PL230896B1 - Unmanned aircraft and the docking station - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest bezzałogowy statek powietrzny i stacja dokująca przeznaczona dla pionowego lądowania tego statku, w różnych warunkach oświetleniowych i meteorologicznych. Zespół stacji dokujących stanowiący sieć na wyznaczonym obszarze pozwala na w pełni autonomiczne i bezobsługowe posługiwanie się bezzałogowym statkiem powietrznym, który może stacjonować i poruszać się poza polem widzenia jego operatora.The subject of the invention is an unmanned aerial vehicle and a docking station intended for the vertical landing of this vehicle in various lighting and meteorological conditions. The set of docking stations constituting a network in the designated area allows for fully autonomous and unmanned operation of the unmanned aerial vehicle, which can station and move beyond the field of view of its operator.

Bezzałogowe statki powietrzne mają różne przeznaczenie, służą zarówno do rozpoznawania terenu, lokalizacji obiektów w dzień i w nocy, imitowania celu latającego, badania czystości wód i atmosfery, w patrolowaniu autostrad i dróg, ratownictwie morskim i w pożarnictwie jak również do przenoszenia różnego typu ładunków.Unmanned aerial vehicles have various purposes, they are used both for terrain recognition, location of objects during the day and at night, imitating a flying target, testing the purity of water and atmosphere, in patrolling highways and roads, sea rescue and firefighting, as well as for carrying various types of cargo.

Z opisu wynalazku Nr PL176970 znany jest układ sterowania i nawigacji bezzałogowym aparatem latającym, zwłaszcza lekkim małogabarytowym bezzałogowym samolotem, zawierającym komputer pokładowy, system nawigacji satelitarnej, centralę aerodynamiczną, multiplekser, zespół czujników położenia mechanizmów wykonawczych, pokładowy radioodbiornik oraz dekoder sygnałów. Układ ten charakteryzuje się tym, że zespół czujników prędkości kątowej, system nawigacji satelitarnej, magnetometr, klinometr i centrala aerodynamiczna są zintegrowane z procesorem posiadającym łączność radiową z naziemną stacją kierowania lotem poprzez pokładowy odbiornik radiowy oraz dekoder.The description of the invention No. PL176970 describes a control and navigation system for an unmanned aerial vehicle, especially a light, small-size unmanned aircraft, containing an on-board computer, a satellite navigation system, an aerodynamic center, a multiplexer, a set of actuators position sensors, an on-board radio receiver and a signal decoder. This system is characterized in that the angular velocity sensor assembly, satellite navigation system, magnetometer, clinometer and aerodynamic center are integrated with a processor having radio communication with the ground control station via an on-board radio receiver and a decoder.

Z opisu wynalazku Nr PL210915 znany jest bezzałogowy aparat latający posiadający napęd śmigłowy. Aparat ten posiada płat nośny o obrysie eliptycznym, korzystnie kołowym, z ostrymi krawędziami natarcia, a linia szkieletowa posiada kształt litery „S” z krawędzią natarcia skierowaną ku dołowi a krawędzią spływu ku górze jako profil samostateczny.From the description of the invention No. PL210915 a propeller-driven unmanned aerial vehicle is known. The apparatus has an elliptical, preferably circular contour, airfoil with sharp leading edges, and the skeleton line has an "S" shape with the leading edge downwards and the trailing edge upwards as a reflex profile.

Z opisu wynalazku Nr PL220933 znany jest samolot pionowego startu i lądowania, a zwłaszcza bezzałogowy samolot pionowego startu i lądowania mający pojedynczy wzdłużny kadłub wyposażony w silnik, skrzydło połączone z kadłubem w jego części przedniej, usterzenie połączone z kadłubem w jego części ogonowej oraz zespół śmigłowy umieszczony z przodu i współosiowo do osi wzdłużnej kadłuba oraz połączony z silnikiem. Zespół śmigłowy otoczony jest cylindryczną obudową o względnie dużej średnicy i profilu aerodynamicznym, zaś usterzenie posiada na swych końcach elementy dla posadowienia samolotu w pozycji pionowej i znajduje się w obszarze strugi poza śmigłowej.From the description of the invention, No. PL220933, a vertical take-off and landing plane is known, in particular an unmanned vertical take-off and landing plane having a single longitudinal fuselage equipped with an engine, a wing connected to the fuselage in its front part, a tail connected to the fuselage in its tail part and a propeller set located forward and coaxial to the longitudinal axis of the hull and connected to the engine. The propeller unit is surrounded by a cylindrical housing with a relatively large diameter and aerodynamic profile, and the tail has at its ends elements for supporting the plane in a vertical position and is located in the area of the stream outside the propeller.

Z opisu wynalazku Nr US 2016144954(A1) Bezzałogowy Statek Powietrzny posiadający obudowę do osłaniania i okrywania układów elektronicznych, w tym układów sterowania, oprzyrządowania do elektronicznej regulacji transportu współpracujący z platformą przeznaczoną do lądowania i ładowania akumulatorów BSP.From the description of the invention No. US 2016144954 (A1), an unmanned aerial vehicle having a housing for shielding and covering electronic systems, including control systems, electronic transport regulation equipment, cooperating with a platform for landing and charging UAV batteries.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji bezzałogowego statku powietrznego zintegrowanego ze stacją i/lub siecią stacji dokujących przeznaczonych dla precyzyjnego pionowego lądowania tego statku, w różnych warunkach oświetleniowych i meteorologicznych, tak aby był całkowicie autonomiczny - lądował i startował bez obsługi operatora.The aim of the invention is to develop a structure of an unmanned aircraft integrated with a station and / or a network of docking stations intended for precise vertical landing of this ship, in various lighting and meteorological conditions, so that it is completely autonomous - it lands and takes off without operator support.

Istotą Bezzałogowego Statku Powietrznego według wynalazku jest to, że nośny korpus ma centralnie osadzony optyczny detektor naprowadzający do pionowego lądowania w stacji dokującej i wyposażony jest w co najmniej dwa elementy śmigłowe oraz dokujący łącznik i zespół zasilających styków. Optyczny detektor ma zakres pola widzenia od 60°-120° i posiada procesor DSP i zespół interfejsów. Optyczny detektor stanowi kamera z filtrem przepuszczającym promieniowanie w paśmie podczerwieni analizujący obraz z częstotliwością 50 Hz. Zespół zasilających styków elektrycznych ma postać symetrycznych względem siebie pierścieni „plusowych” i „minusowych”. Nośny korpus Bezzałogowego Statku Powietrznego ma dolną część ukształtowaną o zarysie stożka ściętego.The essence of the unmanned aerial vehicle according to the invention is that the carrier body has a centrally mounted optical guidance detector for vertical landing in the docking station and is provided with at least two propeller elements and a docking connector and a set of power contacts. The optical detector has a field of view range from 60 ° -120 ° and has a DSP processor and a set of interfaces. The optical detector is a camera with a filter transmitting radiation in the infrared band, analyzing the image at a frequency of 50 Hz. The set of powering electric contacts has the form of "plus" and "minus" rings symmetrical to each other. The load-bearing body of the unmanned aerial vehicle has a lower part shaped like a truncated cone.

Istotą stacji dokującej, według wynalazku jest to, że ma gniazdo osadcze z segmentem przylgowym dla pionowego lądowania Bezzałogowego Statku Powietrznego i ma co najmniej jeden kodowany promiennik o polu promieniowania w zakresie od 60°-120° sprzęgnięty ze sterownikiem i procesorem, a segment przylgowy posiada zasilające styki ukształtowane odpowiednio do profilu zespołu zasilających styków, przy czym gniazdo osadcze ma szkieletową obudowę usytuowaną na podstawie stacjonarnej. Kodowany promiennik współpracuje z optycznym detektorem umieszczonym w Bezzałogowym Statku Powietrznym. Gniazdo osadcze w odmianie wynalazku usytuowane jest na podstawie mobilnej. Zespół stacji dokujących z podstawą stacjonarną i/lub mobilną stanowi sieć stacji.The essence of the docking station according to the invention is that it has a socket with a rebate segment for vertical landing of an unmanned aerial vehicle and has at least one encoded radiator with a radiation field in the range of 60 ° -120 ° coupled with the controller and processor, and the rebate segment has power contacts shaped according to the profile of the power contact unit, the socket having a skeleton housing situated on the stationary base. The coded radiator cooperates with an optical detector located in the unmanned aerial vehicle. The seat in a variant of the invention is situated on the mobile base. The group of docking stations with a stationary and / or mobile base constitutes a network of stations.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest prostota konstrukcji Bezzałogowego Statku Powietrznego oraz stacji dokujących umożliwiających ich integrację i precyzyjne pionowe lądowanie oraz start w różnych warunkach oświetleniowych i meteorologicznych całkowicie bez ingerencji operatora. ZaletąThe advantage of the solution according to the invention is the simplicity of the construction of the unmanned aerial vehicle and docking stations, enabling their integration and precise vertical landing and take-off in various lighting and meteorological conditions without operator intervention. Advantage

PL 230 896 Β1 jest także możliwość optymalnego zaprogramowania zarówno dla specjalistycznych i różnorodnych zadań z maksymalnym ograniczeniem roli operatora do niezbędnego minimum. Dzięki współpracy zespołu optycznego detektora i promiennika, wynalazek rozwiązuje problem precyzyjnego lądowania w warunkach niedostępności systemów nawigacyjnych opartych na siatce odniesienia układu współrzędnych geograficznych. Ponadto umożliwia lądowanie na punkt odniesienia umieszczony w fizycznym punkcie lądowania co umożliwia lądowanie na obiektach ruchomych naziemnych oraz nawodnych.The PL 230 896 Β1 is also able to be optimally programmed for both specialized and varied tasks with the maximum limitation of the operator role to the necessary minimum. Thanks to the cooperation of the optical detector and the radiator, the invention solves the problem of precise landing in the conditions of unavailability of navigation systems based on a reference grid of the geographic coordinate system. In addition, it allows you to land on a reference point located at the physical landing point, which allows you to land on mobile ground and surface objects.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 uwidacznia Bezzałogowy Statek Powietrzny w widoku od dołu, a Fig. 2 uwidacznia Bezzałogowy Statek Powietrzny w widoku ogólnym, zaś Fig. 3 uwidacznia, Bezzałogowy Statek Powietrzny w widoku z boku, natomiast Fig. 4 uwidacznia stację dokującą w widoku ogólnym, Fig. 5 uwidacznia stację dokującą w widoku z boku, Fig. 6 uwidacznia stację dokującą w widoku z góry, zaś Fig. 7 uwidacznia schemat blokowy wyposażenia detektora optycznego, a Fig. 8 uwidacznia schemat blokowy wyposażenia promiennika.The subject matter of the invention is illustrated in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the unmanned aerial vehicle in a bottom view, and Fig. 2 shows the unmanned aerial vehicle in general view, and fig. 3 shows the unmanned aerial vehicle in a side view, and Fig. 4 shows the docking station in an overview, Fig. 5 shows the docking station in side view, Fig. 6 shows the docking station in top view, and Fig. 7 shows a block diagram of the optical detector equipment, and Fig. 8 shows a schematic diagram. block of heater equipment.

Bezzałogowy statek powietrzny ma korpus nośny 1 o zarysie stożka ściętego w dolnej części 2 i posiada górną część 3 również o zarysie stożka ściętego. Korpus nośny 1 wyposażony jest w sześć elementów śmigłowych 4 usytuowanych obwodowo i posiadających obustronnie zabezpieczające osłony w postaci siatki. Korpus nośny 1. posiada detektor optyczny 5 usytuowany w centralnej części naprowadzający do pionowego lądowania w stacji dokującej 6 stacjonarnej i/lub mobilnej. Detektor optyczny 5 stanowi kamera z filtrem przepuszczającym promieniowanie w paśmie podczerwieni, analizujące obraz z częstotliwością 50 Hz, przy czym kamera ta ma zakres pola widzenia od 60-120 i sprzęgnięta jest z autopilotem oraz procesorem DSP 7 i zespołem interfejsów 8. Korpus nośny 1 ma dokujący łącznik 9 z zespołem zasilających styków 10 elektrycznych, w postaci symetrycznych pierścieni „plusowych” i „minusowych”. Stacja dokująca 6 ma gniazdo osadcze 11 o zarysie stożka ściętego z większą podstawą usytuowaną w górnej części i posiada ażurowaną powierzchni boczną dla osadzenia Bezzałogowego Statku Powietrznego. Gniazdo osadcze 11 zwieńczone jest w dolnej części segmentem przyIgowym 12 i posiada zasilające styki 13 do ładowania akumulatorów poprzez styki 10 Bezzałogowego Statku Powietrznego. Stacja dokująca 6 ma kodowany promiennik 14 o polu promieniowania w zakresie 60-120 sprzęgnięty ze sterownikiem 15 i procesorem 16. Kodowany promiennik (14) ma ściśle ustalone parametry współpracy z optycznym detektorem (5) umieszczonym w Bezzałogowym Statku Powietrznym. Stacja dokująca 6 usytuowana jest na podstawie 17 stacjonarnej, ale może być usytuowana na podstawie mobilnej np. na łodzi, czy pojeździe samochodowym. Sieć stacji dokującej stanowi dowolnie dobrany zespół stacji ze wspornikami z podstawą mobilną oraz z podstawą stacjonarną. W odmianie wynalazku Bezzałogowy Statek Powietrzny może mieć postać śmigłowca, zaś stacja dokująca może mieć postać płaskiej platformy.The unmanned aerial vehicle has a support body 1 with a frustoconical contour in the lower part 2 and an upper part 3 also with a frustoconical contour. The load-bearing body 1 is equipped with six propeller elements 4 arranged circumferentially and provided with protective mesh covers on both sides. The carrier body 1 has an optical detector 5 located in the central part for a vertical landing in a stationary and / or mobile docking station 6. The optical detector 5 is a camera with a filter transmitting radiation in the infrared band, analyzing the image with a frequency of 50 Hz, the camera having a field of view of 60-120 and coupled with the autopilot, DSP processor 7 and the interface set 8. The carrier body 1 has docking connector 9 with a set of power electric contacts 10 in the form of symmetrical "plus" and "minus" rings. The docking station 6 has a frusto-conical seat 11 with a larger base located in the upper part and has an openwork side surface for seating the UAV. The collector 11 is topped in its lower part with a lip segment 12 and has power contacts 13 for charging the batteries through the contacts 10 of the unmanned aerial vehicle. The docking station 6 has a coded radiator 14 with a radiation field in the range of 60-120 coupled to a controller 15 and a processor 16. The coded radiator (14) has strictly defined parameters for cooperation with an optical detector (5) located in the unmanned aerial vehicle. The docking station 6 is located on a stationary base 17, but can be located on a mobile base, e.g. on a boat or a motor vehicle. The network of the docking station is a freely selected group of stations with supports with a mobile base and a stationary base. In an embodiment of the invention, the unmanned aerial vehicle may be in the form of a helicopter and the docking station may be in the form of a flat platform.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Bezzałogowy statek powietrzny, zawierający korpus nośny z elementami śmigłowymi oraz układ sterowania, znamienny tym, że nośny korpus (1) ma centralnie osadzony optyczny detektor (5) naprowadzający do pionowego lądowania w stacji dokującej (6) i wyposażony jest w co najmniej dwa elementy śmigłowe (4) oraz dokujący łącznik (9) i zespół zasilających styków (10), natomiast optyczny detektor (5) ma zakres pola widzenia od 60°-120° i posiada procesor DSP (7) i zespół interfejsów (8), przy czym optyczny detektor (5) stanowi kamera z filtrem przepuszczającym promieniowanie w paśmie podczerwieni analizujący obraz z częstotliwością 50 Hz.1. An unmanned aerial vehicle comprising a carrier body with propeller elements and a control system, characterized in that the carrier body (1) has a centrally mounted optical detector (5) guiding for a vertical landing in the docking station (6) and is equipped with at least two propeller elements (4) and a docking connector (9) and a set of power contacts (10), while the optical detector (5) has a field of view from 60 ° -120 ° and has a DSP processor (7) and a set of interfaces (8), the optical detector (5) is a camera with a filter that transmits radiation in the infrared band and analyzes the image at a frequency of 50 Hz. 2. Bezzałogowy statek powietrzny, według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół zasilających styków (10) elektrycznych ma postać symetrycznych względem siebie pierścieni „plusowych” i „minusowych”.2. An unmanned aerial vehicle as defined in claim 1; The method of claim 1, characterized in that the set of power electric contacts (10) is in the form of "plus" and "minus" rings symmetrical to each other. 3. Bezzałogowy statek powietrzny, według zastrz. 1, znamienny tym, że nośny korpus (1) ma dolną część (2) ukształtowaną o zarysie stożka ściętego.3. An unmanned aerial vehicle as defined in claim 1; A device as claimed in claim 1, characterized in that the supporting body (1) has a lower part (2) shaped like a truncated cone. 4. Stacja dokująca, znamienna tym, że ma gniazdo osadcze (11) z segmentem przylgowym (12) dla pionowego lądowania Bezzałogowego Statku Powietrznego i ma co najmniej jeden kodowany promiennik (14) o polu promieniowania w zakresie od 60°-120° sprzęgnięty ze sterownikiem (15) i procesorem (16), a segment przylgowy (12) posiada zasilające styki (13) 4. Docking station, characterized in that it has a seating (11) with a rebate segment (12) for vertical landing of the UA and has at least one coded radiator (14) with a radiation field in the range of 60 ° -120 ° coupled to controller (15) and processor (16), and the rebate segment (12) has power contacts (13) PL 230 896 Β1 ukształtowane odpowiednio do zespołu zasilających styków (10), przy czym gniazdo osadcze (11) ma szkieletową obudowę usytuowaną na podstawie (17) stacjonarnej.PL 230 896 Β1 shaped corresponding to the set of power contacts (10), the socket (11) having a skeleton housing situated on the stationary base (17). 5. Stacja dokująca, według zastrz. 4, znamienna tym, że kodowany promiennik (14) współpracuje z optycznym detektorem (5) umieszczonym w Bezzałogowym Statku Powietrznym.5. A docking station as claimed in claim 1; 4. The method of claim 4, characterized in that the encoded radiator (14) cooperates with an optical detector (5) located in the unmanned aerial vehicle. 6. Stacja dokująca, według zastrz. 4, znamienna tym, że gniazdo osadcze (11) usytuowane jest na podstawie (17) mobilnej.6. A docking station as claimed in claim 1; The seat according to claim 4, characterized in that the seat (11) is situated on the mobile base (17). 7. Stacja dokująca, według zastrz. 4 i 5, znamienna tym, że zespół stacji dokujących z podstawą (17) stacjonarną i/lub mobilną stanowi sieć stacji.7. A docking station as claimed in claim 1, 4. The station as claimed in 4 and 5, characterized in that the set of docking stations with the fixed and / or mobile base (17) is a network of stations.