PL236549B1 - Lądowisko dla autonomicznych dronów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest lądowisko dla autonomicznych dronów przeznaczone do obsługi dronów, wraz z systemem lokalizacji i naprowadzania dronów, oraz ze zautomatyzowaną stacją konserwacyjno-obsługową do przeprowadzania napraw, ładowania lub wymiany baterii, przystosowanym do bezobsługowej obsługi ładunków transportowanych przez drony z i do lądowiska.

Lądowiska (zespoły) to urządzenia umożliwiające dronom należącym do różnych właścicieli start i lądowanie, mające na celu uzupełnienie zapasów/stanu naładowania baterii w czasie wykonywania lotu, zatrzymanie się w celu postoju, obsługę dronów uszkodzonych w czasie lotu, a także zautomatyzowany odbiór i nadawanie paczek przechowywanych w zewnętrznym magazynie i transportowanych za pomocą systemu transporterów.

Analiza literatury w tym obszarze nie wykazała jak dotąd rozwiązania o podobnie kompleksowym podejściu do problematyki obsługi dronów autonomicznych niż przedstawione w niniejszym rozwiązaniu. Najbliższymi rozwiązaniami są: system ptasich budek dla dronów firmy Amazon, stacje obsługi dronów Izraelskiej firmy Airobotics oraz stacja ładowania dronów xStation firmy SkyX.

Pierwszy z nich stanowi system firmy Amazon, który posiada funkcję ładowania, bądź wymiany baterii oraz zrzutu przesyłek. Nie posiada jednak funkcjonalności wielostanowiskowej, jak i zdalnej diagnostyki, napraw czy działań konserwatorskich oraz ładowania indukcyjnego, co proponuje się wg niniejszego rozwiązania. W zamyśle producenta, montaż stacji może odbywać się z wykorzystaniem infrastruktury miejskiej.

Kolejnym rozwiązaniem jest produkt firmy Airobotics. Przewiduje on możliwość wymiany baterii oraz wymianę ładunku, w tym instrumentów pomiarowych takich jak: kamery, systemu LIDAR, czy urządzeń dokonujących pomiarów spektralnych. Zaproponowane rozwiązanie nie uwzględnia jednak ładowania indukcyjnego, stacji wielostanowiskowych, oraz napraw i zdalnej diagnostyki, poprzez manipulator co proponowane jest w niniejszym rozwiązaniu. Nie uwzględnia także zastosowania w przestrzeni miejskiej, jak i montażu z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury miejskiej.

Znana jest również platforma do ładowania dronów xStation firmy SkyX. W zamyśle producenta stacja powinna być rozmieszczona wzdłuż trasy w określonych punktach, aby dron jak najszybciej mógł znaleźć najbliższą stację ładowania. Firma SkyX oferuje również zdalną diagnostykę drona przed startem. Warto zaznaczyć, że sama platforma nie posiada wielu stanowisk do ładowania, jest dedykowana dronom SkyOne, nie uwzględnia prowadzenia drobnych napraw po przeprowadzeniu zdalnej diagnostyki. Producent nie uwzględnia także montażu przy wykorzystaniu istniejącej infrastruktury miejskiej.

Analiza literatury w tym obszarze jak dotąd nie wykazała połączenia dotychczas znanych rozwiązań z proponowanymi w niniejszym przedmiocie rozwiązania.

Istotą rozwiązania jest konstrukcja lądowiska przeznaczonego dla autonomicznych dronów które zapewnia miejsce postoju dla dronów świadczących usługi, związane np. z kontrolnym przelotem danego terenu, dostarczeniem towarów np. apteczki pierwszej pomocy czy zautomatyzowanego defibrylatora zewnętrznego (AED), oraz dronów kurierskich oczekującym na zlecenie transportu.

Lądowisko posiada szereg funkcjonalności w tym wspomagania lokalizacji i naprowadza dronów znajdujących się w obszarze ich zasięgu, zdalną diagnostykę która zwiększa bezpieczeństwo lotów i zmniejsza koszty eksploatacji, możliwość napraw i konserwacji, możliwość bezobsługowego ładowania lub wymiany baterii, oraz bezobsługowy transport zasobów ładunków transportowanych przez drony do i z lądowiska przy pomocy manipulatora i pasa transmisyjnego.

Lądowisko ma podstawę w postaci bryły o zarysie okręgu, spłaszczonej w części, w osi symetrii, symetrycznie po obu stronach, która ma na całym obwodzie szczelinę wewnątrz której w podstawie, usytuowana jest wielosegmentowa kopuła, złożona z szeregu zachodzących na siebie elementów, które po rozłożeniu zamykają przestrzeń nad podstawą, tworząc półkolistą kopułę, pośrodku podstawy w osi symetrii usytuowany jest prostopadłościenny kanał, stanowiący prowadnicę dla poruszającej się wewnątrz, wzdłuż kanału platformy z manipulatorem w postaci ramienia robotycznego, zakończonego chwytakiem, zaś symetrycznie po bokach podstawy, usytuowane są dwa kanały o przekroju kwadratowym z zaokrąglonymi narożami, stanowiące przyłącza montażowe lądowiska do wybranej powierzchni, po obu stronach kanału w linii prostej pomiędzy ujściem a kanałem usytuowane są dwie linie transportowe w postaci taśm napędowych do przemieszczania ładunków, przy czym kanał i linie transportowe dzielą podstawę zespołu na równe części, z lądowiskami w postaci platform z podwójnym systemem mocowania dronów, na podstawie zespołu, usytuowana jest antena wewnętrzna, zaś do boku w miejscu

PL 236 549 B1 wypłaszczenia, zamocowana jest hermetyczna prostopadłościenna skrzynka zawierająca komputer oraz w części górnej antenę zewnętrzną.

Lądowisko technicznie i funkcjonalnie przystosowane jest do tworzenia sieci lądowisk, rozmieszczonych w różnych lokalizacjach w obszarze aglomeracji miejskiej sterowanych za pomocą centralnego serwera odpowiedzialnego za koordynację działań floty w obrębie aglomeracji.

Przedmiot rozwiązania wg wynalazku wspomaga lokalizację i umożliwia naprowadzenie dronów znajdujących się w powietrzu. Proces lokalizacji następuje w oparciu o sygnał GPS, który przy wykorzystaniu technologii RTK ma zwiększoną dokładność w zakresie prawidłowego zlokalizowania drona względem lądowiska. Proces naprowadzania oparty jest o technologię podczerwieni, która polega na pozycjonowaniu drona wyposażonego w kamerę od spodu na odpowiednie znaczniki w podczerwieni, rozmieszczone na polach do lądowania. Ponadto lądowiska umożliwiają start i lądowanie autonomicznych dronów, realizację zdalnej diagnostyki przy użyciu kamery zamontowanej na lądowisku, przeprowadzanie drobnych napraw, czy działań konserwatorskich, indukcyjne ładowanie baterii. Pod pojęciem centralnego serwera znajduje się kontrola toru lotów drona - celem uniknięcia wzajemnego zderzenia, centralne zarządzanie flotą dronów - polegające na alokacji i kontroli przepływu lotów, obsługę wielu urządzeń użytkowników korzystających z sieci lądowisk.

Rozwiązanie wg wynalazku umożliwia montaż zespołu zarówno w przestrzeni miejskiej (w tym: budynki mieszkalne, biurowce, szpitale), jak i pozamiejskiej (w tym: tereny leśne, obiekty umieszczone na wodzie). Warunki zamontowania dotyczą zarówno powierzchni poziomych - na dachach budynków, jak i pionowych - poprzez przymocowanie do elewacji budynków (np. bezpośrednio za oknem pomieszczenia), zapewniając tym samym elastyczne dopasowanie do różnych warunków. Konstrukcja lądowisk dla autonomicznych dronów w swojej istocie umożliwia rekonfigurację wymaganych przez odbiorcę modułów, takich jak: oświetlenie w podczerwieni, które zapewnia prawidłowe naprowadzenie drona na miejsce lądowania, system monitoringu i zdalnej diagnostyki wizualnej, realizowany z wykorzystaniem kamer, stację pogodową, system umożliwiający obracanie drona, jako element istotny przy realizacji różnych napraw, manipulator umożliwiający obsługę przesyłek bez ingerencji człowieka, czy proces wymiany baterii, transporter rolkowy mocowany do lądowiska i dedykowanego pomieszczenia, umożliwiający transport w obie strony przesyłek, i inne dodatkowe systemy zarządzające i komunikacyjne, w zależności od potrzeb w danej lokalizacji.

Działanie lądowisk jest z założenia autonomiczne, z możliwością ingerencji człowieka w sytuacjach nietypowych. Znajdują się wśród nich przypadki związane z usuwaniem dronów: uszkodzonych, niemożliwych do przeprowadzenia napraw i samodzielnego wystartowania, czy kontynuowania lotu.

Zaletą rozwiązania wg wynalazku jest możliwość jego umiejscowienia w przestrzeni miejskiej z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury technicznej, w różnych konfiguracjach zamocowania. Zapewnienie odpowiedniego miejsca do startu i lądowania to jeden z najważniejszych elementów operatora drona. Taka uniwersalność pozwala także na zwiększenie dostępności zastosowania rozwiązania wg wynalazku w różnym terenie, elastyczne dopasowanie do ograniczeń związanych z budownictwem w aglomeracji miejskiej, oraz rezygnację z dodatkowych kosztów związanych z montażem.

Zaletą jest także zastosowanie centralnego serwera kontrolującego i zarządzającego flotami dronów, co wpłynie na wzrost dostępności i bezpieczeństwa niniejszego rozwiązania dla różnych grup odbiorców w tym samym czasie działania. Zaletą konstrukcji lądowiska jest wyposażenie go w czujniki oświetlenia w podczerwieni, system zdalnej diagnostyki, system monitoringu i zdalnej diagnostyki wizualnej, stację pogodową, system umożliwiający obracanie drona, manipulator umożliwiający obsługę przesyłek oraz inne dodatkowe systemy zarządzające i komunikacyjne, w zależności od potrzeb klienta. Cechy te niewątpliwie podnoszą wartość rozwiązania, zarówno w ujęciu bezpieczeństwa i niezawodności działania, jak i szerokiego spektrum funkcjonalności.

Zaletą rozwiązania wg wynalazku jest pełna autonomiczność lądowiska, z możliwością ingerencji człowieka w przypadku sytuacji kryzysowej. Zastosowanie w konstrukcji manipulatora umożliwia przeprowadzanie drobnych i prostych napraw wykrytych podczas zdalnej diagnostyki, w tym np. wymiana śmigieł, wymiana baterii. Jak również obsługę przesyłek bez ingerencji człowieka i dalszy ich przesył do dedykowanych miejsc.

Zaletą wykorzystania w konstrukcji lądowiska półkolistego kształtu dachu niewątpliwie ogranicza powierzchnię i objętość rozwiązania, a także może istotnie zmniejszyć opór powietrza, sprzyjając tym samym ograniczeniu ewentualnych szkód wynikających z warunków pogodowych.

PL 236 549 B1

Zastosowanie dwóch sposobów blokady drona w obszarze lądowiska sprawia, że stacja staje się uniwersalna i nie potrzebuje jednostek jej dedykowanych. Stacja może dzięki temu obsługiwać drony różnych właścicieli, w tym samym czasie.

Niewątpliwą zaletą rozwiązania wg wynalazku jest także możliwość wydłużenia lotu dronów na dłuższych dystansach (dzięki międzylądowaniom). Popularne, konsumenckie modele dronów pozwalają zazwyczaj na krótki, kilkunasto- lub kilkudziesięciominutowy lot. Zaletą zastosowania ładowania indukcyjnego jest możliwość ładowania drona w różnych warunkach pogodowych, bez konieczności ingerencji człowieka, czy dokonywania wymiany akumulatorów. W połączeniu z systemem sieci lądowisk lot drona zostaje wydłużony.

Przedmiot rozwiązania w przykładzie realizacji został uwidoczniony na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia lądowisko w widoku perspektywicznym

Fig. 2 przedstawia powiększony fragment B

Fig. 3 przedstawia powiększony fragment C

Fig. 4 przedstawia lądowisko w widoku z góry

Fig. 5 przedstawia powiększony fragment A

Fig. 6 lądowisko w widoku z boku

Fig. 7 lądowisko w przykładzie montażu do płaszczyzny pionowej

Fig. 8 przykład zamontowanej sieci lądowisk

Fig. 9 schemat blokowy urządzeń sterujących funkcjonalnościami lądowiska

Lądowisko składa się z podstawy zespołu 1, który stanowi blok ukształtowany w postaci okręgu, z lekko spłaszczonymi obszarami na biegunach oraz kopuły 2. Kopuła 2 składa się z kilku zachodzących na siebie elementów i stanowi ochronę dla podstawy zespołu 1. Wykonana jest z materiałów nieprzewodzących prąd elektryczny, umożliwiając dronom znajdującym się pod nią komunikację radiową ze światem zewnętrznym. Przy czym do podstawy zespołu 1 przytwierdzone są wszystkie elementy. Pośrodku podstawy zespołu 1 znajduje się kanał 3, wewnątrz którego porusza się platforma 8 manipulatora 7, które stanowi ramię robotyczne wyposażone w chwytak 6. Obrócone o 90 stopni względem środka podstawy znajdują się ujścia zewnętrznego systemu transportowego 5 w postaci pionowych kanałów, widoczne na rysunku 6, jako przyłącza 9 odpowiadające za montaż lądowiska do wybranej powierzchni. W linii prostej łączącej oba ujścia 5 rozmieszczone są dwie linie transportowe 4, kończące się przed kanałem 3. Kanał 3 i linie transportowe 4 dzielą podstawę zespołu 1 na 4 równe części (pola), w każdej z nich znajduje się jedno lądowisko, wystające ponad powierzchnię podstawy zespołu 1. W lądowisku, pod warstwą ochronną 12 znajduje się ładowarka indukcyjna akumulatorów dronów 13, oraz podwójny systemem mocowania dronów, złożonym z czterech płóz 11 w postaci elementów zbliżonych do wycinków pierścieni, usytuowanych symetrycznie przy krawędziach płaszczyzny 12 lądowiska w połowie boków, oraz szczęk 10, zabezpieczających drona. Za komunikację wewnątrz zespołu odpowiedzialna jest antena 14, umieszczona na podstawie zespołu 1, wewnątrz kopuły 2. Do jednego z biegunów zespołu przymocowane jest centrum zarządzania 15 i antena 16. W przypadku montażu stacji na powierzchni poziomej przedłużenie systemu transportowego 9, czyli transportera rolkowego może być poprowadzone do budynku, na którym umieszczona została podstawa zespołu 1. Mocowanie zespołu do powierzchni pionowej budynku 18, zgodnie z rysunkiem 7 realizowane jest z wykorzystaniem wspornika 17, przyłączonego do systemu lądowisk.

Zalety. Lądowisko jest uniwersalne poprzez zmienne sposoby zamontowania, z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury technicznej, jest w pełni zautomatyzowane i autonomiczne, umożliwia dokonywanie bez ingerencji człowieka drobnych i prostych napraw, działań konserwatorskich, a także procesu transportu ładunków do i z lądowiska do dedykowanych miejsc, zapewnia możliwość bezobsługowego ładowania dzięki zintegrowanej ładowarce indukcyjnej, zapewnia obsługę wielu urządzeń dzięki centralnemu serwerowi kontrolującemu i zarządzającemu torem lotu dronów, umożliwia korzystanie z lądowiska urządzeniom o różnej konstrukcji podwozia, dzięki dwóm sposobom blokady, wyposażone jest w czujniki podczerwieni oraz technologię GPS i RTK wspomagającą lokalizację i naprowadzenie dronów.

Lądowisko według wynalazku przedstawiono bliżej w przykładzie wykonania. Lądowisko może być umiejscowione w przestrzeni miejskiej z wykorzystaniem dostępnej infrastruktury technicznej, w różnych konfiguracjach zamocowania, m.in. z wykorzystaniem przyłączy do podłoża 9.

PL 236 549 B1

Podczas montażu stacji na powierzchni poziomej przedłużenie systemu transportowego 9, czyli transportera rolkowego może być poprowadzone do budynku, na którym umieszczona została podstawa zespołu 1. Mocowanie zespołu do powierzchni pionowej budynku 18, realizowane jest z wykorzystaniem wspornika 17. W stanie początkowym, spoczynku, kopuła lądowiska 2 jest zamknięta, chroniąc tym samym wszystkie elementy zespołu. W przypadku zaistnienia lotu drona, lądowisko uzyskuje informację od centralnego serwera 15 o kierowaniu się w jego kierunku drona. W momencie gdy dron znajduje się blisko lądowiska nawiązuje łączność z wykorzystaniem anteny 14/16, lub za pośrednictwem serwera. Lądowisko określa, w której części podstawy zespołu 1 ma wylądować dron, jednocześnie otwiera kopułę 2 i uruchamia na wybranym polu odpowiednie znaczniki w podczerwieni pozycjonujące drona. Dron podlatując do wskazanego miejsca, najpierw nawiguje się za pomocą GPS, następnie po zlokalizowaniu znaczników ląduje na podstawie lądowiska 1. Po potwierdzeniu wylądowania, dron wyłącza silniki i w zależności od konstrukcji jego podwozia następuje odpowiednie mocowanie, a kopuła 2 zamyka się. W przypadku dronów posiadających płozy ich zablokowanie odbywa się z wykorzystaniem zaczepów 11, poprzez obrót wycinków pierścieni. W przypadku dronów posiadających nóżki, unieruchomienie nastąpi poprzez szczęki 10, które zacisną się na podporach drona. Platforma 8 porusza się suwliwie wzdłuż kanału 3, i ma manipulator 7 z ramieniem robotycznym z chwytakiem 6, po wylądowaniu drona w zależności od potrzeb podejmuje wskazane przez działania, w tym: zdalną diagnostykę procesu bezobsługowego ładowania, poprzez ładowarkę indukcyjną 13 znajdującą się pod warstwą ochronną 12, drobne naprawy, działania konserwatorskie, transport ładunków dronów, w tym ich odbieranie i przekazanie, oraz dalszy transport z lądowiska, przy pomocy manipulatora 7, oraz systemu transportowego 5 i linii transportowych 4. Po zakończeniu wszystkich działań centralny serwer uzyskuje od centrum zarządzania lądowiska informację o aktualnym statusie i otwiera kopułę 2. W kolejnym kroku zwalniane są zaczepy 10, 11 zabezpieczające drona, który następnie startuje i realizuje dalszą część lotu. Kopuła lądowiska 2 zamyka się, a centralny serwer 15 z wykorzystaniem anteny 16 sprawozdaje wykonane działania operatorowi lądowiska.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Lądowisko dla autonomicznych dronów, znamienne tym, że podstawa 1, lądowiska, ma postać bryły o zarysie okręgu, spłaszczonej w części, w osi symetrii, symetrycznie po obu stronach, która ma na całym obwodzie szczelinę wewnątrz której w podstawie, usytuowana jest wielosegmentowa kopuła 2, złożona z szeregu zachodzących na siebie elementów, które po rozłożeniu zamykają przestrzeń nad podstawą, tworząc półkolistą kopułę, pośrodku podstawy 1 w osi symetrii usytuowany jest prostopadłościenny kanał 3, stanowiący prowadnicę dla poruszającej się wewnątrz, wzdłuż kanału platformy 8 z manipulatorem 7 w postaci ramienia robotycznego, zakończonego chwytakiem 6, zaś symetrycznie po bokach podstawy 1, usytuowane są dwa kanały 5 o przekroju kwadratowym z zaokrąglonymi narożami, stanowiące przyłącza 9 montażowe lądowiska do wybranej powierzchni, po obu stronach kanału 3 w linii prostej pomiędzy ujściem 5 a kanałem 3 usytuowane są dwie linie transportowe 4 w postaci taśm napędowych do przemieszczania ładunków, przy czym kanał 3 i linie transportowe 4 dzielą podstawę zespołu 1 na 4 równe części, z lądowiskami 12 w postaci platform o zarysie ściętego ostrosłupa i podstawie kwadratowej z podwójnym systemem mocowania dronów, złożonym z czterech płóz 11 w postaci elementów zbliżonych do wycinków pierścieni, usytuowanych symetrycznie przy krawędziach płaszczyzny 12 lądowiska w połowie boków, oraz szczęk 10, zaś na podstawie zespołu 1, usytuowana jest antena wewnętrzna 14, zaś do boku w miejscu wypłaszczenia, zamocowana jest hermetyczna prostopadłościenna skrzynka zawierająca komputer 15 oraz w części górnej antena zewnętrzna 16.
2. 2. Lądowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że płaszczyzna zewnętrzna 12, umożliwia ładowanie akumulatorów dronów 13 poprzez usytuowaną wewnątrz lądowiska, pod powierzchnią 12 ładowarkę indukcyjną.
3. 3. Lądowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że kopuła wykonana jest z materiałów nieprzewodzących prąd elektryczny, umożliwiając komunikację radiową ze światem zewnętrznym.