背景技術(shù)：

已知的是，通常被稱為無人機的無人飛行器(簡稱UAV或RPA，遙控駕駛航空器)是一種以沒有機載駕駛員為特征的航空器。它的飛行由飛行器機載計算機和/或地面計算機控制，通常是在地面駕駛員或者機載自動駕駛儀或地面自動駕駛儀的遙控下。在遙控駕駛無人飛行器中，豎直起降型無人飛行器擁有特殊的盤旋能力，因此能自動補償風(fēng)力和其他飛行擾動。

無人飛行器最初被廣泛用于軍事用途，逐漸用于民用，例如在火災(zāi)的預(yù)防和干預(yù)行動中、用于非軍事安保、用于帶有遠(yuǎn)程感測和監(jiān)視目的的管道監(jiān)測、用于研究和開發(fā)、以及更普遍地在系統(tǒng)可能允許以低于常規(guī)航空器的成本執(zhí)行“枯燥、骯臟、危險”任務(wù)的所有場合。

在造成受災(zāi)地點無法從陸路和空中輸入任何其他救援手段的災(zāi)害后，能夠有利地利用無人飛行器快速地察看現(xiàn)場和策劃正確的干預(yù)。

每一架無人飛行器都具備一種或多種任務(wù)定制附件，例如照相機、攝像機、傳感器或類似物。

由智能手機或平板電腦Wi-Fi無線技術(shù)操控的小型無人飛行器是已知的，它們具有用于在控制裝置上產(chǎn)生圖像流的前置廣角攝像頭。

WO 2012/064 891 A2公開了一種無人飛行器(UAV)的入塢系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供穩(wěn)定的降落和起飛區(qū)，以及在部分實施例中還提供燃料補充和/或數(shù)據(jù)傳輸功能。該入塢系統(tǒng)可以包括降落表面，定向機構(gòu)將該降落表面調(diào)節(jié)成水平降落區(qū)，與降落表面關(guān)聯(lián)的對準(zhǔn)機構(gòu)將停泊在降落表面上的UAV移動到降落表面上的預(yù)定位置，從而為UVA自動補充燃料。當(dāng)UAV被定位到預(yù)定位置后，閂鎖機構(gòu)可以將UAV固定到降落表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

申請人已經(jīng)注意到，使用電驅(qū)無人飛行器的主要限制之一是電池使用時間，以及隨之而來的在較短時間內(nèi)對電池頻繁且有效率充電的要求。

目前，在著陸后，已耗盡的電池被充滿電的電池替代，或者被手動地連接到充電電源。這兩種方案都是麻煩的且不實用。另外，無人飛行器被強制移動到遠(yuǎn)離工作區(qū)的特定援助可得區(qū)域。

申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，WO 2012/064891中公開的入塢系統(tǒng)不利地需要一種聯(lián)接到降落表面且將航空器移動到充電位置的電動對準(zhǔn)機構(gòu)。該機構(gòu)是昂貴的，它必須被精確地制造，并且它會發(fā)生影響飛行器操作的故障。事實上，除非航空器被移動到精確的充電位置，否則充電將不會發(fā)生，航空器不能為新任務(wù)而起飛。

申請人的目標(biāo)是提供一種無人飛行器的起降平臺，它允許無人飛行器在不需要電動對準(zhǔn)機構(gòu)的情況下降落在中央位置。

根據(jù)本發(fā)明，通過一種起降平臺實現(xiàn)所述目標(biāo)，起降平臺設(shè)計成包括多個被合適地布置和定形的定心殼體，從而將正在降落中的無人飛行器引導(dǎo)到預(yù)定停泊位置。

根據(jù)本發(fā)明，無人飛行器具有伸出部元件，每個伸出部元件被配置成接合定心殼體之一的表面。由于伸出部元件和殼體的相應(yīng)定形表面之間的接合，無人飛行器被自動地定位到預(yù)定停泊位置，不需要被電動機構(gòu)推動。在所述位置，無人飛行器的電池能被充電，和/或無人飛行器油箱能被充滿，和/或飛行期間所獲取的數(shù)據(jù)能被下載，和/或其他數(shù)據(jù)(例如，關(guān)于未來任務(wù)的)能被上傳到無人飛行器的存儲器中。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于無人飛行器(優(yōu)選地電驅(qū)無人飛行器)的起降平臺，它包括多個大致漏斗形的定心殼體，該殼體被配置成與無人飛行器的相應(yīng)多個伸出部(例如，起落架)配合，從而到達(dá)預(yù)定的降落位置。

優(yōu)選地，所述漏斗形殼體的軸線與所述伸出部的軸線共軸。

大致漏斗形的定心殼體可以包括大致截錐形嘴部和從該截錐形嘴部的底部向下延伸的管狀部分。

優(yōu)選地，大致漏斗形的定心殼體關(guān)于基本平坦的表面凹陷，且被布置以限制所述漏斗形殼體之間的所述基本平坦表面的面積。

在一個實施例中，至少兩個所述基本漏斗形定心殼體在所述基本平坦表面的附近是基本相切的。

在一個實施例中，提供被配置成與無人飛行器的至少一個所述伸出部的相應(yīng)正電觸點和相應(yīng)負(fù)電觸點配合的正電觸點和負(fù)電觸點，從而給所述無人飛行器的電池充電。

平臺的電觸點可以包括被配置成抱合無人飛行器的伸出部的臂。

優(yōu)選地，所述臂是交錯的。

優(yōu)選地，所述臂的閉合受到優(yōu)選被設(shè)置在大致漏斗形定心殼體底部的壓力傳感器的控制。

在一個實施例中，起降平臺還包括串行數(shù)據(jù)傳輸裝置。有利地，所述殼體的表面至少部分地是一種提供與所述伸出部之間的小摩擦的材料。

在一個實施例中，所述大致漏斗形定心殼體的表面的至少一部分大致符合對數(shù)曲線。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種包含無人飛行器和根據(jù)之前所述的起降平臺的組件。

無人飛行器是豎直降落和起飛的無人飛行器，它包括多個旋翼和從無人飛行器的固定結(jié)構(gòu)向下延伸的多個伸出部，每個伸出部都是圓柱支撐腳或類似的形式。

附圖說明

本發(fā)明的詳細(xì)描述在本文中以非限制示例的方式被給出，其中：

圖1示意性地畫出了適合于接合根據(jù)本發(fā)明的起降平臺的無人飛行器；

圖2示意性地畫出了根據(jù)本發(fā)明的起降平臺；

圖3a示意性地局部畫出了具有功率臂的圓柱定心腳和下觸點(定位觸點和/或用于數(shù)據(jù)傳輸)；

圖3b示意地畫出了替代的電觸點方案；

圖3c示意地畫出了與數(shù)據(jù)傳輸方案結(jié)合的替代電觸點方案；

圖4a.1和4a.2示意地分別畫出了張開和閉合功率臂的形態(tài)；

圖4b是圖3b的支撐腳的平面圖；

圖4c是圖3c的支撐腳的平面圖；

圖5畫出了作用在支撐腳和定心殼體的表面之間的觸點上的作用力；

圖6畫出了本發(fā)明的起降平臺的殼體的輪廓曲線的實施例。

具體實施方式

圖1示意性地畫出了無人飛行器10。具體地，圖1畫出了豎直起降無人飛行器10，所述垂直起降無人飛行器具有通過四根梁13分別連接到中心本體12的四個旋翼11。這種四旋翼無人飛行器也被稱為“四軸飛行器”。更普遍地，具有多個旋翼的無人飛行器被稱為“多旋翼”。根據(jù)本發(fā)明，無人飛行器10能具有任何數(shù)量的旋翼，四個旋翼、少于四個旋翼(例如一個或三個旋翼)或多于四個旋翼(例如六個或八個旋翼)。

其次，根據(jù)本發(fā)明的無人飛行器包括固定的起落架，起落架具有包含水平臂(或星形單臂)和多個伸出部16的結(jié)構(gòu)15，所述伸出部是面朝下的支撐腳16的形式。

在圖1的實施例中，支撐腳16的數(shù)量是四個，每只支撐腳被分別連接到四角星形板的各端部。如下面所述，這種四腳起落架是特別有利的，但根據(jù)本發(fā)明能夠提供更少的支撐腳或更多的支撐腳。

無人飛行器10包括用于旋轉(zhuǎn)旋翼葉片的電機MOT。優(yōu)選地，無人飛行器包括用于每個旋翼11的電機MOT。在無人飛行器10上，例如在中心本體12上，設(shè)有一個或多個電池BAT和至少一個無線信號接收器REC。還設(shè)有在飛行期間拍攝單張照片或視頻的攝像頭CAM和/或傳感器SEN。通常，還設(shè)有存儲器MEM，從而存儲飛行期間所獲得的數(shù)據(jù)和/或與后續(xù)任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。將不進(jìn)一步展示或描述所有的這些組件，因為它們都是已知的。

支撐腳16優(yōu)選是彼此相同的。每個支撐腳16基本上具有帶豎直軸線的圓柱形狀，并且具有自由下端16’和上端，所述上端被連接到結(jié)構(gòu)15(可呈星形板15的形式)。

至少一個支撐腳16(圖3a)包括與無人飛行器10的機載電池BAT的對應(yīng)正極和對應(yīng)負(fù)極相連的正極電觸點16+和負(fù)極電觸點16-。在一個實施例中，每個支撐腳16具有被連接到電池BAT的電極的電觸點16+和16-。

在其他實施例中，每個支撐腳16可以具有電觸點16+和16-中的至少一個。例如，在四個支撐腳的情況下，有兩個支撐腳分別具有正電觸點和負(fù)電觸點。替代地，兩個支撐腳可以只具有正電觸點，另外兩個支撐腳可以只具有負(fù)電觸點。

在其他實施例中，兩個電觸點16+和16-(或單個電觸點)只被設(shè)置在支撐腳16的一部分上。

根據(jù)一個實施例(圖3a，4a.1和4a.2)，正電觸點16+和負(fù)電觸點16-被設(shè)置在圓柱腳16的外表面的各部分上，且被絕緣體隔開。例如，它們能夠以金屬環(huán)或類似物的形式。

替代地(參見圖3b和4b)，電觸點被設(shè)置在其他位置，例如在至少一個支撐腳的自由端16’的下表面上(參見圖3b和4b)。例如，如圖4b所示，兩個電觸點中的一個(圖4b中16+)能夠被設(shè)置在中心圓位置，而另一個(圖4b中16-)在外圓位置。

優(yōu)選地，提供用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置。優(yōu)選地，這種裝置可從至少一個支撐腳16的下表面接入，從而在航空器降落時它能夠與起降平臺的相應(yīng)裝置(或者連得接到起降平臺相應(yīng)裝置)配合。用于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠|點優(yōu)選地被連接到無人飛行器10機載的任何已知類型的數(shù)據(jù)存儲器MEM。

圖3c和4c畫出了與串行數(shù)據(jù)傳輸裝置組合的替代電觸點裝置。根據(jù)該實施例，每個支撐腳的下表面被大致地分成四個扇段：例如兩個徑向相對的扇段能夠被用于電觸點(16+和16-)，另外兩個徑向相對的扇段用于串行數(shù)據(jù)傳輸(一個扇段接收數(shù)據(jù)(Rx)，另一個發(fā)送數(shù)據(jù)(Tx))。

根據(jù)本發(fā)明，起降平臺20可以包括基本平坦的表面21和多個相對平坦表面下凹的定心殼體22。殼體22被合適地布置與定形，從而使無人飛行器10在降落后滑動和移動到預(yù)定的停泊位置。在圖2的實施例中，有四個殼體22，每個殼體基本上都是漏斗的形式。

殼體22的數(shù)量以及它們的布置優(yōu)選地對應(yīng)于無人飛行器10的支撐腳16的布置。因此，如果支撐腳16是四個，支撐腳的軸線X-X位于方形的四個頂點處，則同樣地定心殼體的軸線Y-Y被相應(yīng)地布置在邊長等于支撐腳方形邊長的方形的四個頂點處。

優(yōu)選地，每個定心殼體22包括大致截錐形嘴部22A和從截錐形嘴部22A的底部向下延伸的管狀部22B?？傮w上，定心殼體22的形狀是漏斗形。優(yōu)選地，殼體22基本上是兩兩相切的。這減少了定心殼體22之間的平坦表面21的面積，還降低了降落時支撐腳16之一停留在平臺表面21上而沒有被朝著定心殼體22的中心引導(dǎo)的風(fēng)險。漏斗形殼體22的軸線Y-Y與伸出部16的軸線X-X是同軸的。

圖3a示意性地畫出了在漏斗形殼體22的底部的支撐腳16的一部分。支撐腳被畫出與連接到電源31的端部的兩個臂30+，30-接合。兩個臂30+，30-被交錯排列以避免兩個極之間的接觸。

圖3a還示意性畫出了在支撐腳16的下端16’處的在場觸點26。該觸點能報告支撐腳已經(jīng)到達(dá)其底部位置。

圖4a.1和4a.2分別示意性地畫出了處于張開和閉合形態(tài)的臂。

在閉合形態(tài)下，臂30+，30-抱合并將支撐腳16和無人飛行器10固定到起降平臺20。在臂張開后，無人飛行器10能為新任務(wù)自由起飛。

大致漏斗形殼體22保證無人飛行器10從不準(zhǔn)確的降落位置滑動到完美居中的最佳降落和停泊位置。在該最佳位置，每個支撐腳16在殼體22的圓柱部分22B中是寬松的。至少一個支撐腳在電池充電期間可以被閉合的臂固持住，或者處于安全考慮被保持住。優(yōu)選地，所有的支撐腳可以被保持住。

無人飛行器10通過被收緊的臂被保持到起降平臺20；這是一種非常有利的特征，例如，當(dāng)起降平臺被剛性地連接到車輛車頂且無人飛行器隨其被運輸時：被牢牢固定的無人飛行器10不可能與平臺20分離，且只要充電臂張開就能起飛。

根據(jù)一個實施例，無人飛行器10的質(zhì)量保證支撐件的下端16’與合適的支撐表面27相接觸。觸點26可以設(shè)置在該支撐表面上，如圖3a所示。

臂30+，30-的閉合能通過在場觸點(比如圖3a中的觸點26)，或者通過任意其他探測支撐腳存在于合適位置的傳感器被激活。當(dāng)充電完成后(或者在中央控制系統(tǒng)的操作后)，臂30+，30-可以張開以允許無人飛行器基本無摩擦且無約束地起飛。

除了便于降落階段，圓柱腳16和殼體22的形狀的結(jié)合也有利于起飛，并且保證沿豎直方向(或接近豎直方向)起飛。事實上，在起飛的第一階段，殼體22的管狀部分22B引導(dǎo)支撐腳16。另外，在起飛的第二階段，關(guān)于豎直起降方向的偏離受到殼體22的凹陷形狀的限制。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的起降平臺20還包括接近和指向系統(tǒng)(例如，基于標(biāo)記物的追蹤)。該系統(tǒng)允許無人飛行器相對于平臺被基本豎直地定位、甚至自動降落，從而保證無人飛行器的非常精確的降落，例如只有幾厘米的誤差。所述標(biāo)記物追蹤能夠基于光學(xué)的和/或無線電的和/或紅外線的系統(tǒng)。

參見圖5，現(xiàn)在將考慮嘴部22A的最小斜率，從而使根據(jù)本發(fā)明降落在平臺20上的無人飛行器10被確實地驅(qū)動到停泊位置。為了評價所述滑動以及必要的斜率，應(yīng)當(dāng)考慮關(guān)鍵的作用力。

如果G是單個支撐腳上的重量(對應(yīng)于無人飛行器的總重量除以支撐腳的數(shù)量，在所示實施例中是除以4)，F(xiàn)是驅(qū)使無人機滑向入口的作用力(平行于滑動平面的重力分量)，N是壓力(垂直于滑動平面的重力分量)，得到以下等式

F＝G*sinα>f*G*cosα [1]

則

sinα>f cosα [2]

f<tgα [3]

其中“α”是滑動平面關(guān)于水平位置的傾斜角，“f”是殼體表面的材料與支撐腳的端部表面之間的摩擦系數(shù)。

所以，在摩擦系數(shù)f已知的情況下，保證無人飛行器朝最佳停泊位置“滑動”的最小傾斜角是：

α>arctg f [4]

例如，在殼體表面和支撐腳端部的材料都是Teflon^TM的情況下，則系數(shù)f＝0.04，最小角度等于α＝0.039＝2.3°。

在鋼-鋁的情況下，角度至少需要等于0.55，對應(yīng)于大約31°。

一般地，殼體22關(guān)于平坦表面的斜率越大，無人飛行器10到達(dá)最佳停泊位置的速度和可靠性就越大。在任何情況下，必須保持低摩擦系數(shù)，從而防止無人飛行器停在半路上。

嘴部22A的傾斜根據(jù)材料和/或可用空間可以具有不同的形狀。根據(jù)一個實施例，嘴部22A是具有之前所定義的最小斜率的大致截錐形式。根據(jù)另一個實施例，所述形狀是圖6中所展現(xiàn)的自然對數(shù)函數(shù)形狀，它確保了一種比如允許由弧線自身所創(chuàng)造的支撐腳到入口的“伴隨”滑動的斜率。

根據(jù)本發(fā)明，由此提供用于無人飛行器10的起降平臺20，它允許無人飛行器降落在預(yù)備工作站上，這保證無人飛行器的機載充電系統(tǒng)與充電平臺的電池充電器(或電源)之間的高效電連接。有利地，本發(fā)明保證了充電時間與目前電池組所使用的傳統(tǒng)充電系統(tǒng)相當(dāng)。

根據(jù)本發(fā)明，在無人飛行器的降落階段要求精確度。但是，所需要的精確度不要求定位在平臺上的連接器位于中心位置。事實上，殼體的形狀在沒有使無人飛行器朝最佳位置滑動的其他主動平移系統(tǒng)或者任何人為干預(yù)的情況下，確保了無人飛行器朝著停泊位置滑動和最佳的充電。

根據(jù)本發(fā)明，漏斗形殼體的數(shù)量(以及支撐腳的數(shù)量)大于一個。有利地，能夠是三個或四個。除了說明書中所提到的優(yōu)點之外，本發(fā)明允許空出無人飛行器的中央部分，例如用于攝像頭和/或傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，一個或多個支撐腳(也)能夠被用作聯(lián)網(wǎng)部件，從而允許下載無人飛行器在任務(wù)中收集到的數(shù)據(jù)和/或在無人飛行器的機載存儲器中存儲所述數(shù)據(jù)。這避免了傳輸飛行期間所收集到的數(shù)據(jù)的復(fù)雜且沉重的機載設(shè)備。

本發(fā)明適用于任何VTOL無人飛行器。