WO2021048497A1 - Station automatique d'avitaillement d'un véhicule autonome aérien - Google Patents

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WO2021048497A1
WO2021048497A1 PCT/FR2020/051553 FR2020051553W WO2021048497A1 WO 2021048497 A1 WO2021048497 A1 WO 2021048497A1 FR 2020051553 W FR2020051553 W FR 2020051553W WO 2021048497 A1 WO2021048497 A1 WO 2021048497A1
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cable
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Eric TODESCHINI
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Safran Electronics & Defense
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Definitions

  • the present invention relates to the field of autonomous aerial vehicles, and more particularly to the automatic landing and reloading of such vehicles.
  • Autonomous aerial vehicles such as for example Vertical Takeoff and Landing Aircraft ADAV (known by the acronym of VTOL for Vertical Takeoff and Landing Aircraft), have a limited autonomy which does not allow them to carry out missions. long-lasting without being recharged regularly. The battery of these air vehicles must therefore be changed regularly or, as a variant, the vehicles must be connected during the mission to one or more recharging stations.
  • ADAV Vertical Takeoff and Landing Aircraft
  • a charging station has already been proposed to charge a drone during a mission.
  • the drone is automatically guided to the recharging station and land there, then is electrically connected by a ground operator by wired or wireless way to the station in order to recharge its battery (s). Reloading therefore requires human intervention in order to connect the autonomous vehicle.
  • some autonomous vehicles are configured to perform missions in captive flight mode above the recharging station.
  • the drone is hovering above the station to serve as an observation point, communication relay, etc.
  • the recharging stations are then either fixed with respect to the ground, or mobile and for example on board a parked or slowly moving vehicle such as a boat.
  • the VTOL moves at an altitude of a few tens of meters while remaining electrically and mechanically connected to the recharging station via a cable, which allows the VTOL to fly continuously 24 hours a day. 24, 7 days a week.
  • the VTOL has to carry out a reconnaissance flight, it is necessary to disconnect it from the recharging station and then reconnect it manually when it returns to the station at the end of the mission.
  • An aim of the invention is to provide a system for automatically recharging an autonomous aerial vehicle which does not require manual intervention by an operator on the ground and whose size and mass do not penalize the aerial vehicle.
  • a system for recharging an autonomous aerial vehicle comprising:
  • a supply pole comprising a tip and first reloading means
  • a receiving basket comprising an internal wall delimiting a cavity configured to receive the tip of the supply pole, said receiving basket comprising second means of additional reloading of the first reloading means, one of the refueling pole and the receiving basket being mounted on the autonomous aerial vehicle while the other of the pole and the basket is mounted on the base, and
  • the centering means are formed in whole or in part by the end of the supply pole and / or the internal wall of the receiving basket.
  • All or part of the tip of the supply pole has a substantially convergent shape and / or all or part of the internal wall of the receiving basket has a substantially divergent shape, typically conical and / or frustoconical shapes.
  • the refueling pole is mounted on the base or on the autonomous aerial vehicle by means of at least one flexible element, preferably a set of springs.
  • the system further comprises a device for mechanically locking the supply pole in the receiving basket, said locking device being controlled by a controller.
  • the mechanical locking device comprises clamping jaws.
  • the second reloading means are mounted on the mechanical locking device and / or on the internal wall of the receiving basket.
  • system further comprises at least one presence sensor mounted on the autonomous aerial vehicle and / or on the base and configured to generate a signal when the refueling pole is housed in the receiving basket, the controller being configured to lock the locking means as a function of the signal generated by said presence sensor.
  • the supply pole is mounted on the base via a cable
  • said base further comprising a reel configured to wind and unwind the cable automatically
  • / or - the system further comprises a safety device comprising either a tension sensor configured to detect a tension applied to the cable or a pressure relief valve mounted on the locking device, the controller being configured to control the locking means according to a value of the tension measured by the tension sensor or the pressure measured by the pressure relief valve.
  • the invention also proposes a method for automatically recharging an autonomous aerial vehicle using a recharging system as described above, the method comprising the following steps: S1: guiding a autonomous aerial vehicle to base
  • the supply pole is mounted on the base via a cable, said base further comprising a reel configured to wind and unwind the cable automatically, the method further comprising the following steps, prior to the step S1:
  • Step S13 is initiated when a tension in the cable and / or when a locking pressure is greater than a predetermined threshold is detected.
  • FIG. 1 schematically illustrates a system for automatically reloading an autonomous aerial vehicle according to one embodiment of the invention, the autonomous aerial vehicle being in tethered flight mode.
  • FIG. 2 schematically illustrates the automatic recharging system of an autonomous aerial vehicle of Figure 1, the aerial autonomous vehicle being about to be electrically connected to the base.
  • FIG. 3 is a flowchart of steps in a method of automatically reloading an autonomous aerial vehicle in reloading mode according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a flowchart of steps in a method for automatically reloading an autonomous aerial vehicle in tethered flight mode according to one embodiment of the invention.
  • an autonomous aerial vehicle 2 comprises: - a frame 3 carrying one or more propellers actuated by one or more respective motors,
  • GPS type guidance means 4 (acronym for Global Positioning System, for global positioning satellite system 1), - a computer 5,
  • one or more video cameras 10 mounted on the frame 3 so as to point towards the ground when the autonomous aerial vehicle 2 is in operation, typically in flight,
  • a range finder 11 typically ultrasonic, mounted on the frame 3 so as to point towards the ground when the autonomous aerial vehicle 2 is in operation.
  • System 1 for automatic reloading of a drone 2 using the reloading system 1 will be described more particularly in the case of an autonomous aerial vehicle 2 of the drone type, typically a VTOL. This is not, however, limiting, the invention being applicable mutatis mutandis to any autonomous aerial vehicle such as, but not limited to, a crew drone, a taxi drone or even a packing drone (package deposit and delivery).
  • a recharging system 1 comprising:
  • refueling pole 21 comprising a body 22 and a tip 23 and first reloading means 24,
  • a receiving basket 12 comprising an internal wall 13 delimiting a cavity 14 configured to receive the end piece 23 of the supply pole 21 and of the second reloading means 15 and - Centering means 23, 13 of the supply pole 21 in the cavity 14 of the receiving basket 12.
  • One of the refueling pole 21 and the receiving basket 12 is mounted on the base 20 while the other is mounted on the drone 2.
  • the refueling pole 21 is mounted on the drone. base 20 in order to reduce the bulk of the system 1 within the drone 2.
  • the receiving basket 12 is then mounted on the drone 2.
  • the refueling pole 21 can however be mounted on the drone 2, in which case the supply basket is mounted on the base 20.
  • the invention will be described in the case where the supply pole 21 is mounted on the base 20 while the receiving basket 12 is mounted on the drone 2, without this being in any way limiting.
  • the centering means 23, 13 are formed in whole or in part by the end piece 23 of the supply pole 21 and / or by the internal wall 13 of the receiving basket 12. More precisely, all or part of the nozzle 23 has a substantially convergent shape and / or all or part of the internal wall 13 has a substantially divergent shape which can be complementary to that of the nozzle 23, in order to allow the progressive guidance of the nozzle 23 in the cavity 14 during their coupling.
  • the end piece 23 and the internal wall 13 may have a substantially conical or frustoconical shape.
  • only the end piece 23 or the wall can have such a conical or frustoconical shape, respectively, in order to form the centering means 23, 13, the other being able to be of any shape, by cylindrical or cylindrical example of revolution.
  • the entire internal wall 13 defining the cavity 14 of the nozzle 23 has a conical shape while the nozzle 23 has a frustoconical shape.
  • the internal wall 13 could have a bottom of conical or frustoconical shape and a mouth of any shape, while the end piece 23 is of frustoconical or conical shape and configured to penetrate into the cavity 14 and that the body 22 is of any shape or complementary to that of the mouthpiece.
  • the supply pole 21 is mounted on the base 20 by means of at least one element flexible 25, 26 such as one or more springs.
  • the maintenance of the end piece 23 on the base 20 is therefore flexible, which facilitates its insertion into the cavity 14 during the coupling of the base 20 with the drone 2 by increasing the tolerance on the centering of the end piece 23 in the cavity 14.
  • the base 20 may comprise a sheath configured to receive all or part of the body 22 of the bunker pole 21 so that the end piece 23 of the bunker pole 21 protrudes from the sheath and , more generally, of the base 20.
  • the sleeve is then itself placed in a chamber formed in the base 20 and held in position in this chamber by means of the spring or springs 25.
  • the sleeve can be held in position. suspension by one or more pairs of springs 25 placed two by two on either side of the sheath.
  • the choice of the stiffness of each spring 25, their number and their positioning relative to the sleeve makes it possible to adjust the flexibility of the connection between the sleeve (and therefore the supply pole 21) and the base 20.
  • the sleeve comprises or between a compressible element 26 (compression spring, foam, etc.) housed at the bottom of the sheath and configured to come into contact with the body 22 of the supply pole 21 when it is placed in the sheath.
  • the compressible element 26 When the refueling pole 21 is coupled with the receiving basket 12, the compressible element 26 thus makes it possible to increase the positioning tolerance of the drone 2 with respect to the base 20 by allowing vertical movement (Z axis ) of the bunker pole 21.
  • the set of springs 25 increases the positioning tolerance in the horizontal plane (X, Y) (generally parallel to the ground) while the compressible element 26 increases the following positioning tolerance the vertical axis.
  • the end of the body 22 of the bunker pole 21 which is opposite the nozzle 23 (and, where appropriate, comes into contact with the compressible element 26) may have a reduced section in order to facilitate the introduction of the refueling pole 21 in the sheath.
  • this end can be substantially frustoconical or hemispherical.
  • the recharging system 1 further comprises a locking device 27 for the supply pole 21 in the receiving basket 12 in order to ensure the electrical connection between the first and second recharging means 15.
  • This locking device 27 is controlled by a controller 18, which can be placed at the base 20, mounted on the drone 2 or placed at distance from the base 20 and from the drone 2, for example at a ground station separate from the base 20.
  • the controller 18 can be integrated into the computer 5 of the drone 2.
  • the locking device 27 comprises clamping jaws 28 configured to engage with one or more complementary supports 29 to lock the supply pole 21 in position in the cavity 14.
  • the clamping jaws 28 may in particular be actuated by respective motors.
  • each jaw 28 is mounted on the output shaft of a corresponding motor, typically a linear servomotor and electromagnets, by means of a spring 25, 26 in compression configured to apply said jaw 28 against the support 29 opposite and thus soften the connection between the end piece 23 and the receiving basket 12.
  • the clamping jaws 28 can be mounted on the supply pole 21 or in the cavity 14 of the receiving basket 12, the complementary supports 29 being mounted on the complementary part.
  • the jaws 28 are mounted on the internal wall 13, in the cavity 14 of the receiving basket 12, and the complementary supports 29 are mounted on the body 22 of the end piece 23.
  • the locking device 27 is placed at the level of the feet 17 of the drone 2 and / or on the base 20, in a zone located opposite the feet 16 when the end piece 23 is positioned. in the cavity 14 of the receiving basket 12. In this way, when the drone 2 is placed on the base 20, the locking device 27 blocks the feet 16 of the drone 2 and thus maintains it in position relative to the base 20.
  • the first and second recharging means 15, 24 can in particular comprise electrical contacts, electrical outlets, induction recharging coils, or any other suitable electrical connection means.
  • the first reloading means 24 can for example be placed on the portions of the end piece 23 which come into contact with the internal wall 13 of the cavity 14 and / or, where appropriate, on the supports 29 which come into contact with the clamping jaws 28, while the second reloading means 15 are placed in the areas facing the receiving basket 12, typically at the level of the conical (or frustoconical) part of the internal wall 13 and / or, where appropriate, clamping jaws 28.
  • the electrical contacts corresponding to the mass can be placed on the conical (or frustoconical) surfaces of the end piece 23 and of the internal wall 13 of the cavity 14 while the electrical contacts corresponding to the power supply 7 are placed on the supports 29 and in the jaws 28 of Tightening.
  • the reloading means 15, 24 are placed on the one hand at the level of the feet 16 of the drone 2 and on the other hand on the surface of the base 20, in a zone situated at sight of the feet 16 when the end piece 23 is positioned in the cavity 14 of the receiving basket 12. If necessary, the reloading means can be located at the level of the locking device 27 if the latter is at the level of the feet 16 of the drone 2 and / or base 20.
  • the control of the locking device 27 by the controller 18 can be triggered automatically or manually.
  • the recharging system 1 comprises a presence sensor 17 mounted on the drone 2 and / or on the base 20.
  • the presence sensor 17 can be placed near the pole. supply 21 and / or the receiving basket 12 and be configured to generate a signal when the refueling pole 21 is detected in the receiving basket 12.
  • the presence sensor 17 may in particular include an optical fork configured to generate a signal (voltage) upon detection of the bunker pole 21 in the cavity 14, or vice versa.
  • the presence sensor 17 can in particular be adjusted so that such a signal is generated when the end piece 23 is centered and in the locking position in the cavity 14 of the receiving basket 12.
  • the controller 18 is then configured to lock the means. lock on receipt of this presence signal. This embodiment thus makes it possible to automatically lock the supply pole 21 in the receiving basket 12, when the end piece 23 is in position in the cavity 14.
  • the controller 18 can be controlled remotely from a ground station, for example by an operator.
  • the operator can control the controller 18 so that it actuates the means of locking.
  • An autonomous aerial vehicle 2, and in particular a drone 2 of the VTOL type can in particular have three operating modes: the reloading mode on the base 20, the captive flight mode, and the autonomous mode.
  • drone 2 In captive flight mode, drone 2 is hovering above base 20.
  • the supply pole 21 is connected to the base 20 by means of a cable 19 which can be unwound and wound up automatically in order to adjust the length of the cable 19 to the altitude necessary for the mission.
  • the cable 19 is mounted on a reel 30 housed in the base 20 which is actuated, for winding and unwinding of the cable 19, by a dedicated motor 31.
  • the cable 19 can also be used to allow PLC communication between the drone 2 and the base 20, without going through the communication interface. Data exchanges are therefore more discreet.
  • the controller 18 can automatically release the supply pole 21 by commanding the unlocking of the locking device 27.
  • the supply pole 21 then falls to the ground or to the base 20, which allows the drone 2 to move away from the base 20 and carry out its mission autonomously.
  • the reel 30 can then automatically wind the cable 19 to bring the pole back into its sheath, with a view to a subsequent electrical connection of the drone 2.
  • the base 20 further comprises a detector positioned at the level of the sheath or in said sheath. and configured to detect that the supply pole 21 is correctly inserted into the sheath in order to allow the automatic stopping of the reel 30.
  • the drone 2 is placed above the base 20 so as to substantially align the supply pole 21 with the receiving basket 12, then lands on it, which has the effect of bringing the first and second reloading means 15 into contact. If necessary, the controller 18 can lock the locking device 27.
  • the procedure for coupling the drone 2 with the base 20 will be detailed in more detail below.
  • the base 20 further comprises a security device 31 configured to unlock the security system 1 and release the drone 2 when it is in captive flight mode, to prevent it from remaining hooked to the base 20 and risk to be it damaged in hostile conditions, for example in the event of strong wind gusts.
  • a security device 31 configured to unlock the security system 1 and release the drone 2 when it is in captive flight mode, to prevent it from remaining hooked to the base 20 and risk to be it damaged in hostile conditions, for example in the event of strong wind gusts.
  • the safety device 32 can in particular comprise a tension sensor 32 (as illustrated in Figures 1 and 2) of the cable 19 (as illustrated in Figures 1 and 2) configured to determine a voltage applied to the cable 19 or, as a variant, a pressure limiter placed at the level of the locking means, typically at the level of the clamping jaws 28.
  • the safety device 32 is connected to the controller 18 so that when the tension of the cable 19 or the pressure applied to the jaws 28 exceeds a predetermined threshold, the controller 18 commands the locking device 27 to unlock it to release the drone 2
  • the supply pole 21 then falls to the ground or on the base 20, which allows the drone 2 to move away from the base 20.
  • the reel 30 can then automatically wind the cable 19 to bring the pole back into its sheath. , with a view to a future electrical connection of the drone 2.
  • the receiving basket 12 being mounted on the base 20, the reel 30, its motor 31 and the safety device 32 are mounted in the drone 2.
  • the automatic reloading of a drone 2 of an automatic reloading system 1 according to the invention can be carried out in accordance with the following steps.
  • the supply pole 21 is in the retracted position, that is to say housed in the sheath of the base 20, the cable 19 being wound on the reel 30. Its end piece 23 nevertheless protrudes. of the sheath in order to allow its coupling with the receiving basket 12 of the drone 2.
  • the drone 2 is guided to base 20, for example using its guidance means 4 (GPS type) and / or its inertial navigation system 1 9, 10.
  • the drone 2 is positioned vertically above the base 20 so that the supply pole 21 is located substantially in front of the receiving basket 12.
  • the precision of the guidance by the current guidance means 4 and / or the inertial navigation system 9 being generally between one meter and ten meters, this guidance alone is not currently sufficient to place the drone 2 on the base 20
  • an alignment system 1 can therefore be used to align the drone 2 and the base 20 with a view to making the drone 2 land automatically on the base 20 of the boom. refueling 21 with the receiving basket 12.
  • the alignment system 1 is an optical system 1 comprising the video camera (s) 10, the range finder 11 and the inertial navigation system 9.
  • the base 20 comprises by elsewhere one or more known geometric patterns fixed on its surface.
  • the video camera 10 of the drone 2 then captures images comprising these patterns and sends them to the computer 5 which, by correlation with images recorded in its memory, deduces therefrom the position of the drone 2 relative to the base 20 and guides it to that the drone 2 is substantially aligned with the base 20 and that the supply pole 21 is located substantially vertical to the receiving basket 12 (along the Z axis).
  • This alignment step S2 being conventional, it will not be further detailed here.
  • the alignment precision using an optical alignment system 1 between the base 20 and the drone 2, and more precisely between the refueling pole 21 and the receiving basket 12, is of the order of two centimeters.
  • step S3 the end piece 23 of the refueling pole 21 is centered relative to the cavity 14 of the receiving basket 12 and the drone 2 lands on the base 20 so that the refueling pole 21 gradually enters the receiving basket 12.
  • step S3 is carried out mechanically during the landing of the drone 2 on the base 20. Indeed, it is recalled that the drone 2 is generally positioned so that the supply pole 21 is located substantially vertical to the receiving basket 12.
  • the refueling pole 21 When from the landing of the drone 2, the refueling pole 21, therefore gradually enters the cavity 14 of the receiving basket 12 during the final approach of the drone 2 thanks to the guidance of the conical / frustoconical parts of the nozzle 23 and / or the internal wall 13 of the receiving basket 12.
  • This penetration can if necessary be facilitated by the flexible connection between the sheath and the base 20 (element compressible 26 and / or set of springs), which increases the alignment tolerance between the bunker pole 21 and the receiving basket 12 by about one to three centimeters.
  • the drone 2 can be locked on the base 20, automatically or manually.
  • the controller 18 controls the engagement of the jaws 28 of the receiving basket 12 against the supports 29 of the refueling pole 21. following step S3.
  • the detection of the supply pole 21 in the receiving basket 12 can be carried out either by the presence sensor 17, in which case the locking of the drone 2 on the base 20 can be automatic, or by an operator.
  • the drone 2 is electrically connected to the base 20 by connecting the first recharging means 24 with the second recharging means 15.
  • the electrical connection is carried out at the time of the landing of the drone 2 and of the mechanical coupling of the refueling pole 21 with the receiving basket 12.
  • the electrical connection is also made when locking the locking device 27.
  • the drone 2 is then in recharging mode, that is to say placed on the base 20 and electrically connected to it in order to recharge its battery (s) 6.
  • the cable 19 is gradually unwound in order to allow the drone 2 to fly over the base 20.
  • the unwinding of the cable 19 can be carried out by the drone 2 itself. - even by applying to the cable 19 a voltage greater than a resistance voltage of the reel 30 and less than the predetermined safety threshold of the reel 30, or alternatively by the reel 30 itself on instructions from the computer 5 from the drone 2 or from the ground station.
  • the unwound length of the cable 19 substantially corresponds to the altitude of the drone 2 during the mission in captive flight mode.
  • the safety device 32 sends a signal to the controller 18 so that it unlocks the locking device 27.
  • the refueling pole 21 then falls to the ground or onto the base 20, which frees the drone 2 and allows it to move away from the base 20.
  • the reel 30 coils the cable 19 to bring the supply pole 21 back into its sheath.
  • the introduction of the supply pole 21 into the sheath can in particular be facilitated by the reduced section of the end of the body 22 of the pole.
  • Step S14 can be initiated automatically or manually.
  • the safety device 32 comprises a tension sensor 32 of the cable 19 or a pressure limiter
  • said device can also be configured to detect the coupling fault between the supply pole 21 and the receiving basket 12.
  • the coupling fault signal can then be communicated, for example, to a dedicated controller 18 which controls the winding of the cable 19.
  • the controller 18 stops the winding of the cable 19 when the dedicated detector detects that the pole of. refueling 21 is in the scabbard.
  • the winding of the cable 19 can be controlled remotely by an operator.

Abstract

La présente invention concerne un système (1) de rechargement d'un véhicule autonome aérien comprenant : - une base (20), - une perche d'avitaillement (21) comprenant un embout (23) et des premiers moyens de rechargement (24), - un panier de réception (12) comprenant une paroi interne (13) délimitant une cavité (14) configurée pour recevoir l'embout (23) de la perche d'avitaillement (21), ledit panier de réception (12) comprenant des deuxièmes moyens de rechargement complémentaires des premiers moyens de rechargement (24), l'un parmi la perche d'avitaillement (21) et le panier de réception (12) étant monté sur le véhicule autonome aérien tandis que l'autre parmi la perche et le panier est monté sur la base (20), et - des moyens de centrage (13, 23) de l'embout (23) de la perche d'avitaillement (21) dans la cavité (14) du panier de réception (12).

Description

Station automatique d’avitaillement d’un véhicule autonome aérien
DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des véhicules aériens autonomes, et plus particulièrement l’atterrissage et le rechargement automatique de tels véhicules.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les véhicules autonomes aériens, tels que par exemple les Aéronefs à Décollage et Atterrissage Verticaux ADAV (connus sous l’acronyme anglais de VTOL pour Vertical Takeoff and Landing Aircraft), ont une autonomie limitée ne leur permettant pas de réaliser des missions de longue durée sans être rechargés régulièrement. La batterie de ces véhicules aériens doit donc être changée régulièrement ou, en variante, les véhicules doivent être raccordés au cours de la mission sur une ou plusieurs stations de rechargement.
Il a déjà été proposé une station de rechargement permettant de recharger un drone au cours d’une mission. Pour cela, le drone est guidé automatiquement vers la station de rechargement et y atterrir, puis est raccordé électriquement par un opérateur au sol par voie filaire ou non filaire à la station afin de recharger sa ou ses batteries. Le rechargement nécessite donc une intervention humaine afin de raccorder le véhicule autonome.
En parallèle, certains véhicules autonomes, en particulier les VTOL, sont configurés pour effectuer des missions en mode vol captif au-dessus de la station de rechargement. Pendant ces missions, le drone est en vol stationnaire au-dessus de la station afin de servir de point d’observation, de relai de communication, etc. Les stations de rechargement sont alors soit fixes par rapport au sol, soit mobiles et par exemple embarquées à bord d’un véhicule en stationnement ou en mouvement lent tel qu’un bateau. En mode vol captif, le VTOL évolue à une altitude de quelques dizaines de mètres tout en restant raccordé électriquement et mécaniquement à la station de rechargement par l’intermédiaire d’un câble, ce qui permet de faire voler le VTOL de manière continue 24h/24, 7 jours sur 7. Toutefois, lorsque le VTOL doit effectuer un vol de reconnaissance, il est nécessaire de le déconnecter de la station de rechargement puis de le reconnecter manuellement lors de son retour sur la station en fin de mission. EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un système permettant de recharger automatiquement un véhicule autonome aérien qui ne requiert pas d’intervention manuelle d’un opérateur au sol et dont l’encombrement et la masse ne pénalisent pas le véhicule aérien. II est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, un système de rechargement d’un véhicule autonome aérien comprenant :
- une base,
- une perche d’avitaillement comprenant un embout et des premiers moyens de rechargement, - un panier de réception comprenant une paroi interne délimitant une cavité configurée pour recevoir l’embout de la perche d’avitaillement, ledit panier de réception comprenant des deuxième moyens de rechargement complémentaires des premiers moyens de rechargement, l’un parmi la perche d’avitaillement et le panier de réception étant monté sur le véhicule autonome aérien tandis que l’autre parmi la perche et le panier est monté sur la base, et
- des moyens de centrage de l’embout de la perche d’avitaillement dans la cavité du panier de réception.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du système selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- les moyens de centrage sont formés en tout ou partie par l’embout de la perche d’avitaillement et/ou la paroi interne du panier de réception.
- tout ou partie de l’embout de la perche d’avitaillement présente une forme sensiblement convergente et/ou tout ou partie de la paroi interne du panier de réception présente une forme sensiblement divergente, typiquement des formes coniques et/ou tronconiques.
- la perche d’avitaillement est montée sur la base ou sur le véhicule autonome aérien par l’intermédiaire d’au moins un élément souple, de préférence un ensemble de ressorts. - le système comprend en outre un dispositif de verrouillage mécanique de la perche d’avitaillement dans le panier de réception, ledit dispositif de verrouillage étant commandé par un contrôleur.
- le dispositif de verrouillage mécanique comprend des mâchoires de serrage. - les deuxièmes moyens de rechargement sont montés sur le dispositif de verrouillage mécanique et/ou sur la paroi interne du panier de réception.
- le système comprend en outre au moins un capteur de présence monté sur le véhicule autonome aérien et/ou sur la base et configuré pour générer un signal lorsque la perche d’avitaillement est logée dans le panier de réception, le contrôleur étant configuré pour verrouiller les moyens de verrouillage en fonction du signal généré par ledit capteur de présence.
- la perche d’avitaillement est montée sur la base par l’intermédiaire d’un câble, ladite base comprenant en outre un enrouleur configuré pour enrouler et de dérouler le câble automatiquement et/ou - le système comprend en outre un dispositif de sécurité comprenant soit un capteur de tension configuré pour détecter une tension appliquée au câble soit un limiteur de pression monté sur le dispositif de verrouillage, le contrôleur étant configuré pour commander les moyens de verrouillage en fonction d’une valeur de la tension mesurée par le capteur de tension ou de la pression mesurée par le limiteur de pression.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose également un procédé de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien à l’aide d’un système de rechargement comme décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes : S1 : guidage d’un véhicule autonome aérien jusqu’à la base
52 : positionnement du véhicule autonome aérien verticalement au-dessus de la base, de sorte que la perche d’avitaillement se trouve sensiblement en face du panier de réception
53 : centrage de l’embout de la perche d’avitaillement par rapport à la cavité du panier de réception et atterrissage du véhicule autonome sur la base, la perche d’avitaillement entrant progressivement dans le panier de réception et
54 : raccordement électrique du véhicule autonome aérien sur la base par connexion des premiers moyens de rechargement avec les deuxièmes moyens de rechargement. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé selon le deuxième aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- la perche d’avitaillement est montée sur la base par l’intermédiaire d’un câble, ladite base comprenant en outre un enrouleur configuré pour enrouler et de dérouler le câble automatiquement, le procédé comprenant en outre les étapes suivantes, préalablement à l’étape S1 :
510 : verrouillage de la perche d’avitaillement dans le panier de réception
511 : déroulement du câble pour permettre au véhicule autonome aérien de survoler la base en mode vol captif S13 : libération de la perche d’avitaillement du panier de réception
S14 : enroulement du câble pour ramener la perche d’avitaillement sur la base.
- l’étape S13 est initiée lorsqu’une tension du câble et/ou lorsqu’une pression de verrouillage sont supérieures à un seuil prédéterminé est détectée. DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre de façon schématique un système de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule autonome aérien étant en mode vol captif.
La figure 2 illustre de façon schématique le système de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien de la figure 1, le véhicule autonome aérien étant sur le point de se raccorder électriquement à la base. La figure 3 est un organigramme d’étapes d’un procédé de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien en mode rechargement selon une forme de réalisation de l’invention.
La figure 4 est un organigramme d’étapes d’un procédé de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien en mode vol captif selon une forme de réalisation de l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
De manière connue en soi, un véhicule autonome aérien 2 comprend : - un châssis 3 portant une ou plusieurs hélices actionnées par un ou des moteurs respectifs,
- des moyens de guidage 4 type GPS (acronyme anglais de Global Positioning System, pour système 1 de positionnement mondial par satellite), - un calculateur 5,
- une ou plusieurs batteries 6 connectées à un système d’alimentation 7 du véhicule aérien 2,
- des moyens de communication 8 avec une station au sol, typiquement une interface radiofréquence, - un système de navigation inertielle 9 du type centrale inertielle et baromètre,
- optionnellement, une ou plusieurs caméras vidéo 10, montées sur le châssis 3 de sorte à pointer vers le sol lorsque le véhicule autonome aérien 2 est en fonctionnement, typiquement en vol,
- optionnellement, un télémètre 11 , typiquement à ultrason, monté sur le châssis 3 de sorte à pointer vers le sol lorsque le véhicule autonome aérien 2 est en fonctionnement.
Système 1 de rechargement automatique d’un drone 2 à l’aide du système 1 de rechargement Dans ce qui suit, l’invention sera décrite plus particulièrement dans le cas d’un véhicule autonome aérien 2 du type drone, typiquement un VTOL. Ceci n’est cependant pas limitatif, l’invention s’appliquant mutatis mutandis à tout véhicule autonome aérien tels que, de manière non exhaustive, un drone équipier, un drone taxi ou encore un drone de colisage (dépôt et livraison de paquet). Afin de permettre le rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien 2, par exemple d’un drone 2, ne nécessitant pas l’intervention d’un opérateur au sol, l’invention propose un système 1 de rechargement comprenant :
- une base 20 de rechargement,
- une perche d’avitaillement 21 comprenant un corps 22 et un embout 23 et des premiers moyens de rechargement 24,
- un panier de réception 12 comprenant une paroi interne 13 délimitant une cavité 14 configurée pour recevoir l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 et des deuxièmes moyens de rechargement 15 et - des moyens de centrage 23, 13 de la perche d’avitaillement 21 dans la cavité 14 du panier de réception 12.
L’un parmi la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12 est monté sur la base 20 tandis que l’autre est monté sur le drone 2. Dans une forme de réalisation, la perche d’avitaillement 21 est montée sur la base 20 afin de réduire l’encombrement du système 1 au sein du drone 2. Dans cette forme de réalisation, le panier de réception 12 est alors monté sur le drone 2. En variante, la perche d’avitaillement 21 peut toutefois être montée sur le drone 2, auquel cas le panier d’avitaillement est monté sur la base 20. Dans ce qui suit, et par souci de simplification de la description, l’invention sera décrite dans le cas où la perche d’avitaillement 21 est montée sur la base 20 tandis que le panier de réception 12 est monté sur le drone 2, sans que cela ne soit aucunement limitatif.
Dans une forme de réalisation, les moyens de centrage 23, 13 sont formés en tout ou partie par l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 et/ou par la paroi interne 13 du panier de réception 12. Plus précisément, tout ou partie de l’embout 23 présente une forme sensiblement convergente et/ou tout ou partie de la paroi interne 13 présente une forme sensiblement divergente qui peut être complémentaire de celle de l’embout 23, afin de permettre le guidage progressif de l’embout 23 dans la cavité 14 lors de leur accouplement. Par exemple, l’embout 23 et la paroi interne 13 peuvent présenter une forme sensiblement conique ou tronconique. On notera que, dans une variante de réalisation, seul l’embout 23 ou la paroi peut présenter une telle forme conique ou tronconique, respectivement, afin de former les moyens de centrage 23, 13, l’autre pouvant être de forme quelconque, par exemple cylindrique ou cylindrique de révolution.
Dans l’exemple illustré sur les figures, toute la paroi interne 13 délimitant la cavité 14 de l’embout 23 présente une forme conique tandis que l’embout 23 présente une forme tronconique. En variante, la paroi interne 13 pourrait présenter un fond de forme conique ou tronconique et une embouchure de forme quelconque, tandis que l’embout 23 est de forme tronconique ou conique et configurée pour pénétrer dans la cavité 14 et que le corps 22 est de forme quelconque ou complémentaire de celle de l’embouchure.
Afin de faciliter encore le centrage de l’embout 23 dans la cavité 14, la perche d’avitaillement 21 est montée sur la base 20 par l’intermédiaire d’au moins un élément souple 25, 26 tel qu’un ou plusieurs ressorts. Le maintien de l’embout 23 sur la base 20 est donc souple, ce qui facilite son insertion dans la cavité 14 lors de l’accouplement de la base 20 avec le drone 2 en augmentant la tolérance sur le centrage de l’embout 23 dans la cavité 14. Par exemple, la base 20 peut comprendre un fourreau configuré pour recevoir tout ou partie du corps 22 de la perche d’avitaillement 21 de sorte que l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 fasse saillie de du fourreau et, plus généralement, de la base 20. Le fourreau est alors lui-même placé dans une chambre formée dans la base 20 et maintenu en position dans cette chambre par l’intermédiaire du ou des ressorts 25. Typiquement, le fourreau peut être maintenu en suspension par une ou plusieurs paires de ressorts 25 placés deux à deux de part et d’autre du fourreau. Le choix de la raideur de chaque ressort 25, leur nombre et leur positionnement par rapport au fourreau permet d’ajuster la souplesse de la liaison entre le fourreau (et donc la perche d’avitaillement 21) et la base 20. Optionnellement, le fourreau comprend ou entre un élément compressible 26 (ressort en compression, mousse, etc.) logé au fond du fourreau et configuré pour venir en contact avec le corps 22 de la perche d’avitaillement 21 lorsqu’elle est placée dans le fourreau. Lors de l’accouplement de la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12, l’élément compressible 26 permet ainsi d’augmenter la tolérance de positionnement du drone 2 par rapport à la base 20 en permettant un débattement vertical (axe Z) de la perche d’avitaillement 21. Ainsi, l’ensemble de ressorts 25 augmente la tolérance de positionnement dans le plan horizontal (X, Y) (globalement parallèle au sol) tandis que l’élément compressible 26 augmente la tolérance de positionnement suivant l’axe vertical. L’extrémité du corps 22 de la perche d’avitaillement 21 qui est opposée à l’embout 23 (et, le cas échéant, vient en contact avec l’élément compressible 26) peut présenter une section réduite afin de faciliter l’introduction de la perche d’avitaillement 21 dans le fourreau. Par exemple, cette extrémité peut être sensiblement tronconique ou hémisphérique. Optionnellement, le système 1 de rechargement comprend en outre un dispositif de verrouillage 27 de la perche d’avitaillement 21 dans le panier de réception 12 afin d’assurer la connexion électrique entre les premiers et deuxièmes moyens de rechargement 15. Ce dispositif de verrouillage 27 est commandé par un contrôleur 18, qui peut être placé au niveau de la base 20, monté sur le drone 2 ou placé à distance de la base 20 et du drone 2, par exemple au niveau d’une station au sol distincte de la base 20. Par exemple, le contrôleur 18 peut être intégré au calculateur 5 du drone 2.
Dans une forme de réalisation, le dispositif de verrouillage 27 comprend des mâchoires 28 de serrage configurées pour venir en prise avec un ou plusieurs supports 29 complémentaires pour bloquer la perche d’avitaillement 21 en position dans la cavité 14. Les mâchoires 28 de serrage peuvent notamment être actionnées par des moteurs respectifs. Le cas échéant, chaque mâchoire 28 est montée sur l’arbre de sortie d’un moteur correspondant, typiquement d’un servomoteur linéaire et des électroaimants, par l’intermédiaire d’un ressort 25, 26 en compression configuré pour appliquer ladite mâchoire 28 contre le support 29 en regard et assouplir ainsi la liaison entre l’embout 23 et le panier de réception 12.
Les mâchoires 28 de serrage peuvent être montées sur la perche d’avitaillement 21 ou dans la cavité 14 du panier de réception 12, les supports 29 complémentaires étant montés sur la partie complémentaire. De préférence, les mâchoires 28 sont montées sur la paroi interne 13, dans la cavité 14 du panier de réception 12, et les supports 29 complémentaires sont montés sur le corps 22 de l’embout 23.
Dans une variante de réalisation non illustrée sur les figures, le dispositif de verrouillage 27 est placé au niveau des pieds 17 du drone 2 et/ou sur la base 20, dans une zone située en regard des pieds 16 lorsque l’embout 23 est positionné dans la cavité 14 du panier de réception 12. De la sorte, lorsque le drone 2 est posé sur la base 20, le dispositif de verrouillage 27 bloque les pieds 16 du drone 2 et le maintient ainsi en position par rapport à la base 20.
Les premiers et les deuxièmes moyens de rechargement 15, 24 peuvent notamment comprendre des contacts électriques, des prises électriques, des bobinages de rechargement par induction, ou tout autre moyen de connexion électrique adapté. Les premiers moyens de rechargement 24 peuvent par exemple être placés sur les portions de l’embout 23 qui entrent en contact avec la paroi interne 13 de la cavité 14 et/ou, le cas échéant, sur les supports 29 qui entrent en contact avec les mâchoires 28 de serrage, tandis que les deuxièmes moyens de rechargement 15 sont placés dans les zones en regard du panier de réception 12, typiquement au niveau de la partie conique (ou tronconique) de la paroi interne 13 et/ou, le cas échéant, des mâchoires 28 de serrage. Par exemple, dans le cas de moyens de rechargement 15, 24 comprenant des contacts électriques, les contacts électriques correspondant à la masse peuvent être placés sur les surfaces coniques (ou tronconiques) de l’embout 23 et de la paroi interne 13 de la cavité 14 tandis que les contacts électriques correspondant à l'alimentation 7 sont placés sur les supports 29 et dans les mâchoires 28 de serrage. Dans une variante de réalisation non illustrée sur les figures, les moyens de rechargement 15, 24 sont placés d’une part au niveau des pieds 16 du drone 2 et d’autre part à la surface de la base 20, dans une zone située en regard des pieds 16 lorsque l’embout 23 est positionné dans la cavité 14 du panier de réception 12. Le cas échéant, les moyens de rechargement peuvent être localisés au niveau du dispositif de verrouillage 27 si celui-ci est au niveau des pieds 16 du drone 2 et/ou de la base 20.
La commande du dispositif de verrouillage 27 par le contrôleur 18 peut être déclenchée automatiquement ou manuellement.
Pour cela, dans une première forme de réalisation, le système 1 de rechargement comprend un capteur de présence 17 monté sur le drone 2 et/ou sur la base 20. Par exemple, le capteur de présence 17 peut être placé à proximité de la perche d’avitaillement 21 et/ou du panier de réception 12 et être configuré pour générer un signal lorsque la perche d’avitaillement 21 est détectée dans le panier de réception 12. Le capteur de présence 17 peut notamment comprendre une fourche optique configurée pour générer un signal (tension) lors de la détection de la perche d’avitaillement 21 dans la cavité 14, ou inversement. Le capteur de présence 17 peut en particulier être réglé pour qu’un tel signal soit généré lorsque l’embout 23 est centré et en position de verrouillage dans la cavité 14 du panier de réception 12. Le contrôleur 18 est alors configuré pour verrouiller les moyens de verrouillage à réception de ce signal de présence. Cette forme de réalisation permet ainsi de verrouiller automatiquement la perche d’avitaillement 21 dans le panier de réception 12, lorsque l’embout 23 est en position dans la cavité 14.
Dans une deuxième forme de réalisation, le contrôleur 18 peut être commandé à distance depuis une station au sol, par exemple par un opérateur. En particulier, lorsque le drone 2 est en position sur la base 20 et que la perche d’avitaillement 21 est placée dans la cavité 14 du panier de réception 12, l’opérateur peut commander le contrôleur 18 afin qu’il actionne les moyens de verrouillage. Un véhicule autonome aérien 2, et en particulier un drone 2 du type VTOL, peut présenter notamment trois modes de fonctionnement : le mode rechargement sur la base 20, le mode vol captif, et le mode autonome.
En mode vol captif, le drone 2 est en vol stationnaire au-dessus de la base 20. Afin de permettre au drone 2 de rester dans ce mode pendant une durée supérieure à son autonomie sans nécessiter d’atterrir sur la base 20 pour le recharger, la perche d’avitaillement 21 est raccordée à la base 20 par l’intermédiaire d’un câble 19 qui peut être déroulé et enroulé automatiquement afin d’ajuster la longueur du câble 19 à l’altitude nécessaire pour la mission. Pour cela, le câble 19 est monté sur un enrouleur 30 logé dans la base 20 qui est actionné, pour l’enroulement et le déroulement du câble 19, par un moteur dédié 31.
Le cas échéant, le câble 19 peut en outre être utilisé afin de permettre une communication CPL entre le drone 2 et la base 20, sans passer par l’interface de communication. Les échanges de données sont donc plus discrets. Lorsque le drone 2 doit passer en mode autonome afin d’effectuer une mission à distance de la base 20, le contrôleur 18 peut automatiquement libérer la perche d’avitaillement 21 en commandant le déverrouillage du dispositif de verrouillage 27. La perche d’avitaillement 21 tombe alors au sol ou sur la base 20, ce qui permet au drone 2 de s’écarter de la base 20 et d’effectuer sa mission de manière autonome. L’enrouleur 30 peut ensuite enrouler automatiquement le câble 19 pour ramener la perche dans son fourreau, en vue d’un prochain raccordement électrique du drone 2. Optionnellement, la base 20 comprend en outre un détecteur positionné au niveau du fourreau ou dans ledit fourreau et configuré pour détecter que la perche d’avitaillement 21 est correctement introduite dans le fourreau afin de permettre l’arrêt automatique de l’enrouleur 30.
Une fois la mission effectuée, le drone 2 vient se placer au-dessus de la base 20 de sorte à aligner sensiblement la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12, puis atterrit sur celle-ci, ce qui a pour effet de mettre en contact les premiers et deuxièmes moyens de rechargement 15. Le cas échéant, le contrôleur 18 peut verrouiller le dispositif de verrouillage 27. La procédure d’accouplement du drone 2 avec la base 20 sera détaillée davantage dans ce qui suit.
De manière optionnelle, la base 20 comprend en outre un dispositif de sécurité 31 configuré pour déverrouiller le système 1 de sécurité et libérer le drone 2 lorsqu’il est en mode vol captif, pour éviter qu’il ne reste accroché à la base 20 et risque d’être il endommagé en conditions hostiles, par exemple en cas de rafales de vent importantes.
Le dispositif de sécurité 32 peut notamment comprendre un capteur de tension 32 (comme illustré Figures 1 et 2) du câble 19 (comme illustré Figures 1 et 2) configuré pour déterminer une tension appliquée au câble 19 ou, en variante, un limiteur de pression placé au niveau des moyens de verrouillage, typiquement au niveau des mâchoires 28 de serrage. Le dispositif de sécurité 32 est connecté au contrôleur 18 de sorte que, lorsque la tension du câble 19 ou la pression appliquée aux mâchoires 28 dépasse un seuil prédéterminé, le contrôleur 18 commande le dispositif de verrouillage 27 afin de le déverrouiller pour libérer le drone 2. La perche d’avitaillement 21 retombe alors au sol ou sur la base 20, ce qui permet au drone 2 de s’écarter de la base 20. L’enrouleur 30 peut ensuite enrouler automatiquement le câble 19 pour ramener la perche dans son fourreau, en vue d’un prochain raccordement électrique du drone 2. Bien entendu, dans le cas où la perche d’avitaillement 21 est montée sur le drone 2, le panier de réception 12 étant monté sur la base 20, l’enrouleur 30, son moteur 31 et le dispositif de sécurité 32 sont montés dans le drone 2.
Procédé de rechargement automatique S d’un drone 2 à l’aide du système 1 de rechargement
Le rechargement automatique d’un drone 2 d’un système 1 de rechargement automatique conforme à l’invention peut être effectué conformément aux étapes suivantes.
Au préalable, on notera que la perche d’avitaillement 21 est en position escamotée, c’est-à-dire logée dans le fourreau de la base 20, le câble 19 étant enroulé sur l’enrouleur 30. Son embout 23 fait cependant saille du fourreau afin de permettre son accouplement avec le panier de réception 12 du drone 2.
Au cours d’une étape S1 , le drone 2 est guidé jusqu’à la base 20, par exemple à l’aide de ses moyens de guidage 4 (type GPS) et/ou de son système 1 de navigation inertielle 9, 10.
Au cours d’une étape S2 (Figure 2), le drone 2 est positionné verticalement au-dessus de la base 20 de sorte que la perche d’avitaillement 21 se trouve sensiblement en face du panier de réception 12. La précision du guidage par les moyens de guidage 4 et/ou le système de navigation inertielle 9 actuels étant généralement comprise entre un mètre et une dizaine de mètres, ce seul guidage n’est actuellement pas suffisant pour poser le drone 2 sur la base 20. De manière conventionnelle, suite à l’étape S1 de guidage, un système 1 d’alignement peut donc être utilisé pour aligner le drone 2 et la base 20 en vue de faire atterrir le drone 2 automatiquement sur la base 20 la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12. Dans une forme de réalisation, le système 1 d’alignement est un système 1 optique comprenant la ou des caméras vidéo 10, le télémètre 11 et le système de navigation inertielle 9. La base 20 comprend par ailleurs un ou plusieurs motifs géométriques connus fixés sur sa surface. La caméra vidéo 10 du drone 2 capture alors des images comprenant ces motifs et les envoie au calculateur 5 qui, par corrélation avec des images enregistrés dans sa mémoire, en déduit la position du drone 2 par rapport à la base 20 et le guide jusqu’à ce que le drone 2 soit sensiblement aligné avec la base 20 et que la perche d’avitaillement 21 se trouve sensiblement à la verticale du panier de réception 12 (suivant l’axe Z).
Cette étape S2 d’alignement étant conventionnelle elle ne sera pas davantage détaillée ici.
La précision d’alignement à l’aide d’un système 1 d’alignement optique entre la base 20 et le drone 2, et plus précisément entre la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12, est de l’ordre de deux centimètres.
Au cours d’une étape S3, l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 est centré par rapport à la cavité 14 du panier de réception 12 et le drone 2 atterrit sur la base 20 de sorte que la perche d’avitaillement 21 entre progressivement dans le panier de réception 12. Lorsque la fonction des moyens de centrage 23, 13 est réalisée par la forme (conique ou tronconique, par exemple) de l’embout 23 et/ou de la paroi interne 13, l’étape S3 est réalisée mécaniquement lors de l’atterrissage du drone 2 sur la base 20. En effet, on rappelle que le drone 2 est globalement positionné de sorte que la perche d’avitaillement 21 se trouve sensiblement à la verticale du panier de réception 12. Lors de l’atterrissage du drone 2, la perche d’avitaillement 21, pénètre donc progressivement dans la cavité 14 du panier de réception 12 lors de l’approche finale du drone 2 grâce au guidage des parties coniques/tronconiques de l’embout 23 et/ou de la paroi interne 13 du panier de réception 12. Cette pénétration peut le cas échéant être facilitée par la liaison souple entre le fourreau et la base 20 (élément compressible 26 et/ou ensemble de ressorts), qui augmente la tolérance d’alignement entre la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12 d’environ un à trois centimètres.
Optionnellement, au cours d’une étape S10, le drone 2 peut être verrouillé sur la base 20, de manière automatique ou manuelle.
Pour cela, lorsque le système 1 de rechargement comprend un dispositif de verrouillage 27, typiquement des mâchoires 28 de serrage, le contrôleur 18 commande la mise en prise des mâchoires 28 du panier de réception 12 contre les supports 29 de la perche d’avitaillement 21 suite à l’étape S3. La détection de la perche d’avitaillement 21 dans le panier de réception 12 peut être effectuée soit par le capteur de présence 17, auquel cas le verrouillage du drone 2 sur la base 20 peut être automatique, soit par un opérateur.
Au cours d’une étape S4 (Figure 1), le drone 2 est raccordé électriquement à la base 20 par connexion des premiers moyens de rechargement 24 avec les deuxièmes moyens de rechargement 15.
Dans le cas où les moyens de rechargement sont placés au niveau des pieds 16 du drone 2 (respectivement, à la surface de la base 20) ou sur la paroi interne 13 (respectivement, sur la perche d’avitaillement 21), le raccordement électrique est effectué au moment de l’atterrissage du drone 2 et de l’accouplement mécanique de la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12.
Le cas échéant, lorsque au moins une partie des moyens de rechargement sont portés par le dispositif de verrouillage 27, le raccordement électrique est également réalisé lors du verrouillage du dispositif de verrouillage 27.
Le drone 2 est alors en mode rechargement, c’est-à-dire posé sur la base 20 et raccordé électriquement à celle-ci afin de recharger sa ou ses batteries 6.
Lorsque le drone 2 doit passer en mode vol captif, au cours d’une étape S11 , le câble 19 est déroulé progressivement afin de permettre au drone 2 de survoler la base 20. Le déroulement du câble 19 peut être effectué par le drone 2 lui-même en appliquant sur le câble 19 une tension supérieure à une tension de résistance de l’enrouleur 30 et inférieure au seuil prédéterminé de sécurité de l’enrouleur 30, ou en variante par l’enrouleur 30 lui-même sur instructions du calculateur 5 du drone 2 ou de la station au sol.
La longueur déroulée du câble 19 correspond sensiblement à l’altitude du drone 2 lors de la mission en mode vol captif. Le cas échéant, en cas de rafales de vent ou tout autre évènement ayant pour effet de déplacer de manière incontrôlée le drone 2 par rapport à la base 20, au cours d’une étape S13, le dispositif de sécurité 32 envoie un signal au contrôleur 18 afin qu’il déverrouille le dispositif de verrouillage 27. La perche d’avitaillement 21 tombe alors au sol ou sur la base 20, ce qui libère le drone 2 et lui permet de s’écarter de la base 20.
Au cours d’une étape S14, l’enrouleur 30 enroule le câble 19 pour ramener la perche d’avitaillement 21 dans son fourreau. L’introduction de la perche d’avitaillement 21 dans le fourreau peut notamment être facilitée par la section réduite de l’extrémité du corps 22 de la perche.
L’étape S14 peut être déclenchée automatiquement ou manuellement.
Par exemple, lorsque le dispositif de sécurité 32 comprend un capteur de tension 32 du câble 19 ou un limiteur de pression, ledit dispositif peut également être configuré pour détecter le défaut d’accouplement entre la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12. Le signal de défaut d’accouplement peut alors être communiqué par exemple à un contrôleur 18 dédié qui commande l’enroulement du câble 19. Optionnellement, le contrôleur 18 arrête l’enroulement du câble 19 lorsque le détecteur dédié détecte que la perche d’avitaillement 21 est dans le fourreau.
En variante, l’enroulement du câble 19 peut être commandé à distance par un opérateur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1 ) de rechargement d’un véhicule autonome aérien comprenant :
- une base (20),
- une perche d’avitaillement (21 ) comprenant un embout (23) et des premiers moyens de rechargement (24),
- un panier de réception (12) comprenant une paroi interne (13) délimitant une cavité (14) configurée pour recevoir l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21), ledit panier de réception (12) comprenant des deuxième moyens de rechargement complémentaires des premiers moyens de rechargement (24), l’un parmi la perche d’avitaillement (21) et le panier de réception (12) étant monté sur le véhicule autonome aérien tandis que l’autre parmi la perche et le panier est monté sur la base (20), et
- des moyens de centrage (13, 23) de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21 ) dans la cavité (14) du panier de réception (12),
- un dispositif de verrouillage (27) mécanique de la perche d’avitaillement (21) dans le panier de réception (12), ledit dispositif de verrouillage (27) étant commandé par un contrôleur (18).
2. Système (1) selon la revendication 1 , dans lequel les moyens de centrage (13, 23) sont formés en tout ou partie par l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) et/ou la paroi interne (13) du panier de réception (12).
3. Système (1 ) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel tout ou partie de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) présente une forme convergente et/ou tout ou partie de la paroi interne (13) du panier de réception (12) présente une forme sensiblement divergente, typiquement des formes coniques et/ou tronconiques.
4. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la perche d’avitaillement (21 ) est montée sur la base (20) ou sur le véhicule autonome aérien par l’intermédiaire d’au moins un élément souple (25, 26), de préférence un ensemble de ressorts (25, 26). 5. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de verrouillage (27) mécanique comprend des mâchoires (28) de serrage.
6. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes moyens de rechargement (15) sont montés sur le dispositif de verrouillage
(27) mécanique et/ou sur la paroi interne (13) du panier de réception (12).
7. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un capteur de présence (17) monté sur le véhicule autonome aérien et/ou sur la base (20) et configuré pour générer un signal lorsque la perche d’avitaillement (21 ) est logée dans le panier de réception (12), le contrôleur (18) étant configuré pour verrouiller les moyens de verrouillage en fonction du signal généré par ledit capteur de présence (17).
8. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la perche d’avitaillement (21) est montée sur la base (20) par l’intermédiaire d’un câble (19), ladite base (20) comprenant en outre un enrouleur (30) configuré pour enrouler et de dérouler le câble (19) automatiquement.
9. Système (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif de sécurité (32) comprenant soit un capteur de tension configuré pour détecter une tension appliquée au câble (19) soit un limiteur de pression monté sur le dispositif de verrouillage (27), le contrôleur (18) étant configuré pour commander les moyens de verrouillage en fonction d’une valeur de la tension mesurée par le capteur de tension ou de la pression mesurée par le limiteur de pression.
10. Procédé (S) de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien à l’aide d’un système (1) de rechargement selon l’une des revendications 1 à 9, le procédé (S) comprenant les étapes suivantes :
S1 : guidage d’un véhicule autonome aérien jusqu’à la base (20) S2 : positionnement du véhicule autonome aérien verticalement au-dessus de la base (20), de sorte que la perche d’avitaillement (21) se trouve en face du panier de réception (12)
S3 : centrage de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) par rapport à la cavité (14) du panier de réception (12) et atterrissage du véhicule autonome sur la base (20), la perche d’avitaillement (21) entrant progressivement dans le panier de réception (12) et
S4 : raccordement électrique du véhicule autonome aérien sur la base (20) par connexion des premiers moyens de rechargement (24) avec les deuxièmes moyens de rechargement (15).
11. Procédé (S) selon la revendication 10, dans lequel la perche d’avitaillement (21) est montée sur la base (20) par l’intermédiaire d’un câble (19), ladite base (20) comprenant en outre un enrouleur (30) configuré pour enrouler et de dérouler le câble (19) automatiquement, le procédé (S) comprenant en outre les étapes suivantes, préalablement à l’étape S1 :
510 : verrouillage de la perche d’avitaillement (21) dans le panier de réception (12)
511 : déroulement du câble (19) pour permettre au véhicule autonome aérien de survoler la base (20) en mode vol captif
513 : libération de la perche d’avitaillement (21) du panier de réception (12)
514 : enroulement du câble (19) pour ramener la perche d’avitaillement (21) sur la base (20). 12. Procédé (S) selon la revendication 11 , dans lequel l’étape S13 est initiée lorsqu’une tension du câble (19) et/ou lorsqu’une pression de verrouillage sont supérieures à un seuil prédéterminé est détectée.
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