Буксировочная система беспилотного летательного аппарата (варианты)
TOWING SYSTEM OF AN UNMANNED AERIAL VEHICLE (OPTIONS)

Изобретение относится к транспорту, в частности, к индивидуальным средствам передвижения посредством буксировки пользователя, например, на лыжах, роликах, коньках или сноуборде по суше, льду или снегу и на лыжах, кайтборде, серфборде или SUP-доске по воде, при помощи беспилотного летательного аппарата.
По патенту RU 2748237 известен тягач водный лыжный, содержащий систему управления буксировкой лыжника, содержащую держак-ручку, соединенную с тягачом через телескопическую направляющую при помощи мягкой сцепки, держак-ручка имеет кнопки управления, которые представляют собой: кнопку блокировки тягача, кнопку фиксации держака-ручки с телескопической направляющей, джойстик, кнопку управления электромагнитом фиксации лыж к тягачу, две кнопки управления оборотами электродвигателей и кнопку фиксации оборотов двигателей. Система оснащена поясом лыжника, выполненным из эластичных резиноподобных материалов с магнитными застежками и имеющим встроенный сигнальный радиопередатчик для обнаружения лыжника на случай нештатной ситуации, при этом пояс также содержит встроенный в задней части кабель с розеткой и штекером для подачи напряжения к электромагниту ботинка лыжника, электромагниту застежек ботинка и электромагнитному клапану гребешка лыж.
Недостатком известной конструкции является сложность конструкции и сложность управления тянущим устройством, поскольку управляющие сигналы подаются пользователем посредством кнопок управления, что требует от пользователя определенной квалификации.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является известная по патенту US 10745132 B1 буксирная система беспилотного летательного аппарата, содержащая расположенную на беспилотном летательном аппарате систему приема управляющих сигналов от датчиков управления, буксирный трос, рукоятку управления буксировкой вытянутой формы, в которую встроены элементы системы управления, при этом управляющие сигналы подаются пользователем на беспилотный летательный аппарат при помощи кнопок и/или переключателей. Беспилотный летательный аппарат может быть оборудован системой GPS.
Недостатком известной буксировочной системы является сложность конструкции вследствие наличия кнопок и/или переключателей управления и/или сенсорных устройств управления на рукоятке, сложность управления, отсутствие возможности управления буксировкой в режиме ручного управления без использования физического воздействия пальцев рук пользователя на механические устройства для передачи управляющего сигнала, что позволяет осуществлять управление буксировкой только квалифицированному пользователю.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является упрощение конструкции и упрощение процесса управления буксировкой.
Технический результат достигается тем, что в буксировочной системе беспилотного летательного аппарата, содержащей расположенную на беспилотном летательном аппарате систему приема управляющих сигналов от датчиков управления, буксирный трос, рукоятку управления буксировкой вытянутой формы, согласно первому варианту изобретения, рукоятка управления содержит, по меньшей мере, одно отверстие, оборудованное меткой, выполненной в виде магнита или электромагнита, и выполненное с возможностью свободного перемещения внутри него стропы, оборудованной системой генерирования управляющих сигналов от датчиков измерения линейных перемещений, при этом датчики измерения линейных перемещений размещены на стропе буксирного троса или встроены в стропу буксирного троса и/или размещены на, по меньшей мере, одной вспомогательной стропе, при этом стропа буксирного троса имеет средство крепления к экипировке пользователя.
Вспомогательная стропа или стропы одним концом соединены со стропой буксирного троса в непосредственной близости от средства крепления буксирной стропы к экипировке пользователя, а вторым концом соединены со стропой буксирного троса за рукояткой управления со стороны беспилотного летательного аппарата.
К краям рукоятки управления прикреплены рулевые стропы, закрепленные вторым концом на беспилотном летательном аппарате.
Отверстия в рукоятке управления выполнены с возможностью свободного перемещения внутри него буксирного троса.
Рукоятка управления прикреплена к буксирному тросу посредством упругого соединения или вспомогательных рулевых строп, выполненных из упругих материалов.
В буксировочной системе беспилотного летательного аппарата, согласно второму варианту изобретения, рукоятка управления содержит отверстие, оборудованное меткой, выполненной в виде магнита или электромагнита, и выполненное с возможностью свободного перемещения внутри него стропы буксирного троса, оборудованного системой генерирования управляющих сигналов от датчиков измерения линейных перемещений, при этом стропа буксирного троса содержит датчик угла поворота, закрепленный на ней с возможностью продольного перемещения и прикрепленный вращающейся частью к рукоятке управления, при этом стропа буксирного троса имеет средство крепления к экипировке пользователя.
Отверстие в рукоятке управления выполнено с возможностью свободного перемещения внутри него буксирного троса.
Рукоятка управления прикреплена к буксирному тросу посредством упругого соединения с возможностью ее возврата в нулевое положение с генерацией нулевого сигнала.
Буксировочная система беспилотного летательного аппарата, согласно третьему варианту изобретения, содержит рулевые стропы, одним концом закрепленные на рукоятке управления, а другим концом соединенные со стропой буксирного троса за рукояткой управления со стороны беспилотного летательного аппарата, при этом рулевые стропы содержат систему генерирования управляющих электрических сигналов, выполненную в виде размещенных на них или встроенных в них датчиков силы, при этом рукоятка управления содержит отверстие, обеспечивающее возможность свободного перемещения внутри него стропы буксирного троса, а стропа буксирного троса имеет средство крепления к экипировке пользователя.
Рулевые стропы выполнены из материала с упругими свойствами.
В буксировочной системе беспилотного летательного аппарата, согласно четвертому варианту изобретения, рукоятка управления содержит, по меньшей мере, одно отверстие, выполненное с возможностью свободного перемещения внутри него стропы, при этом вышеуказанное отверстие или отдельный полый корпус, шарнирно закрепленный соосно вышеуказанному отверстию, оборудованы системой генерирования управляющих сигналов от датчиков измерения линейных перемещений, при этом стропа буксирного троса имеет средство крепления к экипировке пользователя. Рукоятка управления прикреплена к буксирному тросу посредством упругого соединения.
Наличие на стропе буксирного троса, согласно всем вариантам изобретения, средства крепления к экипировке пользователя позволяет поддерживать буксирный трос в полностью или частично натянутом положении, для корректной работы системы, при этом тяга осуществляется непосредственно за корпус пользователя, а рукоятка используется только для непосредственного управления буксировочной системой и для поддержания равновесия пользователя.
Выполнение элементов управления, согласно первому и четвертому варианту изобретения, позволяет управлять буксировкой без использования физического воздействия пальцев рук пользователя на механические устройства для передачи управляющего сигнала, поскольку сигнал на изменение направления полета и скорости БПЛА поступает, исходя из конкретного положения датчика относительно метки или конкретного отклонения положения метки относительно нулевого положения в датчике, т.е. управление осуществляется путем поворота краев рукоятки управления вперед-назад и/или продольного перемещения рукоятки управления относительно буксирного троса и/или вспомогательных строп с датчиками.
Выполнение элементов управления, согласно второму варианту изобретения, так же позволяет исключить необходимость использования кнопок и/или переключателей управления и/или сенсорных устройств управления, поскольку управление осуществляется путем поворота краев рукоятки управления вперед-назад и продольного перемещения рукоятки управления относительно буксирного тороса.
Выполнение элементов управления, согласно третьему варианту изобретения, в виде размещенных или встроенных в стропы датчиков силы, позволяет, как и в первом варианте, управлять буксировкой без использования физического воздействия пальцев рук пользователя на механические устройства для передачи управляющего сигнала, поскольку сигнал на изменение направления полета БПЛА поступает, исходя из разницы усилий на датчиках, а скорость движения БПЛА - исходя из величины среднего усилия на двух датчиках.
Таким образом, при использовании всех вариантов изобретения исключается необходимость использования кнопок и/или переключателей управления и/или сенсорных устройств управления, что упрощает конструкцию и позволяет производить управление путем смещений и поворотов рукоятки управления, что упрощает процесс управления буксировкой.
Сечение отверстий позволяет исключить сильное трение буксирного троса с датчиками о края отверстия и избежать его быстрого износа и застревания. Крепление рукоятки управления к буксирному тросу или к БПЛА посредством отдельных строп или посредством упругого соединения позволяет рукоятке управления свободно перемещаться вдоль стропы натянутого буксирного троса и возвращаться в исходное положение при отпускании рукоятки управления пользователем с генерацией сигнала на сброс скорости БПЛА до нуля.
Примеры конкретного исполнения, поясняемые рисунками:
На фиг. 1-3 схематично показаны примеры исполнения буксировочной системы по первому варианту изобретения.
На фиг. 4 схематично показан пример исполнения буксировочной системы по второму варианту изобретения.
На фиг. 5 схематично показан пример исполнения буксировочной системы по третьему варианту изобретения.
На фиг. 6 показан фрагмент буксировочной системы по второму варианту изобретения, содержащий датчики 4 для измерения линейных перемещений, датчик угла поворота 8, средство крепления 7 троса 3 к экипировке пользователя, метка в виде магнита или электромагнита, расположенная в центральном отверстии 2 рукоятки управления 1 на фиг. 6 не показана.
На фиг. 7 показан фрагмент буксировочной системы с датчиками 4 для измерения линейных перемещений, совмещаемые меткой 10 в виде магнита или электромагнита, расположенной в боковом отверстии 2 рукоятки управления 1, где датчики 4 для измерения линейных перемещений установлены на вспомогательной стропе 5.
На фиг. 8 показан фрагмент буксировочной системы, выполненной по четвертому варианту изобретения, на участке соединения полого корпуса 11 с рукояткой управления 1.
На фиг. 9 показан фрагмент буксировочной системы, выполненной по третьему варианту изобретения.
На фиг. 10 показан разрез полого корпуса 11 с обмоткой датчика 4 для измерения линейных перемещений, согласно четвертому варианту изобретения, с перемещающимся внутри него торосом 3 с меткой 10 в виде магнита или электромагнита.
Для удобства однотипные элементы на всех фигурах обозначений одинаковыми номерами позиций.
Пример 1
Согласно первому варианту исполнения, буксировочная система содержит рукоятку управления 1 с отверстием 2 в центральной части, выполненным с возможностью свободного перемещения внутри него стропы буксирного троса 3, при этом в отверстие 2 установлена метка (на схеме не показана) в виде магнита или электромагнита, датчик 4 для измерения линейных перемещений, размещенный на буксирном тросе или встроенный в буксирный трос 3, устройство содержит две вспомогательные стропы 5, каждая из которых одним концом прикреплена к краю рукоятки управления 1, а другим концом к БПЛА 12. При этом скорость БПЛА 12 регулируется за счет изменения положения датчика 4 относительно метки, а повороты осуществляются за счет натяжения вспомогательных строп 5, система содержит средство крепления 7 троса 3 к экипировке пользователя (Фиг. 1).
Пример 2
Согласно первому варианту исполнения, буксировочная система содержит рукоятку управления 1 с отверстием в центральной части 2, выполненным с возможностью свободного перемещения внутри него стропы буксирного троса 3, при этом рукоятка управления 1 по краям содержит отверстия 6 с установленными в них метками в виде магнита или электромагнита (на схеме не показаны) и выполненные с возможностью свободного перемещения внутри них вспомогательных строп 5, при этом каждая вспомогательная стропа содержит датчик для измерения линейных перемещений 4, при этом сигнал на движение БПЛА 12 вперед или изменение скорости подается, исходя из величины среднего положения на двух датчиках 4, путем движения продольного перемещения рукоятки управления 1 вдоль буксирного троса 3, а сигнал на поворот по разнице среднего положения рукоятки управления 1 и положения на одном из датчиков 4 относительно метки, путем движения краев рукоятки управления 1 вперед-назад, при этом вспомогательные стропы 5 закреплены на буксирном тросе 3 в виде ромба, одним из краев за рукояткой управления 4, а другим в непосредственной близости от средства крепления 7 троса 3 к экипировке пользователя (Фиг. 2)
Пример 3
Согласно первому варианту исполнения, буксировочная система содержит рукоятку управления 1 с отверстием 2 в центральной части, выполненным с возможностью свободного перемещения внутри него стропы буксирного троса 3, при этом в отверстие установлена метка в виде магнита или электромагнита (на схеме не показана), датчик для измерения линейных перемещений 4 размещен на буксирном тросе, при этом на одном из краев рукоятки управления содержится аналогично оборудованное отверстие 2, а проходящая через него вспомогательная стропа 5 содержит датчик для измерения линейных перемещений 4, при этом сигнал на движение БПЛА 12 вперед или изменение скорости подается исходя из величины среднего положения на двух датчиках 4, путем движения продольного перемещения рукоятки управления 1 вдоль буксирного троса 3, а сигнал на поворот по разнице среднего положения рукоятки управления 1 и положения на одном из датчиков 4 относительно метки, путем движения краев рукоятки управления вперед-назад, система содержит средство крепления 7 троса 3 к экипировке пользователя (Фиг. 3).
Пример 4
Согласно второму варианту исполнения, буксировочная система содержит рукоятку 1 с отверстием (на схеме участок отверстия закрыт датчиком) с меткой, выполненной в виде магнита или электромагнита (на схеме не показана), при этом буксирный трос 3 оборудован датчиком измерения линейных перемещений 4, при этом изменение скорости БПЛА 12 происходит, исходя из положения датчика 4, относительно метки путем продольного перемещения пользователем рукоятки управления 1 вдоль буксирного троса, а сигнал на поворот подается от датчика угла поворота 8, при изменении положения краев рукоятки управления 1 относительно друг друга, система содержит средство крепления 7 троса 3 к экипировке пользователя, устройство может содержать вспомогательные стропы 5, выполняющие функцию упругого соединения рукоятки 1 с буксирным тросом 3 для возврата рукоятки 1 в исходное положение при отпускании (Фиг. 4).
Пример 5
Согласно третьему варианту исполнения, рулевые стропы 5, оборудованные датчиками силы 9, одним концом закреплены на краях рукоятки управления 1, а другим концом соединены со стропой буксирного троса 3 за рукояткой управления со стороны БПЛА 12, при этом изменение сигнала на изменение скорости подается путем продольного перемещения пользователем рукоятки управления 1 вдоль буксирного троса, изменяющего суммарное усилие на датчиках силы 9, а поворот путем изменения положения краев рукоятки управления 1 относительно друг друга, при этом сигнал на поворот формируется, исходя из разницы натяжения на датчиках силы 9, система содержит средство крепления 7 троса 3 к экипировке пользователя (Фиг. 5).
Пример 6
Согласно четвертому варианту исполнения, буксирный трос 3 свободно перемещается как внутри отверстия 2 в рукоятке управления 1, так и внутри датчика измерения линейных перемещений 11 (Фиг. 8), расположенного внутри полого корпуса, при этом скорость БПЛА регулируется за счет изменения положения датчика относительно метки, а повороты осуществляются, например, за счет натяжения вспомогательных строп или датчика угла поворота (на фиг. 8 не показаны), или смещения датчиков относительно метки путем движения краев рукоятки управления вперед-назад (на фиг. 8 не показаны).
Во всех показанных выше примерах стропа буксирного троса имеет средство крепления к экипировке пользователя.
Примеры конкретного исполнения не исчерпываются указанными выше, при этом местоположение для размещения датчиков и меток относительно рукоятки управления, согласно четвертому варианту изобретения, аналогично такому местоположению, согласно первому варианту изобретения. Различные элементы системы могут быть добавлены, переупорядочены, объединены или скомбинированы в других схемах реализации.
Датчики для измерения действуют в буксировочной системе беспилотного летательного аппарата следующим образом. Если датчик для измерения линейных перемещений находится в заданном, преимущественно центральном положении, относительно магнита или электромагнита метки, то магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой датчика, симметрично, магнитные потоки через вторичные обмотки равны, значит равны и ЭДС, индуцируемые в этих обмотках, а значит равно нулю дифференциальное напряжение. Если датчик для измерения линейных перемещений смещается относительно среднего положения, то искажается симметрия магнитного поля - через одну из вторичных обмоток, в зависимости от его положения относительно метки, проходит больший магнитный поток, нежели чем через другую. Следовательно, различаются и ЭДС, индуцируемые во вторичных обмотках, - чем больше магнитный поток, тем больше ЭДС. После обработки этой информации электронным модулем, соответствующий управляющий сигнал подается на БПЛА.
Возможность свободного перемещения внутри буксирного троса внутри отверстий в рукоятке управления обеспечивается, например, выполнением его с сечением гиперболоидообразной формы или со сглаженными краями или иной формы, исключающей застревание троса.
Устройство работает следующим образом: стропа буксирного троса крепится к экипировке пользователя, через кнопку включения или средство дистанционного управления подается сигнал на включение и подъем БПЛА, далее посредством заявленной системы управления буксировкой БПЛА приводится в движение. Пользователь осуществляет управление движением БПЛА путем боковых смещений рукоятки управления и ее продольных перемещений вдоль буксирного троса. Торможение выполняется путем разворота доски, сноуборда или лыж поперек движения, выставляя необходимый угол закантовки, одновременно возвращая рукоятку управления на нулевое положение или уменьшая ее отклонение от нулевого положения (или уменьшая усилие), с таким расчетом, чтобы буксировочный трос оставался натянутым во время движения.