МОДУЛЬНЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области авиамоделирования и любительской электроники, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА).
Из уровня техники известны летательные аппараты вертикального взлета -мультикоптеры, включающие в себя корпус, силовую установку из двигателей, расположенных на консолях, полетный контроллер, а также полезную нагрузку (например, патент США №9493235, опубликованный 15.11.2016; заявка на выдачу патента США №2018008891, опубликованная, 11.01.2018).
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является БПЛА, описанный в патенте Кореи №101623410 (опубликован 23.05.2016), включающий корпус, в который встроены печатные платы, соединенные с платой управления посредством штыревого разъемного соединения.
Недостатки известных решений заключаются в следующем:
- производимые серийно различные летающие игрушки-коптеры являются готовыми к использованию решениями, которые не предполагают или предполагают ограниченные возможности их доработки/модификации;
- производимые наборы-конструкторы для сборки БПЛА сложны в использовании: необходимо отдельно собирать корпус/раму БПЛА, отдельно собирать электрическую схему с применением пайки, что повышает трудоемкость и снижает образовательную ценность таких наборов;
- отсутствуют универсальные типоразмеры деталей, для разработки собственной модели БПЛА, нужно выбирать детали из сотен различных позиций.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в создании универсального устройства, пригодного для создания летательных аппаратов с характеристиками по выбору пользователя.
Поставленная задача решается выполнением беспилотного летательного аппарата в виде модульной платформы с взаимозаменяемыми сменными платами.
Техническим результатом патентуемого решения является улучшение ремонтопригодности устройства и возможность быстрого изменения его конфигурации, например, количества моторов или полезной нагрузки, без необходимости доработки корпуса/рамы/каркаса и выполнения лишних технологических операций (например, распаивание, пайка, завинчивание и т.д.).
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции модульного беспилотного летательного аппарата, выполненного из разъемных плат, соединенных между собой межплатными соединителями с фиксацией. Устройство содержит блок управления с основанием в виде платы управления, плату двигателей, расположенную под платой управления, и плату полезной нагрузки, расположенную под платой управления. Механическое соединение плат выполнено путем использования межплатных соединителей с фиксацией, контактные штыри которых расположены перпендикулярно поверхностям плат, а соединение цепей платы полезной нагрузки и платы управления осуществляется через проходные соединения на плате двигателей, где окончания проходных соединений выполнены в виде соединителей, расположенных по обе стороны платы двигателей, а двигатели предназначены для приведения во вращение соответствующих винтов.
При этом платы выполнены осесимметричными, а установка межплатных соединителей на всех платах и двигателей на плате двигателей осуществлена с соблюдением вращательной симметрии, причем соединители для подключения аккумуляторных батарей и внешних управляющих сигналов выполнены соединенными с платой управления через плату двигателей или непосредственно на плате двигателей.
В частном случае реализации, устройство содержит от трех до восьми двигателей. В другом частном случае реализации, устройство снабжено винтами с фиксированным или с переменным (регулируемым) шагом, установленными на осях двигателей, которые могут быть выполнены бесколлекторными. При этом плата двигателей может дополнительно содержать регуляторы скорости вращения каждого из двигателей, выполненные чувствительными к величине входного напряжения либо к ШИМ-сигналу, поступающему от платы управления.
Плата двигателей может также содержать блоки управления ориентацией осей двигателей, а двигатели могут быть выполнены в виде коллекторных/бесколлекторных электрических двигателей или двигателей внутреннего сгорания, двигателей внешнего сгорания, реактивных двигателей, двигателей с инерционным и/или механическим приводом, двигателей с гидравлическим и/или пневматическим приводом.
За счет того, что между собой платы соединяются совмещением и механическим защелкиванием соответствующих разъемов конструкции, нет необходимости пайки и использования дополнительных монтажных элементов электрической схемы. Соединительные разъемы с установленными на них механическими предохранителями выполняют демпфирующую роль при аварийном падении аппарата и позволяют избежать повреждений элементной базы. Такой подход позволяет снизить сложность и трудоемкость сборки/разборки аппарата и замены модулей, а также повысить надежность и снизить вес и стоимость всей конструкции.
Конструкция предложенной модульной БПЛА платформы отличается от известных из уровня техники наборов для сборки БПЛА отсутствием отдельной рамы/корпуса аппарата, отдельного набора электрических компонентов, модулей и проводки для сборки и монтажа посредством пайки. Вся конструкция выполнена в виде многослойных печатных плат, а платы одновременно являются и силовой несущей конструкцией и содержат в себе электронную схему. От серийно производимых БПЛА предлагаемая платформа также отличается универсальной модульностью: все платы взаимозаменяемы - можно использовать разные типы приемников и полетных контроллеров, разные моторные платы, а также взаимозаменяемые платы шасси с разной полезной нагрузкой на одном и том же аппарате путем простой замены соответствующих плат.
Далее решение поясняется ссылками на чертежи, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - общий вид модульного беспилотного летательного аппарата.
Фиг. 2 - элементы модульного беспилотного летательного аппарата в разобранном виде.
Модульный беспилотный летательный аппарат выполнен из разъемных плат, соединенных между собой межплатными соединителями с фиксацией.
Предлагаемое устройство включает в себя:
плату управления 1 с инерциальной навигационной системой, приемником радиоуправления и регулятором хода электродвигателей;
плату двигателей 2 с установленными электродвигателями 3, воздушными винтами 7, интегрированными проводящими и вспомогательными элементами электрической цепи, защитой воздушных винтов;
плату полезной нагрузки 4, например, шасси с установленной программируемой микроконтроллерной платой (совместимой со средой Arduino IDE), системой светодиодной и звуковой индикации режимов полета и работы бортовой аппаратуры, светодиодным цифровым индикатором, установленными демпфирующими посадочными ножками; литий-полимерный аккумулятор.
Вместо модуля шасси с программируемой микроконтроллерной платой, может подключаться:
- модуль полетов от первого лица состоящий из камеры, передающей радиоаппаратуры и вспомогательных электронных узлов и компонентов;
- модуль захвата/сброса груза; -модуль компьютерного зрения
и другие модули полезной нагрузки.
Устройство снабжено винтами 7 с фиксированным или с переменным (регулируемым) шагом, установленными на осях двигателей.
Платы всех модулей выполнены многослойными из фольгированного стеклотекстолита (или другого электроизоляционного материала), на которых разведены силовые проводящие цепи и смонтированы электрические компоненты и узлы аппарата.
Механическое соединение плат выполнено путем использования межплатных соединителей 5 с фиксацией, контактные штыри которых расположены перпендикулярно поверхностям плат. Межплатные соединители выполнены в виде PLS/PLHD разъемов с механическими предохранителями. Платы 1, 2, 4 соединяются совмещением и механическим защелкиванием соответствующих разъемов.
Платы выполнены осесимметричными, а установка межплатных соединителей на всех платах и двигателей на плате двигателей осуществлена с соблюдением вращательной симметрии, причем соединители для подключения аккумуляторных батарей и внешних управляющих сигналов выполнены соединенными с платой управления через плату двигателей или непосредственно на плате двигателей.
Соединение цепей платы полезной нагрузки и платы управления осуществляется через проходные соединения 6 на плате двигателей 2, где окончания проходных соединений выполнены в виде соединителей, расположенных по обе стороны платы двигателей.
Двигатели 3 предназначены для приведения во вращение соответствующих винтов 7.
Устройство содержит от трех до восьми двигателей. При этом плата двигателей может дополнительно содержать регуляторы скорости вращения каждого из двигателей, выполненные чувствительными к величине входного напряжения либо к ШИМ-сигналу, поступающему от платы управления.
Плата двигателей может также содержать блоки управления ориентацией осей двигателей, а двигатели могут быть выполнены в виде коллекторных/бесколлекторных электрических двигателей или двигателей внутреннего сгорания, двигателей внешнего сгорания, реактивных двигателей, двигателей с инерционным и/или механическим приводом, двигателей с гидравлическим и/или пневматическим приводом.
От серийно производимых БПЛА предлагаемая платформа отличается отсутствием отдельной рамы/корпуса аппарата, отдельного набора электрических компонентов, модулей и проводки для сборки и монтажа посредством пайки, а также универсальной модульностью: все платы взаимозаменяемы - можно использовать разные типы приемников и полетных контроллеров, разные моторные платы, а также взаимозаменяемые платы шасси с разной полезной нагрузкой на одном и том же аппарате путем простой замены соответствующих плат.
Таким образом, предложена надежная и простая в эксплуатации беспилотная платформа для сборки БПЛА различных типов и назначений.