JP2020505268A - 充電および交換を含む無人航空機の自動バッテリ保守、ならびに関連するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

充電および／または交換を含む無人航空機の自動バッテリ保守、ならびに関連するシステムおよび方法。代表的なシステムは、着陸構造体と、着陸構造体に近接して位置し、着陸構造体において無人航空機を再位置決めするように着陸構造体に対して移動可能な少なくとも１つの位置決め要素と、着陸構造体に近接して位置決めされたバッテリ保守装置とを含む。バッテリ保守装置は、（ａ）無人航空機によって担持されたバッテリを着陸構造体において充電する、もしくは（ｂ）無人航空機によって担持されたバッテリを着陸構造体において取り外しおよび交換する、または（ｃ）（ａ）および（ｂ）の両方、を行うように構成されている。【選択図】図５Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１月１９日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／４４８，３７６号の優先権を主張する。

本技術は、一般に、充電および／または交換を含む無人航空機の自動バッテリ保守、ならびに関連するシステムおよび方法に関する。

無人航空機（ＵＡＶ）は、広範な商用、消費者、および軍用用途を含む広範な文脈で人気が高まっている。多くの場合、ＵＡＶは電気モータによって電力供給され、電気モータはバッテリによって電力供給されている。バッテリ推進ＵＡＶの１つの長年の問題は、バッテリが保持する限られた充電のため、ＵＡＶが飛行状態にとどまることができる時間が一般に短いことである。この問題は、ますます主流化してきた複数ヘリコプター式ＵＡＶにとって特に顕著であり得、複数ヘリコプター式ＵＡＶは、一般に固定翼航空機よりも高い電力消費速度を有する。加えて、バッテリの交換または充電は典型的に人間の介入を必要とする活動であり、このことは、ＵＡＶの自動または他の能力を著しく低減し得る。その結果、困難または潜在的に危険な環境におけるＵＡＶの使用は、典型的に人間が存在することを必要とし得、このことは、このような環境において人間の必要性を回避するためにＵＡＶを使用するという概念に反する。したがって、限られたバッテリ寿命と、結果としてのそれに関連する限られたＵＡＶ飛行時間と、人間オペレータに対する依存とに対処する必要性が依然としてある。

本技術の実施形態による、自動バッテリ充電および／またはバッテリ交換のために構成された代表的なＵＡＶの部分概略等角図である。

本技術の実施形態による、再充電および交換されるように構成されたバッテリの部分概略等角図である。

本技術の実施形態による、ＵＡＶバッテリを再充電および交換するためのシステムの部分概略等角図である。

本技術の実施形態による、ＵＡＶに搭載されたバッテリを充電するプロセスを示す流れ図である。

本技術の実施形態による、バッテリ再充電動作の選択されたフェーズ中の代表的なシステムを示す。

本技術の実施形態による、ＵＡＶバッテリを取り外し交換するプロセスを示す流れ図である。

本技術の実施形態による、バッテリ取り外しおよび交換動作の選択されたフェーズ中の代表的なシステムを示す。

本技術のいくつかの実施形態に従って構成された、ＵＡＶと、ＵＡＶのバッテリを保守するように構成されたバッテリ保守システムとの部分概略平面図である。

本技術の実施形態による、バッテリ再充電および取り外し／交換動作に好適な別の構成を有するＵＡＶの部分概略等角図である。

本技術は、一般に、無人航空機のバッテリの再充電および／または交換を含む自動バッテリ保守技法、ならびに関連するシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態では、代表的なバッテリ保守システムを使用して、すっかり自動化されたまたは準自動化された様式で、（ａ）バッテリがＵＡＶに搭載された状態にとどまる間にバッテリを再充電する、ならびに／または（ｂ）同じもしくは異なるＵＡＶからバッテリを取り外しおよび交換することができる。したがって、初期バッテリ充電がなくなった後にＵＡＶが追加の電力を得るために必要とされる時間を著しく低減することができる。加えて、自動化された手法は、ＵＡＶに追加の電力を提供するために必要とされる人間の関与の量を著しく低減することができる。その結果、ＵＡＶによって行われる動作を、現在の従来技法よりも効率的、再現可能、および／または確実にすることができる。単一のシステムを使用して、ＵＡＶに搭載されたバッテリを再充電することおよびＵＡＶバッテリを交換することの両方を行うことができるので、ＵＡＶを保守するために必要とされる地上ベースの設備の量を統合および／または低減することができる。

代表的なＵＡＶおよびバッテリ保守装置を参照しながら本技術のいくつかの実施形態の具体的な詳細を後述し、これらの実施形態の徹底的な理解を提供する。他の実施形態では、ＵＡＶおよび／またはバッテリ保守装置は他の構成を有することもできる。よく知られており、ＵＡＶおよび関連装置と関連付けられることが多いが、本開示のいくつかの重要な態様を不必要に不明瞭にするおそれがある構造またはプロセスを説明するいくつかの詳細は、明瞭性の目的のために以下の説明には記載されていない。その上、以下の開示は本技術の異なる態様のいくつかの実施形態を記載しているが、いくつかの他の実施形態は、本明細書に記載される構成とは異なる構成および／または本明細書に記載される構成要素とは異なる構成要素を有することができる。したがって、本技術は、追加の要素を含む他の実施形態、および／または図１〜９を参照しながら後述する要素のうちのいくつかを含まない他の実施形態を有してもよい。

開示される技術のいくつかの実施形態は、プログラマブルコンピュータまたはコントローラによって実行可能なルーチンを含む、コンピュータ実行可能命令の形態をとってもよい。当業者は、本技術を本明細書に示され記載されるもの以外のコンピュータまたはコントローラシステム上で実施することができることを理解するであろう。本技術は、後述するコンピュータ実行可能命令のうちの１つ以上を遂行するように特別にプログラムされ、構成され、または構築された特定目的コンピュータ、コントローラ、またはデータプロセッサ内で具現化することができる。したがって、本明細書で総称的に使用される「コンピュータ」および「コントローラ」という用語は好適なデータプロセッサを含み、これとしては、インターネット機器、およびパームトップコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、携帯または移動電話を含むハンドヘルド装置、マルチプロセッサシステム、プロセッサベースのプログラマブルな民生用電子機器、ネットワークコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ミニコンピュータなどが挙げられる。これらのコンピュータによって取り扱われる情報は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および／またはタッチスクリーンを含む任意の好適なディスプレイ媒体で提示することができる。当技術分野で知られているように、これらのコンピュータおよびコントローラは、一般に様々なプロセッサ、メモリ（例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体）、入出力装置、および／または他の好適な特徴を有する。

本技術は、通信ネットワークを通じて連接された遠隔処理装置によってタスクまたはモジュールが遂行される分散環境で実施することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールまたはサブルーチンは、ローカルまたは遠隔の記憶装置内に位置してもよい。後述する本技術の態様は、磁気もしくは光可読または着脱可能なコンピュータディスクを含むコンピュータ可読媒体上に記憶または分散されていてもよく、ネットワークを超えて電子的に分散されていてもよい。本技術の態様に特有のデータ構造およびデータの送信も、本技術のいくつかの実施形態内に包含される。

図１は、本技術の実施形態によるバッテリ再充電動作および／またはバッテリ交換動作を経るように構成された無人航空機（ＵＡＶ）１１０の部分概略等角図である。ＵＡＶ１１０は、推進システム１１１および搭載コントローラ１１６（破線で概略的に示す）を担持する本体１１４を含むことができる。推進システム１１１は、１つ以上の対応するモータ１１２によって駆動される複数のプロペラ１１３を含むことができ、１つ以上の対応するモータ１１２は、１つ以上のバッテリ１２０によって電力供給される。ＵＡＶ１１０は、明瞭性の目的のために図１には示さないがＵＡＶがミッションを行うのを容易にするために使用され得る他の特徴、例えば、プロペラ１１３を取り囲むもしくは部分的に取り囲むシュラウド１１５、センサ、航行援助物、通信装置、および／または種々の好適なペイロード（搭載物）のうちの任意のもの、を含むことができる。地図作成および他の動作を含む好適なミッションは、「Ｉｎｄｏｏｒ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ＵＡＶｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題され、本出願と同時に出願された係属中の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿号に記載されており、同出願は、参照により本明細書に組み込まれる。

バッテリ１２０は、１つ以上のバッテリセル１２１、例えば、リチウムイオンセルまたは化学反応を促進して電流を生成する他の好適なセルを含むことができる。バッテリ１２０は、より詳細に後述するように、ＵＡＶ１１０および／または保守装置との電気的インターフェースを提供するインターフェース装置１２２をさらに含むことができる。例えば、インターフェース１２２は、バッテリセル１２１からモータ１１２、搭載コントローラ１１６、および／またはＵＡＶ１１０の他の電力消費要素に電力を送るように、ＵＡＶ１１０によって担持される対応する接点（図１では見えない）と着脱可能に係合させることができる複数のバッテリ接点１２３を担持することができる。インターフェース装置１２２はまた、より詳細に後述するように、バッテリ１２０の取り外しおよび交換を容易にする要素を含むことができる。

ＵＡＶ１１０は、バッテリがＵＡＶ１１０に搭載された状態にとどまる間にバッテリ１２０を再充電するために使用される再充電接点１１７を含むことができる。図１に示す実施形態では、再充電接点１１７は、ＵＡＶ１１０の本体１１４によって担持される。他の実施形態では、再充電接点１１７は、バッテリ１２０および／またはＵＡＶ１１０の他の要素によって担持され得る。これらの実施形態のうちのいずれにおいても、バッテリ１２０は、バッテリ１２０を収容するように、かつバッテリ１２０を簡単に取り外し交換することができるように特にサイズ決定され、形状決定され、かつ配置されたバッテリベイ１１８内に配置され得る。例えば、バッテリベイ１１８は、バッテリ１２０がバッテリベイ１１８から取り外される際およびバッテリベイ１１８内に装着される際にバッテリ１２０の移動を線状経路に拘束する第１のバッテリ案内体１１９と境を接し得、または別の様式でそれを含むことができる。さらなる詳細は、図７Ａ〜７Ｆを参照しながら後述する。

バッテリ１２０を再充電することに加えて、再充電接点１１７は、ＵＡＶ１１０に、例えば直接ＵＡＶ１１０の１つ以上のシステムに、電力を供給するために使用することができる。例えば、再充電接点１１７は、バッテリ１２０が取り外され交換される際でさえ、電力供給されるＵＡＶシステム／サブシステムの一部または全部に連続電力を提供することができる。したがって、ＵＡＶ１１０は、ＵＡＶシステム／サブシステムへの電力供給を中断することなくバッテリ取り外し／交換動作を経ることができ、これは、典型的なパワーダウン／リスタートのシーケンスを回避することによって時間を節約する。その結果、たとえバッテリ１２０が搭載され充電されていなくても、ＵＡＶ１１０は再充電接点１１７を使用し得る。

図２は、インターフェース装置１２２のさらなる選択された特徴を示す、代表的なバッテリ１２０の部分概略等角図である。例えば、インターフェース装置１２２は、対応するバッテリ保守装置とインターフェース接続する１つ以上のバッテリ係合要素１２４（図２には２つが示されている）を含むことができる。各バッテリ係合要素１２４は、第１の面１２５ａおよび第２の反対向きの面１２５ｂを含むことができる。後述するように、第１の面１２５ａおよび第２の面１２５ｂは、バッテリをバッテリベイ１１８（図１）から引き出すことおよび新しいバッテリをバッテリベイ１１８に押し入れることを容易にすることができる。インターフェース装置１２２は、２つの配向のいずれかにおいてバッテリ１２０をＵＡＶ１１０および／またはバッテリ保守装置に接続することができるように、２対の反対向きのバッテリ接点１２３を含むことができる。

図３は、図１を参照しながら上述したＵＡＶ１１０の１つ以上のバッテリを再充電するように構成されたシステム１００全体の部分概略等角図である。したがって、システム１００は、ＵＡＶが保守される際にＵＡＶを支持するように構成された着陸構造体１３０、および保守ステップを実行するバッテリ保守装置１５０を含むことができる。各々を順番に以下で説明する。

着陸構造体１３０は、着陸プラットホーム１３１、例えば、種々の相応して好適なＵＡＶのうちの任意のものを着陸させるために好適な略平坦な面を含むことができる。着陸構造体１３０は、保守前にＵＡＶを配向するＵＡＶ位置決め装置１３２をさらに含むことができる。したがって、ＵＡＶ位置決め装置１３２は、１つ以上の位置決め要素１３３を含むことができる。代表的な位置決め要素１３３は、第１のフラップ１３４ａ、第２のフラップ１３４ｂ、第３のフラップ１３４ｃとして示されるフラップ１３４を含む。フラップ１３４の各々は、ＵＡＶを保守に好適な位置へと付勢するように、着陸プラットホーム１３１に対して枢動可能（または別の様式で移動可能）とすることができる。位置決め要素１３３および／または着陸プラットホーム１３１のうちのいずれも、保守のためにＵＡＶがあるべき位置内または少なくともその付近にＵＡＶを位置決めするのを支援するために使用される識別子１３５を含むことができる。例えば、識別子１３５は、ＵＡＶに搭載された視覚センサによって簡単に認識することができ、着陸直前にＵＡＶを配向および／または位置決めするために使用することができる白黒の視覚マーキングを含むことができる。他の実施形態では、識別子１３５は、他の特徴、例えば、人間の目には見えない特徴を含むことができる。

バッテリ保守装置１５０は、アクチュエータ１５７に連結された１つ以上の充電接点１５６を含むことができる。充電接点１５６は、係合解除位置（図３に示す）と、充電接点１５６がＵＡＶ１１０（図１）の再充電接点１１７に解放可能に接続する係合位置との間で移動させることができる。

上述したように、充電接点１５６は、バッテリがＵＡＶ１１０に搭載された状態にとどまる間にバッテリを再充電する（図１）、および／またはバッテリの充電から独立してＵＡＶ１１０に電力を提供するために使用することができる。バッテリ保守装置１５０はまた、ＵＡＶからバッテリを取り外し、そのバッテリを新たに充電されたバッテリと交換することができる。したがって、バッテリ保守装置１５０は、バッテリ（例えば、充電がなくなった、部分的に充電がなくなった、および／または欠陥のあるバッテリ）をＵＡＶから取り外し、取り外したバッテリを新品のバッテリと交換するバッテリ担持体１５４を含むことができる。いくつかの実施形態では、バッテリ担持体１５４は、担持体案内体１５５に沿って線状様式で移動して、取り外しおよび交換動作の両方を遂行する。したがって、案内体１５５の少なくとも一部分は線状である。新しいバッテリは、回転棚１５１の複数のステーション１５２または他の収納部に保管することができる。回転棚１５１は、バッテリをステーション１５２内およびその外へと案内する第２のバッテリ案内体１５３を含むことができる。したがって、ステーション１５２は、ＵＡＶから取り外されたバッテリを受容するために使用することもでき、このようなバッテリは、回転棚１５１で再充電することができる。これらの動作は、図４〜８Ｆを参照しながらさらに後述する。

本明細書に記載される動作の一部または全部は、コントローラ１４０によって自律的または準自律的に行われてもよい。したがって、コントローラ１４０は、位置決め要素１３３、充電接点１５６、バッテリ担持体１５４、および回転棚１５１に連結することができる。電力および通信は、１つ以上のケーブル１４１を介して（コントローラ１４０、アクチュエータのために、および充電電流を供給するために）バッテリ保守装置に提供される。いくつかの例では（例えば、準自律的動作モードにおいて）、オペレータまたは他のユーザが特定のタスクを開始し、次いでコントローラ１４０が、オペレータによるさらなる入力なしに、その特定のタスクを行う。他の実施形態では、バッテリを充電するおよび／または取り外し交換する動作は、ＵＡＶが着陸構造体１３０に着陸した時点から、追加の電力を搭載したＵＡＶが着陸構造体１３０から出発する時点まで、完全に自律的に遂行することができる。

図４は、ＵＡＶに搭載されたバッテリを再充電するプロセス４００を示す流れ図である。ブロック４０１では、ＵＡＶが着陸され（例えば、図３に示す着陸プラットホーム１３１に）、ブロック４０２では、ＵＡＶが位置決めされる（例えば、図３に示すＵＡＶ位置決め装置１３２を介して）。ブロック４０３では、バッテリがＵＡＶに搭載された状態にとどまる間に搭載バッテリがバッテリ保守装置１５０によって充電され、ブロック４０４では、ＵＡＶが離陸する（例えば、着陸プラットホーム１３１から）。

図５Ａは、ＵＡＶ１１０が着陸構造体１３０に着陸した後のシステム１００を示す。この実施形態では、ＵＡＶ１１０は、主に着陸プラットホーム１３１によって支持されているが、着陸プラットホーム１３１の境界の外側かつフラップ１３４ａ〜１３４ｃの上方に延在してもよい。次いで、ＵＡＶ１１０を配向および再位置決めするために、フラップ１３４ａ〜１３４ｃを矢印Ａに示すように連続的にまたは平行して作動させて、ニュートラル（例えば、水平、または下向き位置）からアクティブ（例えば、上向き位置）に移動させることができる。したがって、フラップ１３４ａ〜１３４ｃの面は、フラップが比較的少量の力でＵＡＶ１１０を移動させることを可能にするＴｅｆｌｏｎ（登録商標）などの低摩擦材料を含むことができる。この低摩擦面は、ＵＡＶ１１０とフラップの面との摺動を促進する。この摺動移動は、着陸構造体１３０およびシステム１００全体内の適切な位置にＵＡＶ１１０を位置決めするのを支援する。

図５Ｂでは、フラップ１３４ａ〜１３４ｃは、完全に偏向されており、したがって、ＵＡＶ１１０の要素がバッテリ保守装置１５０の対応する要素と位置合わせされるように、ＵＡＶ１１０をバッテリ保守装置１５０に対して位置決めしている。特に、ＵＡＶ１１０によって担持された再充電接点１１７は、バッテリ保守装置１５０によって担持された対応する充電接点１５６に位置合わせされている。図５Ｂに示すように、充電接点１５６は、直立した、開放の係合解除位置にある。充電接点１５６は、再充電動作を行うために、対応する再充電接点１１７と係合するように矢印Ｂに示すように下向きに回転させることができる。

図５Ｃは、充電接点１５６が、ＵＡＶ１１０の対応する再充電接点１１７（図５Ｃでは見えない）と係合するように、下向きに回転された後のバッテリ保守装置１５０を示す。充電接点１５６が再充電接点１１７に対して下向きの力を加えるので、ＵＡＶ１１０を不注意に移動させる可能性は、著しく低減され、フラップ１３４ａ〜１３４ｃの存在によってさらに低減される。ＵＡＶがフラップ１３４ａ〜１３４ｃによって正確に配置されるという事実は、充電接点１５６および再充電接点１１７を相対的に小さくすることができることを意味する。これらの接点を小さくすることができるので、これらの接点はまた、高電流伝達の安全性を促進するのを支援する高い接触圧を可能にしてもよい。

コントローラ１４０は、ＵＡＶ１１０に搭載されたバッテリ１２０を再充電する充電動作を開始する。バッテリ１２０が好適に再充電された後、充電接点１５６は、再充電接点１１７から離れるように回転され、フラップ１３４ａ〜１３４ｃは、ＵＡＶ１１０から離れるように下向きに回転され（矢印Ｃに示すように）、ＵＡＶは、自由に離陸して追加のミッションを行うことができる。

いくつかの実施形態では、充電接点１５６には、ＵＡＶ１１０に担持された対応するデータポートと係合するデータ接点を追加することができる。したがって、ＵＡＶ１１０は、バッテリ保守装置１５０にある間に、例えばバッテリ１２０が充電されているときに、データをダウンロードおよび／またはアップロードすることができる。

図６は、ＵＡＶバッテリを取り外しおよび交換するプロセス６００を示す流れ図である。このプロセスは、ＵＡＶを着陸させること（ブロック６０１）と、ＵＡＶを位置決めすることと（ブロック６０２）、第１のバッテリをＵＡＶから取り外すことと（ブロック６０３）を含むことができる。このプロセスは、第２のバッテリを充電すること（ブロック６０４）をさらに含むことができ、これは、ＵＡＶを着陸させること（ブロック６０１）の前に行われてもよい。ブロック６０５では、第２のバッテリが回収され、ブロック６０６では、第２のバッテリがＵＡＶに装着される（例えば、その中に挿入される）。次いで、ＵＡＶはバッテリ保守装置から離陸し、追加のミッションを完了させる（ブロック６０７）。

図７Ａ〜７Ｆは、図６の要素に対応する要素を有するプロセスを経るシステム１００を示す。図７Ａは、バッテリ保守のためにＵＡＶ（第１のフラップ１３４ａの後ろに位置している）を適切に配置するように直立位置にあるフラップ１３４（そのうち、第１のフラップ１３４ａが見える）を示す、システム１００の部分概略側面図である。上述した充電接点１５６は、係合解除位置に示されている。図７Ａ〜７Ｆに示すシーケンス全体にわたって、充電接点１５６は、上述したように、バッテリ担持体１５４がＵＡＶに搭載されたバッテリを取り外しおよび交換するように動作する間、ＵＡＶシステムに対する無停電電力を維持するように配備されてもよい。そうするために、バッテリ担持体１５４は、矢印Ｄに示すように、担持体案内体１５５に沿って前後に移動することができる。加えて、１つ以上の（例えば、一対の）バッテリ係合アーム１５８が、（ＵＡＶから取り外される）第１のバッテリおよび（ＵＡＶに追加される）第２のバッテリの両方と係合し移動させるように、矢印Ｅに示すように上向きおよび下向きに回転することができる。

図７Ｂは、第１のバッテリ１２０ａを取り外すために所定の位置にあるＵＡＶ１１０を示す。図７Ｂに示すように、バッテリ担持体１５４は、各々が１つの係合アーム１５８を担持する２つの突出部１６０を含む。バッテリ担持体１５４は、第１のバッテリ１２０ａの上方に位置決めされるように担持体案内体１５５に沿って移動してきており、バッテリ係合アーム１５８は、第１のバッテリ１２０ａのインターフェース装置１２２と係合するように下方に揺動してきている。特に、バッテリ係合アーム１５８は、バッテリ係合要素１２４の前方向きの第１の面１２５ａと係合するように下向きに揺動してきている。この構成では、バッテリ担持体１５４は、第１のバッテリ１２０ａをＵＡＶ１１０から係合解除する（例えば、引っ張る）ように、矢印Ｄに示すように右に移動させることができる。バッテリ担持体１５４および第１のバッテリは、ユニットとして移動し、第１のバッテリ１２０ａは、回転棚１５１の第１のステーション１５２ａに入る。バッテリ係合アーム１５８は、線形移動中に水平の力がアームに加えられる際、アームを所定の位置に揺動させるアクチュエータに対するトルク負荷を低減するために、係合位置に係止することができる（例えば、サーボを介して）。

図７Ｃは、バッテリ担持体１５４が第１のバッテリ１２０ａをＵＡＶ１１０から係合解除し、第１のバッテリ１２０ａを第１のバッテリベイ１５２ａ内に移動させ始めた後の、バッテリ担持体１５４を示す。第１のバッテリ案内体１１９は、第１のバッテリ１２０ａがＵＡＶ１１０から出る際に第１のバッテリ１２０ａの移動を案内し、第２のバッテリ案内体１５３は、第１のバッテリ１２０ａが第１のステーション１５２ａに入る際に第１のバッテリ１２０ａを案内する。以前はＵＡＶ１１０に接続されていた前方向きのバッテリ接点１２３は、今や露出され、見ることができる。後方向きの接点（図７Ｃでは見えないは、回転棚１５１上で再充電されるように、回転棚１５１によって担持された対応する接点１５９とかみ合うことができる。

図７Ｄでは、第１のバッテリ１２０ａは、第１のステーション１５２ａ内にしっかり位置決めされており、回転棚１５１は、第２のステーション１５２ｂをＵＡＶ１１０のバッテリベイ１１８と位置合わせさせるように、矢印Ｆに示すように逆時計方向に回転している。第２のバッテリ１２０ｂ（例えば、完全に充電されている）は、第２のステーション１５２ｂ内に位置決めされている。担持体１５４は、今や第２のバッテリ１２０ｂの後ろに位置決めされており、バッテリ係合アーム１５８は、第２のバッテリ１２０ｂをＵＡＶのバッテリベイ１１８に向かって押すように、矢印Ｇに示すように下向きに回転されている。

図７Ｅでは、バッテリ担持体１５４は、今や第２のバッテリ１２０ｂと係合するように移動している。より具体的には、バッテリ係合アーム１５８は、バッテリ係合要素１２４の対応する後方向きの第２の面１２５ｂに接触しており、バッテリ担持体１５４は、第２のバッテリ１２０ｂを第２のステーション１５２ｂから出してバッテリベイ１１８内へと移動させ始めている。この場合も、第２のバッテリ案内体１５３が、回転棚１５１から出る第２のバッテリ１２０ｂの移動を案内し、第１のバッテリ案内体１１９が、ＵＡＶバッテリベイ１１８内への第２のバッテリ１２０ｂの移動を案内する。

図７Ｆでは、バッテリ担持体１５４は、ＵＡＶ１１０によって担持された対応する電気接点によって第２のバッテリ１２０ｂに首尾よく係合しており、矢印Ｈに示すように第２のバッテリ１２０ｂから後退している。この位置では、バッテリ係合アーム１５８は、バッテリ担持体１５４が回転棚１５１の上方の位置に戻る際に、ＵＡＶ１１０および／またはバッテリ保守装置１５０のいかなる要素との衝突を避けるために、矢印Ｉに示すように上向きに揺動してもよい。次いで、ＵＡＶ１１０は、離陸することができ、バッテリ保守装置１５０は、次の動作の準備をすることができる。代表的な次の動作としては、図５Ａ〜Ｃを参照しながら上述したように搭載バッテリを再充電すること、および／または（バッテリ保守装置１５０において）ＵＡＶ１１０から受容した放電したバッテリを再充電すること、および／または同じもしくは異なるＵＡＶから取り外されたバッテリを受容するために、開いたステーションを位置決めするように回転棚１５１を回転させること、が挙げられる。システム１００は、システム効率をさらに改善するために、バッテリ保守装置においていくつかのバッテリを一度に再充電することができる。

図８および９に示すように、バッテリ保守装置１５０によって保守されるＵＡＶは、図１〜７Ｆを参照しながら具体的に上述した構成以外の構成を有することができる。例えば、これより図８を参照すると、代表的なＵＡＶ８１０は、略三角形の構成を有することができ、対応する着陸構造体８３０は、この異なる形状を考慮して構成することができる。特に、着陸構造体８３０は、三角形状の着陸プラットホーム８３１を含むことができる。位置決めフラップ８３４ａ、８３４ｂ（これは、少なくともいくつかの実施形態では２つ以下の数であってもよい）は、例えば、図５Ａ〜５Ｂを参照しながら上述したのと概して同じ様式で位置決めするように、三角形状のＵＡＶ８１０と係合するように配置され、移動可能である。この場合、位置決めフラップは、図５Ａに示す構成とは異なり、互いに対して非直交角度に配向される。図１〜７Ｆを参照しながら上述した動作の他の態様は、概して同様とすることができる。

図９に示すように、別の代表的なＵＡＶ９１０は、図１に示すような略平坦な側面を有する本体１１４ではなく、１つ以上の着陸スキッド９０９を含むことができる。着陸構造体１３０は、図５Ａ〜５Ｂを参照しながら上述したのと概して同じ様式で、このＵＡＶと共に動作することもできる。この特定の例では、フラップ１３４と着陸スキッド９０９との間の低摩擦接触は、フラップ１３４が上向きに回転する際にＵＡＶ９１０がひっくり返らないために、特に有益であり得る。

本明細書に記載される実施形態のうちの少なくともいくつかの１つの特徴は、開示されるシステムおよび関連する方法が、自律的または準自律的にＵＡＶを充電することを容易にすることができることである。この配置の利点は、ＵＡＶを再充電するまたは別の方法で電力再供給するために必要とされる時間およびオペレータの労力を低減することができることである。したがって、ＵＡＶを稼働させる全体的効率を著しく改善することができる。本明細書で開示するように、ＵＡＶを再充電する１つの手法は、バッテリがＵＡＶに搭載された状態にとどまる間にバッテリを再充電することである。別の手法は、放電したまたは部分的に放電したバッテリをＵＡＶから取り外し、それを充電されたまたはより十分に充電されたバッテリと交換することを含む。少なくともいくつかの実施形態では、両方の動作は、単一の装置によって完了することができ、このことは、全体的システム効率をさらに改善することができる。

本明細書に開示される実施形態のうちのいくつかの別の特徴は、上記の動作を遂行するための移動経路を単純にすることができることである。この手法は、機械的複雑性および動作中の故障の可能性を低減し、システムの再現性および信頼性を改善することができる。例えば、再充電接点は、係合位置と係合解除位置との間を循環するように、単純な枢動移動を経ることができる。バッテリ担持体は、バッテリの装着および装着解除の両方を行うように単純な線状経路に沿って移動することができ、バッテリ係合アームは、装着および装着解除の両方のためのただ２つの位置の間で回転することができる。

本明細書に開示される実施形態のうちのいくつかの別の特徴は、異なるサイズおよび／または形状のＵＡＶを収容するように、装置を容易に拡大縮小または別の方法によって調節することを、その比較的単純な機構が可能にし得ることである。例えば、異なる形状を有する代表的なＵＡＶを、図８および９を参照しながら上述した。ＵＡＶは、図面に示すものよりも大きくまたは小さくすることもでき、システムの全般的レイアウトおよび動作は、同じまたはほぼ同じままとすることができる。

上述のことから、本技術の具体的な実施形態が例示の目的のために本明細書に記載されているが、本技術から逸脱することなく様々な変更を加えてもよいことが理解されるであろう。例えば、本明細書に示されるシステムおよび装置は、具体的に示される構成以外の構成を有してもよい。本明細書に開示されるシステムおよび方法を介して再充電され得る無人機は、本明細書に具体的に示され記載される構成以外の構成を有することができる。保守のために無人機を位置決めするために使用される装置、ならびに／または搭載ＵＡＶバッテリを再充電する装置、ならびに／またはＵＡＶバッテリを取り外しおよび交換する装置は、本明細書に記載される構成以外の構成を有することができる。例えば、担持体案内体は、上述した線状移動経路に加えて、またはそれに代えて、移動経路することができる。いくつかの実施形態では、バッテリの取り外しおよび交換に関連して上述した一般的手法は、ＵＡＶによって担持される他の負荷、例えば、積み荷および／または他のペイロードに適用することができる。上述の様々な接点は、単純な面対面インターフェースおよび／または雄雌インターフェースを含む、種々の好適な構成を有することができる。これらの実施形態のうちのいずれにおいても、損失および加熱を回避するように、電気接続Ｉ確実、頑強、および低抵抗。

特定の実施形態の文脈で記載された本技術の特定の態様は、他の実施形態では組み合わされても、排除されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、再充電装置は、再充電動作のみ、もしくは取り外しおよび交換動作のみ、または搭載時再充電動作と取り外しおよび交換動作との両方を遂行するように構成されてもよい。両方の動作を遂行することができる装置は特に有利であり得るが、単一動作の装置も有用性を有する。さらに、本技術の特定の実施形態に関連する利点がそれらの実施形態の文脈で記載されているが、他の実施形態もそのような利点を呈し得る。また、全ての実施形態が、本技術の範囲に属するために、必ずしもそのような利点を呈する必要があるわけではない。したがって、本開示および関連する技術は、本明細書に明示的に示され、または記載されていない他の実施形態を包含することができる。

本明細書で使用するとき、「および／または」ならびに「Ａおよび／またはＢ」という文言は、Ａのみと、Ｂのみと、ＡとＢの両方とを含む。参照により本明細書に組み込まれた文献が本開示と矛盾する限りにおいて、本開示が支配する。

Claims (22)

1. 無人航空機充電システムであって、
   着陸構造体と、
   着陸構造体に近接して配置され、前記着陸構造体において無人航空機を再位置決めするように前記着陸構造体に対して移動可能な少なくとも１つの位置決め要素と、
   前記着陸構造体に近接して配置されたバッテリ保守装置であって、
   （ａ）前記無人航空機によって担持されたバッテリを前記着陸構造体において充電する、または
   （ｂ）前記無人航空機によって担持された前記バッテリを前記着陸構造体において取り外しおよび交換する、または
   （ｃ）（ａ）および（ｂ）の両方、を行うように構成された、バッテリ保守装置と、
   を備える、無人航空機充電システム。
2. 前記少なくとも１つの位置決め要素および前記バッテリ保守装置に動作可能に連結されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記バッテリの充電および交換の両方を行うための命令をプログラムされており、前記命令が、実行されると、
   前記無人航空機を再位置決めするように前記少なくとも１つの位置決め要素の移動を自動的に方向付け、以下のタスクのうちの少なくとも１つ：
   バッテリ充電動作を遂行するように前記バッテリ保守装置を自動的に方向付ける、
   バッテリの取り外しおよび交換動作を遂行するように前記バッテリ保守装置を自動的に方向付ける、
   を遂行する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記無人航空機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
4. 前記着陸構造体が略平坦なプラットホームを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記着陸構造体および／または前記少なくとも１つの位置決め要素において、前記無人航空機を前記着陸構造体および／または前記少なくとも１つの位置決め要素に対して配向するための、前記無人航空機によって検出可能な識別子を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの位置決め要素が、前記無人航空機を前記着陸構造体において再位置決めするように、前記着陸構造体に対してニュートラル位置とアクティブ位置との間で枢動可能であるフラップを含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記フラップが３つのフラップのうちの１つであり、各々が前記着陸構造体に対してニュートラル位置とアクティブ位置との間で枢動可能である、請求項６に記載のシステム。
8. 前記フラップのうちの少なくとも２つが互いに直交する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記フラップが、前記無人航空機を前記着陸構造体において再位置決めするように前記着陸構造体に対して移動可能な２つのみのフラップのうちの１つである、請求項６に記載のシステム。
10. 前記バッテリ保守装置が、前記充電接点が前記無人航空機の対応する電源接点から係合解除される第１の位置と、前記充電接点が前記無人航空機の前記対応する電源接点と係合される第２の位置との間で移動可能な少なくとも１つの充電接点を含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記バッテリ保守装置が、充電済みおよび未充電バッテリを担持するように位置決めされた回転棚を含む、請求項１に記載のシステム。
12. 前記バッテリ保守装置が、
    案内体と、
    バッテリ担持体であって、前記バッテリ担持体が前記無人航空機によって担持されたバッテリから係合解除される第１の位置と、前記バッテリ担持体が前記無人航空機によって担持された前記バッテリと係合される第２の位置との間で前記案内体に沿って移動可能な、バッテリ担持体と、を含む、請求項１に記載のシステム。
13. 前記案内体が線形の案内部分を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記バッテリ担持体が、前記バッテリと係合するための第１の位置と、前記バッテリから係合解除するための第２の位置との間で枢動可能な少なくとも１つのアームを含む、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記バッテリをさらに備え、前記バッテリが、引っ張り構成において前記少なくとも１つのアームによって係合されるように位置決めされた第１の面と、押圧構成において前記少なくとも１つのアームによって係合される前記第１の面とは反対向きの第２の面とを有するバッテリ係合要素を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 無人航空機充電システムであって、
    略平坦な着陸構造体と、
    前記着陸構造体に蝶番式に連結され、無人航空機を前記着陸構造体において再位置決めするように前記着陸構造体に対してニュートラル位置とアクティブ位置との間で移動可能な複数のフラップを含むバッテリ位置決め装置と、
    前記着陸構造体に近接して配置されたバッテリ保守装置であって、
    前記充電接点が前記無人航空機の対応する電源接点から係合解除される第１の位置と、前記充電接点が前記無人航空機の前記対応する電源接点と係合される第２の位置との間で両方とも移動可能な少なくとも２つの充電接点と、
    案内体と、
    前記案内体の下に位置決めされた回転棚であって、複数のバッテリステーションを有し、個々のバッテリステーションを前記案内体に位置合わせするように前記案内体に対して回転可能な、回転棚と、
    バッテリ担持体であって、前記バッテリ担持体が前記無人航空機によって担持された第１のバッテリから係合解除される第１の位置と、前記バッテリ担持体が前記無人航空機によって担持された第１のバッテリと係合される第２の位置と、前記バッテリ担持体が前記回転棚によって担持された第２のバッテリと係合される第３の位置との間で前記案内体に沿って移動可能なバッテリ担持体と、
    前記バッテリ位置決め装置および前記バッテリ保守装置に動作可能に連結されたコントローラであって、前記コントローラが、バッテリの充電および交換の両方を行うための命令をプログラムされており、前記命令が、実行されると、
    （ａ）前記無人航空機を再位置決めするように前記フラップの移動を自動的に方向付け、以下のタスクのうちの一方または両方：
    （ｂ）前記無人航空機によって担持された対応する接点と係合するように前記少なくとも２つの充電接点を自動的に方向付ける、
    （Ｃ）前記無人航空機によって担持された第１のバッテリを取り外し、前記第１のバッテリを前記回転棚によって担持された第２のバッテリと交換するように前記バッテリ担持体を自動的に方向付ける、
    を遂行する、コントローラと、を有する、バッテリ保守装置と、を備える、無人航空機充電システム。
17. 前記無人航空機をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
18. 無人航空機に電力を供給するためのコンピュータで実施される方法であって、
    前記無人航空機を着陸構造体において再位置決めすることと、
    （ａ）前記無人航空機が前記着陸構造体に配置されている間に、前記無人航空機によって担持されたバッテリを自動的に充電すること、または
    （ｂ）前記無人航空機が前記着陸構造体に配置されている間に、前記無人航空機によって担持されたバッテリを前記着陸構造体で自動的に取り外しおよび交換すること、または
    （ｃ）（ａ）および（ｂ）の両方、を行うことと、を含む、方法。
19. 前記無人航空機に搭載されたプロセスを行うことをさらに含み、前記プロセスが、
    前記着陸構造体に対する前記無人航空機の配向に対応する識別子を検出することと、
    前記識別子を検出することに応答して、前記着陸構造体に対する前記無人航空機の位置および／または配向を調節することと、を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記無人航空機を再位置決めすることが、前記無人航空機と係合し前記無人航空機を移動させるように前記着陸構造体に対して１つ以上のフラップを移動させることを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記無人航空機によって担持された前記バッテリを充電することが、少なくとも１つの充電接点を、前記充電接点が前記無人航空機の対応する接点から係合解除される第１の位置と、前記充電接点が前記無人航空機の前記対応する接点と係合される第２の位置との間で移動させることを含む、請求項１８に記載の方法。
22. 前記バッテリが第１のバッテリであり、取り外しおよび交換することが、
    前記無人航空機が前記着陸構造体にある間に、バッテリ担持体を前記第１のバッテリと係合させることと、
    前記バッテリ担持体および前記第１のバッテリをユニットとして前記無人航空機から離れるように移動させることによって、前記第１のバッテリを前記無人航空機から取り外すことと、
    前記第１のバッテリを前記バッテリ担持体から解放することと、
    前記バッテリ担持体を第２のバッテリと係合させることと、
    前記バッテリ担持体および前記第２のバッテリをユニットとして前記無人航空機に向かって移動させることと、
    前記第２のバッテリを前記無人航空機に接続することと、
    前記バッテリ担持体を前記第２のバッテリから解放することと、を含む、請求項１８に記載の方法。

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