Стыковочная система беспилотного летательного аппарата
UNMANNED AERIAL VEHICLE DOCKING SYSTEM

Заявляемое изобретение относится к авиационному транспорту и предназначено для обеспечения позиционирования и выравнивания беспилотного летательного аппарата при его стыковке на вертикальной поверхности.
По патенту RU 163251 известно устройство вертолетной внешней подвески для швартовки беспилотного самолета, содержащее силовой канат, верхний узел крепления к фюзеляжу вертолета и нижний узел на силовом канате, где нижний узел представляет собой узел сцепления для швартовки беспилотного самолета, состоящий из треугольной петли с эластичным канатом в основании, концы которого заделаны вместе с эластичными наконечниками в концах двух боковых стержней, другие концы которых соединены шарнирно с корпусом, являющимся вершиной петли и на котором установлена пружина, обеспечивающая натяжение эластичного каната в основании разводом стержней в стороны, кроме того к корпусу шарнирно закреплена штанга, соединяющая шарнирно другим своим концом петлю с силовым канатом для швартовки летящего беспилотного самолета, обеспечивая посадку, а также взлет его с земли по вертолетному.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, невозможность использования для стыковки легкого беспилотного летательного аппарата, преимущественно мультикоптера, доставившего груз клиенту в городских условиях, невозможность использования для стыковки к вертикальной поверхности.
По патенту на изобретение RU 2490183 известно стыковочное устройство космических аппаратов, содержащее активный агрегат, в центре которого установлен стыковочный механизм, и пассивный агрегат с ответным приемным конусом, который заканчивается гнездом, отличающееся тем, что приемным конусом служит сопло маршевого ракетного двигателя отделяющейся части последней ступени ракеты космического назначения, а стыковочный механизм выполнен в виде телескопически соединенных между собой штанг, свободный конец которых снабжен подпружиненными лепестками типа «зонтик», установленными с возможностью раскрытия и поджатия.
Недостатком известного устройства является сложность использования для стыковки легкого беспилотного летательного аппарата, преимущественно мультикоптера, доставившего груз клиенту в городских условиях, вследствие невозможности позиционирования пристыкованного объекта в горизонтальной плоскости.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известный по патенту на изобретение RU 2562467 механический рычажный замок, содержащий кронштейн, закрепленный на первом отделяемом элементе; параллельно стыку разделяемых элементов установлено коромысло с возможностью поворота на оси; с первым плечом коромысла находится в контакте рычаг, рычаг установлен с возможностью поворота на кронштейне за счет соединяющей их общей оси; штырь, установленный перпендикулярно стыку разделяемых элементов и кинематически связанный одним концом со вторым плечом коромысла, на другом конце штыря имеется резьбовая часть, на которой установлена гайка и опора, и пружина, находящаяся между гайкой и опорой, отличающийся тем, что на оси, соединяющей рычаг с кронштейном, расположена пружина, при этом концы пружины выведены наружу и упруго поджимают поверхности рычага и кронштейна; положение коромысла зафиксировано по цилиндрической поверхности второго отделяемого элемента; опора, установленная на штыре, контактирует с кронштейном.
Недостатком известного устройства является сложность использования для стыковки легкого беспилотного летательного аппарата, преимущественно мультикоптера, доставившего груз клиенту в городских условиях, вследствие невозможности позиционирования пристыкованного объекта.
Задачей заявленного изобретения является создание системы позиционирования и выравнивания в горизонтальной плоскости легкого беспилотного летательного аппарата, преимущественно мультикоптера, доставившего груз клиенту в городских условиях, в процессе его стыковки с приемным стыковочным устройством, расположенным в здании и принимающим беспилотный летательный аппарат через плоскость фасада этого задания или отдельно установленным вне зданий и сооружений, на специально подготовленных площадках.
Задача изобретения решается тем, что в стыковочной системе беспилотного летательного аппарата, содержащей установленную на стыкуемом объекте стыковочную штангу с устройством стыковки и приемное стыковочное устройство, согласно изобретению, на стыковочной штанге непосредственно за устройством стыковки закреплено червячное колесо, выполненное с возможностью совмещения с установленным на приемном стыковочном устройстве средством позиционирования, состоящем из двух захватов, каждый из которых состоит из верхнего и нижнего рычагов, при этом на каждой паре верхних и на каждой паре нижних рычагов параллельно друг другу установлены червячные валы, выполненные с возможностью передачи усилий на вышеуказанное червячное колесо. Червячные валы приводятся во вращение электродвигателями. Захваты выполнены с возможностью сжатия и разжатия.
Заявленное изобретение позволяет создать простую и надежную систему для выравнивания беспилотного летательного аппарата, преимущественно мультикоптера, в горизонтальной плоскости (или под углом к ней) и его позиционирования, например, относительно центра проема приемного стыковочного устройства, через которое идет прием беспилотного летательного аппарата для разгрузки. Выравнивание и позиционирование беспилотного летательного аппарата, доставившего груз клиенту в городских условиях, является необходимым, поскольку легкий мультикоптер имеет недостаточную путевую устойчивость. При подлете к месту стыковки, например, вследствие ветровой нагрузки, в момент касания с приемным стыковочным устройством он может находиться под углом к нему или сместиться в сторону. Заявленное изобретение позволяет компенсировать эти неточности и четко позиционировать беспилотный летательный аппарат относительно приемного устройства с целью обеспечить его надежную фиксацию и проведение необходимых манипуляций с беспилотным летательным аппаратом в автоматическом режиме, в том числе разгрузку и загрузку его материальными ценностями.
Сущность заявленного изобретения поясняется рисунками:
На фиг. 1 показан беспилотный летательный аппарат, оснащенный штангой с устройством стыковки при подлете к приемному стыковочному устройству.
На фиг. 2 показан беспилотный летательный аппарат, оснащенный штангой с устройством стыковки, пристыкованный к приемному стыковочному устройству со сжатыми захватами и зафиксированным между ними червячным колесом в момент выравнивания по центру.
На фиг. 3 показан беспилотный летательный аппарат, оснащенный штангой с устройством стыковки, пристыкованный к приемному стыковочному устройству со сжатыми захватами и зафиксированным между ними червячным колесом в момент выравнивания по горизонту.
На фиг. 4 показан вид спереди на средство позиционирования устройства со сжатыми захватами и зафиксированным между ними червячным колесом.
На фиг. 5 показан вид сверху на средство позиционирования устройства со сжатыми захватами и зафиксированным между ними червячным колесом.
Стыковочная система беспилотного летательного аппарата состоит из стыковочной штанги 1 с устройством стыковки 2, на стыковочной штанге 1 непосредственно за устройством стыковки 2 закреплено червячное колесо 3 приемного стыковочного устройства, включающего средство 4 удержания беспилотного летательного аппарата и средство позиционирования, состоящее из двух захватов 5, каждый из которых состоит из верхнего 6 и нижнего 7 рычагов, при этом на каждой паре верхних 6 и на каждой паре нижних 7 рычагов параллельно друг другу установлены червячные валы 8, выполненные с возможностью передачи усилий на вышеуказанное червячное колесо 3, червячные валы 8 приводятся во вращение электродвигателями 9.
При стыковке беспилотного летательного аппарата стыковочная штанга с устройством стыковки, которое может быть выполнено в виде металлической пластины, упирается в приемное стыковочное устройство, которое может быть выполнено в виде электромагнита, контактная поверхность которого представляет собой вторую металлическую пластину. При этом червячное колесо, жестко закрепленное на стыковочное штанге, оказывается в зоне действия захватов. Захваты сжимаются и фиксируют червячное колесо между параллельными червячными валами посредством усилия сжатия. При этом проворачивание червячного колеса вокруг своей оси вращения не возможно из-за эффекта самоторможения червячных передач, т.е. блокируется зацеплением червяка с зубчатым колесом.
Механика выравнивания мультикоптера механическим захватом (упрощенный вариант): при вращении червячных валов в одну сторону с одинаковой скоростью в зависимости от направления вращения червячное колесо ходового вала перемещается вдоль червячных валов без вращения, увлекая за собой мультикоптер, при вращении червячных валов в разные стороны с одинаковой скоростью шестерня вращается на месте без линейных перемещений, изменяя угол поворота мультикоптера к горизонту или любой другой плоскости, проходящей через ось вращения червячного колеса.
Изменения в позиционном расположении червячного колеса (и как следствие мультикоптера, так как ось вращения червячного колеса жестко определяет пространственное положение мультикоптера) возникают за счет вращения червячных валов, т.е. при вращении червячного вала в местах зацепления с червячным колесом возникают два параллельных усилия в плоскости вращения червячного колеса, передаваемые от червячных валов червячному колесу. Если усилия равны по модулю, но различны по направлению - червячное колесо и мультикоптер вращается на месте, если усилия равны по модулю и совпадают по направлению - червячное колесо (и мультикоптер) движется вдоль червячных валов без вращения, в остальных случаях имеет место быть совмещение вращения червячного колеса с его движением вдоль червячных валов. Червячное колесо может быть выполнено в виде конической шестерни, цилиндрического червячного колеса с выемкой поверхности вершин зубьев колеса (термины по ГОСТ 18498-89) или "юбкой" в виде диска с диаметром больше диаметра червячного колеса, расположенного на червячном колесе со стороны плоскости скольжения. Сжатие и разжатие захватов осуществляется посредством отдельного электродвигателя. Стыковочный узел мультикоптера и приемное стыковочное устройство может быть выполнено как в виде пластины с встречным электромагнитом, так и в виде защелки, захвата или любой другой системы. Позиционирование объекта может осуществляться до приведения стыковочного крепления в действие. Захваты с червячными валами могут быть выполнены с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости с целью дополнительной фиксации, поджатия устройства стыковки к средству удержания, с этой целью захваты могут быть прикреплены к ходовому винту, работающему от отдельного электродвигателя. Механизм, приводящий в движение захваты, может быть любым.