JP2017518917A - 無人航空機ベースステーションおよび方法 - Google Patents

Abstract

自動的なバッテリパック交換のためのＵＡＶベースステーション、および、それを製造し用いるための複数の方法。ＵＡＶベースステーションは、天板を有する筐体内に配置されたバッテリ交換システムを含む。筐体は、複数のＵＡＶバッテリパックを有するバッテリアレイと、天板に着陸するＵＡＶから消費されたバッテリパックを自動的に取り出し、消費されたバッテリパックを充電されたバッテリパックで置き換えるための機械的機構とを含む。それにより、ＵＡＶベースステーションシステムは、ＵＡＶバッテリパックの交換のためのユーザの介入を必要とせず、ＵＡＶの延長された自律的な動作を有利に可能とする。

Description

本開示は、概して無人航空機（ＵＡＶ）に関し、より具体的には、限定はされないが、ＵＡＶベースステーションおよびそれに関連する方法に関する。

従来の無人航空機（ＵＡＶ）は、それらのバッテリ寿命がせいぜい１０分から３０分に限られることが多いため、飛行時間が限られる。バッテリが消費されると、ＵＡＶは着陸しなくてはならず、ＵＡＶが再び動作可能となる前に、消費されたバッテリはユーザによって交換されるか、または再充電されなくてはならない。

１または複数のＵＡＶのバッテリを維持および交換するための頻繁なユーザインタラクションの必要性があることは、延長された稼働時間が必要とされる場合、またはＵＡＶの集団に対して延長された自律的動作が望まれる場合、不適切である。

以上を考慮すると、従来の複数のＵＡＶシステムの前述された複数の障害および複数の欠点を克服すべく、複数のＵＡＶのバッテリの自律的な交換のための改良されたＵＡＶベースステーションシステムおよびその方法が必要である。

無人航空機（ＵＡＶ）のベースステーションの実施形態の内部を示す例示的な斜視図である。 無人航空機（ＵＡＶ）のベースステーションの実施形態の内部を示す例示的な斜視図である。

図１および図２のＵＡＶベースステーションの実施形態の外部を示す例示的な斜視図である。

図３のＵＡＶベースステーションであり、その上にドッキングされたＵＡＶを含むＵＡＶベースステーションの実施形態を示す例示的な斜視図である。

図４のＵＡＶベースステーションおよびＵＡＶの複数の部分を示すクローズアップされた斜視図である。

蓋、引張棒、および／または複数の車輪を含むＵＡＶベースステーションの別の実施形態を示す斜視図である。 蓋、引張棒、および／または複数の車輪を含むＵＡＶベースステーションの別の実施形態を示す斜視図である。 蓋、引張棒、および／または複数の車輪を含むＵＡＶベースステーションの別の実施形態を示す斜視図である。

図６ａ−図６ｃのＵＡＶベースステーションであり、その上にドッキングされたＵＡＶを含むＵＡＶベースステーションの実施形態を示す斜視図である。

一実施形態による、ＵＡＶの中にＵＡＶバッテリパックを挿入するための方法のブロック図である。

一実施形態による、ＵＡＶからＵＡＶバッテリパックを取り出し、ＵＡＶバッテリパックを格納するための方法のブロック図である。

複数の図面は縮尺通りには描かれておらず、複数の図面を通して例示する目的のために、同様な複数の構造または複数の機能の複数の要素は概して同様の複数の参照番号によって表されることに留意されたい。また、複数の図面は複数の好適な実施形態の説明を容易にすることのみが意図されることにも留意されたい。複数の図面は、複数の説明される実施形態の全ての態様を示すものではなく、本開示の範囲を限定するものではない。

複数の現在利用可能な無人航空機（ＵＡＶ）システムは、それらが延長されたバッテリ寿命を提供できず、バッテリの交換および再充電をサポートすることができないという点で不十分なものであるので、自律的なバッテリ交換を提供するＵＡＶベースステーションが望ましくなり得て、複数のより長時間にわたる自律的な任務を実行する複数のＵＡＶシステムの能力などの、幅広いＵＡＶの用途のための基礎をもたらし得る。この結果は、本明細書において開示される一実施形態に従い、図１に示されるようなＵＡＶベースステーション１００によって実現され得る。

図１および図２を見ると、ＵＡＶベースステーション１００は、複数の側壁１０６およびベース部１０７を備える筐体１０５を有するように示される。複数の側壁１０６とベース部１０７とは一緒に、バッテリ交換システム１０９を含む複数のコンポーネントが配置され得る収容キャビティ１０８を画定する。バッテリ交換システム１０９は、複数の脚１１２によってベース部１０７から離されるバッテリマトリックス１１１を含むバッテリホルダ１１０を備える。

バッテリマトリックス１１１は、それぞれがバッテリパック１２０を保持すべく構成される複数のバッテリスロット１１５を形成する。例えば、図１に示されるように、バッテリマトリックス１１１は、２つの積み重ねられた行のバッテリスロット１１５を備える。各行は４つのバッテリスロット１１５を備える。説明する目的のためだけに、バッテリマトリックス１１１の特定の構成が図１および図２を参照して示され説明されるが、バッテリマトリックス１１１の任意の適切な配置が提供され得る。バッテリマトリックス１１１は任意の適切な数のバッテリスロット１１５を含み得る。その数は、ＵＡＶの数、バッテリパック１２０の充電時間、所望の任務時間、などに依存し得る。例えば、いくつかの実施形態はより少ない数のバッテリスロット１１５を含み得て、またはより多い数のバッテリスロット１１５を含み得る。複数のバッテリスロット１１５は、それらの中に保持されるためのバッテリパック１２０のタイプに基づいて、任意の適切な寸法および／または形状を有し得て、いくつかの実施形態において、バッテリマトリックス１１１は、一様なバッテリパックタイプ、および／または複数の異なる形状、複数の断面積、複数の電圧値、複数の電流値、などを含み得る、複数の異なるバッテリパックタイプを保持すべく構成され得る。いくつかの実施形態において、バッテリマトリックス１１１中に任意の適切な数の行および／または列が存在し得て、複数のさらなる実施形態は、複数の行または複数の列を含み得るまたは含み得ない、任意の他の適切な規則的または不規則な構成の複数のバッテリスロット１１５を含み得る。いくつかの実施形態において、複数のバッテリマトリックス１１１が存在し得て、または、バッテリマトリックス１１１は本明細書において示される二次元配置（すなわち、複数の行の第１の次元、および複数の列の第２の次元）と比較して三次元であり得る。

図１および図２のバッテリ交換システム１０９は、本明細書においてさらに詳細に説明されるように、各バッテリスロット１１５から複数のバッテリ１２０を選択的に取り出し、各バッテリスロット１１５の中に複数のバッテリ１２０を挿入し、かつ／または、複数のバッテリをＵＡＶ４００（図７に示される）から取り出す、またはＵＡＶ４００と連結すべく構成されるロボットアームシステム１２５などの機械的機構を備えることがさらに示される。本明細書において示される実施形態は、３つの自由度を有するカーテシアンロボットアームを含む。

例えば、ロボットアームシステム１２５は、Ｘモータ１３２と、Ｘ軸に沿ったベースカート１３０の移動を駆動する回転するＸシャフト１３３とによって、一対のベースレール１３１に沿って直線的に移動すべく構成されるベースカート１３０を含み得る。図１および図２のロボットアームシステム１２５はまた、Ｙモータ２３７と、Ｙ軸に沿ったエレベータ運搬台１３５の移動を駆動する回転するＹシャフト２３８とによってエレベータレール２３６上を直線的に移動すべく構成されるエレベータ運搬台１３５をさらに備えるように示される。複数のエレベータレール２３６はベースカート１３０から延在し、ベースカート１３０と共に移動する。

図１および図２において示されるように、ロボットアームシステム１２５は、エレベータ運搬台１３５と連結され、かつ、Ｚモータ１４１と、Ｚ軸に沿ったバッテリ運搬台１４０の移動を駆動する回転するＺシャフト１４２とによって直線的に移動すべく構成されるバッテリ運搬台１４０を備え得る。バッテリ運搬台１４０はまた、複数のバッテリ１２０がロボットアームシステム１２５によって選択的に移動させられ分配され得るように、選択されたバッテリパック１２０の端領域１２１と連結すべく動作可能であるバッテリグラバ１４３を含み得る。バッテリグラバ１４３は、複数のバッテリ１２０の端領域１２１を掴み、適切な複数のバッテリスロット１１５から選択されたバッテリパック１２０を引き出す、または、選択されたバッテリパック１２０をバッテリスロット１１５の中へ挿入し、かつ／またはバッテリパック１２０を離すべく構成される一対のグラバアーム１４４を備える。

図１および図２は単一のバッテリパック１２０を保持するバッテリ運搬台１４０を示しているが、いくつかの実施形態において、バッテリ運搬台１４０は複数のバッテリパック１２０を保持すべく構成され得る。例えば、一回の処理で、ＵＡＶ４００から消費されたバッテリパック１２０を取り出し、かつ、当該ＵＡＶ４００に新たな（または充電された）バッテリパック１２０を提供することが望ましいこともある。従って、いくつかの実施形態において、バッテリ運搬台１４０は、消費されたバッテリパックを取り出して保持すべく構成され、かつまた、筐体１０５内から新たなバッテリパック１２０を断続的に取り出すことなく、取り出されたバッテリパック１２０を置きかえるべく充電されたバッテリパック１２０を保持するように構成され得る。

さらに、いくつかの実施形態は、収容キャビティ１０８内で各側壁１０６上に配置される１または複数の固定用アーム作動システム１４５、１５５を含む。図３および図４に示されるように、かつ、本明細書において説明されるように、固定用アーム作動システム１４５、１５５は、複数のバッテリパック１２０が交換され得る筐体１０５上の位置へＵＡＶ４００を移動させるべく使用され得る。

固定用アーム作動システム１４５は、固定用モータ１４８と固定用レール１４９とによって第１の固定用レール１４７上を移動すべく動作可能である固定用運搬台１４６を備える。固定用モータ１４８は第１の固定用シャフト１４９を回転させ、それは次に固定用レール１４９に沿って固定用運搬台１４６を移動させる。

追加的にまたは代替的に、固定用アーム作動システム１５５は、固定用モータ１５８と固定用レール１５９とによって固定用レール１５７上を移動すべく動作可能である固定用運搬台１５６を備える。固定用モータ１５８は固定用シャフト１５９を回転させ、それは次に固定用レール１５９に沿って固定用運搬台１５６を移動させる。

図１および図２において、２つの固定用アーム作動システム１４５、１５５が示されるが、複数のさらなる実施形態においては、任意の適切な場所に、および筐体１０５の他の複数の部分上に配置される１または任意の適切な複数の数の固定用アーム作動システム１４５、１５５があってよい。

図３および図４において示されるように、第１および第２の固定用アーム３１０、３２０がそれぞれのスロット３１２、３２２を通って延在する。スロット３１２、３２２は、天板３０８によって画定され、天板３０８はさらに筐体１０５を画定する。第１および第２の固定用アーム３１０、３２０は、図１および図２に示されるように、固定用アーム作動システム１４５、１５５のそれぞれの固定用運搬台１４６、１５６（図１および図２）と連結される。これらのコンポーネントは集合的にＵＡＶ固定システム３００を画定する。

様々な実施形態において、ＵＡＶ固定システム３００は、天板３０８上に配置されたＵＡＶ４００を、図３において示されるような天板３０８のバッテリパック交換ゾーン３４０へと導くべく動作可能であり得る。図４は交換ゾーン３４０に配置されたＵＡＶ４００を示す。ＵＡＶ固定システム３００を有することは様々な実施形態において有利であり得る。なぜなら、ＵＡＶ固定システム３００は、天板３０８上へのＵＡＶ４００の低精度の着陸に備え、同時にその後、バッテリパック交換ゾーン３４０への迅速な移動を提供し得るからである。ＵＡＶバッテリパック１２０はそれにより、バッテリパック交換システム１０９（図１および図２において示される）によって交換され得る。様々な実施形態において、ＵＡＶ固定システム３００は、低精度の着陸およびＵＡＶ固定システム３００によるその後の配置と比較してより時間がかかり得る、バッテリパック交換ゾーン３４０におけるＵＡＶ４００の、要求する正確な着陸と比較して、ＵＡＶ４００のより迅速な着陸およびより迅速なバッテリパック交換を提供し得る。

複数のさらなる実施形態において、ＵＡＶ固定システム３００は、天板３０８上に配置された１または複数のＵＡＶ４００を１または複数のバッテリパック交換ゾーン３４０に移動させるべく動作可能である１または複数の固定用アーム３１０、３２０を備え得る。例えば、ＵＡＶベースステーション１００は複数のバッテリパック交換ゾーン３４０（例えば、天板３０８の四隅における）を備え得て、ＵＡＶ固定システム３００は、天板３０８上に着陸する複数のＵＡＶ４００をこれらのバッテリパック交換ゾーン３４０のうちのいずれかへ移動させるべく動作可能であり得る。ＵＡＶベースステーション１００は、故に、複数のＵＡＶ４００を同時に天板３０８上に収容すべく動作可能であり得る。さらなる実施形態においては、ＵＡＶ固定システム３００は、バッテリパック交換ゾーン３４０に近接して複数のＵＡＶに列を作らせるべく構成され得る。

図３において示されるように、第１の固定用アーム３１０は軸Ｐに沿って移動すべく動作可能であり、第２の固定用アーム３２０は、軸Ｐに対して略垂直である方向に物理的に延在する。第１の固定用アーム３１０の第１の端領域３１１は複数のスロット３１２を通って延在し、収容キャビティ１０８（図１および図２において示される）中に配置される第１の固定用アーム作動システム１４５に連結される。第１の固定用アーム３１０の第２の端領域３１３は第１の固定用リム３１４のスロット３１４Ａに当接、またはスロット３１４Ａ内に摺動可能に存在し得る。

同様に、第２の固定用アーム３２０は軸Ｑに沿って移動すべく動作可能であり、第２の固定用アーム３２０は、軸Ｑに対して略垂直である方向に延在する。第２の固定用アーム３２０の第１の端領域３２１は複数のスロット３２２を通って延在し、収容キャビティ１０８（図１および図２）中に配置される第２の固定用アーム作動システム１５５に連結される。第２の固定用リム３２４は第１の端領域３２１に近接して配置され得る。

ＵＡＶ固定システム３００は、選択されたＵＡＶ４００が天板３０８上に着陸したことを決定することによって動作を開始し得る。例えば、第１および第２の固定用アーム３１０、３２０は、バッテリパック交換ゾーン３４０に対して反対側の、最も遠位側の位置に配置された着陸構成で開始し得て、ＵＡＶ４００が、第１および第２の固定用アーム３１０、３２０と第１および第２の固定用リム３１４，３２４とによって画定される区域内に着陸したという決定が成される。次に、第１および第２の固定用アーム３１０、３２０はバッテリパック交換ゾーン３４０に向かって移動し、それにより、ＵＡＶ４００に物理的に接触し、図４に示すようにバッテリパック交換ゾーン３４０に誘導する。第１および第２の固定用リム３１４、３２４はまた、バッテリパック交換ゾーン３４０においてＵＡＶ４００を移動させるため誘導装置として機能する。様々な実施形態において、ＵＡＶ４００は、第１および第２の固定用アーム３１０、３２０および／または第１および第２の固定用リム３１４、３２４によってバッテリパック交換ゾーン３４０に保持され得る。

図４および図５において示されるように、天板３０８は、天板３０８中に形成される開口部であるハッチ４０５を画定し得る。ハッチ４０５は、収容キャビティ１０８と天板３０８の上の筐体１０５の一部との間に跨り、それらの間のアクセスを提供する。第１および第２のハッチカバー３３０Ａ、３３０Ｂはハッチ４０５をカバーし得る。例えば、図３は閉じられた形状のハッチカバー３３０を示し、図４および図５は開いた形状のハッチカバー３３０を示す。

様々な実施形態において、ハッチドア３３０は閉じられた形状に付勢され得て、ロボットアームシステム１２５によって押し開かれ得る。図５において示されるように、ハッチドアアクチュエータ５０５は、ハッチドア３３０を開くための、エレベータ運搬台１３５（図１および図２）上に配置された複数のロッドであり得る。例えば、図１および図２に戻って、バッテリスロット１１５から選択されたバッテリパック１２０を引き出し、バッテリ運搬台１４０上にバッテリパック１２０を配置した後、ロボットアームシステム１２５は、図４および図５において示されるように、ハッチ４０５の下へ移動し得る。次にエレベータ運搬台１３５は、ハッチ４０５に向かって上方に延び得て、ハッチドアアクチュエータ５０５がハッチドア３３０に接触し、エレベータ運搬台１３５が上方に延びるにつれてハッチドア３３０を開いた形状へと動かす。

図４および図５において示されるように、ロボットアームシステム１２５の一部は、天板３０８上に配置されているＵＡＶ４００とのバッテリパック交換を容易にすべく、ハッチ４０５を通って延び得る。例えば、バッテリパック交換の一態様において、バッテリ運搬台１４０はハッチ４０５を通って延びる間、空であり得て、次にバッテリ運搬台１４０は、ＵＡＶ４００のバッテリスロット５１０中に配置されている放電したバッテリパック１２０に向かって延び、それを把持する。バッテリパック交換の別の態様において、バッテリ運搬台１４０は、ハッチ４０５を通って延びる間、その上に配置された充電されたバッテリパック１２０を有し得て、次にバッテリ運搬台１４０は、ＵＡＶ４００の空のＵＡＶバッテリスロット５１０に向かって延び、ＵＡＶバッテリスロット５１０の中へ充電されたバッテリパック１２０を積み込み得る。従って、図４および図５は、ＵＡＶ４００上に積み込まれるバッテリパック１２０を示し得て、かつ／または、ＵＡＶ４００から取り出されるバッテリパック１２０を示し得る。

本明細書において説明されるバッテリ交換システム１０９およびＵＡＶ固定システム３００は、様々な寸法および形状のＵＡＶベースステーション１００（図１および図２に示される）において使用され得る。例えば、いくつかの実施形態において、ＵＡＶベースステーション１００はビルと同等に大きいものであり得て、１または複数のバッテリ交換システム１０９および／または１または複数のＵＡＶ固定システム３００を備え得る。しかしながら、いくつかの実施形態において、本明細書において説明されるバッテリ交換システム１０９およびＵＡＶ固定システム３００は、図６ａ−図６ｃおよび図７において示される実施形態１００Ｂなどの小型で持ち運び可能なＵＡＶベースステーション１００に適合され得る。

図６ａ−図６ｃおよび図７を見ると、そのような実施形態１００Ｂにおいて、筐体１０５は通常の旅行かばんの大きさおよび寸法であり得て、ＵＡＶベースステーション１００の複数のコンポーネントは軽量であり得る。筐体１０５はまた、天板３０８を取り外し可能にカバーすべく構成される天板カバー６０５も備え得る。天板カバー６０５は、図６ａ−図６ｃおよび図７において示されるように筐体１０５に回転可能に連結され得る。しかし、天板カバー６０５は、あるいは、完全に取り外し可能であり、複数の部分を備え、または、天板３０８を選択的にカバーするための任意の他の適切な構成を有し得る。天板カバー６０５はまた、閉じられた形状で天板カバー６０５を固定するための掛け金６１０を含み得る。

さらに、筐体１０５は、ベースステーション１００Ｂのさらに高められた携帯性を提供する、引き伸ばし可能な引張棒６１５ならびに複数の車輪６２０および／または複数の脚６２５を備え得る。例えば、ベースステーション１００Ｂは、引き伸ばされた引張棒６１５を保持し、複数の車輪６２０で地面に沿って筐体１０５を転がすか、または引張棒６１５でベースステーション１００Ｂを持つことによって、運搬され得る。軽量かつ持ち運び可能なベースステーション１００Ｂは有利であり得る。なぜならば、ベースステーション１００Ｂは従来の運搬手段によってより簡単に運搬され得て、かつ／または、より大きくかつより重たいベースステーション１００ならば非現実的な複数の場所において複数のＵＡＶ４００をサポートすべく設置され得るからである。例えば、例示的な実施形態のベースステーション１００Ｂは、所望の場所へ通常の乗り物で運搬され、かつ、その乗り物の上に（図示せず）、その乗り物の荷台の中に、などのように設置され得る。

本明細書において説明されるように、ＵＡＶベースステーション１００は１または複数のＵＡＶ４００をサポートし得る（図４に示される）。例えば、バッテリ交換システム１０９は、１または複数のＵＡＶ４００が、ユーザインタラクションが無いか、または限られる状態で、延長された時間の間電力が保持されかつ動作可能であるように、ユーザインタラクションのない、１または複数のＵＡＶ４００用のバッテリ１２０（図１および図２に示される）の自動化された交換を提供し得る。従って、１または複数のＵＡＶ４００における交換のために構成される１または複数のバッテリパック１２０を含むことに加えて、ＵＡＶベースステーション１００はまた、ＵＡＶベースステーション１００中に存在し得る１または複数のバッテリ１２０を充電するための、および／または、ＵＡＶベースステーション１００の様々なコンポーネントに電源を供給するための別個の電源（図示せず）を含み得る。そのような電源は、バッテリ、発電機、太陽電池、電力供給網への接続、または同様のものなどの、任意の従来のタイプの電源を備え得る。従って、様々な実施形態において、バッテリマトリックス１１０および複数のバッテリスロット１１５のうちの１または複数は、１または複数のバッテリバック１２０を充電すべく構成され得る。

ＵＡＶベースステーション１００はまた、様々な他の面で１または複数のＵＡＶ４００をサポートし得る。例えば、ＵＡＶベースステーション１００は有線接続または無線接続でＵＡＶ４００に動作可能に接続し得て、ＵＡＶ４００がベースステーション１００と通信するように、または、ＵＡＶ４００が、インターネット、衛星ネットワーク、または同様のものなどのより大きいネットワークを介して通信すべく動作可能であるようにし得る。一実施形態において、ＵＡＶは、ワイドフィデリティ（ＷｉＦｉ（登録商標））ネットワークなどのローカル無線ネットワークを介して１または複数のＵＡＶ４００と無線通信し得て、ベースステーション１００はインターネットまたは他の好適なネットワークに動作可能に接続され得る。

ＵＡＶ４００が、位置データ、オーディオデータ、画像データ、温度データ、熱データ、放射線データ、レーダデータ、ライダデータ、および／または同様のものを含むデータを遠隔地の複数のオペレータに提供し得るに、そのような接続が望まれることもある。そのような接続はまた、ユーザが、ＵＡＶ４００またはベースステーション１００を遠隔操作すること、またそうでなければ、ＵＡＶ４００またはベースステーション１００に複数の命令をプログラムまたは提供することを可能にし得る。

ＵＡＶベースステーション１００はまた、１または複数のＵＡＶ４００または遠隔地の複数の操作にデータを提供すべく動作可能であり得る他の複数のセンサも含み得る。例えば、ＵＡＶベースステーション１００はまた、ＧＰＳユニット、コンパス、加速度計、レーダシステム、ライダシステム、および／または同様のものを備え得る。さらに、様々な実施形態において、ＵＡＶベースステーション１００は、収容キャビティ１０８、または筐体１０５の他の部分内に１または複数のＵＡＶ４００を格納すべく構成され得る。

複数のバッテリ１２０の交換を提供するのに加えて、ＵＡＶベースステーション１００は、他の複数の選択されたアイテムの自動化された交換または供給に対して有利に構成され得る。例えば、本明細書において説明されるようなバッテリ交換システム１０９は、燃料、複数のメモリ装置、兵器類、および／または同様のものを交換、供給、または再供給すべく使用または適合され得る。いくつかの実施形態において、複数のＵＡＶ４００は、液体、気体、または固体を区域に排出し、または提供する任務を課せられ得て、ＵＡＶベースステーション１００はそのような液体、気体、および／または固体を１または複数のＵＡＶ４００に供給すべく動作可能であり得る。

さらに、複数のＵＡＶ４００は、再構成可能であり得て、ＵＡＶベースステーション１００は複数のＵＡＶ４００を構成すべく動作可能であり得る。例えば、ＵＡＶ４００は、カメラ、オーディオシステム、武器システム、液体排出システム、気体排出システム、および／または同様のものを、モジュール式に、かつ任意で運ぶべく構成され得て、ＵＡＶベースステーション１００は、適宜ＵＡＶ４００を構成し、ＵＡＶ４００に１または複数の所望のコンポーネントまたはモジュールを提供すべく動作可能であり得る。

図８および図１−図５の複数の要素を見ると、ＵＡＶ４００の中にＵＡＶバッテリパック１２０を挿入するための方法８００が示される。方法８００は、ロボットアームシステム１２５が、選択されたバッテリスロット１１５中に配置された選択されたＵＡＶバッテリパック１２０へとＸ軸およびＹ軸に沿って移動するブロック８１０で開始する。ブロック８２０において、ロボットアームシステム１２５はＺ軸に沿ってバッテリ運搬台１４０を延ばし、選択されたＵＡＶバッテリパック１２０を把持する。例えば、バッテリグラバ１４３および／または複数のグラバアーム１４４が選択されたバッテリパック１２０を把持し得る。ブロック８３０において、ロボットアームシステム１２０は、バッテリスロット１１５からＵＡＶバッテリパック１２０を取り出すべく、Ｚ軸に沿ってバッテリ運搬台１４０を引っ込め得る。

ブロック８４０において、ロボットアームシステム１２５は、取り出されたＵＡＶバッテリパック１２０をＵＡＶ４００の近傍に移動させ得る。例えば、様々な実施形態において、取り出されたＵＡＶバッテリパック１２０をＵＡＶ４００の近傍に移動させる段階は、ハッチ４０５の近傍に移動するバッテリ運搬台１４０を移動させる段階と、ハッチ４０５を通って、バッテリ交換ゾーン３４０における筐体１０５の天板３０８上に配置されたＵＡＶ４００の近傍にバッテリ運搬台１４０を延ばす段階とを備え得る。

ブロック８５０において、ロボットアームシステム１２５は、ＵＡＶ４００上に配置されたＵＡＶバッテリスロット５１０の中にＵＡＶバッテリパック１２０を挿入し、ＵＡＶバッテリパック１２０から切り離し得る。様々な実施形態において、バッテリグラバ１４３および／または複数のグラバアーム１４４は選択されたバッテリパック１２０から切り離し得る。方法８００はブロック８９９において終了する。

図９は、一実施形態による、ＵＡＶ４００からＵＡＶバッテリパック１２０を取り出し、かつＵＡＶバッテリパック１２０を格納するための方法９００のブロック図である。方法９００は、ロボットアームシステム１２５が、ＵＡＶバッテリスロット５１０中にＵＡＶバッテリパック１２０を配置させたＵＡＶ４００の近傍に移動し得るブロック９１０において開始する。例えば、様々な実施形態において、ＵＡＶ４００の近傍にロボットアームシステム１２５を移動させる段階は、ハッチ４０５の近傍にバッテリ運搬台１４０を移動させる段階と、ハッチ４０５を通って、バッテリ交換ゾーン３４０における筐体１０５の天板３０８上に配置されたＵＡＶ４００の近傍にバッテリ運搬台１４０を延ばす段階とを備え得る。

ブロック９２０において、ロボットアームシステム１２５は、ＵＡＶバッテリスロット５１０中に配置されたＵＡＶバッテリパック１２０を把持し得る。例えば、バッテリグラバ１４３および／または複数のグラバアーム１４４は選択されたバッテリパック１２０を把持し得る。ブロック９３０において、ロボットアームシステム１２５は、ＵＡＶバッテリスロット５１０からＵＡＶバッテリパック１２０を引き込み可能に取り出し得る。

ブロック９３０において、ロボットアームシステム１２５は、選択されたＵＡＶバッテリスロット１５５へとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し得る。例えば、様々な実施形態において、選択されたＵＡＶバッテリスロット１５５へとＸ軸およびＹ軸に沿って移動する段階は、ハッチ４０５を通って筐体１０５の内部キャビティ１０８の中に引っ込む段階と、選択されたＵＡＶバッテリスロット１５５に位置が合うようバッテリ運搬台１４０を移動させる段階とを含み得る。

ブロック９４０において、ロボットアームシステム１２５は、選択されたＵＡＶバッテリスロット１１５にＵＡＶバッテリパック１２０を挿入すべくＺ軸に沿ってバッテリ運搬台１４０を延ばし得る。様々な実施形態において、バッテリパック１２０は充電され、および／または、後の充電のために、バッテリスロット１１５に格納され得る。

複数の説明された実施形態は様々な変更形態および代替形態を生じやすく、それらの複数の具体例が複数の図面において例示を目的として示され、本明細書において詳細に説明される。しかしながら、複数の説明された実施形態は開示された特定の複数の形態または複数の方法に限定されるものではなく、反対に、本開示は全ての変更形態、均等物、代替形態を網羅することが理解されるべきである。

複数の説明された実施形態は様々な変更形態および代替形態を生じやすく、それらの複数の具体例が複数の図面において例示を目的として示され、本明細書において詳細に説明される。しかしながら、複数の説明された実施形態は開示された特定の複数の形態または複数の方法に限定されるものではなく、反対に、本開示は全ての変更形態、均等物、代替形態を網羅することが理解されるべきである。
[項目１]
無人航空機ベース（ＵＡＶ）ステーションであって、
ＵＡＶバッテリパックを有するＵＡＶが、その上に着陸することを可能にするための着地面と、
それぞれがＵＡＶバッテリパックを取り外し可能に保持するべく構成される複数のバッテリスロットを画定するバッテリマトリックスを備えるバッテリ交換システムと、
上記バッテリ交換システムのうち選択されたＵＡＶバッテリパックと上記ＵＡＶの上記ＵＡＶバッテリパックとを相互作用する機械的機構と、を備える
無人航空機ベースステーション。
[項目２]
上記機械的機構は、
選択されたバッテリスロット中に配置され、かつ選択されたＵＡＶバッテリパックへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し、
Ｚ軸に沿ってバッテリ運搬台を延ばし、上記選択されたＵＡＶバッテリパックを把持し、
上記バッテリスロットから上記ＵＡＶバッテリパックを取り出すべく上記Ｚ軸に沿って上記バッテリ運搬台を引っ込め、
ＵＡＶの近傍に上記取り出されたＵＡＶバッテリパックを移動させ、上記ＵＡＶに配置されたＵＡＶバッテリスロットの中に上記ＵＡＶバッテリパックを挿入し、上記ＵＡＶバッテリパックから切り離すべく動作可能な
項目1に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目３]
上記バッテリマトリックスは、複数の行および列を有する二次元アレイで複数のバッテリスロットを画定する
項目１または２に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目４]
上記バッテリ交換システムは、その上へのＵＡＶの着陸のために構成される天板を少なくとも含む筐体によって画定される収容キャビティ内に配置され、上記筐体は、上記天板を取り外し可能にカバーする天板カバーを任意で備える
項目１から項目３の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目５]
上記筐体は引張棒および複数の車輪をさらに備える
項目４に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目６]
上記天板は、ハッチを備え、上記機械的機構は、上記収容キャビティ内から上記天板の上のバッテリ交換位置へと上記ハッチを通って上記ＵＡＶバッテリパックを延ばすべく動作可能であり、上記天板は、上記機械的機構が上記ハッチを通って延ばされない場合、上記ハッチをカバーすべく動作可能な少なくとも１つのハッチドアを任意で備える
項目４または５に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目７]
上記天板に存在するＵＡＶを上記天板のバッテリ交換ゾーンへと導くべく動作可能なＵＡＶ固定システムをさらに備える
項目４から６の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目８]
上記ＵＡＶ固定システムは、それぞれの垂直軸に沿ってそれぞれ移動すべく動作可能な第１および第２の固定用アームを備え、上記ＵＡＶ固定システムはユーザインタラクションなしに自動的に動作すべく任意で構成される
項目７に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目９]
上記第１および第２の固定用アームは、それらのそれぞれの移動軸に略垂直に延在する
項目８に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１０]
上記第１および第２の固定用アームは、上記収容キャビティ内に配置されたそれぞれの固定用アーム作動システムによって作動させられる
項目８または９に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１１]
上記機械的機構はさらに、
ＵＡＶバッテリスロット中にＵＡＶバッテリパックを配置させたＵＡＶの近傍に移動し、
上記ＵＡＶバッテリスロット中に配置された上記ＵＡＶバッテリパックを把持し、
上記ＵＡＶバッテリスロットから上記ＵＡＶバッテリパックを引き込み可能に取り出し、
選択されたＵＡＶバッテリスロットへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し、
上記選択されたＵＡＶバッテリスロットに上記ＵＡＶバッテリパックを挿入するためにＺ軸に沿って上記バッテリ運搬台を延ばすべく動作可能である
項目１から項目１０の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１２]
上記複数のバッテリスロットのうち少なくとも１つは複数の上記ＵＡＶバッテリパックのうち少なくとも１つを充電すべく動作可能である
項目１から項目１１の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１３]
上記バッテリ交換システムはユーザインタラクションなしに自動的に動作すべく構成される
項目１から項目１２の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１４]
上記機械的機構システムは、少なくとも１つのベースレールを上記Ｘ軸に沿って直線的に移動すべく構成されるベースカートを備える
項目１から項目１３の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１５]
上記機械的機構システムは、上記ベースカートから延在する少なくとも１つのエレベータレールを上記Ｙ軸に沿って直線的に移動すべく構成されるエレベータ運搬台を備え、上記バッテリ運搬台は任意で上記エレベータ運搬台と連結される
項目１４に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目１６]
ＵＡＶの中にＵＡＶバッテリパックを挿入する方法であって、
選択されたバッテリスロット中に配置された選択されたＵＡＶバッテリパックへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動する機械的機構を備え、
上記機械的機構はＺ軸に沿ってバッテリ運搬台を延ばし、上記選択されたＵＡＶバッテリパックを把持し、
上記機械的機構は、上記バッテリスロットから上記ＵＡＶバッテリパックを取り出すべく上記Ｚ軸に沿って上記バッテリ運搬台を引っ込め、
上記機械的機構は、ＵＡＶの近傍に上記取り出されたＵＡＶバッテリパックを移動させ、上記ＵＡＶに配置されたＵＡＶバッテリスロットの中に上記ＵＡＶバッテリパックを挿入し、上記ＵＡＶバッテリパックから切り離す
方法。
[項目１７]
ＵＡＶからＵＡＶバッテリパックを取り出し、上記ＵＡＶバッテリパックを格納する方法であって、
ＵＡＶバッテリスロット中にＵＡＶバッテリパックを配置させたＵＡＶの近傍に移動する機械的機構を備え、
上記機械的機構は、上記ＵＡＶバッテリスロット中に配置された上記ＵＡＶバッテリパックを把持し、
上記機械的機構は、上記ＵＡＶバッテリスロットから上記ＵＡＶバッテリパックを引き込み可能に取り出し、
上記機械的機構は選択されたＵＡＶバッテリスロットへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し、
上記機械的機構は、上記選択されたＵＡＶバッテリスロット中に上記ＵＡＶバッテリパックを挿入すべく、Ｚ軸に沿って上記バッテリ運搬台を延ばす
方法。
[項目１８]
その上へのＵＡＶの着陸のために構成される天板を少なくとも含む筐体と、
上記天板のバッテリ交換ゾーンへと上記天板に存在するＵＡＶを導くべく動作可能なＵＡＶ固定システムと、を備える
無人航空機ベースステーション。
[項目１９]
上記ＵＡＶ固定システムは、それぞれの垂直軸に沿ってそれぞれ移動すべく動作可能な第１および第２の固定用アームを備える
項目１８に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２０]
上記第１および第２の固定用アームは、それらのそれぞれの移動軸に垂直に延在する
項目１９に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２１]
上記第１および第２の固定用アームは、上記筐体によって画定される収容キャビティ内に配置されたそれぞれの固定用アーム作動システムによって作動させられる
項目１８または１９に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２２]
上記ＵＡＶ固定システムは、ユーザインタラクションなしに自動的に動作すべく構成される
項目１８から２１の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２３]
上記天板はハッチを備え、機械的機構は上記ハッチを通って、収容キャビティ内から上記天板の上のバッテリ交換位置へと、上記天板の上記バッテリ交換ゾーンの近傍にバッテリパックを延ばすべく動作可能である
項目１８から２２の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２４]
上記筐体は、上記天板を取り外し可能にカバーすべく構成される天板カバーをさらに備える
項目１８から２３の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２５]
上記筐体は、引張棒および複数の車輪をさらに備える
項目１８から２４の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
[項目２６]
それぞれがＵＡＶバッテリパックを取り外し可能に保持すべく構成される複数のバッテリスロットを画定するバッテリマトリックス、および
上記ＵＡＶバッテリパックと相互作用するための機械的機構を備えるバッテリ交換システムと、
その上へのＵＡＶの着陸のために構成される天板を少なくとも含む筐体と、
上記天板のバッテリ交換ゾーンへと上記天板に存在するＵＡＶを導くべく動作可能なＵＡＶ固定システムと、を備える
携帯型無人航空機ベースステーション。
[項目２７]
上記筐体は上記天板を取り外し可能にカバーすべく構成される天板カバーをさらに備える
項目２６に記載の携帯型無人航空機ベースステーション。
[項目２８]
上記筐体は引張棒および複数の車輪をさらに備える
項目２６または２７に記載の携帯型無人航空機ベースステーション。

Claims (28)

1. 無人航空機ベース（ＵＡＶ）ステーションであって、
   ＵＡＶバッテリパックを有するＵＡＶが、その上に着陸することを可能にするための着地面と、
   それぞれがＵＡＶバッテリパックを取り外し可能に保持するべく構成される複数のバッテリスロットを画定するバッテリマトリックスを備えるバッテリ交換システムと、
   前記バッテリ交換システムのうち選択されたＵＡＶバッテリパックと前記ＵＡＶの前記ＵＡＶバッテリパックとを相互作用する機械的機構と、を備える
   無人航空機ベースステーション。
2. 前記機械的機構は、
   選択されたバッテリスロット中に配置され、かつ選択されたＵＡＶバッテリパックへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し、
   Ｚ軸に沿ってバッテリ運搬台を延ばし、前記選択されたＵＡＶバッテリパックを把持し、
   前記バッテリスロットから前記ＵＡＶバッテリパックを取り出すべく前記Ｚ軸に沿って前記バッテリ運搬台を引っ込め、
   ＵＡＶの近傍に前記取り出されたＵＡＶバッテリパックを移動させ、前記ＵＡＶに配置されたＵＡＶバッテリスロットの中に前記ＵＡＶバッテリパックを挿入し、前記ＵＡＶバッテリパックから切り離すべく動作可能な
   請求項1に記載の無人航空機ベースステーション。
3. 前記バッテリマトリックスは、複数の行および列を有する二次元アレイで複数のバッテリスロットを画定する
   請求項１または２に記載の無人航空機ベースステーション。
4. 前記バッテリ交換システムは、その上へのＵＡＶの着陸のために構成される天板を少なくとも含む筐体によって画定される収容キャビティ内に配置され、前記筐体は、前記天板を取り外し可能にカバーする天板カバーを任意で備える
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
5. 前記筐体は引張棒および複数の車輪をさらに備える
   請求項４に記載の無人航空機ベースステーション。
6. 前記天板は、ハッチを備え、前記機械的機構は、前記収容キャビティ内から前記天板の上のバッテリ交換位置へと前記ハッチを通って前記ＵＡＶバッテリパックを延ばすべく動作可能であり、前記天板は、前記機械的機構が前記ハッチを通って延ばされない場合、前記ハッチをカバーすべく動作可能な少なくとも１つのハッチドアを任意で備える
   請求項４または５に記載の無人航空機ベースステーション。
7. 前記天板に存在するＵＡＶを前記天板のバッテリ交換ゾーンへと導くべく動作可能なＵＡＶ固定システムをさらに備える
   請求項４から６の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
8. 前記ＵＡＶ固定システムは、それぞれの垂直軸に沿ってそれぞれ移動すべく動作可能な第１および第２の固定用アームを備え、前記ＵＡＶ固定システムはユーザインタラクションなしに自動的に動作すべく任意で構成される
   請求項７に記載の無人航空機ベースステーション。
9. 前記第１および第２の固定用アームは、それらのそれぞれの移動軸に略垂直に延在する
   請求項８に記載の無人航空機ベースステーション。
10. 前記第１および第２の固定用アームは、前記収容キャビティ内に配置されたそれぞれの固定用アーム作動システムによって作動させられる
    請求項８または９に記載の無人航空機ベースステーション。
11. 前記機械的機構はさらに、
    ＵＡＶバッテリスロット中にＵＡＶバッテリパックを配置させたＵＡＶの近傍に移動し、
    前記ＵＡＶバッテリスロット中に配置された前記ＵＡＶバッテリパックを把持し、
    前記ＵＡＶバッテリスロットから前記ＵＡＶバッテリパックを引き込み可能に取り出し、
    選択されたＵＡＶバッテリスロットへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し、
    前記選択されたＵＡＶバッテリスロットに前記ＵＡＶバッテリパックを挿入するためにＺ軸に沿って前記バッテリ運搬台を延ばすべく動作可能である
    請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
12. 前記複数のバッテリスロットのうち少なくとも１つは複数の前記ＵＡＶバッテリパックのうち少なくとも１つを充電すべく動作可能である
    請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
13. 前記バッテリ交換システムはユーザインタラクションなしに自動的に動作すべく構成される
    請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
14. 前記機械的機構システムは、少なくとも１つのベースレールを前記Ｘ軸に沿って直線的に移動すべく構成されるベースカートを備える
    請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の無人航空機ベースステーション。
15. 前記機械的機構システムは、前記ベースカートから延在する少なくとも１つのエレベータレールを前記Ｙ軸に沿って直線的に移動すべく構成されるエレベータ運搬台を備え、前記バッテリ運搬台は任意で前記エレベータ運搬台と連結される
    請求項１４に記載の無人航空機ベースステーション。
16. ＵＡＶの中にＵＡＶバッテリパックを挿入する方法であって、
    選択されたバッテリスロット中に配置された選択されたＵＡＶバッテリパックへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動する機械的機構を備え、
    前記機械的機構はＺ軸に沿ってバッテリ運搬台を延ばし、前記選択されたＵＡＶバッテリパックを把持し、
    前記機械的機構は、前記バッテリスロットから前記ＵＡＶバッテリパックを取り出すべく前記Ｚ軸に沿って前記バッテリ運搬台を引っ込め、
    前記機械的機構は、ＵＡＶの近傍に前記取り出されたＵＡＶバッテリパックを移動させ、前記ＵＡＶに配置されたＵＡＶバッテリスロットの中に前記ＵＡＶバッテリパックを挿入し、前記ＵＡＶバッテリパックから切り離す
    方法。
17. ＵＡＶからＵＡＶバッテリパックを取り出し、前記ＵＡＶバッテリパックを格納する方法であって、
    ＵＡＶバッテリスロット中にＵＡＶバッテリパックを配置させたＵＡＶの近傍に移動する機械的機構を備え、
    前記機械的機構は、前記ＵＡＶバッテリスロット中に配置された前記ＵＡＶバッテリパックを把持し、
    前記機械的機構は、前記ＵＡＶバッテリスロットから前記ＵＡＶバッテリパックを引き込み可能に取り出し、
    前記機械的機構は選択されたＵＡＶバッテリスロットへとＸ軸およびＹ軸に沿って移動し、
    前記機械的機構は、前記選択されたＵＡＶバッテリスロット中に前記ＵＡＶバッテリパックを挿入すべく、Ｚ軸に沿って前記バッテリ運搬台を延ばす
    方法。
18. その上へのＵＡＶの着陸のために構成される天板を少なくとも含む筐体と、
    前記天板のバッテリ交換ゾーンへと前記天板に存在するＵＡＶを導くべく動作可能なＵＡＶ固定システムと、を備える
    無人航空機ベースステーション。
19. 前記ＵＡＶ固定システムは、それぞれの垂直軸に沿ってそれぞれ移動すべく動作可能な第１および第２の固定用アームを備える
    請求項１８に記載の無人航空機ベースステーション。
20. 前記第１および第２の固定用アームは、それらのそれぞれの移動軸に垂直に延在する
    請求項１９に記載の無人航空機ベースステーション。
21. 前記第１および第２の固定用アームは、前記筐体によって画定される収容キャビティ内に配置されたそれぞれの固定用アーム作動システムによって作動させられる
    請求項１８または１９に記載の無人航空機ベースステーション。
22. 前記ＵＡＶ固定システムは、ユーザインタラクションなしに自動的に動作すべく構成される
    請求項１８から２１の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
23. 前記天板はハッチを備え、機械的機構は前記ハッチを通って、収容キャビティ内から前記天板の上のバッテリ交換位置へと、前記天板の前記バッテリ交換ゾーンの近傍にバッテリパックを延ばすべく動作可能である
    請求項１８から２２の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
24. 前記筐体は、前記天板を取り外し可能にカバーすべく構成される天板カバーをさらに備える
    請求項１８から２３の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
25. 前記筐体は、引張棒および複数の車輪をさらに備える
    請求項１８から２４の何れか一項に記載の無人航空機ベースステーション。
26. それぞれがＵＡＶバッテリパックを取り外し可能に保持すべく構成される複数のバッテリスロットを画定するバッテリマトリックス、および
    前記ＵＡＶバッテリパックと相互作用するための機械的機構を備えるバッテリ交換システムと、
    その上へのＵＡＶの着陸のために構成される天板を少なくとも含む筐体と、
    前記天板のバッテリ交換ゾーンへと前記天板に存在するＵＡＶを導くべく動作可能なＵＡＶ固定システムと、を備える
    携帯型無人航空機ベースステーション。
27. 前記筐体は前記天板を取り外し可能にカバーすべく構成される天板カバーをさらに備える
    請求項２６に記載の携帯型無人航空機ベースステーション。
28. 前記筐体は引張棒および複数の車輪をさらに備える
    請求項２６または２７に記載の携帯型無人航空機ベースステーション。

Images