JP2019502594A - ドローン用自律的ドッキングステーション - Google Patents

Abstract

ドローンの自律的な着陸／離陸、格納、充電および／またはバッテリ交換を可能にするドッキングステーションによって、ドローンの短いバッテリ寿命、および隔絶されたまたは離れたサービス領域での運用に関する問題の解決策。ステーションは、１つまたは複数の着陸／離陸セルと；少なくとも２つのドッキング／格納セルと；着陸／離陸セルおよびドッキング／格納セル内のドローンを搬送するように構成された移行閉ループシステムと；マルチセルステーションの自律的な制御、運転および管理のために構成された制御手段とを含むドローン用のマルチセルステーションであり、１つまたは複数の着陸／離陸セルの各１つおよび少なくとも２つのドッキング／格納セルが、隣接するセルと少なくとも２つの側面を共用する。格納されたドローンを充電するための充電手段およびステーションのセル内でドローンを循環させるための移行機構も提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドローンドッキングステーションに関する。より詳細には、本発明は、遠隔無線管理および制御を用いるドローンの自律的な着陸、離陸、ドッキングおよび充電用のモジュール式スケーラブルドッキングステーションに関し、これは特に、連続ミッションに、または隔絶されたもしくは離れたサービス領域に有利である。

ドローンは主にその自律的能力のために幅広い用途に使用されている。すでにドローンは、農業、セキュリティ、荷物出荷、３Ｄマッピング、パイプライン監視、建設、さらに多くを含む様々な産業を支援するために活用されている。ドローンの自律的用途はまさに無限であるが、それらは長時間の飛行時間をしばしば必要とし、これはその短いバッテリ寿命では対応できない。具体的には、ドローンのバッテリは、（観測装置、風条件等に依存して）１５〜２０分の飛行時間しか提供できず、これにより、１５分ぐらいごとにドローンが手動充電のために着陸する必要がある場合、最も革新的な自律的用途でさえも非常に煩わしいものになる。このおよび他のいくつかの要因により、ドローンの商業的用途での使用は面倒になり、また、ドローンを着陸、充電、再打上げする必要がある操縦士に依存する。

連続的な打上げに潜在的に有用な複数のドローンを抱えるステーションは、従来技術において、具体的に国際公開第２０１６／１３０１１２号パンフレットおよび国際公開第２０１５／１９５１７５号パンフレットに記載されている。しかしながら、これらのステーションは実際には、依然として人の手を借りたドローンバッテリの充電を必要としかつ少なくとも各ステーションの累積資源量を消費する独立した離着陸ステーションの集約的構造体である。

従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服するドローンの着陸、離陸、充電およびドッキングのためのマルチセルステーションを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、遠隔監視および制御のみによるドローンの自律的な着陸、離陸、充電およびドッキングのためのマルチセルステーションを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ドローンの自律的な着陸、離陸、充電、およびドッキングのための、モジュール式スケーラブルマルチセルステーションを提供することである。

本発明のこのおよび他の目的および実施形態は、記載が進むにつれて明らかになる。

一態様において、本発明は、ドローンの自律的な着陸／離陸、格納、充電および／またはバッテリ交換を可能にするドッキングステーションによって、ドローンの短いバッテリ寿命、および隔絶されたまたは離れたサービス領域での運用に関する問題の解決策を提供する。

この解決策は、特に商用ドローンのための完全自律ミッションを可能にする。さらに、このドローンのマルチドッキングの解決策は、操縦士が介在せず、ドローンの離陸、飛行、正確な着陸、充電、ミッションのアップロードおよび格納を容易にすることによって、完全なミッションの自律を可能にする。これは、当然のことながら、実用性を大幅に高め、運用コストを大幅に削減する。

上記に鑑みて、本発明は、１つの特定の実施形態において、ドローン用のマルチセルステーションであって、
１つまたは複数の着陸／離陸セルと、
少なくとも２つのドッキング／格納セルと、
着陸／離陸セルおよびドッキング／格納セル内のドローンを搬送するように構成された移行閉ループシステムと、
前記マルチセルステーションの自律的な制御、運転および管理のために構成された制御手段と、を含み、
１つまたは複数の着陸／離陸セルの各１つとドッキング／格納セルの少なくとも２つとが、隣接するセルと少なくとも２つの側面を共有する
ドローン用のマルチセルステーションを提供する。

さらに別の態様において、着陸／離陸ステーションおよび格納ステーションの両方の設計は、モジュール式かつスケーラブルなものである。用途がドローンを１機しか使用しない場合、１つの着陸／離陸ステーションで十分である。しかしながら、用途が多数のドローンを必要とする場合、必要な量の格納ステーションを着陸／離陸ステーションに接続して、ドローンを格納して充電するためのより大きなステーションを作ることができる。

本発明のマルチセルステーションはドローンをドッキングするための複数のセルを本質的に含み、ここで１つまたは複数のセルが、少なくとも２つのドッキングセルと隣接する着陸および離陸セルであり、各ドッキングセルは、ドッキングまたは着陸および離陸セルであり得る隣接セルと少なくとも２つの側面を共有する。さらに、セルが形成する構造は、モジュール式かつスケーラブルであり、すなわち、構造は、１つまたは複数の階にドローンをドッキングするためのセルを追加することで拡張することができる。

ステーション内外へのドッキングドローンの着陸および離陸を可能にするために、ステーションはドッキングセルから着陸セルへおよび着陸／離陸セルからドッキングセルへドローンを前進させるための移行機構を含む。任意の適切な移行機構が、セル構造内のドローンの連続循環に適用可能であり得る。特定の例は、閉ループ線路軌道、移動トラックバー、移動トラックチェーンおよび車輪に基づく軌道であり得る。

移行機構の特定の実践形態は、
閉ループトラックチェーン、
中央歯車、
サイド歯車、
閉ループベルト、および
中央歯車と枢動／軸方向連通するモータを含み、
ここで閉ループトラックチェーンは中央歯車の周囲に巻き付き、
中央歯車はコーンの底部でモータと軸方向に連通し、
コーンはドローンを収容するために上下逆の位置で構成され、
閉ループベルトは、歯車の底部およびサイドホイールの周囲で反る。

これは、本記載においてさらに詳述され、添付の図面に示されている。

さらに別の特定の実施形態において、マルチセルステーションは、ドッキングセル内のドローンを充電するための自律的に動作する充電機構をさらに含む。この充電機構は、ドローンの充電のための自律的な接続および離陸前の切断を可能にする。さらに、充電機構は、ドローンを充電するための単一の閉回路を含み、各ドッキングセルに電気回路を導入することなく、複数のドローンの同時充電を可能にするように構成される。

１つの特定の実施形態では、充電機構は、以下のアセンブリ：
ドローンの頂部の２つの上部ばね付勢式ポゴピン接点、
ドローンの脚部の遠位端の２つの下部ばね付勢式ポゴピン接点、
着陸／離陸セルおよびドッキング／格納セルのカバーの内側の上部後退装置、および
着陸／離陸セルおよびドッキング格納セル内で上下逆さに配置されたコーンの底部の接点、
で実践され、
ここでドローンの頂部のばね付勢式ポゴピンおよび後退装置が回路を閉じるように構成され、
ドローンの下端部にあるばね付勢式ポゴピン接点およびコーンの底部の接点が回路を閉じるように構成される。

自律的な運転を完了するために、１つの特定の実施形態では、本発明のドローンをドッキングするためのマルチセルステーションの監視、運転および管理は、格納されているドローンの飛行スケジュールを、それらが参加している飛行ミッションに従って調整する専用ソフトウェアで行われる。ミッションのためにドローンが必要になると、ソフトウェアは、着陸および離陸セルに現在ドッキングしているドローンをオンにし、セルの蓋を開放すべきであることをステーションに通知する。蓋は、ソフトウェアからの命令に応じて蓋を開閉するモータに接続される。いったんドローンがオンになり、ステーションの蓋が開放すると、ドローンは自由にステーションを出てミッションを開始できる。ドローンが垂直に離陸し、いったんステーションを出ると、蓋は再び閉鎖する。このような決まった手順に続いて、さらに別の特定の実施形態では、本発明のマルチセルステーション内の移行機構は、隣接セルにドッキングしているドローンを着陸／離陸セルに前進させる。

ミッションが完了すると、またはドローンのバッテリの量が減ってくると、ドローンは充電および格納のためにステーションに飛んで戻る。一実施形態では、ドローンはその機上ＧＰＳを使用してドッキングステーションの座標に飛んで戻る。しかしながら、ＧＰＳは数メートルの誤差があるため、ドローンを正確に着陸させるのに十分に正確ではない。従って、さらに別の特定の実施形態では、本発明は、ドローンをマルチセルステーションにおよびマルチセルステーションから正確にナビゲートするための自律航法システムを含む。このシステムは、ドローンの機上ＧＰＳ、機上カメラ、および画像処理用の補完ソフトウェア、ならびにステーションのＩＲ（赤外）ビーコンを本質的に含む。ドローンの機上ＧＰＳが、ドローンをステーションの近くに運ぶ。その後、画像処理技術を搭載した機上カメラが、ステーションから赤外線を放射するビーコンにロックする。ドローン上のカメラはライトにロックし、ドローンがステーションの中央にあるビーコンの上に正確に着陸するように制御する。

加えて、または画像処理解決法の代わりに、リアルタイムキネマティックス（ＲＴＫ）技術がステーション内のドローンの正確な着陸に適しているかもしれない。

本発明のマルチセルステーションは、ドローンを、ステーション内にあるときに、一年中、様々な気象条件から保護するように設計されている。これらのステーションはオンサイトサービス用に構成されているため、ドローンは必要なときにいつでもミッションに向かうことができる。従って、１つの特定の実施形態では、本発明のマルチセルステーションは、外部条件を検知するセンサのアレイをさらに含む。これらのセンサは、風、温度、気圧データ、湿度、および降水量条件、ならびに天気予報などの気象データを提供し、飛行ミッションを開始するか延期するかを決定する。システムは、例えば雨および／または風などの厳しい気象条件で動作するように構成されているので、ステーション内のすべての電子機器は水の浸透および損傷から保護されることに注目されたい。さらに、ステーションには、湿分の凝結がステーションに蓄積されないように適切な排水能力と空気循環を提供する、送風機および空調チャネルなどの流体および空気循環デバイスおよび装置が取り付けられてもよい。

別の態様では、本発明は、遠隔制御手段にステーションの制御を中継し、遠隔データベースにステーションおよび飛行ミッションを通信するように構成される。遠隔制御および監視能力の他に、このような遠隔手段は、連続的に発射されるドローンに割り当てられるサブミッションに分割された連続飛行ミッションの調整および管理を可能にする。これらの能力は、集中制御に関して、またマルチセルステーションに格納されドッキングされた複数のドローンの可能な限り自律的なドローン動作として本発明の範囲と一致するものである。

以下では、本発明の特定の例示的な実施形態を、添付図面を参照して、および本発明の範囲から逸脱することなく、より詳細に記載する。

図１Ａ-図１Ｂ。従来技術の従来技術着陸／離陸およびドッキングステーションを示す。 図２Ａ−図２Ｅ。本発明のモジュール式スケーラブルマルチセルステーションを示す。 図３Ａ−図３Ｃ。本発明のマルチセルステーションの特定の構成を示す。 図４Ａ−図４Ｅ。本発明の移行システムを示す。 図５Ａ−図５Ｌ。本発明のマルチセルステーション内のドローンの充電機構を示す。 本発明のマルチセルステーション内のセルの取外し可能な側面を示す。 図７Ａ-図７Ｃ。本発明のドッキング／発射ステーション内のドローンの着陸および離陸位置を示す。 本発明の機上電気回路を示す。 本発明のマルチセルステーション内の格納ドローン用の光起電力電池充電表面を示す。 本発明のマルチセルステーションを制御するための無線遠隔制御システムを示す。 本発明のマルチセルステーションの自律的ドローン制御および動作の例示的なフロー図である。

図１Ａ〜１Ｂは、現在使用されているドローンステーションを示し、それは着陸／離陸および格納用として働く。そのようなステーションが含む主な構成要素は、セル自体（１Ａ）と、円錐形の着陸／離陸およびドッキング用ハブ（６Ａ）と、開放し、ドローン（４Ａ）を離陸させ、格納のために閉鎖するための摺動カバー（２Ａ）とである。

本発明の有利な概念が図２Ａ〜２Ｅに示されており、ここでマルチセルステーション（１００）の異なる構成は、隣接するセルと共有される少なくとも２つの側面を有する互いに隣接する複数のドッキングセル（１）と、１つまたは複数の着陸／離陸セル（３）とを含む。ドローン（４）を収容するためのドッキングコーン（６）が、図２Ｄに概略的に示されており、ここでコーンは、それらおよびそれらの内側のドローン（４）を、セル（１）を通して循環させる移行機構に取り付けられる。複数階建てステーション（１００）が図２Ｃ〜２Ｂに示され、全てのセル（１）内の全てのドローン（４）に仕えるか、着陸／離陸セル（３）が導入される階内のドローンのみに仕える１つまたは複数の着陸／離陸セル（３）を同じく示している。

２機以上のドローンが必要な様々な用途があり、例えば、セキュリティ用途および時間的制約のある用途である。ステーション（１００）にドローンを着陸させる場合、蓋（２）が開かれなければならない。このために、前に考察したようにステーション内にドローンを正確に着陸させる画像処理技術が提供される。現在の技術は複数のドローン用であり、各ドローンは潜在的にそれ自身のドッキングステーションを必要とする。しかしながらこれはコストがかかる。ドローンの離陸と着陸に専用のステーションが、それを動作させるために余分な技術を必要とするためである。本発明のモジュール式ステーション（１００）は、このようなシナリオにおける困難を克服して、顧客のコストを低く抑える。本質的に、ステーション（１００）は、上で考察したように離陸および着陸セル（３）を１つだけ使用すること、およびドッキングまたは格納セル（１）をそれに追加することを可能にする。このモジュール式解決策は図２Ｅに示されており、全体的に全ステーション構成において図２Ａ〜２Ｅおよび図３Ａ〜３Ｃに示される。

格納セル（１）は着陸／離陸セル（３）に取り付けられる。それらが接続されると、複数のドローンがドックインするためのより大きなステーションが作られる。ドローンは着陸／離陸セル（３）でのみ離着陸するため、それに必要な技術は着陸／離陸セル（３）に隔離される。ドッキング／格納セル（１）は、後退する蓋を必要とせず、また正確な着陸技術を必要とせず、これらはともにステーションに余分なコストを追加する。従って、本発明は、複数のドローンを最も効率的かつ費用効率の高い方法で使用することを可能にする。

同時に２機以上のドローンを発射するまたは受け入れる必要がある場合、複数の着陸／離陸セル（３）を追加することもできる。図３Ａ〜３Ｃは、セル内の一部または全てのドローンに仕える１つまたは複数の着陸／離陸セル（３）を備える１階建てマルチセルステーション（１００）の追加の構成を示す。図３Ｂ〜３Ｃに示されるものなど、２つの対向する着陸／離陸セル（３）を有するステーションの構成は、一度に２機のドローン（４）を同時に発射することを可能にする、さらなる効率性を証明し得る。

ドッキングセル（１）の壁（１ａ）、（１ｂ）は、図６に示すように必要に応じて格納ステーションをそれらに接続するために取り外すことができるように設計されている。これによりステーション（１００）内に空いた空間が作り出され、これによりステーション１００内の移行システムの導入および動作が可能になる。

その後、ドッキング／格納セル（１）は容易に接続され、複数のドローン（４）を格納できる大型のステーション（１００）を形成する。追加された各セル（１）は、追加のドローンがステーション（１００）にドックインすることを可能にする。これを適切な解決策にする最小の構成は、４機のドローン（４）を保持できるステーションを構成する１つの着陸／離陸セル（３）と３つのドッキング／格納セル（１）を有する。これは、ドローンが着陸する時から離陸する時まで閉ループ回路に従う必要があるためである。しかしながら、閉ループ構成を維持するこの解決策に実装できる複数の構成がある。大量のドローンが必要な場合、上で考察した図に示すように、さらに多くの格納ステーションを追加することができる。

さらに詳細に移行システムに言及すると、ドローン（４）が着陸／離陸ステーションに着陸するとき、それらは円錐形の装置（６）に着陸する。ドローン（４）の円錐形の脚部（図７Ａ、図４ｂ）は、セル（３）内にあるときにミリメートルの精度を可能にするセル（３）内のコーン（６）と適合する。コーン（６）は、ドローン（４）をセルからセルへ移す図４Ａ〜４Ｅのチェーン（５）として例示される移行システムに接続される。モジュール式ステーション（１００）を形成するドッキング／格納セル（１）が追加される場合、ドローン（４）を保持するために使用されるコーン（６）は、セル間の移行を補助する車輪（７）に組み込まれる。図４Ａ〜４Ｅは、移行システム、例えばチェーン（５）と、コーン（６）の移行を補助するために使用される車輪（７）とを示す。

図７Ａ〜７Ｃに、ドローンの正確な着陸を補助するために使用される円錐形脚部のドローンの脚部（４ｂ）を示す。正確な着陸は、上述のような画像処理によって行われるが、円錐形脚部が、ドローンが着陸するときにステーション内のドローンの位置の微調整を補助する。脚部（４ｂ）は、ドローンが着陸／離陸ステーション（３）に着陸したときに、プロペラの最も外側の地点を越えて延在し、プロペラの保護としての役割を果たす。脚部（４ｂ）は４５度の角度で配置される。脚部（４ｂ）の底部は３面矩形形状（４ｃ）を形成し、これはドローンが必要に応じてステーションの外に着陸することを可能にし、依然として観測装置の最適視野を提供する。

ドローンの最も重要な特徴のいくつかを以下で考察する。
フライトコントローラ−フライトコントローラはドローンの最も重要な構成要素である。フライトコントローラはドローンの「頭脳」である。これは、全ての電気構成要素に接続され、ドローンの飛行を可能にするためにそれらの全てを制御する。本発明は、様々なフライトコントローラとともに機能し、従って我々の解決策では様々なドローンを使用する。明らかに、ドローンのサイズは、商業用途にドローンを使用する場合、重要な要素である。

サイズ−本発明は商業用途向けに設計され、従って、比較的重い観測装置（平均０．５ｋｇ〜３ｋｇ）を長期間にわたって運搬するのに十分大きいドローンを使用する。現在使用されているドローンは、端から端まで長さ１メートルをわずかに超える。重要なことは、ステーションが、最小限のサイズであるが、ドローンがドックインするのに十分な余裕が依然としてあるように作られることである。また、ステーションは、ドローンが着陸／離陸ステーションから格納ステーションに移行することを許容するのにちょうど適したサイズである。

図７Ａ〜７Ｃは、ドローンを受け入れるために使用されるセル（３）内の円錐形脚部（４ｂ）およびコーン（６）を示す。これらの図はまた、ドローンの脚部（４ｂ）がステーションの側面に着陸したとしても、脚部の角度によってドローン（６）がコーン（６）に入るようにうまく立ち回ることが可能になり、ドローンがセル内に着陸する際の逸脱がより許容されることを示している。

着陸／離陸セル（３）と格納セル（１）の両方の中央には中央歯車があり、中央歯車は、閉ループチェーン（５）が巻き付けられた上部（８ｂ）と、軸方向回転のため閉ループベルト（９）でサイドホイール（１０）に接続された下部（８ａ）とを備えている。モータ（１１）が一方側でドローン（６）の底部に接続され、チェーン（５）の移動と一緒のコーン（６）の移動を保証するために枢動位置において他方側で上部（８ｂ）中央歯車（８ｂ）に接続される。着陸／離陸セル（１）の中央歯車（８ａ、８ｂ）はピニオンとして機能し、すべてのドローン（４）をセルのアレイを通して循環させるように電動化される。これは、バッテリの消耗したドローン（４）がステーションに入り、最も長くステーション内に存在した（従って充電されたバッテリを有する）ドローンが離陸する必要があるときに発生する。サイドホイール（１０）は、着陸／離陸セル（１）内でのその軸の周りの中央歯車（８ａ、８ｂ）の安定した軸方向回転を保証し、ドローン（４）をその中に備えた全てのコーン（６）を回転させ、それらがちょうど入っていたセルの隣のセルに移動させる。これは図４Ａ〜４Ｅに示され、その歯車およびモータは、移行システムを推進する着陸／離陸ステーション内にある。

各格納ステーションは、図５Ａ〜５Ｌにさらに詳細に示され例示されるように、ドローンがステーション内にあるときにドローンを充電するのに必要な電気接点を有する。全ての電気接点は、ドローンの回転に関係なく確実に接触するように円形である。図４Ｂは、先に考察したコーン（６）の底部の接点（１２）を示す。図４Ｃは、コーン（６）内の接点（１２）に接続するコーン（６）の下にある接点（１３）を示す。充電方法は、着陸／離陸セルと同じ方法で機能する。全てのドッキング／格納セル（１）は着陸／離陸セル（３）の電子機器に接続されているので、セルのアレイ全体に対して充電器と電気回路は１つだけでよい。自律的な充電を可能にするために、４つの接続で電気回路を閉じる必要がある。２つの接続部は円錐形装置（６）からドローン（６）に接触し、２つはセルの屋根から後退装置（図５Ｃ〜５Ｅの２８）から接触する。図５Ｃは、充電パッド（１５）および後退装置（２８）を示す。各ドッキング／格納セル（１）に同じようにこのユニットが取り付けられ、ドローン（４）がドッキング／格納セル（１）に移されると、接点は充電のために再び接続される。

後退装置（２８）は、ドローンの頂部にあるポゴピン（１４）と接続するために、接点後退装置（１５ａ）をその底面に保持する下部円形パッド（１５）を含む。パッド（１５）は、垂直下降アセンブリによって保持され、垂直下降アセンブリは、矩形中空フレーム（１９）、中空フレーム（１９）内のねじ（１６）およびナット（１８）、ねじ（１６）に取り付けられフレーム（１９）の天面によってねじ（１６）の垂直運動の延長を制限する上部ストッパ（２０）、および充電のために回路を閉じるために後退装置（２８）を下降および上昇するための主ねじの上のモータ（３２）に接続するためのコネクタ（１７）を含む。図５Ｄは、後退装置（２８）のより詳細な外観を示し、ドローン頂部のポゴピン（１４）と適合する接点（１５ａ）を備えた下部パッド（１５）を示す。図５Ｆ〜５Ｇは、それぞれ、パッド（１５）と切り離された状態および接続した状態のピン（１５）を示す。図５Ａ〜５Ｂは、それぞれ、コーン（６）内で決まった位置にあるドローン（４）、および、２つの電気接点を閉じるための２つのポゴピン（１４）をドローン頂部に備えたドローン（４）を示す。図５Ｅは、ドローン頂部に向かって下降され、パッド（１５）ポゴピン（１４）で回路を閉じる後退装置（２８）を示す。
各ドッキング／格納セル（１）は、コーン（６）の底部の接点ピン（２７）に接続するピン（図５Ｌの２９）を有する。ピン（２７）は、ばね付勢され（２３）、押し付けられ、ドローンの対角線脚部および横方向フレームを保持するジョイント（２２）の底部の接点（図５Ｉ〜５Ｌの３０）で回路を閉じることを可能にする。これにより、先に考察したように、充電のために回路を閉じるために底部の２つの接点が閉じられる。この解決法により、底部接点（３０）は、ドッキング／格納セル（１）内にあるときに着陸／離陸セル（３）の電子機器に接続されることが可能になる。

ドッキング／格納セル（１）が着陸／離陸セル（３）に接続されると、電気接点が対になり、ドローンがドッキング／格納セル（１）内にあるとき、ドッキング／格納セル（１）がドローン（４）のバッテリを充電することを可能にする。ドッキング／格納セル（１）を着陸／離陸セル（３）内の電子回路に接続することにより、コストがさらに削減され、ドッキング／格納セル（１）内にあるときでさえ連続充電を許容する迅速かつ簡単な方法を可能にする。

上で詳述したように、本発明は、いったんドローンがステーションに着陸すると、自律的な充電を担う機上回路を提供する。現在使用されているドローンは６セルバッテリを有する。それらを適切に充電するために、それらは平衡に充電される必要がある、すなわち、全てのセルを同じ速度で充電する必要がある。これは、全てのセルが一緒に充電され、平衡化されることを確認するために、プラスとマイナスおよびバッテリの追加の７つのリード線を充電器に接続することによって行われる。本発明は自律的な充電を必要とするので、充電を可能にするために閉じられなければならない回路の量が最小限に抑えられるべきである。

このため、ドローンは、ドローンに配置されバッテリの平衡な充電を担う機上回路を含む。これは、バッテリのプラスとマイナスだけを接続し、他の７本のリード線を接続しない。充電する前にドローンをオフにすることが重要であり、そのため、機上回路は、マイクロコントローラ（マイクロコントローラはステーションの「頭脳」である）に接続する２本の追加の電気リード線を有し、マイクロコントローラが信号を与えると、ドローンがオフになり、充電のために充電器に接続される。

図８は、充電のために電気回路の異なる構成要素で回路を閉じる以下の接点機能を有する機上電気回路を示す。

回路は４つのプラグを有する。
１．バッテリプラグ
ａ．バッテリはこのプラグに直接接続される。
２．ドローンプラグ
ａ．このプラグはドローンに接続され、バッテリがバッテリプラグに接続されているときにドローンに電力を供給する。
３．充電器プラグ
ａ．このプラグは、ステーション内にあるとき、充電プレート（１５）と接触するドローン上の２つのポゴピン（１４）に接続される。
４．信号プラグ
ａ．このプラグは同じく２つのポゴピン（１４）に接続し、セルの２つのプレート（１５、接点１５ａを介して）に接触する。これらのプレートはマイクロコントローラに接続されていて、マイクロコントローラ上の信号があまりに低くなると、回路上のトランジスタはその機能を切り替え、ドローンプラグを「切断」して充電プラグを「接続」し、ドローンをオフにし、バッテリを充電する。

特定の一実施形態において、ドローンに使用されるバッテリは、いくつかのセルに分割されたリチウムポリマーバッテリである。ドローンのサイズに応じて、異なる量のセルを有する異なるバッテリが使用される。現在使用されているドローンは、６セルリチウムポリマー（またはＬｉｐｏ）バッテリで動作する。本発明の充電システムは、あらゆる種類のＬｉｐｏバッテリで動作し、６セルバッテリに限定されない。

ドッキングステーションは、マイクロコントローラおよびインターネット接続に使用される通信装置で制御される。マイクロコントローラは、以下を含むステーションを作動するすべての物理的要素を管理する：
・蓋を開閉するためにモータに電力を供給する
・マイクロスイッチに接続し、モータをいつ停止するかを決定する
・閉鎖されているときに蓋をロックするためにソレノイドに接続される
・正確な着陸のためにビーコンに接続される
・充電パッド用の別のモータに接続される
・バッテリの充電のために充電器に接続される
・充電前にドローンをオフにするためにおよび離陸前にドローンをオンにするためにドローンに接続される

ステーションは、多数の方法；壁コンセント、カージャックによって、または他の電源によってさえ、動力を供給することができる。例えば、ステーションが従来の電源が利用できない地域に位置する場合、ステーションは他の手段；例えば、屋根に取り付けられたまたはステーションの近くに配置されたソーラーパネルによって充電することができる。図９は、セル（１）の天面の太陽／光起電力パネル（２４）を使用する太陽電池または光起電力電池によって充電される充電器を示す。これは、隔絶されたまたは離れたサービスエリアにステーションを構築し設置する場合に特に有効である。この方法では、そのような場所まで電線を延長する必要はなく、ステーションの充電器を直接充電するために太陽の放射線を利用する。

図１０は、クラウドサーバプラットフォームに基づく遠隔制御、監視およびデータ記憶システムを示す。一般に、ドローンはＲＦすなわち無線によって給電される。ＲＦは数キロメートルの範囲に制限される。本発明は、セルラー接続を介してドローンを制御する方法を提供する。セルラー接続を使用する利点は、ドローンが飛行する範囲に制限されないことだけでなく、クラウドベースサーバ（２６）がドローン（４）と常時通信することを可能にすることも含む。サーバ（２６）はドローンに接続されているので、遠隔ユーザ（３１）はドローン（４）の状態がどのようなものであるかを常に正確に知る。従って、本発明は、ドローンがステーション（１００）からどのくらい離れているか、ドローンがどれだけの電力を消費しているか、ミッションを引き継ぐために新しいドローンをいつ送るか、およびいつドローンをベースに送り返すかを常に計算する対応アルゴリズムを含む。

同じくステーション（１００）がクラウドサーバ（２６）に接続される。クラウドサーバ（２６）は、ドローン（４）の充電状態、ステーション内外の気象条件に関するデータを受信することを可能にし、ステーション（１００）およびドローンを遠隔制御することを可能にする。

データのダウンロード−商業用途にドローンを使用する主な目的の１つは、データを収集することである。ドローン齲蝕観測装置、一般におよびカメラ、およびカメラがデータを収集する。いったんドローンがステーションに着陸すると、データはクラウドサーバ（２６）に転送され、顧客に配信される。すべてがオンラインであるため、顧客はデータを受け取るためにステーション（１００）およびドローン（４）の近くにいる必要はない。

ミッションアップロード−ミッションがアップロードされた場合に限りドローンは自律的に飛行することができる。多くの商業用途は数時間の飛行時間を必要とするため、個々の飛行ごとに別々のミッションをアップロードする必要がある。本発明は、潜在的に数時間かかり得る顧客によるミッションのアップロードによって、この問題も解決する。本発明のソフトウェアは、ミッションをサブミッションに分割し、各飛行前にドローンに適切なミッションを送信するように構成される。

図１１は、アプリケーションのソフトウェアがステーションを制御および管理する方法をステップ（１１００）〜（１１５０）において詳細に示している。

この技術が役立つ可能性のある用途の例は、精密農業に必要な重要な情報を農業従事者に提供するために農地をスキャンすることである。

例えば、ステーションは、農業従事者の納屋の屋根または所望の任意の他の場所に設置することができる。ステーションは、それが耐候性であるという事実のため、その場所に一年を通して残すことができる。農地をスキャンしたい場合、農業従事者は電話機やコンピュータアプリケーションでドローンを送り出すか、指定時間（例えば、１日に１回、１週間に２回、１週間に５回等）に自分の農地をスキャンするようにドローンに事前にプログラムすることができる。農業用指定ソフトウェアを使用して、農地はバッターが許容するタイムスパン内でドローンがスキャンできる区画に分割されるように事前にプログラムすることができる。いったん第１の区画のスキャンが完了し、バッテリの残量が少なくなると、ドローンは自律的にステーションに戻り、バッテリを充電または交換することができる。いったんドローンが完全に充電されたバッターを有すると、ドローンはステーションを再び離れて農地の次の区画をスキャンすることができる。このプロセスは、農地全体がスキャンされるまで繰り返し実行することができる。指定されたカメラがドローンに取り付けられ、農業従事者に必要な特定の情報を提供することができる。ミッションの終わりに、集められた情報は自動的に農業従事者の電子メール、電話アプリケーション、または他のデバイスに送信することができる。このドッキングステーション解決策は、農業従事者がこの重要な情報を、必要とするときに人間の介入なしに受け取ることを可能にする。

Claims (18)

1. ドローン用のマルチセルステーションであって、
   １つまたは複数の着陸／離陸セルと、
   少なくとも２つのドッキング／格納セルと、
   前記着陸／離陸セルおよび前記ドッキング／格納セル内の前記ドローンを搬送するように構成された移行閉ループシステムと、
   前記マルチセルステーションの自律的な制御、運転および管理のために構成された制御手段と、を含み、
   前記１つまたは複数の着陸／離陸セルの各１つと、少なくとも２つのドッキング／格納セルとが、隣接するセルと少なくとも２つの側面を共有する、
   ドローン用のマルチセルステーション。
2. 前記ドローンのバッテリを充電するための充電手段をさらに含む、請求項１に記載のマルチセルステーション。
3. 前記充電手段が、
   前記ドローンの頂部の２つの上部ばね付勢式ポゴピン接点と、
   前記ドローンの脚部の遠位端の２つの下部ばね付勢式ポゴピン接点と、
   前記着陸／離陸セルおよびドッキング／格納セルのカバーの内側の上部後退装置と、
   前記着陸／離陸セルおよびドッキング格納セル内で上下逆さに配置されたコーンの底部の接点と、を含み、
   前記ドローンの頂部の前記ばね付勢式ポゴピンおよび後退装置が回路を閉じるように構成され、
   前記ドローンの下端部にある前記ばね付勢式ポゴピン接点および前記コーンの底部の接点が回路を閉じるように構成される、
   請求項２に記載のマルチセルステーション。
4. 前記充電手段が前記制御手段のマイクロコントローラと連通し、前記マイクロコントローラが前記ドローンの機上回路の電気リード線と連通し、前記マイクロコントローラが、前記機上回路に、前記充電手段に電気的に接続する前に前記電気リード線を介して電源を切るようにし命令し、前記ドローンの前記バッテリを充電するために前記充電手段に接続するように命令するように構成される、請求項２または３に記載のマルチセルステーション。
5. 前記移行閉ループシステムが閉ループ線路軌道、移動トラックチェーン、移動トラックバー、および車輪に基づく軌道から選択される、請求項１に記載のマルチセルステーション。
6. 前記移動トラックチェーンが、
   閉ループトラックチェーンと、
   中央歯車と、
   サイド歯車と、
   閉ループベルトと、
   モータと、を含み、
   前記閉ループトラックチェーンは前記中央歯車の周囲に巻き付き、
   前記中央歯車は前記モータと軸方向に連通し、前記モータはコーンの底部と軸方向に連通し、前記コーンは前記ドローンを収容するために上下逆の位置で構成され、
   前記閉ループベルトは、前記歯車の底部および前記サイドホイールの周囲で反る
   請求項５に記載のマルチセルステーション。
7. 前記コーンが前記着陸／離陸およびドッキング／格納セルに収容され、前記コーンがその下端部に取り付けられた車輪を含み、前記車輪は前記セル内の下側平坦表面と摩擦接触する、請求項５または６に記載のマルチセルステーション。
8. 無線通信網、クラウドベースサーバ、データベースおよび遠隔ユーザコンピュータ手段を含む遠隔制御手段をさらに含み、前記遠隔制御手段は、前記マルチセルステーションから発射されたドローンの飛行ミッションの進行中の活動を監視および監督し、飛行ミッションをサブミッションに分割し、前記サブミッションを前記ドローンに委ね、前記マルチセルステーションおよび前記ドローンからデータを受信し、前記データを専用データベース内で格納および処理し、リアルタイム情報を前記ユーザコンピュータ手段に伝達するように構成される、請求項１に記載のマルチセルステーション。
9. 前記ドローンが、前記着陸／離陸およびドッキング／格納セル内で上下逆に配置されたコーンの中に収容されるように構成され、前記ドローンが、前記ドローンの中心軸に向かって対角線上に内側に向けられた脚部と、水平方向の３本のサイドフレームと、前記脚部の遠位端と前記フレームの頂点との間を接続するジョイントとを含む、請求項１に記載のマルチセルステーション。
10. 前記着陸／離陸セルでの前記ドローンの正確な着陸のために構成されたＲＴＫ（リアルタイムキネマティックス）技術をさらに含む、請求項１に記載のマルチセルステーション。
11. 前記ドローンに搭載された機上ＧＰＳおよびカメラおよび画像処理用の補完ソフトウェアと、ステーションのＩＲ（赤外）ビーコンとを含む航行システムをさらに含む、請求項１に記載のマルチセルステーション。
12. 気象および周囲条件を検知するように構成されたセンサのアレイをさらに含み、前記センサは、風、温度、気圧データ、湿度および降水量条件、天気予報ならびにそれらのいずれかの組合せから選択される気象データを提供する、請求項１に記載のマルチセルステーション。
13. 充電器と、前記充電器に電力を供給するために前記充電器と電気的に連通する充電手段とをさらに含む、請求項１に記載のマルチセルステーション。
14. 前記充電手段が、前記着陸／離陸およびドッキング／格納セルの天面の外面に取り付けられた太陽光パネルを含む、請求項１３に記載のマルチセルステーション。
15. 前記ステーションがモジュール式およびスケーラブルである、請求項１に記載のマルチセルステーション。
16. １つまたは複数の着陸／離陸セルおよび複数のドッキング／格納セルを含む少なくとも１つの階を含む、請求項１５に記載のマルチセルステーション。
17. １つまたは複数の着陸／離陸セルおよび複数のドッキング／格納セルを含む２つの階を含む、請求項１５に記載のマルチセルステーション。
18. 前記着陸／離陸セルの１つまたは複数と、前記２つの階の各１つに１つの前記移行閉ループシステムとを含み、前記移行閉ループシステムが、前記２つの階の各１つ内の前記複数のドッキング／格納セルおよび着陸／離陸セル内の前記ドローンを互いに独立して搬送するように構成される、請求項１７に記載のマルチセルステーション。

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