AT528340A1 - Vorrichtung zum Aufsetzen eines unbemannten Luftfahrzeuges in einer Aufsetzrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Aufsetzen eines unbemannten Luftfahrzeuges in einer Aufsetzrichtung (A), mit einem Grundgestell (1) zur Befestigung am Luftfahrzeug und einer Bodeneinheit (2), beschrieben. Um eine derartige Vorrichtung zu schaffen, die die bei robuster Bauweise und ohne die Notwendigkeit regelmäßiger Wartungsintervalle einen zuverlässigen und nachhaltigen Einsatz auch an exponierten Landestellen ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Bodeneinheit (2) zur Zwangsführung von Positionierungselementen (3) des Grundgestells (1) einen quer zur Aufsetzrichtung (A) verlaufenden Führungskanal (4) aufweist, der sich zumindest abschnittsweise gegen die Aufsetzrichtung (A) hin erweitert.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsetzen eines unbemannten Luftfahrzeuges in einer Aufsetzrichtung, mit einem Grundgestell zur Befestigung am Luftfahrzeug und einer Bodeneinheit,

[0002] Aus der US20170050749A1 ist eine Vorrichtung zum Aufsetzen eines unbemannten Luftfahrzeuges (UAV), insbesondere eines mehrere Rotoren aufweisenden Microcopters, in einer Aufsetzrichtung bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine als Ladestation für das Luftfahrzeug ausgebildete Bodeneinheit, auf welcher das Luftfahrzeug aufsetzen kann. Um hierfür die Rotorarme des Luftfahrzeugs an der Bodeneinheit festzulegen, weist diese für jeden Rotorarm eine entsprechende Führungsaufnahme auf, welche ihrerseits Führungsschlitze mit entsprechenden Sperreinrichtungen umfasst.

[0003] Im Zusammenhang mit unbemannten Luftfahrzeugen, insbesondere mit Microcoptern, stellt das sogenannte „heading“, also das exakte Einhalten des Steuerkurses, beim senkrechten Aufsetzen auf eine Landestelle regelmäßig eine nicht zu vernachlässigende Herausforderung dar. Um vor diesem Hintergrund einen Aufsetzvorgang zuverlässig durchführen zu können, ist gemäß der US20170050749A1 ein laserunterstütztes Leitsystem für das Luftfahrzeug vorgesehen.

[0004] Nachteilig an der vorbekannten Vorrichtung ist allerdings, dass die für das laserunterstützte Leitsystem notwendigen elektronischen und optischen Komponenten grundsätzlich die Gefahr von Defekten bergen, welche die ordnungsgemäße Funktion der Bodeneinheit und somit die Durchführung eines zuverlässigen Aufsetzvorgangs beeinträchtigen. Gerade in Anwendungsszenarien, in denen das Luftfahrzeug insbesondere zum Transport von Versorgungs- und Ersatzteilgütern zu exponierten Landestellen befördert werden muss, wie z.B. im Zusammenhang mit Windkrafttürmen oder der Truppenversorgung bei militärischen Feldeinsätzen, ist allerdings eine regelmäßige Wartung bzw. Kontrolle der Funktionstüchtigkeit der Bodeneinheit nur schwer bzw. bisweilen gar nicht realisierbar.

[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die bei robuster Bauweise und ohne die Notwendigkeit regelmäßiger Wartungsintervalle einen zuverlässigen und nachhaltigen Einsatz auch an exponierten Landestellen ermöglicht.

[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Bodeneinheit zur Zwangsführung von Positionierungselementen des Grundgestells einen quer zur Aufsetzrichtung in einer Führungsrichtung verlaufenden Führungskanal aufweist, der sich zumindest abschnittsweise gegen die Aufsetzrichtung hin erweitert. Zufolge dieser Merkmale ermöglicht der erweiterte Bereich des Führungskanals beim Aufsetzen des Luftfahrzeuges zunächst eine Grobpositionierung des Luftfahrzeuges für den Aufsetzvorgang, und bei einem weiteren Eindringen der Positionierungselemente in Absetzrichtung in den engeren Führungskanalabschnitt eine Feinpositionierung des Luftfahrzeuges durch die damit verbundene erhöhte Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Positionierungselementes. Grundsätzlich können die Positionierungselemente des Grundgestells als vorzugsweise parallel zur Gierachse des Luftfahrzeuges verlaufende Positionierungsstangen ausgebildet sein, deren freies Ende beim Aufsetzvorgang in den Führungskanal eingreift. Um das Aufsetzen des Luftfahrzeuges weiter zu erleichtern, kann der erweiterte Bereich des Führungskanals Anlaufflächen für die Positionierungselemente ausbilden. Vorzugsweise ist der Führungskanal dergestalt, dass der in Aufsetzrichtung vorgelagerte, erweiterte Kanalabschnitt wenigstens eine in Aufsetzrichtung abfallende Anlauffläche aufweist, die dann in einen in Aufsetzrichtung nachgelagerten engeren Kanalabschnitt mündet, dessen Kanalbreite vorzugsweise konstant ist. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der in Aufsetzrichtung vorgelagerte Kanalabschnitt sich ausgehend vom in Aufsetzrichtung nachgelagerten engeren Kanalabschnitt in der Art eines Trichters gegen die Aufsetzrichtung hin erweitert. Insgesamt können durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen aufwändige Leit- und Positionierungssysteme, die beispielsweise auf optischen Sensoren oder ähnlichem basieren, grundsätzlich entfallen.

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[0007] Besonders günstige Positionierungsbedingungen ergeben sich, wenn der Führungskanal an der erweiterten Stelle eine Breite aufweist, die 10 — 15 fach größer als die Breite am Grund ist, das heißt, dass die in Aufsetzrichtung vorgelagerte Breite des Führungskanals 10 — 15 fach größer als die in Aufsetzrichtung nachgelagerte Breite des Führungskanals ist.

[0008] Grundsätzlich können jegliche unbemannte Luftfahrzeuge mit einem erfindungsgemäßen Grundgestell und entsprechenden Positionierungselementen ausgestattet werden. Bevorzugt sind die unbemannten Luftfahrzeuge mehrere Rotoren umfassende Multicopter. Um die Steuerung des Luftfahrzeuges beim Aufsetzmanöver für den Bediener zu erleichtern, kann das Grundgestell über eine schwimmende Lagerung am Luftfahrzeug befestigbar sein. Dadurch werden Kippmomente, die infolge schneller Steuerbewegungen des Luftfahrzeuges über den Anschlag der Positionierungselemente am Führungskanal in das Grundgestell eingeleitet werden, über die schwimmende Lagerung abgetragen, sodass sich durch die damit einhergehende erhöhte Lenkträgheit die Gefahr eines Absturzes des Luftfahrzeuges an der Landestelle verringert. Im einfachsten Fall kann das Grundgestell über Verbindungsseile schwimmend an einem Luftfahrzeug gelagert sein.

[0009] Um das Steuerverhalten für das Luftfahrzeug weiter zu verbessen, empfiehlt es sich, dass das Grundgestell ein quer zur Aufsetzrichtung verlaufendes Anschlagelement umfasst. Das Anschlagelement überspannt dabei insbesondere den Führungskanal quer zur Führungsrichtung, wobei das Anschlagelement beispielsweise auf dem Öffnungsrand des Führungskanals aufliegen kann. Zufolge dieser Maßnahmen wird eine maximale Eindringtiefe der Positionierungselemente in den Führungskanal vorgegeben, sodass im Zuge der Feinpositionierung des Luftfahrzeuges dieses keine oder nur eine geringe Antriebsleistung für den Schwebeflug aufbringen und eine Steuerung des Luftfahrzeuges lediglich entlang der Führungsrichtung erfolgen muss. Vorzugsweise verläuft das wenigstens eine Anschlagelement parallel zu einer Quer- bzw. Nickachse des Luftfahrzeuges.

[0010] Um bei der Feinpositionierung des Luftfahrzeuges eine besonders präzise Steuerung des Luftfahrzuges zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Positionierungselemente, vorzugsweise an deren freien Enden, Wälzkörper aufweisen. Bei Kontakt der Wälzkörper mit den Führungskanalwänden wird aufgrund des verringerten Reibungswiderstandes die Gefahr reduziert, dass es beim Manövrieren des Luftfahrzeuges entlang der Führungsrichtung zu einem unerwünschten Stick-Slip-Effekt kommt, der einem präzisen Steuerverhalten abträglich wäre. Der verringerte Reibungswiderstand hat außerdem den Nebeneffekt, dass bei der Feinpositionierung die Belastung der entsprechenden Luftfahrzeugantrieb reduziert werden kann. Alternativ zu den Wälzkörpern kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass die Positionierungselemente zumindest in deren Kontaktbereichen zu den Führungskanalwänden mit einer entsprechenden reibungsvermindernden Beschichtung versehen sind.

[0011] Die erfindungsgemäßen Merkmale schaffen die Vorrausetzung, dass mit einem unbemannten Luftfahrzeug insbesondere Transportbehälter auf besonders einfache und zuverlässige Weise zur Bodeneinheit als Umschlagstelle befördert bzw. wieder von dieser abtransportiert werden können. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Bodeneinheit eine Behälteraufnahme für einen am Grundgestell befestigbaren Transportbehälter umfasst. Verbesserte Positionierungsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Bodeneinheit zwei sich bezüglich der Behälteraufnahme gegenüberliegende Führungskanäle aufweist. In konstruktiver Hinsicht ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Führungskanäle bezüglich einer durch die zentrale Behälteraufnahme verlaufenden Symmetrieebene symmetrisch ausgestaltet sind. Um darüber hinaus sowohl vereinfachte Fertigungsbedingungen zu schaffen, als auch das Positionierverhalten des Luftfahrzeuges beim Aufsetzvorgang weiter zu verbessern, kann jedem Führungskanal genau ein Positionierungselement zugeordnet sein.

[0012] Im Hinblick auf einen Einsatz zu transportlogistischen Zwecken kann ein erfindungsgemäBes Grundgestell vorgesehen sein, an dem eine Behälterbefestigung zur lösbaren Verbindung mit einem Transportbehälter angeordnet ist. Im Zusammenhang mit Transportbehältern, die von deren Oberseite bzw. vom Behälterdeckel abstehende Befestigungskörper umfassen, ergeben

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sich sowohl günstige konstruktive Bedingungen als auch eine vorteilhafte Handhabung, wenn die Behälterbefestigung zwei Aufnahmeplatten umfasst, die jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung für einen von der Transportbehälteroberseite abstehenden Befestigungskörper aufweisen, und die zwischen einer Offenstellung und einer Klemmstellung zum klemmschlüssigen Festhalten des Befestigungskörpers gegeneinander verschiebbar sind. Die Durchtrittsöffnungen wirken somit in der Art eines Verschlussschiebers. Weist der entsprechende Befestigungskörper des Transportbehälters eine von einem Rastelement hintergreifbare Rastaufnahme auf, wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmeplatten wenigstens ein solches Rastelement aufweisen, das am jeweiligen Durchtrittsöffnungsrand nach innen vorragt und in Klemmstellung in die Rastaufnahme eingreift. Weist der Transportbehälter beispielsweise mehrere in einem Raster angeordnete Befestigungskörper auf, empfiehlt es sich, dass dementsprechend die Durchtrittsöffnungen ebenfalls in einem Raster angeordnet sind. Um darüber hinaus eine Selbstzentrierung des zu klemmenden Befestigungskörpers in Bezug auf die Durchtrittsöffnungen der Aufnahmeplatten zu ermöglichen, können die Durchtrittsöffnungen so ausgestaltet sein, dass deren Öffnungsrand Anlaufschrägen bildet, die beim Klemmvorgang so an den Befestigungskörper des Transportbehälters angestellt werden, dass dadurch eine Ausgleichsbewegung der Aufnahmeplatten relativ zum Transportbehälter eingeleitet und in weiterer Folge der Befestigungskörper zentral von den Durchtrittsöffnungen umschlossen wird.

[0013] In diesem Zusammenhang ergibt sich eine besonders zuverlässige Handhabung und gleichzeitig kompakte Bauweise, wenn die Aufnahmeplatten entlang einer Kulissenführung zwischen der Offenstellung und der Klemmstellung gegeneinander verschiebbar sind. Im einfachsten Fall kann jeder Aufnahmeplatte je eine Schubkurbel zugeordnet sein, die entlang jeweils einer entsprechenden, als Langloch ausgeführten Kulisse translatorisch verschiebbar ist.

[0014] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0015] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schrägriss,

[0016] Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie Il-Il! in einem größeren Maßstab,

[0017] Fig. 3 eine Seitenansicht der Fig. 1 in größerem Maßstab, mit explizit dargestelltem Transportbehälter,

[0018] Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine an einen Transportbehälter angestellte, in einer Offenstellung befindliche Behälterbefestigung in noch größerem Maßstab,

[0019] Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Behälterbefestigung in einer Klemmstellung, und

[0020] Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in einem größeren Maßstab.

[0021] Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufsetzen eines nicht näher dargestellten unbemannten Luftfahrzeuges, insbesondere eines Multicopters, in einer Aufsetzrichtung A umfasst ein Grundgestell 1 zur Befestigung am Luftfahrzeug, sowie eine Bodeneinheit 2. Um den Aufsetzvorgang zuverlässig durchführen zu können, ohne dass hierfür ein elektronische Komponenten erforderndes Leitsystem der Bodeneinheit 2 notwendig ist, weist diese zur Zwangsführung von Positionierungselementen 3 des Grundgestells 1 einen quer zur Aufsetzrichtung A in einer Führungsrichtung F verlaufenden Führungskanal 4 auf, der sich zumindest abschnittsweise gegen die Aufsetzrichtung A hin erweitert. Me dies insbesondere in Fig. 1 angedeutet wird, erweitert sich gegen die Aufsetzrichtung A hin der in Aufsetzrichtung A vorgelagerte Kanalabschnitt ausgehend vom in Aufsetzrichtung A nachgelagerten engeren Kanalabschnitt in der Art eines Trichters. Die erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen beim Aufsetzvorgang zunächst eine Grobpositionierung des Luftfahrzeuges, und bei einem weiteren Eindringen der Positionierungselemente 3 in Aufsetzrichtung A in den engeren Führungskanalabschnitt eine Feinpositionierung des Luftfahrzeuges durch die damit verbundene erhöhte Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Positionierungselementes 3. Zur Feinpositionierung muss das Luftfahrzeug somit lediglich in einer Führungsrichtung F im Wesentlichen translatorisch bewegt werden. Für besonders günstige

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Positionierungsbedingungen weist der Führungskanal 4 an der erweiterten Stelle eine Breite b1 auf, die 10 — 15 fach größer als die Breite b2 am Grund ist. Beispielsweise unter Berücksichtigung üblicher Baugrößen von Multicoptern vorteilhafterweise die Breite b1 ca. 400 — 600 mm und die Breite b2 ca. 40 mm betragen.

[0022] Die Bodeneinheit 2 weist eine Behälteraufnahme 5 für einen am Grundgestell 1 befestigbaren Transportbehälter 6 auf. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist der Transportbehälter 6 in Fig. 1 und 2 lediglich als Quader angedeutet. In der gezeigten Ausführungsform weist die Bodeneinheit 2 außerdem zwei sich bezüglich der Behälteraufnahme 5 gegenüberliegende Führungskanäle 4 auf. Wie dies darüber hinaus in Fig. 1 gezeigt wird, ist das Grundgestell 1 über Verbindungsseile 7 schwimmend an einem Basisrahmen 8 des nicht näher dargestellten Luftfahrzeuges gelagert.

[0023] Das Grundgestell 1 umfasst zwei quer zur Aufsetzrichtung A verlaufende, jeweils als Querstange ausgebildete Anschlagelemente 9. Die Anschlagelemente 9 überspannen die entsprechenden Führungskanäle 4 quer zur Führungsrichtung F, sodass die Anschlagelemente 9 auf dem jeweiligen Öffnungsrand eines Führungskanals 4 aufliegen können.

[0024] Wie dies insbesondere in Fig. 2 dargestellt wird, weisen die als Positionierungsstangen ausgebildeten Positionierungselemente 3 Wälzkörper 10, beispielsweise Kugeln, auf. Durch den damit einhergehende verringerten Reibungswiderstand beim Kontakt der Positionierungselemente 3 mit den Führungskanalwänden kann ein verbessertes Steuerverhalten des Luftfahrzeuges ermöglicht werden. Um das Aufsetzen des Luftfahrzeuges weiter zu erleichtern, kann der erweiterte Bereich des Führungskanals 4 Anlaufflächen 11 für die Positionierungselemente 3 ausbilden, wobei die Anlaufflächen 11 in Aufsetzrichtung A abfallen und in den in Aufsetzrichtung A nachgelagerten engeren Kanalabschnitt münden, dessen quer zur Führungsrichtung F verlaufende Kanalbreite konstant ist.

[0025] Fig. 4 bis 6 dienen zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen, am Grundgestell 1 angeordneten Behälterbefestigung 12 zur lösbaren Verbindung mit einem Transportbehälter 6. Die Behälterbefestigung 12 umfasst zwei Aufnahmeplatten 13, 14 (Fig. 5 und 6), die jeweils Durchtrittsöffnungen 15 für von der Transportbehälteroberseite abstehende Befestigungskörper 16 aufweisen, und die zwischen einer Offenstellung (Fig. 4) und einer Klemmstellung (Fig. 5 und 6) zum klemmschlüssigen Festhalten der Befestigungskörper 16 gegeneinander verschiebbar sind. Dies erfolgt mithilfe einer Kulissenführung 17, die mit einem Stelltrieb 18 antriebsverbunden ist. Der Stelltrieb 18 umfasst dabei je eine Schubkurbel 19, die jeweils einem Schlitten 20 zugeordnet ist, der in ein eine Kulisse bildendes Langloch 21 eingreift. In der gezeigten Ausführungsform ist der Stelltrieb 18 bzw. die Kulissenführung 17 auf einer oberhalb der Aufnahmeplatten 13, 14 befindlichen Basisplatte 22 angeordnet, die dementsprechend über Durchtrittsöffnungen 15 verfügt. In der in Fig. 4 gezeigten Offenstellung sind die Durchtrittsöffnungen 15 der Aufnahmeplatten 13, 14 und der Basisplatte 22 im Wesentlichen deckungsgleich übereinander ausgerichtet.

[0026] Entsprechend der in einem Raster angeordneten Befestigungskörper 16 des Transportbehälters 6 sind auch die Durchtrittsöffnungen 15 in einem Raster angeordnet. In Klemmstellung greifen Rastelemente 23 der Aufnahmeplatten 13, 14 in Rastaufnahmen 24 der Befestigungskörper 16 ein.

Claims (10)

x bes AT 528 340 A1 2025-12-15 Ss N Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Aufsetzen eines unbemannten Luftfahrzeuges in einer Aufsetzrichtung (A), mit einem Grundgestell (1) zur Befestigung am Luftfahrzeug und einer Bodeneinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Bodeneinheit (2) zur Zwangsführung von Positionierungselementen (3) des Grundgestells (1) einen quer zur Aufsetzrichtung (A) verlaufenden Führungskanal (4) aufweist, der sich zumindest abschnittsweise gegen die Aufsetzrichtung (A) hin erweitert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundgestell (1) ein quer zur Aufsetzrichtung (A) verlaufendes Anschlagelement (9) umfasst.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodeneinheit (2) eine Behälteraufnahme (5) für einen am Grundgestell (1) befestigbaren Transportbehälter (6) umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodeneinheit (2) zwei sich bezüglich der Behälteraufnahme (5) gegenüberliegende Führungskanäle (4) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungselemente (3) Wälzkörper (10) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (4) an der erweiterten Stelle eine Breite (b1) aufweist, die 10 — 15 fach größer als die Breite (b2) am Grund ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundgestell (1) eine Behälterbefestigung (12) zur lösbaren Verbindung mit einem Transportbehälter (6) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälterbefestigung (12) zwei Aufnahmeplatten (13, 14) umfasst, die jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung (15) für einen von der Transportbehälteroberseite abstehenden Befestigungskörper (16) aufweisen, und die zwischen einer Offenstellung und einer Klemmstellung zum klemmschlüssigen Festhalten des Befestigungskörpers (16) gegeneinander verschiebbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (15) in einem Raster angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeplatten (13, 14) entlang einer Kulissenführung (17) zwischen der Offenstellung und der Klemmstellung gegeneinander verschiebbar sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen