein an der Unterseite ausfahrbares Gegenelement 114 zur Aufbringung einer Klemmkraft zwischen dem Halteelement 112 und dem Gegenelement 114 auf. In Figure 1b ist ein solches Klemmen mit einem Balkon 132 veranschaulicht, wobei der Haken 112 ein Balkongeländer 132 umgreift und ein Gegenelement 114 eine Klemmkraft erzeugt.
[101] Die Hybrid-Drohne besitzt in einer Ausführungsform einen Haftstreifen 321 an der Unterseite der Hybrid-Drohne zum Herstellen einer lösbaren Haftverbindung mit einem an der vertikalen Aufnahmestruktur angeordneten Gegenhaftelement 401.
[102] Dieser Haftstreifen 321 kann an der Unterseite vom Flügel 102 oder auch an der Unterseite eines Fahrwerks 207 ähnlichem Konstrukt befestigt sein, damit bei Berührung einer vertikalen Struktur sofort eine Haltekraft erzeugt wird und ein zurückfedern verhindert werden kann. Die Grösse des Haftstreifens 321 ist so ausgelegt, damit die Haftverbindung das gesamte Gewicht der Hybrid-Drohne und einem Sicherheitsfaktor in Position hält. [103] Haftstreifen 321 können Klettbänder, Magnetstreifen, Klebestreifen oder ähnliches sein.
[104] Die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne, wie in Figur 1d veranschaulicht, besitzt eine Objektablassvorrichtung 118 mit mindestens zwei mit dem Objekt 124 verbindbare Ablasselementen 150 getrennt durch einen Abstand 151 von mindestens 10cm, insbesondere Seile oder Kabel.
[105] Somit kann die Hybrid-Drohne, wenn sie über dem Ablassort schwebt ein Objekt 124 über mindestens diese zwei Objektablassvorrichtungen 118 koordiniert ablassen. Das Objekt 124 wird während des Ablassvorgangs in eine gewünschte Richtung rotiert bezogen auf eine Objektlängsachse 154, insbesondere in Windrichtung. Das Objekt 124 wird ausserdem während des Ablassens von den zwei Ablasselementen 150 in einer gewünschten Lage um eine Objekthochachse 152 gehalten unabhängig von der Lage der Hybrid-Drohne, insbesondere in einer Lage parallel zum Boden. Ab einem gewissen Abstand zum Boden oder bei Berührung vom Objekt 124 auf dem Boden löst ein Ausklinkmechanismus die Verbindung koordiniert zwischen den zwei Ablasselementen 150 und dem Objekt 124 auf.
[106] Die Hybrid-Drohne besitzt in einer weiteren Ausführungsform eine Steuerungseinheit, die eine Ablassfunktionalität aufweist, bei deren Ausführung eine Ansteuerung der Objektablassvorrichtung 118 und/oder der Antriebseinheiten derart erfolgt, dass das Objekt 124 in eine definierten Pendel- oder Schwingbewegung versetzt wird und ein gezieltes Absetzen des Objekts 124 an einem bestimmten Punkt der Pendel- oder Schwingbewegung erfolgt.
[107] Aufgrund der zwei Objektablassvorrichtungen 118 wird eine höhere Stabilität um die Querachse 117 gewährleistet und Berührungen oder Beschädigung vom Heckleitwerk beim Ablassen unter hohen Seitenwindbedingungen können vermieden werden.
[108] Figur 4a zeigt die vertikale Start- und Landevorrichtung für eine erfindungsgemäße Hybrid-Drohne. Diese beinhaltet eine Anbringungsvorrichtung 403, die dazu ausgebildet ist, die Start- und Landevorrichtung in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung an einer Struktur anzubringen, insbesondere an eine vertikale Seite der Struktur. Die Start- und Landevorrichtung weist auf: mindestens einen Förderantrieb, mindestens zwei Kontakt- und Führungselemente, die mit einem bestimmten Abstand parallel zueinander ausgebildet sind, wobei jedes der Kontakt- und Führungselemente ein Gegenhaftelement 401 zum Herstellen einer lösbaren Haftverbindung mit dem Haftelement der Hybrid-Drohne aufweist und die Gegenhaftelemente 401 derart bandförmig und mittels des Förderantriebs umlaufend antreibbar ausgebildet sind, insbesondere förderbandartig, dass eine in Haftverbindung vorliegenden erfindungsgemäße Hybrid-Drohne entlang der Kontakt- und Führungselemente gesteuert bewegbar ist.
[109] Eine weitere Ausführungsform der vertikalen Start- und Landevorrichtung beinhaltet zwei Förderantriebe, welche jedes der Gegenhaftelemente 401 individuell mittels jeweils einem der Förderantriebe antreibbar machen und wobei durch differenzielles Antreiben der Gegenhaftelemente 401 eine in Haftverbindung vorliegenden Hybrid-Drohne bezüglich ihrer horizontalen Ausrichtung ausrichtbar ist.
[110] Bei sehr hohen Seitenwindkonditionen lehnt sich, um die Hochachse 116 gedreht, die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne in den Wind, damit diese nicht vom Wind abdriften kann. Diese Lage kann die erfindungsgemäße Drohne bis zum „Andocken“ an die Start- und Landevorrichtung beibehalten illustriert in Figur 4b. Aufgrund einer Kommunikationsverbindung gibt die erfindungsgemäße Hybrid- Drohne ein Kommando für das differenzielle Ansteuern der Förderbänder, wodurch die Hybrid-Drohne wieder waagrecht aufgerichtet wird illustriert in Figur 4c.
[111] Üblicherweise sind die Gegenhaftelemente 401 der Start- und Landestation Klettbänder, wobei das entsprechende Haftelement auf der Hybrid-Drohne dann das andere Element der Klettseite ist. Andere Haft- und Gegenhaftelemente sind möglich.
[112] Die vertikale Start- und Landevorrichtung beinhaltet zudem mindestens ein Abstoßelement 402 zum Abstoßen einer an der Start- und Landevorrichtung angeordneten Hybrid-Drohne, insbesondere zum Erzeugen oder Vergrößern eines Winkels zwischen der vertikalen Ausrichtung der Start- und Landevorrichtung und der Längsrichtung 106 der Drohne. [113] Optional weist die Start- und Landevorrichtung auch eine Dockingstation auf. Diese stellt Ladestrom und/oder einen uni- oder bidirektionalen Datenverkehr bereit. Eine Schnittstelle der Dockingstation ist angepasst an eine entsprechende - ebenfalls optionale - Schnittstelle der Drohne 1, d.h. die Schnittstelle kann stecker- bzw. kabelbasiert sein oder kabellos (induktives Laden, NFC, bluetooth, WiFi, etc.).
[114] Hybrid-Drohnen können unterschiedlichste Formen aufweisen. Eine Drohne ist allgemein als unbemanntes Fluggerät, unbemanntes Luftfahrtsystem oder unbemanntes Luftfahrzeug bekannt. Dieses kann autonom oder semi-autonom gesteuert werden. Mit semi-autonom sind nur beschränkte Manöver ohne physische Präsenz eines Menschen gemeint. Beispielsweise können Teile eines Flugs von einem Piloten ferngesteuert werden und andere Teile eines Fluges werden autonom durchgeführt. Normalerweise, aber nicht zwingendermaßen, kann ein ferngesteuerter Pilot jederzeit eine autonom fliegende Drohne auf direkte Steuereingaben umschalten. Desweitern können unterschiedliche semi-autonomen Stufen vorhanden sein, wo ein ferngesteuerter Pilot nur Navigationspunkte vorgibt und diese werden dann von der Drohne geradlinig oder aufgrund autonomer Entscheidungen wie beispielsweise das Ausweichen von Hindernissen, Einhalten von Flugzonen oder ähnlichem auf einem nicht geradlinigen Flugweg abgeflogen. Viele weitere Beispiele sind möglich.
[115] Eine Hybrid-Drohne spezifiziert ein unbemanntes Luftfahrzeug mit mindestens einem Flügel 102, welche üblicherweise die Fähigkeit besitzt vertikal Starten und Landen zu können.
[116] Diese Hybrid-Drohnen können unterschiedlichste Ausführungsformen beinhalten und werden meist in Wandelflugzeuge und Heckstarter eingeteilt. Ein Wandelflugzeug hält den Hauptkörper des Luftfahrzeugs während aller Flugmodi im Wesentlichen stabil in einer Nicklage und bestimmte Transitionen oder Drehmechanismen werden angewendet, um den Flugmodus zu wechseln. Heckstarter starten und landen mehrheitlich auf dem Heck und die gesamte Hybrid- Drohne dreht sich, um einen horizontalen Reiseflug anzustreben. [117] Eine Ausführungsform eines Wandelflugzeugs ist mit einem Kipprotor ausgestattet, bei dem multiple Rotoren auf einer drehbaren Gondel montiert sind. Beim Übergang vom Schwebeflug in den Reiseflug drehen alle oder ein Teil der Rotoren in Reiseflugrichtung. Bei Bi-Rotor Konfigurationen sind meist die Gondeln an einer Flügelspitze montiert. Dabei besitzen diese Konfigurationen meist Rotoren mit einer Taumelscheibe, welche eine kollektive Blattverstellung und eine zyklische Blattverstellung ermöglichen. Tri-Rotor oder Quad-Rotor Konfigurationen sind meist mit fixen Propellern ausgestattet. Weitere Kipprotor Varianten sind möglich.
[118] Eine weitere Ausführungsform eines Wandelflugzeugs ist mit einem Kippflügel ausgestattet, illustriert in Figur 9. Dabei wird ein Teil oder der ganze Flügel oder mehrere Flügel jeweils inklusive der Antriebseinheiten während einer Transition in einen anderen Flugmodus gedreht oder gekippt. Das Mittelstück bleibt dabei im Wesentlichen horizontal. Weitere Kippflügel und Kombinationen mit Kipprotor Varianten sind möglich.
[119] Eine weitere Ausführungsform eines Wandelflugzeugs ist mit Dualsystem ausgestattet, illustriert in Figur 8. Diese Version besteht aus einer Zusammenstellung von mindestens zwei Antriebssystemen, ein Antriebssystem mit mehreren durch den Schwerpunkt symmetrisch angeordneten Antriebseinheiten ist dafür nur für den Schwebeflug zuständig und mindestens eine in Längsrichtung angeordnete Antriebseinheit ist nur für den Reiseflug bestimmt. Ein Kippmechanismus ist dementsprechend nicht notwendig. Im Reiseflug sind die für den Schwebeflug notwendigen Antriebseinheiten abgeschaltet, teilweise abgeschaltet oder eingeschaltet und können zusätzlichen Auftrieb neben dem Flügel leisten. Üblicherweise produzieren diese Hochantriebseinheiten großen Widerstand, erzeugen viele Wirbel und sind dementsprechend relativ laut im Reiseflug. Spezielle Varianten wie beispielsweise das Ein- und Ausfahren von Flügeln oder ähnlichem sind möglich.
[120] Eine weitere Ausführungsform eines Wandelflugzeugs ist mit einem Rotor Flügel ausgestattet. Rotor Flügel oder Stop Rotoren sind in weiterer Folge eine spezielle Variante einer Hybrid-Drohne, welche im Schwebeflug einen oder mehrere Flügel rotieren lässt und das rotieren des Flügels in einer Transition anhält, wobei mindestens ein Flügel um fast 180° gedreht wird und dementsprechend alle Flügel in Reiseflug Richtung ausgerichtet sind und für den Reiseflug Auftrieb leisten.
[121] Eine weitere Ausführungsform eines Fleckstarters ist mit einer Mono Schub Antriebseinheit in Längsrichtung 106 ausgestattet. Diese Antriebseinheit ist in Längsrichtung 106 der Hybrid-Drohne und üblicherweise ganz vorne oder hinten am Heck montiert. Den Übergang in vom Schwebeflug in den Reiseflug wird meist durch Vektorsteuerung des Schubs erzeugt aufgrund von Lüfterflügel, zyklische oder variable Blattverstellung oder einer beweglich montierten Antriebseinheit.
[122] Eine weitere Ausführungsform eines Heckstarters ist mit einer oder mehreren Antriebseinheiten in Längsrichtung 106 mit kollektivem Schub ausgestatte, illustriert in Figur 7. Dabei stehen die Steuerflächen im Luftstrom der Antriebseinheit oder Antriebseinheiten bei dem der Schub kollektiv vergrößert oder verkleinert wird.
[123] Die Eigenschaft Objekte 124 zu transportieren ist bei einer Mono Schub oder kollektiv Schub Variante sehr eingeschränkt, da keine großen Schwerpunktänderungen in einer definierten Hochachse 116 ausgeglichen werden können.
[124] Heckstarter mit differenzieller Schub Ansteuerung, illustriert in Figur 6, sind mit in Längsrichtung 106 angeordneten Antriebseinheiten ausgestattet. Die Anordnung und Steuerung ist sehr ähnlich zu Multicopter Konfigurationen, insbesondere Quadrocoptern, Hexacopter, Octocopter oder ähnliches. Dabei wird durch die differenzielle Drehzahländerung der einzelnen Motoren ein Gieren, Nicken und Rollen erreicht. Ein Steigen und Sinken wird im Schwebeflug durch kollektive Verringerung oder Erhöhung der Drehzahl geregelt. Vorteil einer differenzieller Schub Ansteuerung ist, dass keine Flügelsteuerflächen notwendig sind und allgemein nur sehr wenig drehende Teile vorhanden sind. Um ein Gieren um die Hochachse 116 zu verstärken werden die Motoren üblicherweise nicht genau in Längsrichtung 106 montiert, sondern abhängig von der Drehrichtung der Propeller in eine um eine durch den Schwerpunkt 107 gehende Achse gekippt. Dies hilft speziell für weit außenliegende Massen, wenn beispielsweise die Flügel sehr weit außerhalb vom Schwerpunkt 107 liegen, beispielsweise um die Antriebseinheiten zu umschließen und diese zu schützen.
[125] Figur 5 zeigt eine Ausführungsform einer Methode zum schnellen Übergang der in einem Reiseflugzustand 541 befindlichen, erfindungsgemässen Hybrid-Drohne in einen Schwebeflugzustand 545, wobei eine Hauptbewegungsrichtung der Hybrid- Drohne im Reiseflugzustand einer Horizontalrichtung entspricht, ein Hauptauftrieb durch Umströmen des mindestens einen ersten Flügels 102 erzeugt wird und die Längsantriebseinheiten 104 einen Vorwärtsschub in Längsrichtung 106 erzeugen.
[126] Folgendes Verfahren wird dabei angewendet: (a) Einleiten eines Sinkflugs durch ein Nach-Vorne-Nicken 542 der Hybrid-Drohne. (b) Reduzieren oder Beenden des Schubs der Längsantriebseinheiten 104, illustriert bei 543, insbesondere Erzeugen einer Schubumkehr, zur Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit der Hybrid-Drohne. (c) Erzeugen einer zur Längsrichtung 106 im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft mittels der Hochantriebseinheit 105 zum Einleiten, Beschleunigen oder Verlangsamen einer Nickbewegung 544 der Hybrid-Drohne, dass die Hybrid-Dohne in eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung versetzt wird, insbesondere die Längsrichtung 106 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. (d) Beim Erreichen der vertikalen Ausrichtung bzw. eines Schwebeflugzustands 545, ein derartiges geregeltes Einstellen des Schubs in Längsrichtung 106 in Abhängigkeit eines Gesamtgewichts der Hybrid-Drohne, insbesondere unter Berücksichtigung eines transportierten Objekts 124, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hybrid- Drohne in Längsrichtung 106 im Wesentlichen 0 beträgt (e) In dem
Schwebeflugzustand wird ein fortlaufendes Regeln, insbesondere Halten, der vertikalen Ausrichtung der Hybrid-Dohne mittels Regelung der
Hochantriebseinheit(en) bereitgestellt.
[127] Der Übergang in den Schwebeflug erfolgt mit dieser Methode sehr schnell und auf sehr kleinem Raum im Vergleich zu den bekannten Verfahren eines Heckstarters, bei dem der Vorgang nur langsam erfolgen kann aufgrund abrupter aerodynamischer Kräfte des Flügels 102 wie beispielsweise durch einen Strömungsabriss. Aufgrund der geringen Geschwindigkeit beim Nach-Oben-Nicken der erfindungsgemäßen Hybrid-Drohne entstehen vernachlässigbare aerodynamische Kräfte des Flügels 102. Somit kann die Hybrid-Drohne mit einem sehr steilen nahezu senkrechten Anflugwinkel auch Baikone oder Fenster in engen Fläuserschluchten oder über Flindernisse im Anflugbereich anfliegen. So ist es auch möglich den Anflug auf eine vertikale Struktur seitlich oder schräg anzufliegen und sobald im Schwebeflugzustand angekommen eine Rollbewegung um die Längsachse 115 durchzuführen und dann den Anflug an die vertikale Struktur fortzusetzen.
[128] Sofern der Schwerpunkt 107 vor der Längsantriebseinheit liegt ist der Schwebeflug eine instabile Fluglage. Die Regelungseinheit hält die Hybrid-Drohne trotzdem konstant in aufrechter Position.
[129] Das Absetzen eines mit der Hybrid-Drohne transportierten Objekts 124 weist folgende Schritte auf: (a) Annähern der Hybrid-Drohne an eine nach oben endende vertikale Aufnahmestruktur durch Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne, insbesondere ein Einstellen eines definierten Winkels der Längsrichtung 106 relativ zur Vertikalen, und dadurch Erzeugen einer Relativbewegung der Hybrid-Drohne in Richtung hin zur vertikalen Aufnahmestruktur (b) Bereitstellen einer Berührung von Hybrid-Drohne und von vertikaler Aufnahmestruktur durch das fortlaufende Annähern (c) Aufsteigen der Hybrid-Drohne entlang der vertikalen Aufnahmestruktur bis zumindest das Halteelement in vertikaler Richtung oberhalb des oberen Endes der vertikalen Aufnahmestruktur bereitgestellt ist. (d) derartiges Ausrichten des Halteelements, dass ein zum lösbaren Anordnen ausgebildeter Teil des Haltelements oberhalb der nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur vorliegt (e) Anordnen, insbesondere Einhaken, der Hybrid-Drohne an der vertikalen Aufnahmestruktur durch Absinken der Hybrid-Drohne mittels Reduzierung des Schubs in Längsrichtung 106 bei Beibehaltung der Berührung mit der vertikalen Aufnahmestruktur.
[130] Die vertikale Aufnahmestruktur wird in einer Ausführungsform, dargestellt in Figur 5, in einer Lage der Hybrid-Drohne bei 543 erfasst und erkannt durch beispielsweise Bildverarbeitung, Lidar oder Radar, und es wird ein Einleiten des Reduzierens oder Beendens des Schubs der Längsantriebseinheiten 104 in Abhängigkeit von dem Erkennen der vertikalen Aufnahmestruktur vollzogen. [131] Weiters wird die vertikale Aufnahmestruktur in der Lage 544 und 545 erfasst und erkannt, insbesondere mittels Bildverarbeitung, Lidar oder Radar, und das Annähern und/oder Anordnen der Hybrid-Drohne in Abhängigkeit von dem Erkennen der vertikalen Aufnahmestruktur vollzogen.
[132] Eine Berührung der vertikalen Aufnahmestruktur wie beispielsweise eines Balkons 132 erfolgt deutlich unter der Kante der nach oben endenden vertikalen Struktur, bei dem auf dem Balkon 132 befindliche Personen nicht in die Nähe der landenden Hybrid-Drohne kommen können. Aufgrund der großen Fläche für die Berührung an der vertikalen Aufnahmestruktur können Landungen auch bei hohen Windgeschwindigkeiten durchgeführt werden.
[133] In einer Ausführungsform ist das Halteelement fix montiert und damit liegt die Hybrid-Drohne nicht flächig auf der vertikalen Aufnahmestruktur auf. Sobald das Halteelement über die nach oben endende vertikale Struktur hinausragt, nickt die Drohne in Richtung der vertikalen Aufnahmestruktur. In einer weiteren Ausführungsform ist das Halteelement in einem Flügel 102 oder Rumpf eingefahren und die Drohne liegt flächig auf der vertikalen Aufnahmestruktur auf. Sobald die Drohne über die nach oben endende vertikale Struktur hinausragt, fährt das Halteelement aus.
[134] Nach dem Absinken auf eine nach oben endende vertikale Struktur im Rahmen des Einhakens der Hybrid-Drohne wird als weiteren Aspekt in Figur 4 eine Klemmkraft dargestellt durch teilweises Einfahren des Halteelements 112 oder Erzeugen einer Gegenkraft durch ein Gegenelement 114 erzeugt.
[135] Ein Startverfahren zum Versetzen einer in vertikaler Ausrichtung befindlichen und an der nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur angeordneten Hybrid- Drohne in einen Reiseflugzustand, mit folgenden Schritten: (a) Lösen der Hybrid- Drohne von der vertikalen Aufnahmestruktur durch Erzeugen einer Schubkraft in Längsrichtung 106, insbesondere mittels der Längsantriebseinheiten 104. (b) Erzeugen einer zur Längsrichtung 106 im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft, insbesondere mittels der Hochantriebseinheit, wodurch ein Kippen, insbesondere Nicken, der Hybrid-Drohne in Richtung weg von der vertikalen Aufnahmestruktur erfolgt (c) Regeln der Schubkraft in Längsrichtung 106 und der Schubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung 106 derart, dass die Hybrid-Drohne in einem Schwebeflugzustand mit einer horizontalen Bewegungsrichtung weg von der vertikalen Aufnahmestruktur bereitgestellt ist. (d) Vergrössern der Schubkraft in Längsrichtung 106 bei Erreichen eines bestimmten Abstands von der vertikalen Aufnahmestruktur (e) derartiges Regeln der Schubkraft in Längsrichtung 106, dass die Hybrid-Drohne in einen Steigflug versetzt wird (f) Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne bei Erreichen einer bestimmten Höhe und Versetzen der Hybrid- Drohne von dem Steigflug in den im Wesentlichen horizontalen Reiseflugzustand.
[136] In einer erweiterten Methode erfolgt ab einem gewissen Abstand zur vertikalen Struktur vor (d) dem Vergrössern der Schubkraft in Längsrichtung 106 ein Verändern der zur Längsrichtung 106 im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft, insbesondere mittels Verringerung der Schubkraft oder Schubumkehr der Hochantriebseinheit, wodurch ein Zurückkippen der Hybrid-Drohne erfolgt.
[137] Dieses Verfahren verhindert Kollisionen mit etwaigen herausstehenden Objekten wie beispielsweise ausgefahrene Markisen, Wäscheständer, Anbauten oder ähnliches.
[138] Ausserdem wird in einem weiteren Aspekt die mindestens eine Hochantriebseinheit 105 nach Erreichen des Reiseflugzustands eingefahren.
[139] Ein weiteres Startverfahren einer in horizontaler Ausrichtung befindlichen und auf der Unterseite aufliegenden Hybrid-Drohne in einen Reiseflugzustand, mit folgenden Schritten: (a) Erzeugen einer im Wesentlichen zur Hochachse 116 parallele Schubkraft, insbesondere mittels der Hochantriebseinheit, wodurch ein Aufrichten der Hybrid-Drohne in Richtung einer vertikalen Ausrichtung der Längsrichtung 106 erfolgt (b) insbesondere Ausbalancieren der Hybrid-Drohne in der vertikalen Ausrichtung (c) Erzeugen einer Schubkraft in Längsrichtung 106, insbesondere mittels der Längsantriebseinheiten 104, wodurch die Hybrid-Drohne abhebt (d) derartiges Regeln der Schubkraft in Längsrichtung 106, dass die Hybrid- Drohne in einen Steigflug versetzt wird (e) Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne bei Erreichen einer bestimmten Höhe und Versetzen der Hybrid- Drohne von dem Steigflug in den im Wesentlichen horizontalen Reiseflugzustand.
[140] Eine Hybrid-Drohne kann verschiedene Typen von Sensoren und genügend Rechenkapazität aufweisen, um die Funktionen auszuüben, wie hier beschrieben. Dazu gehört üblicherweise ein Inertialnavigationssystem (z.B. IMU, Gyrosensor), GNSS, Sonarsensoren, Bildsensoren und weitere.
[141] Ausserdem kann eine Hybrid-Drohne mehrere Prozessoren aufweisen, welche ein Computerprogramm lesen und ausführen können, welches auf einem Datenspeicher gespeichert wird.
[142] Die Regelungseinheit kann alle eben beschriebenen Komponenten oder Prozesse zusammenführen und aufgrund der eingehenden Sensordaten über Prozessoren anhand eines Computerprogramms, das auf einem Datenspeicher verfügbar ist, die Steuersignale für die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne berechnen und erzeugen.
[143] Inertialnavigationssysteme oder IMUs kombinieren üblicherweise Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren. Dabei können Beschleunigungssensoren die Orientierung der Hybrid-Drohne zur Erde bestimmen und die Kreiselsensoren messen die Rotationsrate um alle drei Achsen. Diese Trägheitssensoren sind heutzutage günstig und in sehr kleiner Form erhältlich, speziell in der Form von Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) oder in Nano Electro Mechanical Systems (NEMS). Meist sind auch Luftdrucksensoren und Magnetometer in eine IMU eingebaut um die Genauigkeit einer Lagebestimmung zu verbessern.
[144] Die Positionsbestimmung der Drohne wird üblicherweise mit Empfängern für das globale Navigationssatellitensystem (GNSS) bestimmt, welches nur ein oder verschiedenste Anbieter empfängt wie beispielsweise NAVSTAR GPS, GLONASS, Galileo oder andere. Durch eine Sensorfusionsberechnung der IMU und weiteren Sensoren, wie beispielsweise Sonarsensoren oder Bildsensoren kann die Genauigkeit der Positionsbestimmung zusätzlich erhöht werden. [145] Die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne kann ein Erfassungssystem aufweisen, insbesondere Kameras 323, Lidar oder Radar, das zu einer Objekterkennung ausgebildet ist, wobei die Regelungseinheit zum Steuern der Hybriden Drohne basierend auf der Objekterkennung ausgebildet ist.
[146] Zudem kann die erfindungsgemäße Hybrid-Drohne einen Sensor 135 zur Detektion eines Abstands zwischen der Hybrid-Drohne und der vertikalen Aufnahmestruktur aufweisen, insbesondere wobei der Sensor 135 an der Unterseite angeordnet ist.
[147] Die Hybrid-Drohne kann bevorzugt mit mehreren kleinen Kameras 323 ausgerüstet (als Teil des Erfassungssystems) sein, um andere Flugobjekte zu erkennen und auszuweichen, um die Landung präzise fliegen zu können, um vor dem Start zu überprüfen, ob Hindernisse vorhanden sind, um die richtige Montage vom Objekt 124 zu überprüfen, um Barcodes auf dem Objekt 124 zu scannen und um das Objekt 124 während dem Flug zu beobachten.
[148] Die Erfindung wurde zwar anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform (en) erläutert, doch es können viele weitere Änderungen und Variationen vorgenommen werden, ohne über den Umfang der vorliegenden Erfindung hinauszugehen. Daher ist es vorgesehen, dass die beiliegenden Patentansprüche Änderungen und Variationen abdecken, die im tatsächlichen Umfang der Erfindung enthalten sind.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Hybrid-Drohne zum Transportieren oder Ausliefern von Objekten (124), aufweisend
- mindestens einen ersten Flügel (102) mit einer Tragfläche, insbesondere mit einer Flügelsteuerfläche (103), wobei eine drohneneigene Querachse (117) durch die Erstreckung des mindestens einen Flügels (102) definiert ist,
- mindestens eine erste und eine zweite Längsantriebseinheit (104), wobei o die erste Längsantriebseinheit (104) und die zweite Längsantriebseinheit
(104) an dem mindestens einen Flügel (102) angeordnet sind und o die erste und die zweite Längsantriebseinheit (104) jeweils derart ausgerichtet sind oder schwenkbar ausrichtbar sind, dass eine mittels der jeweiligen Längsantriebseinheit (104) erzeugbare Schubkraft parallel zu einer Längsrichtung (106) der Hybrid-Drohne wirkt, wobei die Längsrichtung (106) orthogonal zur Querachse (117) und im Wesentlichen in eine durch die Hybrid-Drohne definierte Vorwärtsflugrichtung gerichtet ist,
- eine Objekthaltevorrichtung (110), die an einer Oberseite oder an einer Unterseite zwischen der ersten und der zweiten Längsantriebseinheit (104) und zur Aufnahme eines Objekts (124) ausgebildet ist, wobei die Unterseite der Hybrid-Drohne unterhalb des mindestens einen Flügels (102) und die Oberseite oberhalb des mindestens einen Flügels (102) ist,
- eine Regelungseinheit, die zum Regeln der Hybride-Drohne, insbesondere der Antriebseinheiten, basierend auf Steuerungssignalen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne aufweist
- mindestens eine erste Hochantriebseinheit (105), wobei o die erste Hochantriebseinheit (105) derart ausgerichtet ist oder schwenkbar ausrichtbar ist, dass eine mittels der Hochantriebseinheit
(105) erzeugbare Schubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung (106) und im Wesentlichen parallel zu einer Hochachse (116) der Hybrid-Drohne wirkt und o die erste Hochantriebseinheit (105) mit einem definierten Hebelabstand relativ zum Schwerpunkt der Hybrid-Drohne angeordnet ist, und wobei mittels der ersten Hochantriebseinheit (105) ein Nickwinkel der Hybrid-Drohne im Flugzustand einstellbar ist, und
- mindestens ein Halteelement, insbesondere Haken (112), das der Unterseite in einem vorderen Bereich der Hybrid-Drohne zugeordnet ist, wobei das Halteelement zum lösbaren Anordnen, insbesondere zum Einhaken, der Hybrid-Drohne an einer nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur ausgebildet ist.
2. Hybrid-Drohne gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- das Halteelement an dem mindestens einen Flügel (102) angeordnet ist oder
- die Hybrid-Drohne ein Rumpfteil (113) aufweist und das Halteelement am Rumpfteil (113) angeordnet ist.
3. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement eine Öffnung in eine der Längsrichtung (106) entgegengesetzte Halterichtung aufweist, insbesondere wobei das Halteelement eine nach hinten ausgeprägte und von hinten zugängliche Struktur aufweist.
4. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement fix montiert oder ausfahrbar und/oder versenkbar ausgebildet ist, insbesondere in den mindestens einen Flügel (102) oder dem Rumpfteil (113).
5. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement zur Erzeugung einer Haltekraft durch Anpressen der Hybrid-Drohne an die vertikale Struktur ausgebildet ist, insbesondere durch ein teilweises Einfahren des Halteelements.
6. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne ein an der Unterseite ausfahrbares Gegenelement (114) zur Aufbringung einer Klemmkraft zwischen dem Halteelement und dem Gegenelement (114) aufweist.
7. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne mindestens ein Heckleitwerk mit Hecksteuerflächen (108) aufweist, wobei das Heckleitwerk durch ein mit dem mindestens einen Flügel (102), insbesondere dem Rumpfteil (113), verbundenes Trägerelement (109) oberhalb des mindestens einen Flügels (102) und hinter dem Flügel (102) angeordnet ist, und wobei das mindestens eine Heckleitwerk in einem durch die erste und/oder die zweite Längsantriebseinheiten (104) erzeugbaren Luftstrom (120) angeordnet ist.
8. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne mindestens eine zweite Hochantriebseinheit (205) aufweist, wobei
- die zweite Hochantriebseinheit (205) derart ausgerichtet ist oder schwenkbar ausrichtbar ist, dass eine mittels der Hochantriebseinheit (205) erzeugbare Schubkraft im Wesentlichen parallel zur Hochachse (116) wirkt und
- die zweite Hochantriebseinheit (205) mit einem definierten Hebelabstand relativ zum Schwerpunkt der Hybrid-Drohne montiert ist, und wobei mittels der zweiten Hochantriebseinheit (205) ein Nickwinkel und ein Rollwinkel der Hybrid-Drohne im Flugzustand einstellbar ist.
9. Hybrid-Drohne gemäss einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rollbewegung der Hybrid-Drohne im langsamen Flug mittels differenzieller Ansteuerung der Hecksteuerflächen (108) und/oder mittels differenzieller Ansteuerung der ersten und der zweiten Hochantriebseinheit (205) steuerbar ist.
10. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die erste Hochantriebseinheit (105) um eine Schwenkachse (311) schwenkbar ist, wobei die Schwenkachse (311) sich im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung (106) und im Wesentlichen orthogonal zur Querachse (117) erstreckt.
11. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens erste Hochantriebseinheit (105) auf einem schwenkbaren oder ausfahrbaren Arm montiert ist und in dem mindestens einen Flügel (102), oder insbesondere in dem Rumpfteil (113), versenkbar ist.
12. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekthaltevorrichtung (110) ein Beförderungssystem (119) aufweist, das dazu ausgelegt ist, ein von der Objekthaltevorrichtung (110) aufgenommenes Objekt (124) nach vorne oder hinten zu befördern, insbesondere um das Objekt (124) vor oder hinter den Flügel (102) zu befördern und vor oder hinter dem Flügel (102) auszustossen oder um den Schwerpunkt (107) während eines Fluges zu verändern.
13. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Längsantriebseinheiten (104) und/oder die mindestens eine erste Hochantriebseinheit (105) einen elektrisch betriebenen Motor und Propeller und/oder umschlossenen Propeller aufweist, insbesondere Impeller.
14. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Längsantriebseinheiten (104) und/oder die mindestens eine erste Hochantriebseinheit (105) zur Schubumkehr durch Drehrichtungsänderung oder durch Blattverstellung ausgebildet und/oder ansteuerbar ist.
15. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne eine dritte und eine vierte Längsantriebseinheit (320) aufweist, wobei die dritte koaxial zur ersten und die vierte koaxial zur zweiten Längsantriebseinheit (320) angeordnet ist.
16. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne einen Haftstreifen (321) an der Unterseite der Hybrid-Drohne zum Herstellen einer lösbaren Haftverbindung mit einem an der vertikalen Aufnahmestruktur angeordneten Gegenhaftelement (401) aufweist.
17. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne ein Erfassungssystem, insbesondere Kamera (323), Lidar oder Radar, aufweist, das zu einer Objekterkennung ausgebildet ist, wobei die Regelungseinheit zum Steuern der Hybriden Drohne basierend auf der Objekterkennung ausgebildet ist.
18. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne eine Objektablassvorrichtung (118) mit mindestens zwei mit dem Objekt (124) verbindbaren Ablasselementen (150), insbesondere Seile oder Kabel, aufweist, wobei die Ablasselemente einen Abstand (151) von mindestens 10cm aufweisen.
19. Hybrid-Drohne gemäss einem Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne eine Steuerungseinheit aufweist, die eine Ablassfunktionalität aufweist, bei deren Ausführung eine Ansteuerung der Objektablassvorrichtung (118) und/oder der Antriebseinheiten derart erfolgt, dass das Objekt (124) in eine definierten Pendel- oder Schwingbewegung versetzt wird und ein gezieltes Absetzen des Objekts (124) an einem bestimmten Punkt der Pendel- oder Schwingbewegung erfolgt.
20. Hybrid-Drohne gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Drohne einen Sensor (135) zur Detektion eines Abstands zwischen der Hybrid-Drohne und der vertikalen Aufnahmestruktur aufweist, insbesondere wobei der Sensor (135) an der Unterseite angeordnet ist.
21. Flugverfahren für eine Hybrid-Drohne nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Versetzen der in einem Reiseflugzustand befindlichen Hybrid-Drohne in einen Schwebeflugzustand, wobei eine Hauptbewegungsrichtung der Hybrid-Drohne im Reiseflugzustand (541) einer Horizontalrichtung entspricht, ein Hauptauftrieb durch Umströmen des mindestens einen ersten Flügels (102) erzeugt wird und die Längsantriebseinheiten (104) einen Vorwärtsschub in Längsrichtung (106) erzeugen, mit
- Einleiten eines Sinkflugs durch ein Nach-Vorne-Nicken (542) der Hybrid- Drohne,
- Reduzieren oder Beenden (543) des Vorwärtsschubs der Längsantriebseinheiten (104), insbesondere Erzeugen einer Schubumkehr, zur Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit der Hybrid-Drohne,
- derartiges Erzeugen einer zur Längsrichtung (106) im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft mittels der Hochantriebseinheit (105) zum Einleiten, Beschleunigen oder Verlangsamen einer Nickbewegung (544) der Hybrid- Drohne, dass die Hybrid-Dohne in eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung versetzt wird, insbesondere die Längsrichtung (106) im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, und
- bei Erreichen der vertikalen Ausrichtung (545) o ein derartiges geregeltes Einstellen des Vorwärtsschubs in
Längsrichtung (106) in Abhängigkeit eines Gesamtgewichts der Hybrid- Drohne, insbesondere unter Berücksichtigung eines transportierten Objekts (124), dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Hybrid-Drohne in Längsrichtung (106) im Wesentlichen 0 beträgt und o ein fortlaufendes Regeln, insbesondere Halten, der vertikalen
Ausrichtung der Hybrid-Dohne mittels Regelung der Hochantriebseinheit (105), sodass die Hybrid-Drohne in dem Schwebeflugzustand bereitgestellt ist. 22. Flugverfahren gemäss Anspruch 21, gekennzeichnet durch ein Erfassen und Erkennen, insbesondere mittels Bildverarbeitung, Lidar oder Radar, einer vertikalen Aufnahmestruktur und Einleiten des Reduzierens oder Beendens des Vorwärtsschubs in Abhängigkeit von dem Erkennen der vertikalen Aufnahmestruktur.
23. Landeverfahren für eine Hybrid-Drohne nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Absetzen eines mit der Hybrid-Drohne transportierten Objekts (124), mit
- Ausführen eines Flugverfahrens nach Anspruch 21 oder 22,
- Annähern der Hybrid-Drohne an eine nach oben endende vertikale Aufnahmestruktur durch Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne, insbesondere ein Einstellen eines definierten Winkels der Längsrichtung (106) relativ zur Vertikalen, und dadurch Erzeugen einer Relativbewegung der Hybrid-Drohne in Richtung hin zur vertikalen Aufnahmestruktur,
- Bereitstellen einer Berührung von Hybrid-Drohne und von vertikaler Aufnahmestruktur durch das fortlaufende Annähern,
- Aufsteigen der Hybrid-Drohne entlang der vertikalen Aufnahmestruktur bis zumindest das Halteelement in vertikaler Richtung oberhalb des oberen Endes der vertikalen Aufnahmestruktur bereitgestellt ist,
- derartiges Ausrichten des Halteelements, dass ein zum lösbaren Anordnen ausgebildeter Teil des Haltelements oberhalb der nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur vorliegt,
- Anordnen, insbesondere Einhaken, der Hybrid-Drohne an der vertikalen Aufnahmestruktur durch Absinken der Hybrid-Drohne mittels Reduzierung des Vorwärtsschubs in Längsrichtung (106) bei Beibehaltung der Berührung mit der vertikalen Aufnahmestruktur.
24. Landeverfahren gemäss Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten des Halteelements mittels Ausfahren des Halteelements und/oder mittels Nicken der Drohne in Richtung der vertikalen Aufnahmestruktur erfolgt.
25. Landeverfahren gemäss Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Anordnens der Hybrid-Drohne das Erzeugen einer Klemmkraft durch teilweises Einfahren des Halteelements oder Erzeugen einer Gegenkraft erfolgt.
26. Landeverfahren gemäss einem der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch ein Entladen des Objekts (124) durch ein Befördern des Objekts (124) über das obere Ende der vertikalen Aufnahmestruktur.
27. Landeverfahren gemäss einem der Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch ein Erfassen und Erkennen, insbesondre mittels Bildverarbeitung, Lidar oder Radar, der vertikalen Aufnahmestruktur und das Annähern und/oder Anordnen der Hybrid-Drohne in Abhängigkeit von dem Erkennen der vertikalen Aufnahmestruktur.
28. Startverfahren für eine Hybrid-Drohne nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Versetzen einer in horizontaler Ausrichtung befindlichen und auf der Unterseite aufliegenden Hybrid-Drohne in einen Reiseflugzustand, mit
- Erzeugen einer im Wesentlichen zur Hochachse (116) parallelen Schubkraft, insbesondere mittels der Hochantriebseinheit (105), wodurch ein Aufrichten der Hybrid-Drohne in Richtung einer vertikalen Ausrichtung der Längsrichtung (106) erfolgt,
- insbesondere Ausbalancieren der Hybrid-Drohne in der vertikalen Ausrichtung,
- Erzeugen einer Schubkraft in Längsrichtung (106), insbesondere mittels der Längsantriebseinheiten (104), wodurch die Hybrid-Drohne abhebt,
- derartiges Regeln der Schubkraft in Längsrichtung (106), dass die Hybrid- Drohne in einen Steigflug versetzt wird, und
- Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne bei Erreichen einer bestimmten Höhe und Versetzen der Hybrid-Drohne von dem Steigflug in den im Wesentlichen horizontalen Reiseflugzustand.
29. Startverfahren für eine Hybrid-Drohne nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Versetzen einer in vertikaler Ausrichtung befindlichen und an der nach oben endenden vertikalen Aufnahmestruktur angeordneten Hybrid-Drohne in einen Reiseflugzustand, mit
- Lösen der Hybrid-Drohne von der vertikalen Aufnahmestruktur durch Erzeugen einer Schubkraft in Längsrichtung (106), insbesondere mittels der Längsantriebseinheiten (104),
- Erzeugen einer zur Längsrichtung (106) im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft, insbesondere mittels der Hochantriebseinheit (105), wodurch ein Kippen, insbesondere Nicken, der Hybrid-Drohne in Richtung weg von der vertikalen Aufnahmestruktur erfolgt,
- Regeln der Schubkraft in Längsrichtung (106) und der Schubkraft im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung (106) derart, dass die Hybrid- Drohne in einem Schwebeflugzustand mit einer horizontalen Bewegungsrichtung weg von der vertikalen Aufnahmestruktur bereitgestellt ist,
- Vergrössern der Schubkraft in Längsrichtung (106) bei Erreichen eines bestimmten Abstands von der vertikalen Aufnahmestruktur,
- derartiges Regeln der Schubkraft in Längsrichtung (106), dass die Hybrid- Drohne in einen Steigflug versetzt wird, und
- Erzeugen einer Nickbewegung der Hybrid-Drohne bei Erreichen einer bestimmten Höhe und Versetzen der Hybrid-Drohne vom Steigflug in den im Wesentlichen horizontalen Reiseflugzustand.
30. Startverfahren gemäss Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hochantriebseinheit (105) nach Erreichen des Reiseflugzustands eingefahren wird.
31. Startverfahren gemäss einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vergrössern der Schubkraft in Längsrichtung (106) ein Verändern der zur Längsrichtung (106) im Wesentlichen orthogonalen Schubkraft erfolgt, insbesondere mittels Verringerung der Schubkraft oder Schubumkehr der Hochantriebseinheit (105), wodurch ein Zurückkippen der
Hybrid-Drohne erfolgt.
32. Vertikale Start- und Landevorrichtung für eine Hybrid-Drohne nach einem der
Ansprüche 1 bis 20, insbesondere nach Anspruch 16, aufweisend
- eine Anbringungsvorrichtung (403), die dazu ausgebildet ist, die Start- und Landevorrichtung in einer im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung an einer Struktur anzubringen, insbesondere an eine vertikale Seite der Struktur,
- mindestens einen Förderantrieb und
- mindestens zwei Kontakt- und Führungselemente, die mit einem bestimmten Abstand parallel zueinander ausgebildet sind, wobei
- jedes der Kontakt- und Führungselemente ein Gegenhaftelement (401) zum Herstellen einer lösbaren Haftverbindung mit dem Haftelement der Hybrid- Drohne aufweist und
- die Gegenhaftelemente (401) derart bandförmig und mittels des Förderantriebs umlaufend antreibbar ausgebildet sind, insbesondere förderbandartig, dass eine in Haftverbindung vorliegenden Hybrid-Drohne entlang der Kontakt- und Führungselemente gesteuert bewegbar ist.
33. Vertikale Start- und Landevorrichtung gemäss Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Start- und Landevorrichtung zwei Förderantriebe aufweist,
- jedes der Gegenhaftelemente (401) individuell mittels jeweils einem der Förderantriebe antreibbar ist,
- durch differenzielles Antreiben der Gegenhaftelemente (401) eine in Haftverbindung vorliegenden Hybrid-Drohne bezüglich ihrer horizontalen Ausrichtung ausrichtbar ist.
34. Vertikale Start- und Landevorrichtung gemäss Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenhaftelemente (401) Klettbänder sind.
35. Vertikale Start- und Landevorrichtung gemäss einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Start- und Landevorrichtung mindestens ein Abstosselement (402) zum Abstossen einer an der Start- und Landevorrichtung angeordneten Drohne aufweist, insbesondere zum Erzeugen oder Vergrössern eines Abstands zwischen dem Haftelement der Hybrid- Drohne und dem Gegenhaftelement (401).
36. Ablassverfahren für eine Hybrid-Drohne gemäss Anspruch 18 oder 19 mit
- Schweben der Hybrid-Drohne über einem bestimmten Ablassort,
- Ablassen eines mit der Objektablassvorrichtung (118) verbundenen Objekts (124),
- Rotieren des Objekts (124) in eine bestimmte Richtung, insbesondere in die aktuelle Windrichtung, während des Ablassens,
- Versetzen des Objekts (124) in eine definierte Lage, insbesondere in eine Lage parallel zum Boden, insbesondere Horizontallage, und
- Lösen der Verbindung zwischen Objekt (124) und Objektablassvorrichtung (118) bei Bodenberührung oder bei Erreichen eines bestimmten Bodenabstandes.
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