带有可飞行的无人驾驶的运输装置的组件和方法与流程

本发明涉及一种组件，其带有可飞行的无人驾驶的运输装置和设置在地面站处的用于将运输装置保持在地面站处的可移动的抓臂。此外，本发明涉及一种用于借助设置在地面站处的可移动的抓臂将可飞行的无人驾驶的运输装置保持在地面站处的方法。

背景技术：

由于在电子商务和在线邮购供货的背景下越来越多地通过单件货物和集装货物运送、载重车辆或集装箱运输、海运或航空包裹运输进行货运，运输货物和尤其包裹寄送物、寄送物或其他可运输的货物(下面一般被称为物件)的数量已显著增大。虽然现在与常规的店铺营业时间无关地在网上完成订购是可行的，但将物件交付给收件人几乎只借助传统的送达方法(例如通过邮递员或者在包裹寄送物的情况下通过机动的送达车辆)来进行并且基本上只在店铺营业时间内进行。如果在交付物件时无法找到收件人，例如由于收件人作为在职人员在送达时间之内忙于其工作，则要么尝试再一次送达物件，要么将物件存放在送达公司的分公司以便收件人领取。

因此最近进行了如下尝试：借助于无人驾驶的可飞行的运输装置，例如借助可飞行的无人驾驶飞机、还被称为包裹直升机、货运无人机或被简称为无人机，将物件交付给收件人、地面站或作为收集点的柜式设施设备，例如交付给dhl包裹站，该柜式设施设备被安放在针对多个收件人的市区的公共空间中或被安放在收件人房屋的前院中。物件能够在店铺营业时间或送达时间之外从柜式设施设备取出或投放到该柜式设施设备中。在上述尝试中已经证实了：将物件从运输装置实际移交至地面站或柜式设施设备是特别困难的。例如将物件从运输装置“投下”至地面站或柜式设施设备通常是不可行的，因为可能发生易碎物件的损坏。

为了满足高的安全标准以避免可能的损坏和事故，货运无人机在未来应仅着陆在为此提供的、作为地面站的“无人机港(droneport)”上，从而使得移交物件只能够在该无人机港上进行。但是在这样的无人机港中出现了兼容性的问题：无人机港(类似于飞机场或直升机场)应与尽可能大量不同的无人机类型兼容并且在装载和卸载期间将这些类型的无人机可靠地固定在该无人机港处。

技术实现要素：

以此情形为出发点，本发明的目的是，给出一种组件和一种对应的方法，以便以特别简单且可靠的方式在无人驾驶的可飞行的运输装置与地面站之间移交物件。

本发明的目的是通过独立权利要求的特征来实现的。在从属权利要求中给出了有利的构型。

相应地，该目的通过一种组件来实现，其带有可飞行的无人驾驶的运输装置和设置在地面站处的用于将运输装置保持在地面站处的可移动的抓臂，其中在运输装置处设置有至少一个凹口，并且该抓臂在其背离该地面站的端部处具有至少一个膨胀元件，该膨胀元件能够被引入到该至少一个凹口中且在已引入的状态中能够膨胀以便在该至少一个凹口与该至少一个膨胀元件之间形成形状配合和/或力配合。

本发明的重点在于，借助于抓臂能够以简单的方式“抓住”运输装置且借助于膨胀元件能够将运输装置固定在地面站处，以便能够以可靠的方式在运输装置与地面站之间移交物件。此外，抓臂允许保持不同类型的运输装置，如下文详细解释的那样。最后，运输装置相对于从现有技术已知的设计方案完全不需要着陆支架、滑板等，就可以独立地着陆在地面站处。因为通过所提出的抓臂以及膨胀元件能够省去在其他情况下在现有技术中必要的运输装置在地面站处的着陆。替代于此，甚至在飞行期间在地面站的由抓臂的最大延伸尺寸限定的周围区域中，抓臂允许简单且快速地“抓住”运输装置。

由于运输装置如上文描述地不需要着陆支架、滑板等来用于着陆在地面站处，相对于从现有技术已知的运输装置，针对所提出的组件和下文描述的方法能够使用带有更小的自重和对应更大的运载能力和/或行驶里程的运输装置。在一种可设想的应用中，抓臂与接近地面站的运输装置同步地运动和/或运输装置通过抓臂的伸出而接近。通过抓臂的进一步伸出，膨胀元件被引入到凹口中并且在已引入的状态下膨胀，以便在凹口与膨胀元件之间形成形状配合和/或力配合。接着抓臂收缩，以便将运输装置放到地面站处，从而随后能够在地面站与运输装置之间移交物件。

运输装置优选设计为飞行器、无人飞机(英文是“unmanned、uninhabited或unpilotedaerialvehicle”，缩写是uav)、包裹直升机、货运无人机或无人机。运输装置的可能实施方式可以是直升机、多旋翼直升机、四旋翼直升机或者倾斜旋翼机，只罗列出几个可能方式。运输装置和/或地面站优选地具有机械和/或信息技术装置，它们使得运输装置和/或地面站能够实施下文描述的方法，尤其用于自动地和/或自主地实施该方法。运输装置和/或地面站能够具有微处理器、控制装置和/或可存储编程的控制装置，它们具有用于实施方法步骤的软件程序和/或用于在运输装置与地面站之间有线和/或无线地通信的通信装置。运输装置优选地被实施成，能够在竖直方向上接近地面站和/或从该地面站远离。

抓臂因此能够不仅用于保持运输装置而且例如用于将运输装置拉近并放在地面站处和/或地面站上以及抬升、起飞和/或加速运输装置远离地面站。优选借助于竖直运动实现将膨胀元件引入到凹口中。尤其当膨胀元件完全被引入到凹口中时和/或当抓臂的背离地面站的端部接触式地贴靠凹口和/或运输装置时，存在已引入的状态。抓臂的朝向地面站的端部优选可移动地被固定在地面站处。借助于抓臂此外能够使用这样的运输装置，该运输装置仅具有在飞向地面站时例如3米的限定的精确性：一旦运输装置已经到达例如3米的周围环境中，该运输装置就能够被抓臂“抓住”并放在地面站处。在已引入的状态中，通过使该至少一个膨胀元件膨胀，运输装置能够例如在水平方向上相对于地面站被固定。

根据一种优选的改进方案，抓臂在其背离地面站的端部处具有多个膨胀元件，这些膨胀元件能够以其彼此的间距可变地布置在该端部处。两个膨胀元件之间的间距例如为60、70或80cm。优选地，设置有两个、三个、四个、五个或更多个膨胀元件，这些膨胀元件尤其以彼此相同的间距、以一行和/或以多个平行的行布置在端部处。进一步优选地，在端部处设置有导轨，多个膨胀元件可移动地布置在该导轨上。特别优选地，在端部处设置有驱动器，借助于该驱动器能够改变膨胀元件的相互间距。十分特别优选地，抓臂被设计成使得尤其借助于该驱动器使膨胀元件的间距自动地适配于接近地面站的运输装置。通过改变间距，膨胀元件或者抓臂能够与不同类型的运输装置连接。

本发明的目的此外通过一种方法来实现，该方法用于借助设置在地面站处的可移动的抓臂将可飞行的无人驾驶的运输装置保持在地面站处，其中在运输装置处设置有至少一个凹口，并且该抓臂在其背离该地面站的端部处具有至少一个膨胀元件，该方法具有以下步骤：

将该至少一个膨胀元件引入到该至少一个凹口中，并且

在已引入的状态中使该至少一个膨胀元件膨胀以便在该至少一个凹口与该至少一个膨胀元件之间形成形状配合和/或力配合。

借助于所提出的方法，具有不同制模件的运输装置能够在没有着落支架、滑板等的情况下以更可靠且更简单的方式借助于抓臂在地面站处着陆以及从地面站起飞，由此地面站“具有多无人机能力”。由于运输装置不需要着落支架、滑板等，运输装置的空气动力学特性得以改进且运输装置的运载能力和行驶里程得以提高。此外，运输装置还能够借助于抓臂再次从地面站起飞，从而省去在其他情况下在现有技术中必要的在起飞位置中部分手动地使运输装置与地面站对准。最后，通过抓臂在形成形状配合和/或力配合之后运输装置能够可靠地被固定在地面站处，从而避免由于风暴等引起运输装置翻倒且运输装置可以可靠地装载和卸载。

根据该方法的一种优选的改进方案，抓臂在其背离地面站的端部处具有多个膨胀元件且该方法具有以下步骤：将多个膨胀元件与多个凹口相对应地布置在该端部处。优选地，就运输装置的多个凹口的间距而言自动化地进行布置。进一步优选地，在抓臂处设置有相机或检测单元，其能够识别多个凹口的间距且对应地与多个凹口相对应地将多个膨胀元件布置在端部处。

根据又一优选的改进方案，该方法具有以下步骤：在运输装置飞行和/或着陆期间使该至少一个膨胀元件与该至少一个凹口对准，和/或在形成形状配合和/或力配合之后，通过抓臂使运输装置相对于地面站对准。根据该改进方案，该至少一个膨胀元件的对准例如已经在运输装置接近地面站期间进行。接近地面站的运输装置能够为此与地面站处于通信连接且将对应的信息传输到地面站以在飞行期间使该至少一个膨胀元件对准。同样，这样的信息能够例如由物流中心传输到地面站。通过使运输装置相对于地面站对准，运输装置能够转移到装载和卸载位置中和/或为了起飞转动到风向中。此外可设想，运输装置借助于抓臂被定位在地面站的电池更换装置处以更换运输装置的电池。

根据另一优选的改进方案，该方法具有以下步骤：在地面站处检测风速和/或风向，并且取决于检测到的风速和/或风向使该至少一个膨胀元件相对于该至少一个凹口对准。为了检测风速和/或风向，能够在地面站处设置一个或多个风速计，该风速计进一步优选地布置在地面站的周界处。通过上文提及的相机或检测单元(其同样能够设置在地面站处)，能够检测运输装置相对于地面站的位置，以便根据检测到的位置使抓臂相对于运输装置对准，以便能够目标更精确地将该至少一个膨胀元件引入到该至少一个凹口中。通过检测风速和/或风向此外能够以计算的方式预测运输装置相对于地面站的被风影响的位置且使该至少一个膨胀元件的对准与受影响的位置相适配。

根据又一改进方案，膨胀包括给该至少一个膨胀元件充气和/或该方法具有以下步骤：使该至少一个膨胀元件收缩以松开形状配合和/或力配合。根据该组件或方法的一种优选的改进方案，该至少一个膨胀元件被设计成可充气的和/或该至少一个凹口设置在该运输装置的底侧处。充气能够通过压缩空气实现，从而使得该至少一个膨胀元件与该至少一个凹口之间的公差能够得以补偿和/或能够形成形状配合。由于引入到凹口中的膨胀元件的膨胀，运输装置能够无损坏地被固定在抓臂处。所述固定能够通过膨胀元件的收缩(例如在使之前充入的压缩空气逸出之后)取消。

根据该组件或方法的另一优选的改进方案，在该运输装置处设置有多个相互间隔开的凹口且该抓臂在其背离该地面站的端部处具有多个相互间隔开的膨胀元件。优选地，该多个膨胀元件与多个凹口相对应地布置。通过多个膨胀元件和凹口，运输装置能够特别位置可靠地固定在地面站处。

原则上，凹口和/或膨胀元件能够任意地设计，以便在引入和膨胀之后形成形状配合和/或力配合。根据该组件或方法的一种特别优选的改进方案，该至少一个凹口被实施为套筒和/或该至少一个膨胀元件被实施为芯轴状件。优选地，膨胀元件或者芯轴状件被实施成，在已膨胀状态中接触式地和/或形状配合地贴靠凹口或套筒。凹口能够同样实施为凹陷部或孔。

根据该组件或方法的另一优选的改进方案，该至少一个凹口具有漏斗状开口以用于引入该至少一个膨胀元件。在漏斗状的开口的区域中，该至少一个凹口优选地具有更大的直径，该直径随着凹口的深度的增大而变小。通过漏斗状的开口使得将该至少一个膨胀元件引入到该至少一个凹口中变得容易。

根据该组件或方法的另一优选的改进方案，该至少一个凹口在轮廓方面从背离该运输装置的开口朝向该运输装置钥匙孔状地和/或空腔状地扩宽。优选地，钥匙孔状的扩宽部被实施为空腔。通过使膨胀元件在钥匙孔状和/或空腔状的扩宽部中膨胀，能够在该至少一个凹口与该至少一个膨胀元件之间形成力配合，从而使运输装置例如在竖直方向上相对于地面站被固定。在钥匙孔状和/或空腔状的扩宽部的区域中，凹口具有更大的直径，该直径朝向开口逐渐变小且如有可能再次变大以形成漏斗状的开口。

就此而言优选的是，在钥匙孔状和/或空腔状的扩宽部中设置有至少一个空气出口。通过例如被实施为排气孔的空气出口，空气能够在膨胀元件膨胀时从钥匙孔状和/或空腔状的扩宽部中流出和/或在收缩时流入。优选地设置有多个空气出口，这些空气出口间隔开地布置在钥匙孔状和/或空腔状的扩宽部处。

根据该组件或方法的另一优选的改进方案，该抓臂是在高度方面可改变地、水平地可改变地和/或可转动地实施的，和/或具有至少一个可转动的铰接件。优选地，抓臂按照起重臂的类型实施，该起重臂借助于第一铰接件在其朝向地面站的端部处与地面站连接。经由第二铰接件，该至少一个膨胀元件能够可枢转地在抓臂的背离地面站的端部处与其连接。在第一铰接件与第二铰接件之间能够设置有唯一的或多个铰接件，以使抓臂能够在地面站的周围区域中运动。优选地，抓臂被设计成可放出、可翻出和/或可伸出的并且在其完全伸出的状态中在第一铰接件与第二铰接件之间例如在3、4、5、7或更多米的距离上延伸。

为了设计地面站，原则上存在各种可能性。根据该组件或方法的特别优选的改进方案，地面站被实施成柜式设施设备、容纳容器、车辆、建筑物和/或杆柱。进一步优选地，地面站被实施为包裹站和/或在公共环境中例如设置在道路边缘处，或在私人环境中例如设置在前院中或设置在建筑物的屋顶上。车辆能够被实施为送货车或载重汽车，抓臂布置在其装载面上。

附图说明

下面参照附图并借助于优选的实施例进一步解释本发明。

在附图中：

图1示出了根据本发明的一种优选实施例的带有可飞行的无人驾驶运输装置和地面站的组件的示意图，

图2示出了根据本发明的另一优选实施例的带有可飞行的无人驾驶运输装置和另一地面站的另一组件的示意图，

图3示出了根据本发明的另一优选实施例的带有可飞行的无人驾驶运输装置和另一地面站的另一组件的示意图，

图4示出了根据本发明的优选实施例的可飞行的无人驾驶运输装置和设置在地面站处的可移动的抓臂的示意性部分视图，以及

图5示出了根据本发明的优选实施例的可飞行的无人驾驶运输装置和设置在地面站处的可移动的抓臂的另一示意性部分视图。

附图标记清单

抓臂1

运输装置2

端部3

铰接件4

着陆装置5

凹口6

开口7

膨胀元件8

装置9

风速计10

箭头11

导轨12

空气出口13

空腔14

地面站15

具体实施方式

图1至3各自以示意性的视图示出了根据本发明的优选的实施例的组件，其带有被实施为无人机的、可飞行的无人驾驶运输装置2和地面站15的。图1中的地面站15被实施为柜式设施(还被称为包裹站)，而图2示出了建筑物作为地面站15，以及图3示出了车辆作为移动式地面站。地面站15能够同样被实施为容纳容器、杆柱等。

在地面站15处设置有可移动的抓臂1，该抓臂或固定地或可取下地被固定在地面站15处。抓臂1的朝向地面站15的端部借助于可转动的铰接件4、经由用于运输装置2的着陆装置5被固定在地面站处。由金属实施的抓臂1具有两个另外的铰接件4，从而使得背离地面站15的端部3相对于地面站15是在高度方面且水平地能够改变的以及能够转动的。铰接件4被布置成彼此间隔开的，其中在背离地面站15的端部处经由铰接件4之一设置有用于容纳并保持运输装置2的容纳装置。

地面站15具有未示出的控制器，该控制器在运输装置2飞往地面站15期间使抓臂1的容纳装置与运输装置2同步地运动，以便如下文详细描述地以形状配合和力配合的方式使运输装置2与容纳装置3连接。为此，在水平地和/或竖直地进场期间抓臂1以容纳装置3接近运输装置2的底侧。

在运输装置2的底侧处设置有在轮廓方面为套筒状或钥匙孔状的且相互间隔开的多个凹口6，如在图1中标记且在图4和5中放大地示出的。凹口6从运输装置2的底侧处的相应的漏斗状的开口7延伸到该运输装置中且呈钥匙孔状地扩宽至在轮廓方面为圆形的空腔14。横截面为圆形的凹口6的直径首先从开口7减小，然后在空腔14的区域中再次变大。在运输装置2处设置有三个凹口6，而图4以横截面示出了两个凹口6且图5以横截面示出了一个凹口6。

与凹口6相对应地在端部3处设置有多个同样相互间隔开的芯轴状的膨胀元件8，如在图2中标记且在图4和5中放大地示出的。膨胀元件8以能够以其彼此的间距可变的方式在导轨12上布置在端部3处。膨胀元件8能够以此方式被引入到带有彼此不同的间距的凹口6中。在膨胀元件8之间且对应于凹口6的间距在此为10cm，其中15cm或20cm的另外的间距同样是可行的。

膨胀元件8之间的间距能够手动地或自动地借助于未示出的马达与进场的运输装置2相适配。膨胀元件8和凹口6能够以在一行中相继的、成三角形或四边形的方式相对彼此布置。在膨胀元件8之间在导轨12处设置有仅示意性地示出的装置9，其用于卸载和装载运输装置2。

图4示出了横截面为正圆形的膨胀元件8的基本形状，在该基本形状中膨胀元件沿着其延伸方向具有相同的直径。膨胀元件8是由橡胶类的材料实施的，该材料能够通过压缩空气进行充气从图4中示出的基本形状膨胀成图5中示出的膨胀形状(图5中的虚线示出了基本形状)。在已膨胀状态中，膨胀元件8接触式地贴靠凹口6。

如果膨胀元件8通过抓臂1的运动被引入到凹口6中(如图4中示出的)，则在已引入的状态中通过使膨胀元件8膨胀在膨胀元件8与凹口6之间产生力配合和形状配合(如图5中示出的)。因为由于在空腔14中膨胀且接触式地贴靠凹口6的膨胀元件8运输装置不仅形状配合地、而且力配合地与抓臂1且因此与地面站15连接。为了使得在膨胀元件8膨胀时空气能够从凹口6中逸出，在钥匙孔状的扩宽部中设置有多个空气出口13。因此，运输装置2能够借助于抓臂1被地面站15“抓住”并通过抓臂1的收缩而被放在地面站的着陆装置5上以借助于装置9进行卸载和装载。

在抓臂1的端部3处设置有呈激光器形式的传感机构，该传感机构在运输装置2接近时识别在运输装置2处的凹口6的间距且对膨胀元件8的间距进行适配。此外，控制器使抓臂1的端部3以膨胀元件8引向运输装置2且最后引入到凹口6中。在已引入的状态中控制器通过以压缩空气给膨胀元件充气(由箭头11表明)来实现膨胀元件8的膨胀，并且使抓臂1收缩以便将运输装置2放在地面站15上。

在卸载和装载运输装置2之后，抓臂1借助于控制器伸出，以便将运输装置2从地面站15抬起。膨胀元件8收缩，从而使得芯轴状的膨胀元件8从凹口6松开且运输装置2能够从地面站15飞离。

在地面站15处此外设置有多个风速计10，以检测在地面站15的区域中占主导的风和风暴。控制器在抓臂1相对于进场的运输装置2对准时考虑由风速计10检测到的风速和风向并对应地校正抓臂1的位置。

所描述的实施例只是实例，这些实例能够在权利要求书的范围内以多种方式进行修改和/或补充。用于说明某个实施例的每个特征能够独立地或者与其他特征组合地在任意一个其他的实施例中使用。用于说明某个类别的实施例的每个特征也能够以相应的方式被应用在另一个类别的实施例中。