FR3116663A1 - Interface électromécanique pour gérer automatiquement une batterie d'un drone - Google Patents

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Etienne HUBERT
Kévin SILLAM
Adrien FAURE
Bruno PUPIER
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Abstract

Interface électromécanique pour gérer automatiquement une batterie d'un drone La présente description concerne un connecteur de batterie (302) d'un drone destiné à recevoir une batterie (110), le connecteur de batterie (302) comprenant au moins deux broches métalliques (304) destinées à entrer dans des prises correspondantes (410) de la batterie (110), dans lequel chacune desdites au moins deux broches métalliques (304) a une longueur d'au moins 8 mm. Figure pour l'abrégé : Fig. 4

Description

Interface électromécanique pour gérer automatiquement une batterie d'un drone
La présente description concerne de façon générale les drones et, en particulier, un mécanisme d'interface de batterie adapté pour une utilisation pendant un changement automatique de batterie.
Des drones radiocommandés sont disponibles sur le marché dans une large gamme de tailles, depuis des modèles pesant juste 200 g ou moins, jusqu'à des drones pesant plusieurs kilogrammes. De tels drones sont alimentés habituellement par une batterie rechargeable, la taille et la capacité de stockage de la batterie déterminant la durée de vol autonome du drone. Toutefois, des drones relativement petits, tels que ceux pesant moins de 500 g avec la batterie chargée, tendent à avoir une durée de vol autonome relativement courte, généralement de moins de 15 minutes, en raison de la taille limitée de la batterie qui peut être portée par le drone pendant un vol.
Lorsque le niveau de charge de la batterie d'un drone chute en-dessous d'un niveau donné, le drone est ramené au sol pour permettre de recharger la batterie. La durée au sol peut, toutefois, être réduite en remplaçant la batterie déchargée par une batterie de rechange, complètement chargée. En effet, certains drones ont des batteries qui sont amovibles dans ce but.
Remplacer une batterie déchargée dans un drone par une batterie complètement chargée peut être effectué manuellement. Toutefois, pour certaines applications, il serait souhaitable de fournir un système permettant de remplacer automatiquement des batteries de drone, par un système robotisé. Par exemple, lorsqu'une flotte de drones doit être opérationnelle pendant des périodes relativement longues de plusieurs heures ou plus, remplacer manuellement les batteries imposerait un temps et un effort significatifs. En outre, dans certaines applications, un opérateur humain peut ne pas être disponible pour remplacer manuellement la batterie d'un drone.
Il y a, toutefois, une difficulté technique à fournir un mécanisme d'interface de batterie pour un drone qui maintienne de façon sûre la batterie en place pendant un vol, et qui permettre également un remplacement automatique de la batterie. Cela est particulièrement le cas pour des drones relativement légers jusqu'à 500 g. En effet, des frottements ou d'autres forces mécaniques appliquées au drone pendant le montage ou le démontage de la batterie peuvent déloger le drone de son port d'atterrissage. Bien qu'une solution pourrait consister à fournir un mécanisme de verrouillage actif destiné à maintenir le drone dans une position fixe pendant le changement d'une batterie, une telle solution pourrait ajouter au coût et à la complexité des port d'atterrissage et/ou drone.
Des modes de réalisation de la présente description pallient tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur.
Selon un aspect, il est prévu un connecteur de batterie d'un drone destiné à recevoir une batterie, le connecteur de batterie comprenant au moins deux broches métalliques destinées à entrer dans des prises correspondantes de la batterie, dans lequel chacune desdites au moins deux broches métalliques a une longueur d'au moins 8 mm.
Selon un mode de réalisation, lesdites au moins deux broches métalliques sont fixées au connecteur de batterie.
Selon un mode de réalisation, lesdites au moins deux broches métalliques s'étendent le long d'axes qui sont parallèles les uns aux autres, et le connecteur de batterie comprend au moins un élément de guidage destiné à permettre l'insertion de la batterie selon une direction des axes des broches métalliques.
Selon un mode de réalisation, ledit au moins un élément de guidage comprend : au moins une rainure s'étendant dans la direction parallèle aux axes des broches métalliques et configurée pour recevoir une languette correspondante de la batterie ; et/ou au moins une languette s'étendant dans la direction parallèle aux axes des broches métalliques et configurée pour entrer dans une rainure correspondante de la batterie.
Selon un mode de réalisation, chacune desdites au moins deux broches métalliques a un diamètre compris entre 1 et 2 mm.
Selon un mode de réalisation, le connecteur de batterie comprend en outre au moins un poussoir à ressort à bille destiné à retenir la batterie dans la position montée.
Selon un aspect supplémentaire, il est prévu une batterie destinée à un drone, la batterie comprenant au moins deux prises destinées à recevoir des broches métalliques d'un connecteur de batterie du drone, dans lequel chacune desdites au moins deux prises est par exemple configurée pour pouvoir recevoir une broche métallique longue d'au moins 8 mm.
Selon un mode de réalisation, chaque prise de la batterie comprend un connecteur tulipe destiné à agripper la broche métallique lorsqu'elle est insérée dans celui-ci.
Selon un mode de réalisation, la batterie comprend en outre une pièce de guidage de broche ayant une surface conique alignée avec chaque prise, la surface conique étant configurée pour guider la broche vers la prise.
Selon un aspect supplémentaire, il est prévu un drone comprenant : le connecteur de batterie précédent ; et la batterie précédente montée dans le connecteur de batterie.
Selon un mode de réalisation, le drone comprend en outre au moins un pied s'étendant depuis le drone le long d'un axe perpendiculaire aux axes desdites au moins deux broches métalliques.
Selon un mode de réalisation, dans la position montée, chacune desdites au moins deux broches métalliques s'étend au moins 6 mm à l'intérieur d'une prise correspondante parmi les prises.
Selon un mode de réalisation, le drone a une masse de 500 g ou moins.
Selon un mode de réalisation, la batterie a une masse comprise entre 7,5 g et 170 g.
Selon un autre aspect, il est prévu un système comprenant : le drone précédent ; et un système de changement automatique de batterie comprenant une plateforme d'atterrissage du drone, dans lequel le système automatique de changement de batterie ne comprend aucun système de verrouillage de drone actif destiné à maintenir le drone pendant une insertion et/ou un retrait d'une batterie.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la représente une vue de dessus d'un drone selon un mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue en perspective du drone de la ayant une batterie montée selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue en perspective du drone de la ayant la batterie retirée selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue en perspective de la batterie et d'un connecteur de batterie du drone de la plus en détail avant que la batterie ne soit montée selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue en perspective de la batterie et du connecteur de batterie du drone de la plus en détail après que la batterie ne soit montée selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue éclatée du connecteur de batterie du drone de la selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue en perspective d'un poussoir à ressort à bille du connecteur de batterie ;
la représente une vue de dessous du connecteur de batterie ;
la représente une vue frontale du connecteur de batterie ;
la représente une vue éclatée de la batterie du drone de la selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue frontale de la batterie de la une fois assemblée ;
la représente une vue en coupe d'une prise de la batterie de la selon un exemple de mode de réalisation ;
la représente une vue en coupe d'une prise de la batterie de la selon un exemple de mode de réalisation différent de celui de la ;
la représente une vue en perspective d'un connecteur tulipe de la prise des figures 8B et 8C ;
la représente une vue en coupe de la prise des figures 8B et 8C ;
la représente une vue de côté d'une partie d'un système de changement automatique de batterie selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ;
la représente une vue de dessus du système de changement automatique de batterie de la ;
la représente une vue d'une batterie maintenue par un berceau du système de changement automatique de batterie de la selon un exemple de mode de réalisation de la présente description ; et
la représente une vue en coupe d'un puits d'atterrissage du système de changement de batterie robotisé de la destiné à recevoir un pied du drone.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à un drone placé en position droite sur une surface plane.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
La représente une vue de dessus d'un drone 100 selon un mode de réalisation de la présente description.
Dans l'exemple de la , le drone 100 est un drone à plusieurs rotors. En particulier, en , le drone 100 est un drone quadri-rotor comprenant quatre rotors 102, chacun ayant trois pales 104. Toutefois, le nombre de rotors, et le nombre de pales par rotor, peut varier. Le drone 100 comprend également par exemple une plaque de base rigide monocorps 105 sur laquelle est monté un module central 106. La plaque de base 105 comprend par exemple des bras rigides 108, dont un correspondant est connecté mécaniquement à chacun des quatre rotors 102. La plaque de base 105 supporte également par exemple une batterie 110 du drone. La batterie 110 est par exemple montée dans un connecteur de batterie (non visible en ) situé sur une partie inférieure de la plaque de base 105, et ainsi seulement une partie de la batterie 110 est visible en . La batterie 110 est par exemple une batterie rechargeable.
Un rail de protection de rotor 112 entoure par exemple les quatre rotors 102, les protégeant d'un choc par d'autres objets ou surfaces. Dans l'exemple de la , le rail de protection 112 est fixé à la plaque de base 105 par deux arceaux supplémentaires 114. Dans des variantes de mode de réalisation, le rail de protection de rotor 112 pourrait être intégré directement à la plaque de base 105 et/ou d'autres structures de protection du rotor seraient possible.
Des marqueurs 116, par exemple en forme de sphères, sont par exemple placés en différents points du drone, et sont par exemple utilisés par un système de positionnement pour identifier les position et orientation du drone pendant un vol. Par exemple, le drone pourrait être utilisé selon les procédés décrits dans la demande de brevet français N° FR1900974 déposée le 31 janvier 2019 et intitulée "Système et procédé d’interaction avec des robots dans des applications de réalité mixte", et dans la demande PCT N° PCT/EP2020/052321 ayant le même titre et déposée le 30 janvier 2020.
Le drone 100 a par exemple une masse comprise entre 50 et 350 g sans la batterie 110 montée, et une masse comprise entre 60 g et 500 g avec la batterie 110 montée, la batterie 110 pesant par exemple entre 7,5 g et 170 g. Dans certains modes de réalisation, le drone 100 pèse moins de 300 g, et par exemple environ 230 g, avec la batterie montée, la batterie pesant par exemple environ 70 g.
Par exemple, la batterie 110 peut fournir un courant allant jusqu'à 20 A, et a par exemple une capacité de stockage de charge comprise entre 500 et 1 000 mAh. Par exemple, la batterie 110 est constituée d'une pluralité de cellules de batterie couplées électriquement en série, permettant d'augmenter la tension combinée de la batterie par rapport à la tension nominale de chaque cellule de batterie individuelle.
La représente une vue en perspective du drone 100 de la ayant la batterie 110 montée. La vue de la illustre la partie de dessous du drone. Comme cela est illustré, dans certains modes de réalisation, le drone 100 comprend des pieds 202 sur lesquels le drone 100 repose lorsqu'il se trouve sur une surface plane. Dans l'exemple de la , le drone 100 comprend quatre pieds 202, un disposé sous chacun des rotors 102. Par exemple, chaque rotor 102 est fixé, par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement central (non visible), à un moteur correspondant 204 pour faire tourner le rotor, chaque moteur 204 étant à son tour fixé à des bras 108 de la plaque de base 105, et aux arceaux 114, et les pieds sont fixés à la plaque de base 105 en-dessous de chaque moteur 204. Dans des variantes de mode de réalisation, les pieds 202 pourraient être fixés ailleurs, par exemple fixés directement au rail de protection de rotor 112. La longueur verticale des pieds 202 est par exemple telle que la batterie 110 ne touche pas la surface plane sur laquelle le drone se trouve. Dans certains modes de réalisation, il y a au moins trois pieds 202.
Comme cela sera décrit de façon plus détaillée dans la suite, dans certains modes de réalisation, les pieds 202 ne remplissent pas seulement le rôle de support du drone 100 lorsqu'il se trouve sur une surface plane, mais jouent également un rôle d'engagement avec une plateforme d'atterrissage pendant le remplacement d'une batterie afin de pallier aux erreurs de positionnement pendant l'atterrissage, de placer le drone dans une position correcte et de limiter son mouvement pour changer automatiquement la batterie.
La représente une vue en perspective du drone 100 de la selon un exemple de mode de réalisation de la présente description. La vue de la est similaire à celle de la , exception faite de ce que l'exemple de la illustre la batterie 110 retirée du drone 100, rendant apparent un connecteur de batterie 302 du drone. Le connecteur de batterie 302 comprend par exemple au moins deux contacts électriques sous forme de broches 304 destinés à établir un contact électrique avec la batterie 110. En particulier les broches 304 assurent un trajet de conduction de l'énergie électrique provenant de la batterie 110 à transférer pour alimenter le drone 100. Les broches 304 sont par exemple fixées rigidement au drone 100, et en particulier au connecteur de batterie 302.
Le connecteur de batterie 302 comprend également par exemple un mécanisme destiné à permettre le maintien de la batterie 110 dans le connecteur de batterie 302 une fois montée et jusqu'à son retrait. Ce mécanisme, qui sera décrit de façon plus détaillée dans la suite, assure par exemple une résistance suffisante pour qu'il y ai un faible risque que la batterie 110 se détache du drone 100 pendant un vol.
Une difficulté à concevoir un système automatique destiné à changer des batteries de drone est que, lorsque le drone est relativement léger, par exemple pesant moins de 500 g, et dans certains cas moins de 300 g, seulement une force limitée peut être appliquée au drone sans risquer de déloger le drone 100. Comme cela a été mentionné dans la section précédente de technique antérieure, un mécanisme de verrouillage actif destiné à maintenir le drone dans une position fixe pendant un changement de batterie ajouterait au coût et à la complexité du système. A la place, comme cela sera décrit de façon plus détaillée dans la suite, pendant un changement de batterie, le drone repose par exemple sur une plateforme d'atterrissage, un ou plusieurs de ses pieds 202 étant logés dans un puits d'atterrissage correspondant. Un tel système assure des avantages en termes de simplicité, mais une force excessive appliquée au drone pourrait amener le drone à être déplacé ou délogé, ce qui entraînerait la nécessité d'une intervention manuelle. Toutefois, de nombreux types de contacts électriques fiables, tels que ceux basés sur des parties élastiques qui maintiennent une force entre deux surfaces métalliques, requièrent qu'une force relativement élevée soit appliquée pendant le montage et/ou démontage de la batterie, ou bien sont susceptibles de souffrir d'un contact électrique intermittent pendant un vol, en raison par exemple de vibrations. Les présents inventeurs ont trouvé que ces inconvénients sont dus, au moins en partie, au fait que des contacts élastiques ont un nombre limité de points de contacts.
Un avantage de l'utilisation des broches conductrices 304 en tant qu'interface entre le connecteur de batterie 302 et la batterie 110 est qu'elles présentent des frottements relativement faibles pendant un montage et un démontage de la batterie, tout en assurant toujours des connexions électriques fiables pendant un vol. En effet, des contacts en broche assurent un nombre relativement élevé de points de contact électrique, et ont également une certaine flexibilité, permettant une absorption des chocs pendant un vol, et aidant aux montage et démontage de la batterie en cas d'un désalignement entre les broche et prise.
La représente une vue en perspective de la batterie 110 et du connecteur de batterie 302 du drone de la de façon plus détaillée avant que la batterie soit fixée. Le connecteur de batterie 302 est illustré en détaché du reste du drone 100, alors qu'en utilisation le connecteur de batterie 302 demeure par exemple fixé au drone 100.
Les broches 304 sont par exemple constituées de métal, tel qu'un alliage comprenant du cuivre, et peuvent comprendre un revêtement métallique, tel qu'un revêtement en or, pour améliorer la conduction électrique. Les broches 304 sont par exemple fixées sur une plaque de support 402, qui comprend par exemple des plaques métalliques ou qui est à placage métallique 403 sur le côté opposé aux broches, et à laquelle les broches 304 sont par exemple soudées. Dans certains modes de réalisation, la plaque de support 402 est une carte de circuit imprimé (PCB), qui a par exemple des plots et des pistes conducteurs constitués de cuivre pour assurer des connexions électriques.
Les broches 304 s'étendent par exemple le long d'axes 404 qui sont parallèles les uns aux autres. Les axes 404 sont par exemple également parallèles à une direction d'insertion/retrait de la batterie 110 dans le connecteur de batterie 302, qui est définie par un ou plusieurs éléments de guidage de la batterie 110 et du connecteur de batterie 302. Dans l'exemple de la , les éléments de guidage correspondent à des rainures 406 du connecteur de batterie 302 qui sont partiellement visibles en et se font face les unes les autres, et des languettes correspondantes 408 formées sur la batterie 110. Les languettes 408 sont par exemple espacées d'une distance correspondant sensiblement à l'intervalle entre les rainures 406, de sorte que, lorsque les languettes 408 pénètrent dans les rainures 406, la batterie 110 est maintenue dans le connecteur de batterie 302, tout en étant relativement libre de bouger seulement le long d'un seul axe, et, en particulier, dans la direction d'insertion/retrait. Pendant l'insertion de la batterie, des bords de guidage 409 des languettes 408 sont par exemple configurés pour amorcer la pénétration des rainures 406 avant la pénétration des broches dans les prises correspondantes 410 sur la batterie, et de cette façon les languettes 408 assurent par exemple une fonction de guidage qui aide à l'insertion correcte des broches dans les prises 410.
Lorsque la batterie 110 est complètement insérée dans le connecteur de batterie 302, au moins 6 mm de la longueur de chaque broche 304 est par exemple insérée dans la prise correspondante 410 de la batterie 110, et un mécanisme d'accrochage retient par exemple la batterie 110 dans cette position. Le mécanisme d'accrochage comprend par exemple au moins un poussoir à ressort à bille 412, et au moins une encoche correspondante 414 destinée à recevoir la bille du poussoir à ressort à bille 412 lorsque la batterie 110 est dans la position insérée.
Vue de côté perpendiculairement aux axes 404, la batterie 110 est par exemple sensiblement en forme de L, les prises 410 étant formées sur une surface tournée vers l'intérieur 416 d'un bras plus court de la batterie en forme de L 110, qui est une face verticale lorsque la batterie est fixée sur le drone 100. Ainsi, les broches 304 pénètrent par exemple dans la batterie 110 dans une direction horizontale, perpendiculaire à la surface 416. Dans certains modes de réalisation, les languettes 408 s'étendent depuis des bords d'une surface supérieure 418 de la batterie, qui est par exemple l'autre surface tournée vers l'intérieur de la batterie en forme de L 110. Selon une variante, les languettes 408 pourraient être formées à un niveau plus haut, par exemple sur des parois en saillie s'étendant depuis la surface supérieure 418, ou à un niveau plus bas s'étendant depuis les parois latérales de la batterie 110. Il serait également possible que la batterie 110 comprenne les rainures 406, et que le connecteur de batterie 302 comprenne les languettes 408.
Dans l'exemple de la , la batterie 110 comprend trois prises, les deux prises 410 pour recevoir les broches 304 du connecteur de batterie 302, et une prise supplémentaire 420, qui dans l'exemple de la est positionnée entre les prises 410. Dans certains modes de réalisation, seulement les deux prises 410 sont utilisées pour alimenter le drone, alors que les trois prises 410, 420 sont utilisées par exemple afin d'équilibrer la tension de cellule, en supposant un cas dans lequel la batterie comprend deux cellules de batterie. Un chargeur de batterie (non illustré) comprend par exemple un connecteur de batterie similaire à celui de la , mais avec trois broches 304 au lieu de deux, permettant d'effectuer l'équilibrage de la tension de cellules par le chargeur. Plus généralement, le nombre de prises de batterie 410, 420, et le nombre de broches correspondantes sur le chargeur de batterie, est par exemple égal à un de plus que le nombre de cellules de batterie dans la batterie. Dans certains modes de réalisation, plutôt que d'être réalisés par une ou plusieurs prises 420 et des broches correspondantes du chargeur de batterie, les contacts d'équilibrage de tension de cellules pourraient être réalisés par un type de contact différent, tel que par des contacts à ressorts.
La représente une vue en perspective de la batterie 110 et du connecteur de batterie 302, et illustre une vue similaire à celle de la , mais dans laquelle la batterie 110 est complètement insérée dans le connecteur de batterie 302. Ainsi, les broches 304 sont insérées dans les prises 410, et les cliquets de pression 412 sont alignés, et engagés, avec les encoches 414 (qui ne sont plus visibles).
Le connecteur de batterie 302 sera décrit ci-après de façon plus détaillée en relation avec les figures 6A à 6D.
La représente une vue éclatée du connecteur de batterie 302. Le connecteur de batterie 302 comprend par exemple un corps 602, constitué par exemple en plastique moulé ou usiné, auquel est fixé, au niveau d'une extrémité, la plaque de base 402 portant les broches 304. La plaque 402 est par exemple fixée au corps 602 par des vis 604. Bien qu'il y ait trois vis 604 dans l'exemple de la , dans des variantes de modes de réalisation il pourrait y avoir un nombre quelconque de vis, tel que 2 ou 4 vis. Les broches 304 comprennent par exemple des parties filetées 606 au niveau d'une de leurs extrémités leur permettant d'être vissées dans la plaque de base 402, bien que d'autres moyens de fixation pourraient être utilisés, tels qu'une soudure directe des broches sur la plaque de base 402. Le corps 602 comprend par exemple des orifices 608 destinés à recevoir les cliquets de pression 412, les orifices 608 étant positionnés de sorte que les têtes des cliquets de pression 412 soient situés à proximité, ou mieux dans, les rainures 406. Cette position dépendra également de la taille des cliquets de pression et des positions relatives des encoches 414. En effet, la meilleure force de maintien sera obtenue lorsque les cliquets de pression sont centrés sur les encoches 414.
La représente une vue en perspective d'un des cliquets de pression 412, orienté vers le haut. Le poussoir à ressort à bille 412 dans l'exemple de la comprend un corps cylindrique 610 et un couvercle 612 ayant une ouverture à travers laquelle la bille 614 du poussoir à ressort à bille 412 s'étend. La tête 614 est par exemple constituée de métal, et dans certains modes de réalisation est constituée d'un roulement à bille élastique ou analogue. Lorsqu'elle n'est pas sollicitée par une force externe, la tête 614 s'étend nettement hors de la surface supérieure 616 du couvercle. Lorsqu'une force est appliquée à la tête 614, par exemple, lorsque la languette 408 de la batterie 110 la pousse, la tête 614 s'abaisse dans le corps 610, et émerge de nouveau lorsque la tête est alignée avec l'encoche 414 de la batterie 110.
Le diamètre de la tête 614 de chaque poussoir à ressort à bille, la force appliquée à celui-ci par le système à ressorts dans le poussoir à ressort à bille, et les dimensions des encoches 414, sont par exemple choisis sous forme d'un compromis entre la fourniture de frottements relativement faibles pendant une insertion et/ou un retrait d'une batterie, tout en assurant également un mécanisme de maintien fiable destiné à éviter que la batterie se détache pendant un vol du drone.
La représente une vue de dessous du connecteur de batterie 302. Les broches 304 ont par exemple une longueur L comprise entre 8 et 25 mm, et un diamètre d compris entre 1 et 2 mm. Dans certains modes de réalisation, le diamètre des broches d est compris entre 1,2 et 1,4 mm, et est par exemple sensiblement 1,3 mm.
Comme cela est illustré, les orifices 608 traversent par exemple les rainures (cachées en ) et peuvent comprendre des zones évidées annulaires 620 configurées pour recevoir les couvercles 612 des cliquets de pression 412 de sorte que les surfaces supérieures 616 des couvercles 612 affleurent les surfaces internes des rainures, et que seules les têtes 614 émergent nettement hors de ces surfaces, comme l'illustre la .
La représente une vue frontale du connecteur de batterie 302 vue de l'arrière de la plaque de support 402. On observe que les deux rainures se faisant face 406 résultent d'une partie de dessous du corps 602 qui est en forme de C en vue en coupe. En particulier, une surface de dessous 630 du corps 602 est relativement plane, si ce n'est pour les têtes en saillie 614 des cliquets de pression 412. Les rainures 406 résultent d'extrémités du corps en forme de C 602, qui comportent par exemple des surfaces internes 632 et 634. Les surfaces 634 font par exemple face, et sont sensiblement parallèles, à la surface 630, et maintiennent et portent la batterie 110, et en particulier les languettes 408. Les surfaces 632 sont par exemple des chanfreins formés au niveau des entrées des rainures 406, et sont par exemple inclinées d'entre 5 et 30 degrés par rapport aux surfaces 634. Ces chanfreins 632 ont par exemple une fonction de guidage destinée à aider les languettes 408 à entrer dans les rainures 406 pendant l'insertion d'une batterie.
Bien entendu, bien que dans l'exemple décrit un ou plusieurs cliquets de pression 412 sont prévus sur le connecteur de batterie 302, et des encoches correspondantes 414 sont prévues sur la batterie 110, dans des variantes de mode de réalisation, les cliquets de pression 412 pourraient être prévus sur la batterie 110, et les encoches correspondantes dans le connecteur de batterie 302.
La batterie 110 sera décrite ci-après de façon plus détaillée en relation avec les figures 7 et 8.
La représente une vue éclatée de la batterie 110 selon un exemple de mode de réalisation de la présente description. La batterie 110 comprend par exemple une unité de batterie 702, logée dans un coffrage constitué de deux parties 704 et 706 qui s'ajustent ensemble pour contenir l'unité de batterie 702. Les deux parties 704, 706 définissent également, lorsqu'elles sont ajustées ensemble, le petit bras de la batterie en forme de L 110, comportant la surface tournée vers l'intérieur 416. Cette surface tournée vers l'intérieur 416 comprend par exemple une ouverture 708 définie par des découpes correspondantes des parties 704, 706. L'ouverture 708 reçoit par exemple une pièce de guidage de broche 710 des prises 410, 420 (voir la ), la pièce de guidage de broche 710 comprenant par exemple un orifice traversant ayant une embouchure en forme de cône associée à chacune des deux broches 304 du connecteur de batterie 302, et dans certains modes de réalisation un troisième orifice traversant ayant une embouchure en forme de cône de sorte que trois broches d'un chargeur de batterie (non représenté) peuvent également être reçues. Le coffrage défini par les parties 704 et 706 héberge également des connecteurs 714 des prises 410, 420, qui sont par exemple fixés à une plaque de support 712, et positionnés derrière la pièce de guidage de broche 710 de sorte que chaque cône et orifice de la pièce de guidage de broche 710 guide une des broches 304 vers un connecteur correspondant 714. Dans certains modes de réalisation la plaque de support 712 est une PCB, qui a par exemple des plots et pistes conducteurs constitués de cuivre pour assurer des connexions électriques.
Bien que cela ne soit pas illustré en , des fils provenant de la batterie 110 sont par exemple soudés au coffrage métallique des connecteurs 714 afin de garantir la connexion électrique avec les broches 304 lorsqu'elles sont insérées dans les prises respectives. Selon une variante, des fils peuvent être soudés à un plot de soudure de la plaque de support 712, en particulier dans le cas où la plaque de support 712 est une PCB.
La représente une vue frontale de la batterie de la une fois assemblée, et en particulier une vue frontale du bras le plus long de la batterie en forme de L 110, les embouchures en forme de cône 802 de la pièce de guidage de broche 710 étant visibles.
La représente une vue en coupe d'une des prises 410 de la batterie 110 selon un premier exemple de mode de réalisation. Cette vue en coupe correspond à une coupe A-A' représentée en traversant la prise 410.
La pièce de guidage de broche 710 est par exemple constituée de plastique moulé ou usiné, ou par impression 3D, et comprend par exemple l'orifice traversant 804 ayant l'embouchure en forme de cône 802. Dans certains modes de réalisation, la pièce de guidage de broche 710 comporte également une collerette 806 saillant depuis la surface 416 du coffrage de la batterie 110.
Le connecteur 714 de la prise 410 comprend par exemple un logement 808 contenant des contacts de broche destinés à contacter les broches 304. Par exemple, dans un mode de réalisation, le logement 808 contient des contacts de broche sous forme d'un connecteur tulipe 810 ayant une pluralité de lames métalliques flexibles 812 qui sont courbées axialement vers l'extérieur et agencés de sorte qu'ils agrippent les broches 304 lorsqu'elles sont insérées dans le connecteur tulipe 810. Une ligne en traits pointillés 814 en représente un axe de la prise 410, et le connecteur tulipe 810 est par exemple agencé le long de cet axe, les lames 812 étant agencées selon une configuration de symétrie de rotation autour de cet axe. Un intervalle S entre les parties les plus proches de chacune des lames 812 lorsque la broche n'est pas insérée est par exemple plus petit que le diamètre d de la broche 304, de sorte que les lames 812 appliquent une force sur la broche 304 lorsqu'elle est insérée dans le connecteur tulipe 810.
Dans l'exemple de la , le logement 808 est sensiblement cylindrique, et a un diamètre interne d' qui est sensiblement égal à un diamètre de l'orifice traversant 804, et est par exemple environ 10 % plus grand que le diamètre de la broche 304.
Le connecteur 714 et la pièce de guidage de broche 710 sont par exemple configurés pour permettre la réception de broches ayant une longueur comprise entre 8 et 25 mm. Cela implique, par exemple, qu'une longueur LS depuis une extrémité interne du connecteur 714 jusqu'à la face externe de la pièce de guidage de broche 710 soit dans la plage allant de 8 mm à 25 mm, et par exemple soit égale à au moins la longueur de la broche. En outre, les dimensions de la prise 410, telles que le diamètre d' et l'espacement S, sont par exemple adaptées au diamètre de broche, qui est par exemple dans la plage allant de 1 à 2 mm.
La illustre un cas dans lequel le connecteur 714 est fixé dans la plaque de support dans une direction standard, le connecteur tulipe 810 étant sur le côté interne de la plaque de support 712. Cela implique que, lorsque la broche 304 est insérée dans le connecteur 714, elle passe à travers la plaque de support avant de s'engager dans le connecteur tulipe 810.
Une orientation opposée du connecteur 714, le connecteur tulipe 810 étant du côté externe de la plaque de support 712, serait également possible, comme cela sera discuté ci-après en relation avec la .
La représente une vue en coupe d'une des prises 410 de la batterie 110 selon un mode de réalisation différent de celui de la . De nombreux éléments de la sont identiques à ceux de la , et ces éléments ont été désignés par de mêmes références, et ne seront pas décrits de nouveau en détail. Toutefois, on observera que, dans le mode de réalisation de la , la plaque de support 712 est en outre positionnée plus à l'intérieur de la batterie 110. Le connecteur tulipe 810 est positionné en dehors de la plaque de support 712, de sorte que, lorsque la broche 304 est insérée dans le connecteur 714, elle s'engage avec le connecteur tulipe 810 avant de passer à travers la plaque de support 712.
La représente une vue en perspective du connecteur tulipe 810, et illustre la courbure des lames 812 du connecteur.
La représente une vue en coupe de la partie recevant une broche, la vue en coupe étant effectuée selon une ligne en traits pointillés B-B' des figures 8B et 8C, traversant la prise 410 au niveau d'un point où les lames 812 sont les plus proches.
Un avantage de l'utilisation de tels connecteurs tulipe 810 pour garantir la connexion électrique avec les broches 304 du connecteur de batterie 302 du drone est qu'ils présentent des frottements relativement faibles pendant une insertion et un retrait des broches 304, et maintiennent une connexion électrique relativement fiable pendant le vol du drone grâce en partie à de nombreux points de contact espacés relativement régulièrement à 360° autour des broches. Par exemple, il y a au moins trois, et de préférence au moins 6 ou 8, lames 812, chacune assurant au moins un point de contact électrique.
Dans certains modes de réalisation, un système robotisé est prévu pour changer automatiquement une batterie déchargée 110 du drone par une autre batterie complètement chargée 110. Un tel système sera décrit ci-après de façon plus détaillée en relation avec les figures 9 et 10.
La représente une vue de côté d'un système automatique de changement de batterie 900 selon un exemple de mode de réalisation de la présente description.
Le système 900 comprend par exemple un berceau de batterie 902 capable de maintenir une batterie dans une baie de réception. Le berceau de batterie 902 est par exemple fixé à une pièce coulissante 908, qui est elle-même déplacée par un actionneur linéaire constitué par exemple d'un arbre fileté 910 entraîné par un module motorisé 912. L'arbre 910 est par exemple sensiblement horizontal et supporté par une structure 914, qui est elle-même supportée par le module motorisé 912. La structure 914 comprend par exemple des rails de guidage ou analogue pour supporter la pièce coulissante 908 pendant son déplacement linéaire. Le module motorisé 912 est également déplacé par exemple par un actionneur linéaire constitué par exemple par un arbre fileté supplémentaire 916, qui est entraîné par un module motorisé supplémentaire 918.
Le système 900 comprend par exemple une plateforme d'atterrissage 920 sur laquelle le drone atterrit, et une ouverture 922 dans la plateforme d'atterrissage 920 à travers laquelle le berceau 902 émerge afin de remplacer la batterie.
La représente une vue de dessus du système automatique de changement de batterie 900 de la . Comme cela est illustré, vu de dessus, le berceau 902 comprend par exemple une baie de réception de batterie 1002, une batterie 110 étant représentée dans cette baie en . La baie 1002 est ouverte par exemple vers le haut, et comprend des parois latérales 1006 et 1008. Un bloc 1010 agit par exemple comme butée terminale pour les batteries 110 insérées dans la baie 1002. La batterie 110 complètement insérée dans la baie 1002 est par exemple maintenue en place par un verrou 1012 proche d'une extrémité externe de la baie 1002.
A proximité de l'ouverture 922 à travers laquelle le berceau 902 émerge, plusieurs puits d'atterrissage 1014 destinés à recevoir des pieds de drones sont par exemple prévus. Dans l'exemple de la , il y a quatre tels puits d'atterrissage 1014, qui sont par exemple en forme de coupes, destinés à recevoir les quatre pieds 202 du drone tel que représenté en . Toutefois, un nombre inférieur ou supérieur de puits d'atterrissage pourrait être prévu, en fonction du nombre de pieds 202 du drone.
La représente une vue frontale d'une batterie 110 maintenue dans une baie de réception du berceau 902 selon un exemple de mode de réalisation de la présente description, cette vue correspondant à une direction d'observation représentée par une flèche C en . On peut observer que le berceau de batterie 902 comprend, par exemple, en plus des parois latérales 1006 et 1008, un fond 1020 supportant les parois latérales 1006, 1008, de sorte que le berceau 902 a par exemple une section transversale sensiblement en forme de U. Le verrou 1012 est par exemple un bras qui pivote autour d'un axe 1022 afin de se déplacer depuis une position verrouillée, dans laquelle la batterie 110 est maintenue dans la baie de réception de batterie 1002 du berceau 902, et une position déverrouillée (représentée en traits pointillés en ), dans laquelle le verrou 1012 ne gêne pas le glissement de la batterie hors de la baie.
La représente une vue en coupe d'un des puits d'atterrissage 1014 destiné à recevoir un pied du drone pendant le changement de batterie. La vue de la correspond par exemple à une section transversale représentée par une ligne en traits pointillés D-D' en traversant le centre d'un des puits d'atterrissage en forme de coupe 1014. Le puits d'atterrissage 1014 est par exemple constitué d'une pièce moulée, usinée ou imprimée en 3D, par exemple constituée de plastique. Le puits d'atterrissage définit par exemple un puits 1030 dans lequel un des pieds 202 est positionné lorsque le drone est sur la plateforme d'atterrissage. Ce puits 1030 est par exemple un puits circulaire comme cela est illustré en , bien qu'une autre forme, telle qu'un carré, qui permet un positionnement correct du drone et qui limite des mouvements latéraux et une rotation du drone, serait également possible. Le diamètre dc ou la largeur de chaque puits est par exemple entre 0,5 mm et 5 mm supérieur au diamètre df ou à la largeur des pieds 202 du drone, de sorte que les mouvements latéraux et rotation du drone sont limités une fois que les pieds sont positionnés dans les puits 1014. Dans certains modes de réalisation, les puits d'atterrissage 1014 comportent des zones coniques 1032 s'étendant vers le haut depuis l'embouchure des puits 1030 et aidant ainsi l'entrée des pieds dans les puits correspondants 1030 lorsque le drone vient atterrir. Les pieds 202 peuvent également avoir des extrémités coniques 1034 pour aider l'entrée. Bien sûr, plutôt que des cônes, d'autres formes de surfaces biseautées seraient possibles.
Une opération de changement de batterie sera décrite ci-après en relation avec les figures 9 et 10.
On suppose qu'un drone, tel que le drone 100 des figures 1 à 3, a atterri sur la plateforme 920, et ses pieds 202 sont entrés dans les puits d'atterrissage correspondants 1014 de sorte que les mouvements latéraux du drone sont limités. Dans certains modes de réalisation, des capteurs de présence sont positionnés dans les puits d'atterrissage 1014, et ces capteurs signalent au système qu'un drone est présent. Par exemple, de tels capteurs pourraient être des capteurs à infrarouge, ou des capteurs mécaniques.
Le berceau 902 est par exemple initialement sous la plateforme 920, et est initialement vide. Le berceau 902 est par exemple ensuite aligné avec l'ouverture 922 en utilisant le module motorisé 912.
Le berceau 902 est par exemple ensuite élevé à travers l'ouverture 922 en utilisant le module motorisé 918 jusqu'à ce que la baie 1002 soit alignée avec la batterie déchargée 110 du drone 100.
Le verrou 1012 est dans la position déverrouillée, et le berceau 902 est ensuite par exemple déplacé vers la droite de la jusqu'à ce que la batterie déchargée 110 du drone 100 soit positionnée dans la baie 1002.
Le verrou 1012 est ensuite par exemple verrouillé, de sorte que la batterie déchargée 110 soit verrouillée dans la baie 1002, et le berceau est éloigné du drone 100 (vers la gauche de la ), pour retirer la batterie du drone, et en particulier pour amener les broches 304 du connecteur de batterie 302 à être complètement retirées de la batterie, et les languettes 408 de la batterie 110 pour quitter complètement les rainures correspondantes 406 du connecteur de batterie 302.
Le berceau 902 est ensuite par exemple abaissé pour amener la batterie 110 sous la plateforme 920, et la batterie déchargée est ensuite par exemple remplacée dans le berceau 902 par une batterie complètement chargée.
Le berceau 902 est ensuite par exemple élevé à travers l'ouverture 922 en utilisant le module motorisé 918 jusqu'à ce que la baie 1002 soit alignée avec le connecteur de batterie 302 du drone 100.
Le berceau 902 est ensuite par exemple déplacé vers la droite de la en utilisant le module motorisé 912 jusqu'à ce que la batterie chargée 110 du drone 100 soit placée dans le connecteur de batterie 302. En particulier, le berceau se déplace jusqu'à ce que les broches 304 soient insérées dans les prises correspondantes 410 de la batterie chargée 110, et les cliquets de pression 412 sont engagés avec les encoches 414.
Le verrou 1012 est ensuite par exemple déverrouillé, de sorte que la batterie chargée 110 ne soit plus verrouillée dans la baie 1002, et le berceau 902 est éloigné du drone 100 (vers la gauche de la ), pour retirer la batterie de la baie 1002. Le drone 100 est ensuite par exemple libre de décoller avec la batterie chargée 110.
Un avantage des modes de réalisation décrits ici est que le connecteur de batterie à base de broches métalliques fournit des moyens simples mais fiables pour connecter électriquement la batterie pour alimenter un drone, tout en présentant des frottements relativement faibles et résultant ainsi dans l'application d'une force relativement faible sur le drone 100. Par exemple, la force exercée par broche peut être aussi faible que 1 N. De cette façon, le système est par exemple compatible avec un système d'amarrage de drone passif, c'est-à-dire un système dans lequel le drone n'est pas maintenu en place par des moyens actifs tels que par un actionneur mécanique ou analogue. En outre, un tel système permet de placer et retirer la batterie en appliquant un mouvement selon un seul axe. De plus, un tel mécanisme à base de broches s'est révélé comme ayant une résistance relativement élevée à l'usure, permettant jusqu'à 100k cycles de changement de batterie. La force de maintien du connecteur de batterie 302 est toutefois suffisante pour maintenir la batterie en place et maintenir un contact électrique approprié, insensible aux vibrations, pendant des vols du drone.
L'utilisation de cliquets à pression pour maintenir la batterie 110 en position dans le connecteur de batterie 302 du drone 100 a des avantages en termes de simplicité d'utilisation, et de faible poids.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. Par exemple, il sera évident pour la personne du métier que les principes décrits ici pourraient être appliqués à tout type de drone, et à tout type de batterie.
En outre, alors que des modes de réalisation ont été décrits dans lesquels il n'y a pas de mécanisme actif destiné à maintenir le drone en place pendant une insertion ou un retrait d'une batterie, il serait également possible de prévoir un tel mécanisme.

Claims (15)

  1. Connecteur de batterie (302) d'un drone (100) destiné à recevoir une batterie (110), le connecteur de batterie (302) comprenant au moins deux broches métalliques (304) destinées à entrer dans des prises correspondantes (410) de la batterie (110), dans lequel chacune desdites au moins deux broches métalliques (304) a une longueur d'au moins 8 mm.
  2. Connecteur de batterie (302) selon la revendication 1, dans lequel lesdites au moins deux broches métalliques (304) sont fixées au connecteur de batterie (302).
  3. Connecteur de batterie (302) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdites au moins deux broches métalliques (304) s'étendent le long d'axes (404) qui sont parallèles les uns aux autres, et le connecteur de batterie (302) comprend au moins un élément de guidage (406) destiné à permettre l'insertion de la batterie (110) selon une direction des axes (404) des broches métalliques (304).
  4. Connecteur de batterie (302) selon la revendication 3, dans lequel ledit au moins un élément de guidage (406) comprend :
    • au moins une rainure (406) s'étendant dans la direction parallèle aux axes (404) des broches métalliques (304) et configurée pour recevoir une languette correspondante (408) de la batterie (110) ; et/ou
    • au moins une languette s'étendant dans la direction parallèle aux axes des broches métalliques (304) et configurée pour entrer dans une rainure correspondante de la batterie (110).
  5. Connecteur de batterie (302) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chacune desdites au moins deux broches métalliques (304) a un diamètre compris entre 1 et 2 mm.
  6. Connecteur de batterie (302) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre au moins un poussoir à ressort à bille (412) destiné à retenir la batterie (110) dans la position montée.
  7. Batterie (110) destinée à un drone (100), la batterie (110) comprenant au moins deux prises (410) destinées à recevoir des broches métalliques (304) d'un connecteur de batterie (302) du drone, dans lequel chacune desdites au moins deux prises (410) est par exemple configurée pour pouvoir recevoir une broche métallique (304) longue d'au moins 8 mm.
  8. Batterie selon la revendication 7, dans laquelle chaque prise (410) de la batterie comprend un connecteur tulipe (810) destiné à agripper la broche métallique (304) lorsqu'elle est insérée dans celui-ci.
  9. Batterie selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre une pièce de guidage de broche (710) ayant une surface conique (802) alignée avec chaque prise (410), la surface conique étant configurée pour guider la broche (304) vers la prise (410).
  10. Drone comprenant :
    - le connecteur de batterie (302) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ; et
    - la batterie (110) selon la revendication 7 ou 8 fixée dans le connecteur de batterie (302).
  11. Drone selon la revendication 10, comprenant en outre au moins un pied (202) s'étendant depuis le drone le long d'un axe perpendiculaire aux axes desdites au moins deux broches métalliques (304).
  12. Drone selon la revendication 10 ou 11, dans lequel, dans la position montée, chacune desdites au moins deux broches (304) s'étend au moins 6 mm à l'intérieur d'une prise correspondante parmi les prises (410).
  13. Drone selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel le drone a une masse de 500 g ou moins.
  14. Drone selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel la batterie a une masse comprise entre 7,5 g et 170 g.
  15. Système comprenant :
    - le drone selon l'une quelconque des revendications 10 à 14 ; et
    - un système automatique de changement de batterie (900) comprenant une plateforme d'atterrissage de drone (920), dans lequel le système automatique de changement de batterie ne comprend aucun système de verrouillage de drone actif destiné à maintenir le drone pendant une insertion et/ou un retrait d'une batterie.
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