ПОСАДОЧНАЯ ПЛОЩАДКА ДЛЯ ПОСАДКИ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФИКСАЦИИ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к аэродромным тормозным посадочным устройствам, предусматривающим фиксацию летательных аппаратов при посадке, включающим в себя радионавигационные узлы, и может быть использовано в качестве посадочного узла подвижной универсальной посадочной платформы.
Из уровня техники известно причальное устройство (RU 2624522 C1, МПК B64F 1/10, В64С 39/02, G05D 1/00, опубл. 04.07.2017), которое содержит платформу, оборудованную устройством торможения, удержания и фиксации беспилотного летательного аппарата (БЛА) на платформе и устройством безопасного приземления. Устройство торможения, удержания и фиксации БЛА на платформе состоит из двух установленных по бокам в концевой части платформы на поворотных механизмах Г-образных штанг. Свободные концы Г-образных штанг соединены планкой, на которой на одинаковом расстоянии друг от друга крепятся тормозные ленты.
Недостатком известного технического решения является сложность его адаптации для посадки БЛА, выполненных по мультироторной схеме. Кроме того, известное причальное устройство обладает низкой технологичностью, вследствие сложности его конструкции.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и выбранным в качестве прототипа признано устройство для стыковки беспилотного летательного аппарата с подвижной док-станцией (WO 2019038532 A1, МПК В64С 39/02, опубл. 21.08.2018). Док-станция содержит стыковочный узел, выполненный для контактного взаимодействия с ответным ему стыковочным узлом беспилотного летательного аппарата. При этом стыковочный узел может быть вогнутым и состоять, по крайней мере, из четырех лепестков, а стыковочный узел БЛА может быть выпуклым и представлять собой четырехгранную призму.
Недостатком подвижной док-станции является низкая надежность узла захвата, вследствие применения в его конструкции большого числа подвижных элементов, что не позволяет обеспечить надежную фиксацию БЛА.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение надежности фиксации беспилотного летательного аппарата на посадочной площадке подвижной посадочной платформы.
Посадочная площадка для посадки и автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата содержит круглый стол, на краях которого диаметрально противоположно закреплены первая и вторая U-образные стойки. Отличает устройство от аналогов то, что поверхность стола совмещена с тензометрическим датчиком, U-образные стойки снабжены подвижными в радиальном направлении планками-фиксаторами, нижние поверхности которых выполнены в виде зубчатых реек, состоящих в зацеплении с шестернями, закрепленными на валах шаговых двигателей, закрепленных на внутренних поверхностях U-образных стоек. Выход тензометрического датчика подключен к измерительному входу блока управления, выполненного на основе микроконтроллера, размещенного в корпусе, который закреплен на боковой поверхности первой U-образной стойки. Четыре младших линии первого силового выхода блока управления подключены к первому шаговому двигателю, четыре старших линии первого силового выхода подключены ко второму шаговому двигателю, а второй силовой выход подключен к визуальному маяку, выполненному в виде кольцевой светодиодной ленты, закрепленной на столе. Дополнительно блок управления снабжен радиомодулем и GPS-трекером.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является повышение надежности фиксации беспилотного летательного аппарата за счет применения в конструкции площадки визуального маяка и GPS-трекера, позволяющих БЛА осуществить точное позиционирование при посадке, специализированного захватного механизма, выполненного в виде тензометрического датчика, позволяющего точно определить момент касания посадочных консолей БЛА поверхности площадки, и планок-фиксаторов, управляемых автономным микроконтроллерным блоком управления, принимающим команды и передающим данные по радиоканалу, обеспечивающих крепление БЛА на площадке после осуществления посадки.
Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана посадочная площадка в изометрической проекции; на фиг. 2 показан механизм зацепления зубчатых реек планок-фиксаторов с шестернями валов шаговых двигателей; на фиг. 3 представлена структурная схема блок управления; на фиг. 4 показана посадочная площадка после приземления на нее беспилотного летательного аппарата.
Посадочная площадка для посадки и автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата имеет следующую конструкцию.
1
1
Ее основой служит круглый стол 1, на краях которого диаметрально противоположно закреплены первая и вторая U-образные стойки 2 и 3. Поверхность стола совмещена с тензометрическим датчиком 4, U-образные стойки снабжены подвижными в радиальном направлении планками-фиксаторами 5 и 6, нижние поверхности которых выполнены в виде зубчатых реек 7, состоящих в зацеплении с шестернями 8, закрепленными на валах шаговых двигателей 9, закрепленных на внутренних поверхностях U-образных стоек. Выход тензометрического датчика 4 подключен к измерительному входу 10, блока управления, размещенного в корпусе 11, который закреплен на боковой поверхности первой U-образной стойки 2. Четыре младших линии первого силового выхода 12 блока управления подключены к первому шаговому двигателю, четыре старших линии первого силового выхода 12 подключены ко второму шаговому двигателю, а второй силовой выход 13 подключен к визуальному маяку 14, выполненному в виде кольцевой светодиодной ленты, закрепленной на столе. Дополнительно блок управления снабжен радиомодулем 15 и GPS-трекером 16. Измерительный вход 10 блока управления может быть выполнен на основе операционного усилителя, а силовые выходы 12 и 13 могут представлять собой транзисторные сборки Дарлингтона с выходными ключами повышенной мощности, в качестве которых может быть применена микросхема ULN2003 (Микросхема ULN2003. Описание, схема подключения // Joyta.ru. Все для радиолюбителя URL: http://www.joyta.ru/4575-mikrosxema-uln2003-opisanie-i-sxemy-primeneniya/).
Блок управления может быть выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро 17, соединенное посредством общей восьмиразрядной шины с FLASH-памятью программ 18, SRAM-памятью данных 19, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM 20, многоканальным десятиразрядным аналого-цифровым преобразователем 21, универсальными восьмиразрядными двунаправленными портами ввода-вывода 22 и 23, первым и вторым универсальными синхронно-асинхронными приемопередатчиками USART 24 и 25. Измерительный вход 10 блока управления подключен к аналого-цифровому преобразователю 21 (для подключения может быть использован любой из восьми каналов АЦП), первый порт ввода-вывода 22 подключен к первому силовому выходу 12, второй порт ввода-вывода 23 подключен ко второму силовому выходу 13, к первому универсальному синхронно-асинхронному приемопередатчику USART подключен радиомодуль 15, а ко второму - GPS-трекер 16.
2
2
3
3
4
4
В качестве микроконтроллера может быть использована любая известная микросхема в индустриальном исполнении. Например, в блоке управления может быть применен восьмиразрядный микроконтроллер AtmelAVRATMega128L (Архитектура ATMega128 // Рынок микроэлектроники URL: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/avr/arh128/20.htm (дата обращения: 21/03/2019).). В качестве радиомодуля может быть применена сборка НС-11 ( Радио модуль НС-11 // RoboShop URL: http://roboshop.spb.ru/CC1101-HC11 (дата обращения: 21.03.2019).), а в качестве GPS-трекера - G229 (GPS Tracker на ардуино своими руками // Habr-habr.ru URL: https://habr.com/ru/post/196150/ (дата обращения: 21.03.2019).).
Посадочную площадку для посадки и автоматической фиксации беспилотного летательного аппарата используют следующим образом.
Первоначально посадочную площадку закрепляют на рычаге универсальной роботизированной платформы базирования малогабаритных беспилотных летательных аппаратов мультироторной и гибридной аэродинамических схем. После активации блока управления микропроцессорное ядро 17 микроконтроллера на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ 18, инициализирует первый и второй синхронно-асинхронные приемопередатчики USART 24 и 25 и осуществляет постоянный цикл их опроса, ожидая управляющих команд от системы управления платформой, поступающих по радиоканалу и принимаемых радиомодулем 15, одновременно с этим отслеживая географические координаты площадки с помощью GPS-трекера 16.
После приема блоком управления площадки команды от системы управления роботизированной платформой на заход БЛА на посадку, Микропроцессорное ядро 17 микроконтроллера на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ 18, подает на первый силовой выход 12 через первый порт ввода-вывода 22 управляющие сигналы вида «бегущая единица», заданной частоты и скважности, обеспечивая вращение валов роторов шаговых двигателей 9 максимально раздвигающих планки-фиксаторы 5 и 6 от центра площадки. Конечное положение планок может контролироваться управляющей программой путем подсчета числа оборотов валов шаговых двигателей, необходимых для раздвижения планок, определенных при предварительной калибровке устройства и хранящихся в памяти EEPROM 20. Для контроля положения планок могут быть также применены контактные или бесконтактные концевые датчики, установленные на рейках 7 и подключенные к первому и второму входам аппаратных внешних прерываний (на фигурах условно не показаны) микроконтроллера. В микроконтроллере ATMega128L в качестве таких входов могут быть использованы линии PD0 и PD1 порта D, настроенные на выполнение их альтернативной функции. После раздвижения планок-фиксаторов 5 и 6 микропроцессорное ядро 17 микроконтроллера останавливает шаговые двигатели.
Затем с помощью второго силового выхода 13 через второй порт ввода-вывода 13 микропроцессорное ядро 17 микроконтроллера активирует визуальный маяк 14 для ориентации системы технического зрения БЛА, подает через радиомодуль 15 широковещательный сигнал о готовности приема БЛА и свои географические координаты, а также активирует цикл опроса тензометрического датчика 4 с помощью аналого-цифрового преобразователя 21 через измерительный вход 10 с целью определения момента касания посадочных консолей БЛА поверхности площадки.
После осуществления посадки БЛА на площадку микропроцессорное ядро 17, регистрируя нагружение тензометрического датчика 4, через первый силовой выход 12 управляет шаговыми двигателями 9 описанным выше способом, сдвигая планки-фиксаторы 5 и 6 к центру площадки, что приводит к зацеплению ими посадочных консолей БЛА и надежному креплению беспилотного летательного аппарата на посадочной площадке. Общий вид БЛА после его посадки на площадку универсальной роботизированной платформы и фиксацию консолей летательного аппарата приведен на фиг. 4.
После приема блоком управления площадки команды от системы управления роботизированной платформой на взлет БЛА микропроцессорное ядро 17 микроконтроллера описанным выше способом осуществляет раздвижение планок-фиксаторов 5 и 6, обеспечивая возможность свободного взлета, и активацию визуального маяка 14 для ориентации системы технического зрения БЛА, а затем возвращается к постоянному циклу опроса первого и второго синхронно-асинхронных приемопередатчиков USART 24 и 25, ожидая дальнейших управляющих команд.
Таким образом, раскрытое в настоящей заявке устройство, является надежным и эффективным узлом универсальной роботизированной платформы базирования малогабаритных беспилотных летательных аппаратов, которая может быть выполнена стационарной или подвижной, установленной на шасси наземного транспортного средства.