DE102019201815A1

DE102019201815A1 - Andockvorrichtung für eine Drohne sowie Verfahren zum Andocken einer Drohne an besagte Andockvorrichtung

Info

Publication number: DE102019201815A1
Application number: DE102019201815.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Lieret; Michael Scholz
Original assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Current assignee: Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Eine Andockvorrichtung (1) für eine Drohne (2) umfasst eine Basis (4) und mindestens eine Koppeleinheit zum Zusammenwirken mit einer Gegenkoppeleinheit der Drohne (2). Die Koppeleinheit erstreckt sich von der Basis (4) entlang der Erstreckungsrichtung (5a), welche einen Teilvektor nach unten aufweist. Die Koppeleinheit weist eine Verriegelungseinheit mit mindestens einem Verriegelungselement zum Verriegeln mit der Verriegelungsgegeneinheit (3) mit mindestens einem Verriegelungsgegenelement (6) der Gegenkoppeleinheit auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Andockvorrichtung für eine Drohne sowie ein Verfahren zum Andocken einer Drohne an eine derartige Andockvorrichtung.
Die WO 2017/008779 A1 offenbart eine Vorrichtung für die Aufnahme von unbemannt fliegenden Systemen. Diese Vorrichtung bietet eine Plattform als Start- und Landemöglichkeit, wobei die Plattform mittels einer flexiblen oder starren Dachkonstruktion gegen äußere Einflüsse abgeschlossen werden kann. Ein solches Abschließen der Plattform bietet einen geschützten Park- und Aufbewahrungsraum für eine Drohne.
Die US 9,387,928 B1 beschreibt eine Serie von Methoden, um Pakete mittels unbemannter Luftfahrzeuge auszuliefern. Hierfür wird eine Route vom Startort bis zum Zielort über eine oder mehrere Andockvorrichtungen, abhängig von aktuellen Wetterdaten, berechnet. Die Drohne nutzt die Andockvorrichtungen zum Zwischenladen des Akkumulators, zum Schutz vor ungeeigneten Wetterverhältnissen oder zum Ablegen der Pakete. Die Andockvorrichtung kann Schnittstellen zum Laden des Akkumulators, Befestigungsmechanismen an den Landegestellen der Drohnen, Einhausungen zum Schutz vor Wettereinflüssen und Ablagesysteme für Pakete aufweisen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Andockvorrichtung für Drohnen bereitzustellen, die ein platzsparendes und vor äußeren Einflüssen geschütztes Lagern von Drohnen ermöglicht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Andockvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 14 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Andocken einer Drohne von unten an eine Andockvorrichtung Vorteile bezüglich des Schutzes gegen äu-ßere Einflüsse bietet. Beispielsweise kann die Drohne so ohne den Einsatz von störungsempfindlicher Mechanik, sondern durch den Einsatz von insbesondere starren, nicht beweglichen Abdeckplatten von oben und/oder seitlich vor Wettereinflüssen wie z.B. Sonneneinstrahlung, Regen, Schnee und/oder Wind besser geschützt werden. Außerdem wird kein Landegestell benötigt, wodurch eine vollständige Nutzung der Unterseite der Drohne für Nutzlastsysteme, wie beispielsweise Greifsystem, Tragehalterungen oder Werkzeuge, ermöglicht wird.
Als Drohne ist ein schwebefähiges, unbemanntes Luftfahrzeug, insbesondere ein Hubschrauber, ein Mono- und Helikopter, ein vertikal startendes Luftfahrzeug, sowie ein Ballon und/oder ein Luftschiff zu verstehen.
Die Andockvorrichtung umfasst mindestens eine Koppeleinheit und eine Basis. Die Basis ist insbesondere an der räumlich vertikal gesehen höchstliegenden Fläche der Koppeleinheit angeordnet. Die Basis kann Bestandteil der Koppeleinheit sein, beispielsweise wenn die Koppeleinheit an der Decke eines Raums befestigt wird. In diesem Fall bildet die obere, der Decke zugewandte Stirnfläche der Koppeleinheit die Basis.
Alternativ kann die Basis als zusätzliches Bauelement ausgeführt sein, welches mit der Koppeleinheit verbunden ist. Die Basis ist bevorzugt als Platte, insbesondere quadratische, runde, ovale oder als Vieleck ausgeführte Platte, ausgeführt. Die Basis ermöglicht eine unkomplizierte und sichere Befestigung der Koppeleinheit, insbesondere an bereits existierenden Gegenständen wie beispielsweise einer Straßenlaterne, einem Vordach eines Gebäudes oder an einer Dachkonstruktion einer Fertigungshalle. Die Basis selbst kann aber auch freistehend ausgeführt sein, sodass die erfindungsgemäße Andockvorrichtung freistehend und selbsttätig anordenbar ist, insbesondere im freien Gelände.
Die Koppeleinheit erstreckt sich, insbesondere von der Basis weg, entlang einer Richtung, die einen vertikal nach unten verlaufenden Teilvektor aufweist. Die Koppeleinheit kann von der Drohne vorteilhaft von unten angeflogen werden. Bevorzugt erstreckt sich die Koppeleinheit ausschließlich vertikal nach unten. Diese bevorzugte Ausrichtung zusammen mit der bevorzugten Bauweise der Basis als Platte ermöglicht einen verbesserten Schutz der Drohne vor Witterungseinflüssen von oben.
Die Koppeleinheit weist eine Verriegelungseinheit mit mindestens einem Verriegelungselement auf. Die Verriegelungseinheit dient zum Verriegeln mit einer Verriegelungsgegeneinheit der Gegenkoppeleinheit der Drohne, sodass die Drohne zuverlässig an der Andockvorrichtung verriegelt ist. Die Verriegelungsgegeneinheit weist insbesondere mindestens ein Verriegelungsgegenelement auf, das insbesondere mit dem mindestens einen Verriegelungselement zusammenwirkt.
Eine Andockvorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet einen Schutz der Drohne vor Witterungseinflüssen. Die Platte verdeckt abhängig von der Form und Größe der Platte und/oder der Größe der Drohne zumindest einen Teil der Drohne vor äußeren Einwirkungen, die entlang der Normalrichtung der Platte eintreten. Die Platte ist insbesondere eben ausgeführt.
Die Platte kann auch eine Krümmung aufweisen und beispielsweise als Halbkugelschale oder gemäß einer anderen, insbesondere unregelmäßigen, Flächenkrümmung ausgeführt sein. Die Platte ist fest mit der Koppeleinheit verbunden. In dem Bereich, in dem die Koppeleinheit an der Platte befestigt ist, ist die Normalrichtung der Platte im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsrichtung der Koppeleinheit orientiert. Im Wesentlichen parallel bedeutet, dass zwischen der Normalrichtung der Platte und der Erstreckungsrichtung der Koppeleinheit ein Neigungswinkel eingeschlossen sein kann, der insbesondere kleiner ist als 25°, insbesondere kleiner ist als 20°, insbesondere kleiner ist als 15°, insbesondere kleiner ist als 10°, insbesondere kleiner ist als 5° und insbesondere 0° beträgt.
Eine Andockvorrichtung nach Anspruch 3 schützt eine angedockte Drohne zusätzlich von seitlich einwirkenden äußeren Einflüssen. Hierfür können beispielsweise an der Basis seitliche Abschirmelemente angebracht werden. Der Neigungswinkel zwischen den Abschirmelementen und der Basis liegt hierbei zwischen 0° und 90°, insbesondere zwischen 15° und 75°, insbesondere zwischen 30° und 60° und insbesondere zwischen 40° und 50°.
Eine Andockvorrichtung nach Anspruch 4 mit einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen Koppeleinheit und Gegenkoppeleinheit ermöglicht ein sicheres Arretieren der Drohne an der Andockvorrichtung. Insbesondere ist ein unbeabsichtigtes Lösen der Drohne bei Energieausfall wie bei einer durch einen Elektromagneten bewirkten magnetischen Verbindung verhindert. Eine, durch einen Elektromagneten erzeugte, magnetische Verbindung verliert bei Ausfall der Hilfsenergie ihre Haftkraft und würde deshalb zu einem unbeabsichtigten Lösen der Drohne von der Andockvorrichtung führen. Eine formschlüssige Verbindung bleibt auch nach Ausfall der Energie bestehen. Eine kraftschlüssige Verbindung dagegen kann durch, insbesondere passive, Kraftspeicherelemente, wie Federn, so ausgeführt werden, dass die Hilfsenergie nur zum Öffnen der Verbindung benötigt wird und die Haftkraft durch die Kraftspeicherelemente erzeugt wird.
Eine Andockvorrichtung gemäß Anspruch 5 ermöglicht ein lageorientiertes Andocken der Drohne an die Andockvorrichtung durch die Zentrierwirkung des mindestens einen Zentrierelements. Als Zentrierelement kann insbesondere ein Zentrierdorn oder eine Zentrierbuchse an der Koppeleinheit vorgesehen sein. Das Zentrierelement kann mit einer zentrierenden, beispielsweise konischen, Form ausgeführt sein.
Eine Andockvorrichtung nach Anspruch 6 ermöglicht eine Energie- und/oder Datenübertragung über die an der Koppeleinheit vorliegenden elektrischen Kontaktflächen. Hierdurch lässt sich während des Andockens der Akkumulator der Drohne laden, Daten der Drohne abrufen, Daten an die Drohne übermitteln und/oder die Sensoren der Drohne zur Umgebungsüberwachung nutzen.
Anspruch 7 beschreibt die Ausführung der Koppeleinheit als Ausleger. Ein Ausleger ist ein von der restlichen Konstruktion herausragender Volumenkörper, der durch seine Form und Größe dazu geeignet ist, eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit dem Gegenkoppelelement einzugehen. Der Ausleger ist im Wesentlichen profilförmig ausgeführt mit einem Vollprofilquerschnitt oder einem Hohlprofilquerschnitt. Die Außenkontur des Profilquerschnitts kann rund oder unrund, insbesondere polygonförmig, beispielsweise quadratisch, ausgeführt sein.
Der Ausleger ist bevorzugt als zweistufiger, rotationssymmetrischer Körper ausgeführt. Der an der Basis anschließende Profilkörper ist bevorzugt ein Zylinder. An dem der Basis gegenüberliegenden Ende des Profilkörpers ist, insbesondere einstückig, ein Koppelabschnitt vorgesehen. Der Koppelabschnitt und der Profilkörper können auch lösbar miteinander verbindbar sein, insbesondere mittels einer Schraubverbindung. Der Koppelabschnitt weist insbesondere einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des Profilkörpers. Dadurch wird entlang der Erstreckungsrichtung des Auslegers eine nach außen gerichtete Stufe gebildet, die eine Anlageschulter, also ein Hinterschnittelement, ist. Das Hinterschnittelement vereinfacht die formschlüssige Verriegelung der Drohne an der Andockvorrichtung. Der Koppelabschnitt kann zylinderförmig, kugelkalottenförmig oder kegelstumpfförmig ausgeführt sein. Vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsfläche des Koppelabschnitts in einer Richtung entgegen der Erstreckungsrichtung des Auslegers ansteigend ausgeführt ist. Die Drohne kann mit der Gegenkoppeleinheit, die insbesondere federgelagerte, verlagerbare Verriegelungsgegenelemente aufweist, unkompliziert entgegen der Erstreckungsrichtung auf den Ausleger aufgeführt werden. Die Anlageschulter zwischen dem Koppelabschnitt und dem Profilkörper bildet insbesondere ein Verriegelungselement der Verriegelungseinheit der Andockvorrichtung. Sofern der Ausleger keinen Koppelabschnitt aufweist, kann das mindestens eine Verriegelungsgegenelement mit der von dem Kraftspeicherelement bereitgestellten Schließkraft an eine Außenfläche des Auslegers angepresst werden. Dadurch wird eine der Schwerkraft entgegenwirkende Reibkraft erzeugt, die ein kraftschlüssiges Halten der Drohne an der Andockvorrichtung gewährleistet.
Ein Ausleger gemäß Anspruch 8 ermöglicht ein Andocken der Drohne unabhängig vom Drehwinkel der Drohne zur Andockvorrichtung. Der rotationssymmetrische Körper vereinfacht das Zentrieren, da ein Verkanten zwischen Koppeleinheit und Gegenkoppeleinheit während des Aufbaus der formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung verhindert ist.
Eine Andockanordnung gemäß Anspruch 9 ermöglicht es einer passenden Drohne, an eine im Vorherigen beschriebene Andockvorrichtung anzudocken.
Dadurch, dass die Koppeleinheit Bestandteil der Andockvorrichtung ist und die Gegenkoppeleinheit Bestandteil der Drohne ist, ist die Herstellung einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Kopplung zwischen Andockvorrichtung und Drohne in besonders unkomplizierter Weise möglich.
Eine Verriegelungsgegeneinheit gemäß Anspruch 10 ermöglicht durch ein Zusammenwirken des mindestens einen Verriegelungsgegenelements mit dem mindestens einen Verriegelungselement des Auslegers die Herstellung einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen Andockvorrichtung und Drohne. Durch diese Verbindung ist die Drohne nach Abschalten ihres Auftriebmechanismuses vor einem Herabfallen gesichert.
Mindestens ein bewegliches Verriegelungsgegenelement gemäß Anspruch 11, das insbesondere mittels eines Antriebs, der insbesondere elektronisch, elektromagnetisch und/oder pneumatisch ausgeführt ist, betätigbar ist, ermöglicht es, die Verbindung zwischen Andockvorrichtung und Drohne gezielt, insbesondere ferngesteuert, zu lösen. Das mindestens eine Verriegelungsgegenelement ist insbesondere in einer Betätigungsrichtung betätigbar, die quer und insbesondere senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Koppeleinheit orientiert ist. Es ist denkbar, dass mehrere Verriegelungsgegenelemente und insbesondere alle Verriegelungsgegenelemente beweglich und insbesondere antreibbar ausgeführt sind.
Das mindestens eine bewegliche Verriegelungsgegenelement kann ebenso nicht antreibbar, zum Beispiel als federgelagertes Schnappelement, ausgeführt sein. Das Verriegelungsgegenelement ist entlang einer Bewegungsrichtung bewegbar, die der Betätigungsrichtung entspricht. Die zum Lösen der Schnappverbindung benötigte Kraft kann durch eine integrierte Aktorik bereitgestellt werden. Durch diese Kraft wird der Ausleger aus der Schnappverbindung herausgedrückt. Die Aktorik ist hierbei insbesondere nicht Bestandteil der Verriegelungsgegenelemente, sondern ein separates Bauteil.
Durch eine Andockanordnung gemäß Anspruch 12 können die beweglichen Verriegelungsgegenelemente der Verriegelungsgegeneinheit eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit den starren Verriegelungselementen des Auslegers aufbauen. Durch die resultierende Haltekraft, welche der Schwerkraft entgegen wirkt, wird die Drohne an der Andockvorrichtung befestigt.
Dadurch, dass die Verriegelungsgegeneinheit mit dem mindestens einem beweglichen Verriegelungsgegenelement an der Drohne ausgeführt ist, kann die Verriegelungsgegeneinheit der Andockvorrichtung besonderes unkompliziert, insbesondere in Form einer geometrischen Ausgestaltung des Auslegers, ausgeführt sein. Insbesondere ist es möglich, eine Vielzahl von Andockvorrichtungen mit unkompliziert ausgeführter Koppeleinheit in Form eines Auslegers kostengünstig bereitzustellen. Insbesondere sind mehrere Verriegelungsgegenelemente vorgesehen. Die Verriegelungsgegenelemente sind insbesondere in einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Koppeleinheit orientierten Ebene angeordnet. Insbesondere sind mindestens zwei und insbesondere drei Verriegelungsgegenelemente vorgesehen, die in Umfangsrichtung bezüglich der Erstreckungsrichtung der Koppeleinheit beabstandet, insbesondere gleich beabstandet, angeordnet sind. Hierbei werden die Verriegelungsgegenelemente idealerweise so ausgeführt, dass die Hilfsenergie nur zum Öffnen der Verriegelung benötigt wird. Das Schließen der Verriegelung sollte idealerweise durch eine, insbesondere konstant wirkende, Schließkraft eines Kraftspeicherelements, beispielsweise einer Feder, bereitgestellt werden, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Verriegelung bei Energieausfall zu verhindern.
Ein Verfahren zum formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Andocken einer Drohne gemäß Anspruch 13 ermöglicht ein platzsparendes Aufbewahren, ein einfaches Schützen gegen äußere Einflüsse und/oder das Nutzen der Sensoren der Drohnen zur Umgebungsüberwachung.
Durch ein Andocken der Drohne von unten kann die Andockvorrichtung beispielsweise platzsparend und unkompliziert erreichbar beispielsweise in Fertigungsstraßen von Fabriken integriert werden. Hierbei wird die Drohne platzsparend angeordnet und kann so angebracht werden, dass sie von Arbeitern ergonomisch, also mit möglichst wenig Belastung auf den Körper, beladen werden kann.
Weiterhin kann die Andockvorrichtung beispielsweise an einer Deckenkonstruktion in einem Gebäude, insbesondere in einer Fabrikhalle angebracht sein. Durch diese Anbringung kann die Drohne platzsparend geparkt oder geladen werden. Außerdem können über die Sensoren der Drohne Informationen der Umgebung in der Fabrik erfasst werden.
Ein Andockverfahren gemäß Anspruch 14 ermöglicht ein sicheres Befestigen der Drohne durch die dadurch entstehende formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht von unten auf eine erfindungsgemäße Andockvorrichtung zum Andocken einer Drohne,
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie II-II in 1,
3 eine 1 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit Abschirmelementen,
4 eine 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit Zentrierelement,
5 eine Draufsicht auf die Andockvorrichtung in 4,
6 eine 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Auslegers mit Zentrierelement,
7 eine 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine elektrische Kontaktierung zwischen Ausleger und Drohne,
8 eine 7 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform für eine elektrische Kontaktierung zwischen Auslege und Drohne, wobei die Elektrode zur Verriegelung dient.

1 und 2 zeigen eine Andockvorrichtung 1, an welcher eine Drohne 2 gekoppelt ist. Die Drohne 2 ist als Quadrocopter ausgeführt. Die Drohne 2 ist mit einer Verriegelungsgegeneinheit 3, welche sich mittig zwischen ihren vier Rotoren befindet, ausgestattet.
Die Andockvorrichtung 1 umfasst eine Basis 4 und einen Ausleger 5. Der Ausleger 5 befindet sich mittig an der Basis 4 und zeigt vertikal, entlang der Erstreckungsrichtung 5a, nach unten. Der Ausleger 5 ist formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Verriegelungsgegeneinheit 3 verbunden. Durch diese formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung entsteht eine Haltekraft, welche der Gewichtskraft der Drohne 2 entgegen wirkt. Die Drohne 2 ist zuverlässig an der Andockvorrichtung 1 gehalten. Die Basis 4 der Andockvorrichtung 1 ist größer als die Grundfläche der Drohne 2 und bedeckt dadurch die Drohne 2 von oben insbesondere vollständig.
2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht II-II des Koppelmechanismus bestehend aus Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5. Der Ausleger 5 setzt sich aus dem zylindrischen Profilkörper 5b und dem als Kugelkalotte ausgeführten Koppelabschnitt 5c zusammen. Die Verriegelungsgegeneinheit 3 weist gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei bewegliche Verriegelungsgegenelemente 6 auf. Die Verriegelungsgegeneinheit 3 weist nicht dargestellte Einführschrägen auf, um Positionsschwankungen der Drohne während des Anflugs an die Andockvorrichtung zu kompensieren und somit das Einführen des Auslegers zu vereinfachen. Die Einführschrägen sind insbesondere an den Verriegelungsgegenelementen 6 ausgeführt.
Es können auch weniger als drei oder mehr als drei Verriegelungsgegenelemente 6 vorgesehen sein. Diese beweglichen Verriegelungsgegenelemente 6 können mittels eines nicht dargestellten Antriebs, insbesondere elektrisch, magnetisch oder pneumatisch angetrieben, ferngesteuert geöffnet und geschlossen werden. Die beweglichen Verriegelungsgegenelemente 6 können eine formschlüssige Verbindung mit der Anlageschulter 7 des Auslegers 5 und/oder eine kraftschlüssige Verbindung mit der senkrechten Verriegelungsfläche 8 des Auslegers 5 bilden. Die Anlageschulter 7 ist die Stufe zwischen dem Profilkörper 5b und dem Koppelabschnitt 5c des Auslegers 5. Die senkrechte Verriegelungsfläche 8 ist die Mantelfläche des Profilkörpers 5b. Die resultierende formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung bewirkt eine Haltekraft, welche der, an der Verriegelungsgegeneinheit 3 wirkenden, Gewichtskraft der Drohne 2 entgegenwirkt.
Der Ankoppelvorgang läuft wie folgt ab. Die Drohne 2 fliegt aus beliebiger Richtung in einem Sicherheitsabstand, welcher größer ist als die Abmessung des Auslegers 5 in Erstreckungsrichtung 5a, an eine Bereitschaftsposition. Die Bereitschaftsposition ist dann erreicht, wenn sich Ausleger 5 senkrecht über Verriegelungsgegeneinheit 3 befindet. Sobald die Bereitschaftsposition erreicht ist, fliegt die Drohne 2 entgegen der Erstreckungsrichtung 5a in eine Koppelposition. Die Koppelposition ist erreicht, wenn die Verriegelungsgegenelemente 6 sich gegen Erstreckungsrichtung 5a oberhalb der Anlageschulter 7 befinden. Die Verriegelungsgegenelemente 6 können hierbei durch Kraftspeicherelemente, während des Anfliegens der Koppelposition entgegen der Erstreckungsrichtung 5a, an den Koppelabschnitt angedrückt werden, was zu einer zentrierenden Wirkung führt, oder die Verriegelungsgegenelemente 6 werden durch einen nicht dargestellten Antrieb, insbesondere elektrisch, magnetisch oder pneumatisch angetrieben, geschlossen werden, sobald die Drohne 2 die beschriebene Koppelposition erreicht hat. Durch das Schließen der Verriegelungsgegenelemente 6 entsteht dann eine zentrierende Wirkung zwischen Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5. Die Koppelposition ist in 2 dargestellt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Andockvorrichtung 1. Die Andockvorrichtung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel Abschirmelemente 9, welche mit der Basis 4 verbunden sind. Die Abschirmelemente 9 erstrecken sich von der Basis 4 schräg nach unten und außen. Die Ausmaße der Abschirmelemente 9 sind dabei so gewählt, dass die Ausmaße in Erstreckungsrichtung 5a mindestens der Höhe der Drohne 2 entsprechen. Durch eine Ausführung der Andockvorrichtung 1 mit Abschirmelementen 9 wird die Drohne 2 nicht nur von oben durch die Basis 4, sondern, durch die Abschirmelemente 9, auch von der Seite vor äußeren Einflüssen geschützt. Die Abschirmelemente 9 sind gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel als trapezförmige Platten ausgeführt und mit einem Neigungswinkel n gegenüber der Platte 4 ausgerichtet. Die vier Abschirmelemente sind an ihren seitlichen Außenkanten miteinander verbunden und bilden eine pyramidenstumpfförmige Kontur. In Abhängigkeit des Einsatzzwecks können die Abschirmelemente auch uneben, insbesondere mit einer Krümmung ausgeführt sein, um einen besseren Schutz der Drohne an der Andockvorrichtung zu ermöglichen.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Neigungswinkel n etwa 60°.
Der Koppelmechanismus ist hierbei wie in 1 und 2 ausgeführt.
4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Andockvorrichtung 1. Die Drohne 2 weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Zentrierdorn 10 und der Ausleger 5 eine Zentrierbuchse 11 auf. Durch die, zwischen Zentrierdorn 10 und Zentrierbuchse 11, entstehende Zentrierwirkung wird die Drohne 2 beim Andockvorgang parallel zur Andockvorrichtung 1 ausgerichtet. Die Verriegelungsgegenelemente 6 der Verriegelungsgegeneinheit 3 können nach dieser Zentrierung, ohne Gefahr des Verkantens der Verriegelungsgegenelemente 6 mit dem Ausleger 5, geschlossen werden.
Durch eine Ausgestaltung des Zentrierdorns 10 und der Zentrierbuchse 11 mit einer elektrischen Kontaktierung wird zusätzlich eine Energieübertragung zwischen Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5 und somit zwischen Drohne 2 und Andockvorrichtung 1 ermöglicht. Durch diese Energieübertragung kann der Akkumulator der Drohne 2 geladen werden. Außerdem ermöglicht eine Energieübertragung den Austausch von Daten zwischen Drohne 2 und Andockvorrichtung 1. Ein Datenaustausch ermöglicht beispielsweise die Nutzung der Sensoren der Drohne 2 zur Überwachung der Umgebung.
Die Verriegelungsgegeneinheit 3 weist drei Verriegelungsgegenelemente 6 auf. Die Verriegelungsgegenelemente 6 sind in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet. Die Anordnung der Verriegelungsgegenelemente 6 zusammen mit der runden Querschnittsfläche des Auslegers 5 erzeugt, sofern sich die Verriegelungsgegenelemente 6 gleichzeitig schließen, eine weitere Zentrierwirkung zwischen Ausleger 5 und Verriegelungsgegeneinheit 3. Durch eine derartige Anordnung der Verriegelungsgegenelemente 6 kann auch ohne zusätzliches Zentrierelement, wie Zentrierdorn 10 und Zentrierbuchse 11, eine Zentrierwirkung erzielt werden.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Auslegers 5. In dieser Ausführungsform ist der Ausleger 5 mit einem Zentrierdorn 10 ausgeführt. Daraus lässt sich schließen, dass eine zu dem Ausleger 5 passende Verriegelungsgegeneinheit 3 eine Zentrierbuchse 11 aufweisen muss. Durch den Zentrierdorn 10 und die Zentrierbuchse 11 entsteht eine Zentrierwirkung, welche die Drohne 2 parallel zur Andockvorrichtung 1 ausrichtet. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Energieübertragung durch geeignete Kontaktierung des Zentrierdorns 10 und der Zentrierbuchse 11 möglich. Durch diese Energieübertragung lässt sich ebenfalls der Akkumulator der Drohne 2 laden und/oder die Sensoren der Drohne 2 zur Überwachung der Umgebung nutzen.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Andockvorrichtung 1 mit einer elektrischen Kontaktierung zwischen Ausleger 5 und Verriegelungsgegeneinheit 3. Der Ausleger 5 besteht hierbei aus zwei elektrisch leitenden Volumenkörpern 12, 13, welche durch eine elektrische Isolierschicht 14 getrennt sind. Die Verriegelungsgegeneinheit 3 weist mindestens zwei auf Federn 15 gelagerte Druckkontakte 16 auf. Es liegt mindestens je ein Druckkontakt 16 an einem der elektrisch leitenden Volumenkörper 12, 13 an. Durch die Federn 15 wird sichergestellt, dass die Druckkontakte 16 ausreichend an den elektrisch leitenden Volumenkörpern 12, 13 anliegen. Durch die beiden resultierenden elektrischen Kontakte wird eine Energie- und/oder Datenübertragung zwischen Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5 und somit zwischen Drohne 2 und Andockvorrichtung 1 ermöglicht.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Andockvorrichtung 1 mit einer elektrischen Kontaktierung zwischen Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5. Der elektrisch leitende Volumenkörper 13 bildet hierbei die Auflageschulter 7 und die senkrechte Verriegelungsfläche 8 des Auslegers 5. Die Verriegelungsgegenelemente 6 der Verriegelungsgegeneinheit 3 sind als elektrisch leitende Körper ausgeführt. Des Weiteren verfügt die Verriegelungsgegeneinheit 3 über einen, auf einer Feder 15 gelagerten, Druckkontakt 16. Dieser Druckkontakt 16 steht nach dem Herstellen der formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen Ausleger 5 und Verriegelungsgegeneinheit 3 in Kontakt mit dem elektrisch leitenden Volumenkörper 12 des Auslegers 5. Durch den Kontakt der elektrisch leitenden Verriegelungsgegenelemente 6 mit elektrisch leitenden Volumenkörper 13 des Auslegers 5 und dem Kontakt des Druckkontakts 16 mit dem elektrisch leitenden Volumenkörper 12 des Auslegers 5 entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5. Diese elektrische Verbindung ermöglicht die Energie- und/oder Datenübertragung zwischen Verriegelungsgegeneinheit 3 und Ausleger 5 und somit zwischen Drohne 2 und Andockvorrichtung 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/008779 A1 [0002]
US 9387928 B1 [0003]

Claims

Andockvorrichtung (1) für eine Drohne (2), umfassend - eine Basis (4) und - mindestens eine Koppeleinheit zum Zusammenwirken mit einer Gegenkoppeleinheit der Drohne (2), wobei sich die Koppeleinheit von der Basis (4) aus entlang einer Erstreckungsrichtung (5a) erstreckt, die einen Teilvektor nach unten aufweist, und wobei die Koppeleinheit eine Verriegelungseinheit mit mindestens einem Verriegelungselement aufweist zum Verriegeln mit einer Verriegelungsgegeneinheit (3) mit mindestens einem Verriegelungsgegenelement (6) der Gegenkoppeleinheit.
Andockvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (4) aus einer, insbesondere quadratischen, Platte besteht.
Andockvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basis (4) seitliche Abschirmelemente (9) angebracht sind.
Andockvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit der Gegenkoppeleinheit ausgebildet ist.
Andockvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit mindestens ein Zentrierelement aufweist.
Andockvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit mindestens eine elektrisch leitende Kontaktfläche aufweist.
Andockvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit als Ausleger (5) ausgeführt ist.
Andockvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (5) als rotationssymmetrischer Körper ausgeführt ist.
Andockanordnung mit einer Andockvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und einer Drohne (2) zum Andocken an der Andockvorrichtung (1), wobei die Andockvorrichtung (1) eine Koppeleinheit und die Drohne (2) eine Gegenkoppeleinheit aufweisen.
Andockanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinheit als Ausleger (5) und die Gegenkoppeleinheit als Verriegelungsgegeneinheit (3) ausgeführt sind.
Andockanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsgegeneinheit (3) mindestens ein bewegliches, insbesondere antreibbares, Verriegelungsgegenelement (6) aufweist.
Andockanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bewegliche Verriegelungsgegenelement (6) der Verriegelungsgegeneinheit (3) insbesondere elektronisch, elektromagnetisch und/oder pneumatisch betätigbar ist.
Verfahren zum formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Andocken einer Drohne (2) an einer Andockvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Drohne (2) von unten an die Andockvorrichtung (1) dockt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsgegenelemente (6) der Verriegelungsgegeneinheit (3) an den Verriegelungsflächen des Auslegers (5) anliegen.