КОНСТРУКЦИЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ МАТЕРИАЛА С РЕГУЛИРУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ
STRUCTURE OF UNMANNED AERIAL VEHICLE FOR TRANSPORTATION OF MATERIAL WITH ADJUSTABLE TEMPERATURE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к транспортированию специального материала, например органического материала, который необходимо сохранять при определенных температурных условиях.
В частности, настоящее изобретение относится к конструкции беспилотного летательного аппарата, способного гарантировать вышеуказанные температурные условия во время транспортировки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы, по мере возрастания усовершенствования технологий, мы стали свидетелями существенного увеличения объема грузов, перевозимых беспилотными летательными аппаратами. Это связано с тем, что беспилотные летательные аппараты, как в городской, так и в пригородной местности, позволяют осуществлять транспортировку быстрее, дешевле и без необходимости присутствия на борту человека оператора. В частности, этот вид транспорта позволяет избегать загруженности дорожного движения в городской черте, быстро пересекать немощеные зоны, преодолевать естественные или искусственные архитектурные препятствия, проникать в здания и т.д.
По этой причине транспортировка посредством беспилотных летательных аппаратов в настоящее время активно развивается, как в секторе почтовых услуг, таком и вообще для доставки небольших грузов.
По этой причине мы начали ощущать потребность в транспортировке органического материала или вообще медицинского материала с помощью беспилотных летательных аппаратов, имея возможность использовать скорость транспортировки для повышения эффективности экстренных вмешательств, таких как переливание крови.
В качестве двух примеров можно привести компанию из США Zipline, которая осуществила систему транспорта крови в Руанде, а также почту Швейцарии, которая, кроме этого, экспериментирует с системой транспортировки лабораторного образца между двумя больницами.
Однако в обоих случаях основная техническая проблема заключается в поддержании транспортируемого материала в определенных точных температурных условиях. Эта проблема частично решается за счет использования теплоизолирующих контейнеров и использования преимуществ малой средней продолжительности полета.
Тем не менее, температурные режимы, в которых должны содержаться определенные продукты, часто регламентированы соответствующими нормами и должны быть гарантированы безопасным образом и с более высокой надежностью, чем та, которая гарантирована существующими в настоящее время изолирующими контейнерами. Кроме того, часто беспилотные летательные аппараты должны работать в очень отличающихся климатических условиях при внешних температурах, которые могут сильно изменять скорость снижения температуры, при которой груз подвергается воздействию, что делает еще более трудным обеспечение надлежащего поддержания температуры.
Кроме того, автономность этого вида транспорта возрастает благодаря все более совершенным методам оптимизации и выработки энергии в полете, в дополнение к увеличению мощности источников электрической энергии на борту. Поэтому легко прогнозировать, что время полета и расстояния, пройденные беспилотными летательными аппаратами, будут постоянно увеличиваться в течение последующих нескольких лет, подчеркивая вышеуказанную проблему поддержания груза в точных температурных условиях.
Возможное решение показано в патенте US2014180914A1, который описывает способ, устройство и систему для транспортировки коммерческих продуктов с помощью беспилотного летательного аппарата в пределах окрестностей. Благодаря модулю регулирования температуры, система способна поддерживать транспортируемый груз при заданной температуре или влажности. Кроме того, описанный беспилотный летательный аппарат способен показывать пользователю максимальное расстояние, на которое беспилотный летательный аппарат способен перемещаться, или время, которое потребуется для прибытия.
Однако устройство, описанное в патенте US2014180914A1, не оценивает такие параметры, как функцию расхода энергии из-за теплового агрегата и, следовательно, для поддержания температуры. Это не позволяет системе предсказывать, сможет ли или нет беспилотный летательный аппарат завершить свою миссию посредством обеспечения соответствия температурным условиям, требуемым установленными правилами, например, в случае транспортировки органического материала человека, такого как кровь или органы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому особенностью настоящего изобретения является создание конструкции беспилотного летательного аппарата для обеспечения технического обслуживания транспортируемого груза при заданных значениях температуры независимо от внешних климатических условий.
Кроме того, отличительной особенностью настоящего изобретения является создание такой конструкции беспилотного летательного аппарата, которая обеспечивает постоянный и дистанционный контроль за соблюдением заданных параметров полета.
Эти и другие цели достигаются посредством системы для транспортировки груза при контролируемой температуре, причем указанная система содержит, по меньшей мере, одну конструкцию беспилотного летательного аппарата, содержащую:
- по меньшей мере один двигатель, выполненный с возможностью перемещения конструкции беспилотного летательного аппарата;
- энергетический блок, выполненный с возможностью подачи электрической энергии;
- теплоизолирующий контейнер, содержащий:
- изолирующий корпус, содержащий по меньшей мере один слой теплоизоляционного материала;
- по меньшей мере один датчик внутренней температуры, выполненный с возможностью измерения значения температуры , внутренней по отношению к изолирующему корпусу;
- по меньшей мере один датчик внешней температуры, выполненный с возможностью измерения значения температуры , внешней по отношению к изолирующему корпусу;
- тепловой агрегат, выполненный с возможностью регулирования или поддержания постоянного значения температуры ;
при этом указанная система содержит блок управления, выполненный с возможностью осуществления следующего:
-получение полетного задания, включающего:
- посадочную позицию конструкции беспилотного летательного аппарата;
- предельное время  для достижения посадочной позиции;
- условие для поддержания значений температуры во время выполнения полетного задания;
- сбор значений температуры  и ;
- сбор значений энергии , доступной к использованию в энергетическом блоке;
- вычисление значения энергии  для обеспечения по меньшей мере одного упомянутого двигателя для перемещения конструкции беспилотного летательного аппарата в посадочную позицию с временным ограничением ;
причем основной особенностью является то, что блок управления также выполнен с возможностью реализации следующих действий:
- вычисление значения энергии  для обеспечения теплового агрегата с целью соблюдения условия по значениям температуры  для поддержания температуры во время выполнения полетного задания;
- вычисление значения общей энергии , необходимой для выполнения полетного задания;
- сравнение значений энергии  и ;
и что блок управления запрограммирован таким образом, что
- если  ≥ , то блок управления выполняет по меньшей мере одно из следующих действий:
- посылка команды по меньшей мере на один указанный двигатель для выполнения полетного задания;
- передача сигнала о достаточной мощности, в частности выполняемая посредством предупредительного света и/или предупредительного звука и/или дистанционной передачи;
- ожидание распоряжения от оператора и/или от пульта дистанционного управления;
- если  < , то блок управления выполняет по меньшей мере одно из следующих действий:
- изменение полетного задания в соответствии с заранее заданным алгоритмом;
- реализация стратегий для уменьшения значения суммарной энергии и последующего нового сравнения значений энергии  и ;
- передача сигнала о недостатке энергии, в частности выполняемая посредством предупредительного света и/или предупредительного звука и/или дистанционной передачи;
- отмена полетного задания;
- ожидание команды, отдаваемой оператором и/или пультом дистанционного управления.
Таким образом, конструкция беспилотного летательного аппарата, в отличие от предшествующего уровня техники, позволяет контролировать и, возможно, изменять температуру, при которой содержится груз. Более того, конструкция беспилотного летательного аппарата позволяет в режиме реального времени оценить, является ли имеющаяся на борту энергия достаточной для того, чтобы гарантировать поддержание требуемых температурных условий, позволяя осуществлять полетное задание только при соблюдении этих условий.
Таким образом, можно также обеспечить блоку управления различные степени автономности в решении проблемы, в зависимости от использования, вида полетного задания и/или типа перевозимого груза.
В частности, предусмотрены по меньшей мере две конструкции беспилотного летательного аппарата, а также блок управления, который выполнен с возможностью осуществления сбора значений энергии , доступной к использованию в энергетическом блоке каждой конструкции беспилотного летательного аппарата, для сравнения каждого полученного значения энергии  со значением , и выбора такой конструкции беспилотного летательного аппарата, которая имеет значение энергии , ближайшее к указанному значению .
Предпочтительно, чтобы стратегии уменьшения значения общей энергии  могли включать в себя альтернативно или в их комбинации следующее:
- открытие по меньшей мере одного впускного отверстия, имеющегося на теплоизолирующем контейнере, и выполненное с возможностью вхождения воздушного потока в непосредственный контакт со слоем теплоизолирующего материала;
- изменение высоты полета;
- изменение вертикальной скорости полета;
- поиск воздушных потоков с более низкой температурой по отношению к заданному значению температуры.
Предпочтительно, чтобы изолирующий корпус был разделен внутри по меньшей мере на два отсека, а тепловой агрегат был выполнен с возможностью регулирования значения температуры  независимо в каждом отсеке. Таким образом, в случае, если груз не полностью занимает теплоизолирующий контейнер, а только один отсек, можно уменьшить значение энергии , необходимой для поддержания груза при требуемой температуре.
В частности, предусмотрена система геолокализации для дистанционного управления положением теплоизолирующего контейнера.
Предпочтительно, чтобы была предусмотрена по меньшей мере одна солнечная панель, выполненная с возможностью подачи электрической энергии в энергетический блок.
В частности, теплоизоляционный контейнер выполнен с возможностью съемного крепления к конструкции беспилотного летательного аппарата. Таким образом, теплоизоляционный контейнер может быть легко изъят из конструкции беспилотного летательного аппарата, а его транспортировка может быть более простой, как только полетное задание будет завершено, всегда сохраняя груз при требуемой температуре. Кроме того, этот аспект позволяет повторно использовать конструкцию беспилотного летательного аппарата с различными теплоизоляционными контейнерами, уменьшая время между одной полетной задачей и другой.
В частности, энергетический блок содержит вспомогательный источник энергии, встроенный в теплоизоляционный контейнер. Это дополнительно облегчает поддержание заданной температуры в контейнере, даже когда он изымается из остальной части конструкции беспилотного летательного аппарата.
Предпочтительно, чтобы теплоизоляционный контейнер содержал устройство для запирания и отпирания указанного отверстия. Это позволяет, например, предотвратить несанкционированный доступ персонала к грузу.
В частности, система содержит наземную станцию, и каждая конструкция беспилотного летательного аппарата соединена беспроводным способом с наземной станцией таким образом, чтобы периодически передавать данные, касающиеся всех условий полета конструкции беспилотного летательного аппарата. Более конкретно, этот процесс может передавать данные, относящиеся к положению беспилотного летательного аппарата, состоянию теплоизоляционного контейнера и содержащегося в нем грузе, параметрам окружающей среды, обнаруженным датчиками беспилотного летательного аппарата, состоянием источников энергии и т.д. Эта информация может использоваться в режиме реального времени для контроля за транспортировкой груза и, возможно, для изменения параметров полетного задания таким образом, чтобы обеспечить стандарты качества транспортировки даже в случае неудобств, не предусмотренных во время установки полетного задания.
Таким образом, например, в случае транспортировки крови, указанная система способна анализировать доступную информацию, относящуюся к качеству самой крови, во время, до и после транспортировки. Такая информация может быть быстро сравнена с базой данных, содержащей заданные конкретные правила, хранящиеся локально или дистанционно, позволяя вызывать к выполнению конкретные действия (например, приведение в действие механического перемешивания или специальных исполнительных механизмов) и средства управление (активация датчика, настройка температуры, обеспечение отправки информации) на основе параметров, которые должны быть удовлетворены в соответствии с правилами.
Предпочтительно, чтобы система оценивала вес транспортируемого груза и сравнивала его с тем, который был заявлен, чтобы проверить действительную согласованность информации и выполнять вычисление энергии также с учетом этой информации.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, предложен теплоизоляционный контейнер для транспортировки груза при контролируемой заявленной температуре, причем указанный теплоизоляционный контейнер выполнен со съемным креплением к конструкции беспилотного летательного аппарата, при этом конструкция беспилотного летательного аппарата содержит:
- по меньшей мере, один двигатель, выполненный с возможностью перемещения конструкции беспилотного летательного аппарата;
- энергетический блок, выполненный с возможностью подачи электрической энергии;
указанный теплоизоляционный контейнер содержит:
- блок управления;
- изолирующий корпус, содержащий, по меньшей мере, один слой теплоизоляционного материала;
- по меньшей мере один датчик внутренней температуры, выполненный с возможностью измерения значения температуры  в изолирующем корпусе;
- по меньшей мере, один датчик внешней температуры, выполненный с возможностью измерения значения температуры , вне изолирующего корпуса;
- тепловой агрегат, выполненный с возможностью регулирования или поддержания постоянного значения температуры ;
при этом главной особенностью является то, что блок управления выполнен с возможностью осуществления следующего:
- получение полетного задания, содержащего:
- посадочную позицию конструкции беспилотного летательного аппарата;
- предельное время  для достижения посадочной позиции;
- условие для поддержания значений температуры  во время выполнения полетного задания;
- сбор значений температуры  и ;
- сбор значения энергии , доступной к использованию в энергетическом блоке;
- вычисление значения энергии  для обеспечения по меньшей мере одного указанного двигателя для перемещения конструкции беспилотного летательного аппарата в посадочную позицию с временным ограничением ;
- вычисление значения энергии  для обеспечения теплового агрегата с целью соблюдения условия по значениям температуры  для поддержания температуры во время выполнения полетного задания;
- вычисление значения общей энергии , необходимой для выполнения полетного задания;
- сравнение значений энергии  и .
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Дополнительные отличительные признаки и/или преимущества настоящего изобретения становятся более яркими при последующем описании примерного варианта его реализации в качестве иллюстрации, но не ограничения, со ссылкой на приложенные графические материалы, на которых:
Фиг. 1 изображает вид в перспективе возможного примерного варианта реализации конструкции беспилотного летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 2 изображает вид в перспективе возможного примерного варианта реализации теплоизолирующего контейнера в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 3 изображает логическую схему процесса обработки информации посредством блока управления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как изображено на Фиг. 1 и 2, в приведенном в качестве примера варианте реализации, конструкция 200 беспилотного летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением содержит шесть двигателей 210, выполненных с возможностью перемещения как самого беспилотного летательного аппарата, так и энергетического блока, выполненного с возможностью подачи электрической энергии, и блока управления.
Кроме того, конструкция 200 беспилотного летательного аппарата содержит теплоизолирующий контейнер 100, имеющий изолирующий корпус 110, выполненный из изолирующего материала, по меньшей мере, один датчик внутренней температуры, выполненный с возможностью измерения значения температуры  внутри изолирующего корпуса 110, и по меньшей мере один датчик внешней температуры, выполненный с возможностью измерения значения температуры , снаружи по отношению к изолирующему корпусу 110. Кроме того, указанный контейнер 100 содержит тепловой агрегат, выполненный с возможностью регулирования или поддержания постоянного значения температуры .
Как изображено на блок-схеме на Фиг. 3, блок управления способен оценивать в режиме реального времени, возможна ли транспортировка груза с контролируемой температурой, обеспечивая соответствие правилам и полетному заданию при заданных значениях некоторых параметров.
В частности, указанный блок принимает в качестве входных данных полетное задание, в котором они определены, как указано ниже:
- посадочная позиция конструкции 200 беспилотного летательного аппарата;
- предельное время  для достижения посадочной позиции;
- условие для поддержания значений температуры  во время выполнения полетного задания, причем это условие, например, дано на основании действующих правил.
Учитывая полетное задание, блок управления может рассчитать энергию , которая будет подаваться на двигатели 210, чтобы привести указанную конструкцию 200 беспилотного летательного аппарата к посадочной позиции за предельное время . Кроме того, получая значения  и  от соответствующих датчиков температуры, блок управления может обрабатывать значение энергии  для обеспечения теплового агрегата с тем, чтобы соблюдать условие о значениях температуры  для ее поддержания во время полета. Таким образом, блок управления может вычислять значение общей энергии, необходимой для завершения полетного задания:
.
В конце концов блок управления получает значение остаточной энергии , имеющейся в блоке энергии. Если на борту также доступен вспомогательный источник питания контейнера 100, то в дополнение к основной энергии, блок управления получает также значение остаточной энергии , что увеличивает значение .
В свете предыдущего процесса обработки, блок управления, в конечном итоге, оценивает, возможно ли завершение работы или нет, сравнивая значения  и .
Блок управления может быть запрограммирован, в случае выполнения условия , на автоматическое продолжение полетного задания, выдавая соответствующие команды на двигатели 210, или для отправки сигнала о наличии достаточной энергии, например, посредством либо световой, либо дистанционной передачи, и ожидания команд от оператора или другого блока управления.
Наоборот, блок управления может быть запрограммирован, в случае если вместо этого выполняется условие , на выполнение различных операций, включая:
- изменение полетного задания в соответствии с заранее заданным алгоритмом;
- осуществление стратегий снижения значения суммарной энергии , например изменение высоты полета, открытие впускных отверстий для воздушного потока на контейнере 100, изменение вертикальной скорости беспилотного летательного аппарата, поиск холодных потоков воздуха и так далее;
- передача сигнала о недостаточной энергии и ожидание команды от оператора или другого блока управления;
- отмена полетного задания.
Таким образом, блок управления всегда обеспечивает соблюдение правил транспортировки грузов, таких как, например, кровь, органы или лабораторный материал, которые должны содержаться в пределах определенных диапазонов температур.
В приведенном выше описании некоторые конкретные примерные варианты реализации изобретения будут настолько полно раскрывать данное изобретение в соответствии с концептуальной точкой зрения, что прочие лица, применяя текущие знания, смогут модифицировать и/или адаптировать в различных применениях конкретные примерные варианты реализации изобретения без дальнейших исследований и без отрыва от изобретения, и, соответственно, подразумевается, что такие адаптации и модификации должны рассматриваться как эквивалентные конкретным вариантам реализации изобретения. Инструментальные средства и материалы для реализации различных функций, описанных в данном документе, могут иметь различную природу, не выходя за рамки настоящего изобретения. При этом следует понимать, что фразеология или терминология, используемая здесь, предназначена для целей описания, а не ограничения.