Станция для беспилотного летательного аппарата

Полезная модель относится к оборудованию для эксплуатации дронов - беспилотных летательных аппаратов (БЛА), в частности, к устройствам, обеспечивающим хранение БЛА, их диагностику, подзарядку элементов питания, а также их запуск и посадку.
В настоящее время БЛА получили широкое распространение в различных областях техники. Преимуществами использования БЛА являются, в том числе, дешевизна эксплуатации, простое и удобное управление полетом по сравнению с традиционными летательными аппаратами. Для управления БЛА используются станции, как стационарные, так и установленные на различных транспортных средствах.
Так, например, известен размещенный на наземном транспортном средстве модуль для хранения и автоматического запуска БЛА, выполненный в виде установленной в отсеке транспортного средства платформы, закрываемой в нерабочем положении откидывающими створками,
На платформе имеются места для установки БЛА.
Платформа оснащена механизмом вертикального перемещения для поднятия БЛА из отсека для его запуска и помещения в отсек после посадки БЛА на платформу.
Платформа также оснащена механизмами ее поворота относительно горизонтальной оси и вращения относительно вертикальной оси, которые предназначены для калибровки компаса, встроенного в БЛА.
Модуль оснащен системами управления и электроснабжения БЛА. (см. патент РФ на полезную модель №180861, кл. В60Р 3/11, 2018 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что в конструкции модуля не предусмотрена возможность регулирования углового положения платформы с целью обеспечения ее горизонтального положения при взлете и посадке БЛА, в том числе, в процессе изменения угла наклона транспортного средства, особенно при его движении, что в отдельных случаях делает невозможными запуск и посадку БЛА и может привести к аварийной ситуации.
Известна станция для автоматической посадки и зарядки БЛА, содержащая полый корпус, в котором образован отсек для размещения в нем БЛА. Сверху отсек закрыт крышкой, установленной с возможностью поворота на корпусе. В полости отсека установлена платформа для посадки на нее БЛА и взлета с нее. На верхней поверхности платформы установлены элементы для позиционирования БЛА при его посадке. Платформа оснащена приводом ее вертикального перемещения. В полости корпуса также размещены средства подзарядки аккумуляторов БЛА. На наружной боковой поверхности корпуса помещено табло для индикации текущего положения БЛА при его полете, посадке и взлете, уровня зарядки его аккумуляторных батарей и пр., (см. заявка WO 2016/125142, кл. В64С 27/08, 2016 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа данной станции необходимо отметить, что она, в отличие от приведенного выше модуля, оснащена установленными на платформе элементами позиционирования БЛА при его посадке, обеспечивающими точность посадки БЛА на платформу, установленное в корпусе устройство зарядки позволяет в процессе хранения БЛА обеспечить зарядку его аккумуляторных батарей, что весьма удобно. Однако выполнение данной станции, как и приведенного выше модуля, не обеспечивает горизонтального положения платформы при запуске или посадке БЛА независимо от углового положения станции.
Техническим результатом настоящей полезной модели является обеспечение безопасности эксплуатации БЛА за счет исключения аварийных ситуаций при взлете и посадки БЛА с (на) платформы (у) при меняющемся угловом положении станции.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в станции для беспилотного летательного аппарата, содержащей корпус, в котором образован отсек для беспилотного летательного аппарата, закрытый сверху створками, оснащенными механизмами их открывания - закрывания, установленную в отсеке платформу, оснащенную элементами позиционирования беспилотного летательного аппарата при его посадке на платформу, а также блок управления, имеющий возможность связи с установленными на платформе элементами позиционирования, новым является то, что платформа снабжена трехосевым акселерометром и гироскопом и установлена на опорах, каждая из которых оснащена механизмом регулирования ее положения по высоте, включающим управляемый сервопривод, имеющий возможность связи с блоком управления, с которым также имеют возможность соединения трехосевой акселерометр и гироскоп.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - станция для БЛА, аксонометрическая проекция, вид со стороны платформы;
- на фиг. 2 - станция для БЛА, аксонометрическая проекция, вид со стороны блока управления;
- на фиг. 3 - станция для БЛА, вид сверху;
- на фиг. 4 - станция для БЛА, разрез вертикальной плоскостью, проходящей через середину платформы.
На графических материалах нижеследующими позициями обозначены конструктивные элементы станции:
1 - корпус;
2 - створки отсека для БЛА;
3 - крышка отсека для вспомогательного оборудования;
4 - перегородка;
5 - платформа;
6 - маяки для посадки БЛА;
7 - выполненный на платформе установочный элемент для БЛА;
8 - блок управления;
9 - аккумуляторные батареи;
10 - сервоприводы створок;
11 - коммуникационная шина;
12 - синхромаяк;
13 - беспроводное зарядное устройство;
14 - опоры платформы;
15 - трехосевой акселерометр;
16 - гироскоп.
Станция для БЛА состоит из полого корпуса 1, в котором перегородкой 4 образованы два отсека: - отсек для БЛА и отсек для размещения вспомогательного оборудования. Отсек для БЛА оснащен установленными на верхней части корпуса 1 откидывающимися створками 2. Створки отсека для БЛА снабжены сервоприводами 10 для их открывания и закрытия. Отсек для вспомогательного оборудования оснащен установленной на корпусе крышкой 3.
В отсеке для хранения БЛА на опорах 14 размещена платформа 5. Количество опор может быть различным, но не менее трех. Каждая опора оснащена механизмом регулирования ее положения по высоте, включающим управляемый сервопривод. Конструкция таких опор известна специалистам и не требует дополнительных пояснений.
На платформе 5 размещены элементы позиционирования БЛА относительно платформы 5 - маяки 6 и синхромаяк 12, предназначенные для обеспечения безаварийной посадки БЛА на платформу.
Маяки 6 представляют собой лазерный модуль с фокусирующей оптикой. Синхромаяк 12 представляет собой блок из нескольких, например, пяти, светодиодов широкой направленности. Подбор используемых моделей маяков 6 и синхромаяка 12 не является сложной задачей для специалистов.
В центральной части платформы 5 имеется выборка, в которой размещено беспроводное зарядное устройство 13.
На платформе имеется установочный элемент 7, выполненный в виде центрирующей кольцевой канавки.
На нижней поверхности платформы 5 размещены трехосевой акселерометр 15 и гироскоп 16.
В отсеке для вспомогательного оборудования размещены блок управления 8 и аккумуляторные батареи 9, обеспечивающие электропитание станции.
Во время нахождения БЛА в отсеке для хранения осуществляется зарядка его аккумуляторных батарей с помощью беспроводного зарядного устройства 13 от аккумуляторных батарей 9. При необходимости, блок управления 8 осуществляет диагностирование элементов станции и блоков БЛА.
Блок управления соединен коммуникационной шиной 11 с сервоприводами 10 створок 2, сервоприводами опор 14, маяками 6 и синхромаяком 14, а также с трехосевым акселерометром 15 и гироскопом 16.
Блоки и конструктивные элементы станции, выполнение которых не раскрыто в настоящей заявке, являются известными специалистам и используются по прямому назначению.
Станция для БЛА работает следующим образом.
В исходном положении (перед запуском) БЛА располагается в отсеке на платформе 5, на которой БЛА центрирован за счет расположения центратора в виде кольцевой опоры (не показана) в центрирующей канавке 7. Для обеспечения беспроводной зарядки аккумуляторов БЛА, требуется точное его расположение относительно зарядного устройства 13. Центрирующие элементы препятствуют перемещению БЛА относительно платформы 5 при транспортировке станции, например, на автомобиле.
Аккумуляторные батареи БЛА заряжены от аккумуляторных батарей 9 станции посредством беспроводного зарядного устройства 13.
Оператор открывает крышку 3 для обеспечения доступа к панели блока управления 8.
Перед взлетом БЛА может быть задано полетное задание, которое вводится с блока управления 8 в бортовой компьютер БЛА.
По команде блока управления 8, посредством сервоприводов 10 открываются створки 2 отсека для БЛА. Трехосевой акселерометр 15 и гироскоп 16 определяют угловое положение платформы 5 и передают значения ее положения в блок управления 8, который обрабатывает входящую информацию и, при необходимости, выдает управляющие сигналы на сервоприводы опор 14, перемещением которых обеспечивается горизонтирование платформы 5.
С блока управления 8 дается команда на взлет БЛА, включается его двигатель (двигатели) и БЛА взлетает с платформы 5.
Для обеспечения посадки БЛА, аналогично приведенному выше, горизонтируется платформа 5 и ее горизонтальное положение поддерживается в течение всего времени, необходимого для посадки на платформу 5 БЛА, что практически всегда необходимо при установке станции на транспортном средстве, которое может двигаться в период посадки БЛА, в том числе, по пересеченной местности. Для стабилизации платформы 5 по крену и тангажу определяются реальные углы отклонения платформы от горизонтали гироскопом 16 и трехосевым акселерометром 15, значения которых передаются в блок управления 8, в котором вычисляется необходимое положение опор 14 для компенсации и подается в виде управляющего сигнала на их сервоприводы.
При приближении БЛА к платформе 5, она «захватывается» маяками 6 и синхромаяком 12.
Принцип действия системы автоматической посадки основан на навигации вертикально приземляющегося БЛА в поле действия лазерных сканирующих маяков 6, расположенных на платформе. База маяков состоит из трех сканирующих элементов, расположенных в вершинах равностороннего треугольника, вписанного в посадочную платформу 5, и одного всенаправленного синхромаяка 12 в центре. Зона действия системы находится в области перекрытия видимости всех маяков и включает в себя перевернутый усеченный конус с углом раствора 60 градусов, плоскость сечения которого находится на некоторой высоте, например, 30 см над платформой 5, а радиус сечения равен длине прямой из вершины до центра равностороннего треугольника базы маяков 6. Маяки формируют поле импульсов с пространственно-временной модуляцией, представляющих собой три вертикально сканирующих плоскости с временным разделением и синхронизацией по вспышкам синхромаяка 12, образуя в каждой точке рабочего пространства уникальную временную диаграмму сигналов. На борту БЛА время между сигналами интерпретируется как углы возвышения, которые с помощью математического алгоритма, аналогичного решению задачи точки пересечения трех плоскостей, преобразуются в координаты. Приемно-вычислительное оборудование БЛА использует пять разнесенных в своем корпусе фотоприемников, и с помощью векторного преобразования пяти координат вычисляет азимут до осевой линии центра посадочной платформы 5. Таким образом, в симплексном режиме на борт БЛА приемнику поступает информация, достаточная для навигации и принятия решения о посадке.
Использование данной станции обеспечивает безаварийную эксплуатацию БЛА за счет обеспечения его взлета и посадки на платформу, посадочная поверхность всегда выставлена в горизонтальное положение. Наличие створок, закрывающих отсек для БЛА, обеспечивает его сохранность в процессе хранения и транспортировки.