RU2808061C1 - Unmanned aerial vehicle and method of landing such a vehicle - Google Patents
Unmanned aerial vehicle and method of landing such a vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808061C1 RU2808061C1 RU2022131894A RU2022131894A RU2808061C1 RU 2808061 C1 RU2808061 C1 RU 2808061C1 RU 2022131894 A RU2022131894 A RU 2022131894A RU 2022131894 A RU2022131894 A RU 2022131894A RU 2808061 C1 RU2808061 C1 RU 2808061C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- landing
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- vehicle according
- uav
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к винтокрылым беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) с двумя и более винтами, а именно к винтокрылым БПЛА с управляемым шасси, а также способу управления процессом посадки.The invention relates to rotary-wing unmanned aerial vehicles (UAVs) with two or more propellers, namely to rotary-wing UAVs with controlled landing gear, as well as a method for controlling the landing process.
За последние два десятилетние развитие беспилотных летательных аппаратов в мире вышло на принципиально новый уровень. Не смотря на известность отдельных решений еще с первой половины двадцатого века, настоящий прорыв в области производства и применения беспилотных аппаратов случился благодаря развитию микроэлектроники и систем связи, а также благодаря революционным достижениям в области материаловедения, которые позволили облегчить конструкции аппаратов. Сочетание этих факторов позволило реализовать и достаточно быстро популяризировать во второй половине 2000-х годов направление «коптеров», то есть винтокрылых аппаратов с различными вариантами схем по количеству осей. После появления на рынке линейки аппаратов компании MikroKopter, направление стало стремительно развиваться, став параллельной ветвью развития беспилотных аппаратов относительно аппаратов самолетного типа.Over the past two decades, the development of unmanned aerial vehicles in the world has reached a fundamentally new level. Despite the popularity of individual solutions since the first half of the twentieth century, a real breakthrough in the field of production and use of unmanned vehicles occurred thanks to the development of microelectronics and communication systems, as well as thanks to revolutionary advances in the field of materials science, which made it possible to simplify the design of devices. The combination of these factors made it possible to implement and fairly quickly popularize in the second half of the 2000s the direction of “copters”, that is, rotary-wing vehicles with various variants of schemes in terms of the number of axes. After the MikroKopter line of devices appeared on the market, the direction began to develop rapidly, becoming a parallel branch of the development of unmanned vehicles relative to aircraft-type devices.
Из уровня техники известно множество дронов (БПЛА типа коптеров), область применения таких аппаратов достаточно широка. Это могут быть задачи связанные с наблюдением и мониторингом. Произведением замеров, переноске грузов, видео фиксации и т.д. Традиционно, подобные типы аппаратов являются дистанционно пилотируемыми. Оператор управляет с земли или вносит изменения в заранее заданный маршрут [Беспилотный летательный аппарат (бпла), классификация, Каршов Р.С., ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ, номер: 11 (53), год: 2016, страницы: 38-40].There are many drones (UAVs such as copters) known from the state of the art; the scope of application of such devices is quite wide. These may be tasks related to surveillance and monitoring. Taking measurements, carrying loads, video recording, etc. Traditionally, these types of devices are remotely piloted. The operator controls from the ground or makes changes to a predetermined route [Unmanned aerial vehicle (UAV), classification, Karshov R.S., PROBLEMS OF MODERN SCIENCE AND EDUCATION, number: 11 (53), year: 2016, pages: 38-40] .
Существуют решения, в которых в состоянии покоя при статичном размещении предполагается размещение винтокрылых БПЛА на специальных стойках, либо размещение на поверхности на неподвижных шасси, либо на корпусе / фюзеляже (без опор, шасси и т.п.), либо опоры интегрированы в «крылья» и прочие решения. А также известны технические решения, в которых подобные БПЛА оснащены подвижным шасси. На рынке, к примеру, широкое распространение получили решения типа Yuneec Typhoon Н PRO, инструкция по эксплуатации которого содержит подробное описание системы поднимаемого шасси и дистанционного управления таковым. Приведенный пример относится к гексакоптерам, однако известны решения, относящиеся и трикоптерам, и к квадрокоптерам. Устройство шасси подобного типа для винтокрылых БПЛА описано и в раде патентных источниках информации: например, [CN 108128443 A 08.06.2018], где описано ударостойкое быстросъемное электрическое убирающееся шасси, которое содержит основной корпус шасси и опору шасси, основной корпус содержит опорную стойку, механизм выдвижения-убирания, опорный каркас ножной рамы и две Г-образные боковые пластины; механизм выдвижения-убирания содержит двигатель, двухходовой винт, верхнюю крышку и нижнюю крышку; верхняя крышка крепится к верхней части нижней крышки; направляющие образованы на передней и задней сторонах нижней крышки, а скользящие блоки установлены с возможностью скольжения в по направляющим; двигатель неподвижно закреплен в нижней крышке, двухходовой винт соединен с выходным валом двигателя, а передняя гайка и реверсивная гайка соединены с передней резьбой и обратной резьбой двухходового винтового стержня соответственно. Шасси характеризуется ударопрочностью, небольшим весом, низкой стоимостью, удобством обслуживания и отсутствием зазоров.There are solutions in which, in a state of rest with a static placement, rotary-wing UAVs are supposed to be placed on special racks, or placed on the surface on a fixed chassis, or on the body / fuselage (without supports, landing gear, etc.), or the supports are integrated into the “wings” "and other solutions. There are also known technical solutions in which such UAVs are equipped with a movable chassis. On the market, for example, solutions such as Yuneec Typhoon H PRO have become widespread, the operating instructions for which contain a detailed description of the lifting chassis system and its remote control. The above example applies to hexacopters, but solutions are known that apply to both tricopters and quadcopters. A chassis design of this type for rotary-wing UAVs is also described in a number of patent sources of information: for example, [CN 108128443 A 06/08/2018], which describes an impact-resistant, quick-detachable electric retractable landing gear, which contains a main landing gear body and a landing gear support, the main body contains a support post, a mechanism extensions and retractions, a support frame for the foot frame and two L-shaped side plates; the extension-retraction mechanism contains a motor, a two-way screw, an upper cover and a lower cover; the top cover is attached to the top of the bottom cover; guides are formed on the front and rear sides of the bottom cover, and sliding blocks are mounted to slide along the guides; The motor is fixedly fixed in the bottom cover, the two-way screw is connected to the output shaft of the motor, and the front nut and reversing nut are connected to the front thread and reverse thread of the two-way screw rod, respectively. The chassis is characterized by impact resistance, light weight, low cost, easy maintenance and no gaps.
Известно решение согласно полезной модели [CN 203638089 U 11.06.2016]. Убирающееся шасси используется для беспилотного летательного аппарата и содержит опорную раму и опорную стойку, при этом опорная стойка соединена с первым концом опорной рамы с возможностью вращения, П-образный шатун и приводной шатун также расположены между опорной рамой и опорной стойкой в виде звена, опорная рама неподвижно снабжена приводным рулевым двигателем, приводной рулевой двигатель соединен с приводным шатуном и приводит приводной шатун в поворот, а приводные качания шатуна, чтобы заставить U-образный шатун двигаться вверх и вниз, чтобы дополнительно толкать и тянуть опорную ногу. Опорную стойку можно опустить и сложить, опорную стойку можно контролировать для складывания в процессе аэрофотосъемки, убранное шасси больше не мешает камере, и камера может плавно делать снимок на 360 градусов.A solution is known according to the utility model [CN 203638089 U 06/11/2016]. A retractable landing gear is used for an unmanned aerial vehicle and includes a support frame and a support post, wherein the support post is rotatably connected to the first end of the support frame, a U-shaped connecting rod and a drive connecting rod are also located between the support frame and the support post in the form of a link, the support frame is fixedly provided with a driving steering motor, the driving steering motor is connected to the driving connecting rod and drives the driving connecting rod to rotate, and the driving rod swings to make the U-shaped connecting rod move up and down to further push and pull the supporting leg. The support stand can be lowered and folded, the support stand can be controlled to fold during aerial photography, the retracted landing gear no longer interferes with the camera, and the camera can take a 360-degree photo smoothly.
Из уровня техники известны и иные решения, связанные с убирающимися шасси БПЛА. Например, [CN 109606652 A 12.04.2019], где описан БПЛА, который содержит корпус БПЛА и механизм шасси, при этом механизм шасси установлен на корпусе БПЛА. Самоуправляемый БПЛА реализует функцию, заключающуюся в том, что шасси БПЛА может быть убрано с помощью ряда механических трансмиссий, что позволяет избежать чрезмерного энергопотребления БПЛА, а общая дальность полета сокращается из-за ненужного сопротивления шасси во время полета. БПЛА, улучшает эффективность использования БПЛА, снижает общий вес БПЛА по сравнению с существующим БПЛА, имеющим убирающееся шасси, а также снижает затраты на использование БПЛА; передняя стойка шасси БПЛА, разработанная в соответствии с изобретением, может выполнять функцию рулевого управления посредством автоматического управления; когда БПЛА улетает, БПЛА можно напрямую управлять возвратом с помощью пульта дистанционного управления без ручного прохода и управления, когда БПЛА скользит по земле на этапе подготовки земли.Other solutions related to retractable UAV landing gear are also known from the prior art. For example, [CN 109606652 A 04/12/2019], which describes a UAV that contains a UAV body and a landing gear mechanism, wherein the landing gear mechanism is mounted on the UAV body. The self-driving UAV realizes the function that the UAV's landing gear can be retracted through a series of mechanical transmissions, which avoids the UAV's excessive power consumption, and the overall flight range is reduced due to the unnecessary drag of the landing gear during flight. The UAV improves the efficiency of using the UAV, reduces the overall weight of the UAV compared to the existing UAV with retractable landing gear, and also reduces the cost of using the UAV; the front landing gear of the UAV designed in accordance with the invention can perform a steering function through automatic control; when the UAV flies away, the UAV can be directly controlled to return by remote control without manual passage and control when the UAV slides on the ground during the ground preparation stage.
Или же известное из уровня техники решение [US 2018186472 A1 05.07.2019]: в данном случае убирающееся шасси призвано обеспечить максимальный угол обзора для подвесной камеры. Система камер состоит из пары камер с парой широкоугольных объективов, которые имеют общий угол обзора, равный или превышающий 360 градусов, и, как таковые, объективы могут захватывать изображения всего 360-градусного сферического пространства, окружающего объект, устройства, за исключением исключительной области, определяемой радиусом перекрытия. Платформа БПЛА содержит корпус симметричного вида и убирающееся шасси, которое может убираться внутрь корпуса во время полета и выдвигаться при посадке.Or a solution known from the prior art [US 2018186472 A1 07/05/2019]: in this case, the retractable chassis is designed to provide a maximum viewing angle for the gimbal camera. A camera system consists of a pair of cameras with a pair of wide-angle lenses that have a total field of view equal to or greater than 360 degrees, and as such, the lenses can capture images of the entire 360-degree spherical space surrounding the object, device, excluding an exclusive area defined overlap radius. The UAV platform contains a symmetrical body and a retractable landing gear, which can be retracted into the body during flight and extended when landing.
Однако, необходимо отметить, что данные, весьма распространенные решения, не могут являться в полной мере универсальными для всех типов винтокрылых БПЛА. В частности, для аппаратов с «Y» расположением осей, в которых не реализуется принцип симметричного исполнения конструкции относительно нескольких осей симметрии, соответствующих осям расположения винтов - подобные аппараты, как правило, либо являются более крупными, тяжеловесными или грузоподъемными, либо имеют более высокую скорость передвижения и стабильность полета, либо обладают обеими этими характеристиками, и характеризуются одной продольной осью симметрии в конструктивном исполнении и аналогичны по многим параметрам и принципам работы и управления и по аэродинамической картине полета крупным пилотируемым аппаратам - вертолетам и винтокрылым машинам. Помимо этого, очевиден и другой недостаток подобных конструкций - данная форма и габариты шасси исключают возможности интеграции в шасси каких-либо приборов без конструктивных изменений и изменений массо-габаритных характеристик.However, it should be noted that these very common solutions cannot be fully universal for all types of rotary-wing UAVs. In particular, for devices with a “Y” arrangement of axes, in which the principle of symmetrical design with respect to several axes of symmetry corresponding to the axes of the screws is not implemented - such devices, as a rule, are either larger, heavier or load-lifting, or have a higher speed movement and flight stability, or have both of these characteristics, and are characterized by one longitudinal axis of symmetry in the design and are similar in many parameters and principles of operation and control and in the aerodynamic flight pattern of large manned vehicles - helicopters and rotorcraft. In addition, another drawback of such designs is obvious - this shape and dimensions of the chassis exclude the possibility of integrating any devices into the chassis without design changes and changes in weight-dimensional characteristics.
Помимо раскрытой в уровне техники информации, необходимо обратить внимание на то, что для многих летательных аппаратов характерно применение автоматизированных систем, в частности, связанных с процессом посадки.In addition to the information disclosed in the prior art, it is necessary to pay attention to the fact that many aircraft are characterized by the use of automated systems, in particular those associated with the landing process.
Например, способ автоматической посадки беспилотного летательного аппарата для мониторинга протяженных объектов [RU 2503936, 10.01.2014]. Изобретение относится к области применения БПЛА, в нем раскрывается способ автоматической посадки БПЛА, который включает измерение высоты полета Н, горизонтальной дальности до расчетной точки касания D, отклонения от вертикальной плоскости, проходящей через ось взлетно-посадочной полосы ΔZ, определении трех составляющих скорости и ускорения в расчетной точке касания, формирование опорной траектории снижения H0(D,D0) и Z0(D,D0) из точки начала снижения, находящейся на расстоянии D0 от расчетной точки касания, определение отклонения БПЛА от опорной траектории снижения Δh=H-H0(D,D0) и ΔZ=Z-Z0(D,D0), формирование управляющих сигналов по результатам измерений и подачу их на исполнительные механизмы рулей БПЛА. В каждой точке траектории задают контрольный створ траектории снижения БПЛА в виде круга, лежащего на плоскости, перпендикулярной линии опорной траектории, и с центром, лежащим на линии опорной траектории снижения. При выходе БПЛА за область контрольного створа формируют новую опорную траекторию снижения. Повышается надежность работы и безопасность полетов БПЛА.For example, a method for automatically landing an unmanned aerial vehicle for monitoring extended objects [RU 2503936, 01/10/2014]. The invention relates to the field of application of UAVs, it discloses a method for automatically landing a UAV, which includes measuring the flight altitude H, the horizontal distance to the calculated touch point D, the deviation from the vertical plane passing through the axis of the runway ΔZ, determining the three components of speed and acceleration at the calculated touch point, formation of a reference descent trajectory H0(D,D0) and Z0(D,D0) from the descent start point located at a distance D0 from the calculated touch point, determination of the deviation of the UAV from the reference descent trajectory Δh=H-H0(D ,D0) and ΔZ=Z-Z0(D,D0), generating control signals based on measurement results and feeding them to the actuators of the UAV steering wheels. At each point of the trajectory, a control target for the UAV's descent trajectory is set in the form of a circle lying on a plane perpendicular to the line of the reference trajectory, and with the center lying on the line of the reference descent trajectory. When the UAV leaves the control target area, a new reference descent trajectory is formed. The reliability and safety of UAV flights increases.
Решение согласно [RU 2539703, 27.01.2015] относится к области способов посадки беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и может быть использовано при решении задачи обеспечения точной автоматической посадки БЛА самолетной конструкции на площадку малых размеров. В способе выполняют посадку БЛА в улавливающую сеть, причем формируют круговую зону захода на посадку, для чего в заданной точке посадки устанавливают ненаправленный источник радиоизлучения, а на борту БЛА устанавливают радиопеленгатор, выполняют автономный ввод БЛА в зону захода на посадку, используя штатное бортовое навигационное оборудование, производят прием сигналов ненаправленного источника радиоизлучения и выполняют его угловое сопровождение в горизонтальной и вертикальной плоскостях бортовым радиопеленгатором, по данным которого с помощью бортовой системы управления формируют команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости. Одновременно выполняют самонаведение БЛА на источник радиоизлучения в горизонтальной плоскости и полет БЛА на заданной высоте, по достижении заданного угла визирования источника радиоизлучения в вертикальной плоскости переводят БЛА в пикирование, по данным бортового радиопеленгатора с помощью бортовой системы управления формируют команды самонаведения БЛА на источник радиоизлучения в вертикальной плоскости, выполняют самонаведение БЛА на источник радиоизлучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях до попадания в улавливающую сеть, установленную горизонтально над источником радиоизлучения. Достигается увеличение автономности выполнения точной посадки БЛА.The solution according to [RU 2539703, 01/27/2015] relates to the field of methods for landing unmanned aerial vehicles (UAVs) and can be used to solve the problem of ensuring accurate automatic landing of an aircraft-based UAV on a small site. In the method, a UAV is landed in a catching network, and a circular approach zone is formed, for which a non-directional source of radio emission is installed at a given landing point, and a radio direction finder is installed on board the UAV, and the UAV is autonomously inserted into the approach zone using standard onboard navigation equipment , receive signals from a non-directional source of radio emission and perform its angular tracking in the horizontal and vertical planes with an on-board radio direction finder, according to which, using the on-board control system, commands are generated to homing the UAV to the source of radio emission in the horizontal plane. At the same time, the UAV is homing to a source of radio emission in the horizontal plane and flying the UAV at a given altitude; upon reaching a given angle of sight of the source of radio emission in the vertical plane, the UAV is put into a dive; according to the data from the on-board radio direction finder, commands for homing of the UAV to the source of radio emission in the vertical are generated using the on-board control system. plane, perform homing of the UAV towards the source of radio emission in the vertical and horizontal planes until it enters a catching network installed horizontally above the source of radio emission. An increase in the autonomy of performing precise landing of the UAV is achieved.
Способ автоматической посадки летательного аппарата в сложных метеорологических условиях, в том числе беспилотного, согласно [RU 2585197, 27.05.2016] также относится к способам автоматической посадки летательного аппарата (ЛА), без акцента на принадлежность к БПЛА, однако способный применяться для некоторых видов БПЛА: для автоматической посадки ЛА в сложных метеорологических условиях задают горизонтальную дальность от начальной точки траектории снижения до ее конечной точки, параметры движения ЛА в конечной точке траектории снижения, измеряют скорость и высоту полета, горизонтальную дальность до конечной точки траектории снижения, отклонение от вертикальной плоскости осевой линии взлетно-посадочной полосы, вертикальную составляющую скорости полета, производят определение углов тангажа, крена и вертикальной составляющей скорости ЛА определенным образом, в зависимости от разности расстояний, определяемых по времени распространения сигналов от расположенных определенным образом приемопередатчиков через определенный интервал времени, подают команды на органы управления ЛА в случае отклонения значения, полученного путем сравнения последующих и предыдущих расчетных данных по вертикальной составляющей скорости ЛА. Обеспечивается безопасность посадки ЛА в сложных метеорологических условиях.A method for automatically landing an aircraft in difficult weather conditions, including an unmanned one, according to [RU 2585197, 05.27.2016] also refers to methods for automatically landing an aircraft, without emphasis on whether it belongs to a UAV, but can be used for some types of UAV : for automatic landing of an aircraft in difficult weather conditions, set the horizontal distance from the initial point of the descent trajectory to its end point, the parameters of the aircraft’s movement at the end point of the descent trajectory, measure the flight speed and altitude, the horizontal range to the end point of the descent trajectory, the deviation from the vertical axial plane runway lines, the vertical component of the flight speed, determine the pitch, roll and vertical component of the aircraft speed in a certain way, depending on the difference in distances determined by the propagation time of signals from transceivers located in a certain way after a certain time interval, send commands to the organs aircraft control in case of deviation of the value obtained by comparing subsequent and previous calculated data on the vertical component of the aircraft speed. The safety of aircraft landing in difficult weather conditions is ensured.
Помимо уже описанных типичных для известного уровня техники недостатков, необходимо отметить проблематику текущего уровня техники связанную с пространственным положением выносных устройств связи или позиционирования, в частности - передающих антенн. При оснащении таким оборудованием путем интеграции в корпус, существует вероятность ухудшения сигнала, а при выносном расположении - вероятность повреждения антенн или нарушения режима полета вплоть до падения аппарата при задевании за внешние предметы - ветви деревьев, конструкции инженерных сооружений и пр., особенно при необходимости захода аппарата в помещения, в салон транспортного средства, на судно и т.п.In addition to the already described disadvantages typical of the prior art, it is necessary to note the problems of the current level of technology associated with the spatial position of remote communication or positioning devices, in particular transmitting antennas. When equipped with such equipment through integration into the body, there is a possibility of signal deterioration, and if located remotely, there is a possibility of damage to the antennas or disruption of the flight mode, up to the fall of the device when it hits external objects - tree branches, engineering structures, etc., especially if it is necessary to approach device into premises, into the interior of a vehicle, onto a ship, etc.
Учитывая приведенную ранее проблематику, характерную для известного уровня техники касательно невозможности использовать распространенные системы убираемых шасси для отдельных типов винтокрылых БПЛА, обращая внимание на возможность автоматизации отдельных элементов процесса управления посадкой, очевидна проблема, связанная с необходимостью разработки устойчивых убираемых шасси с возможностью интеграции передающего оборудования связи в конструкцию шасси и определенной системы осуществления посадки.Considering the previously mentioned problems characteristic of the prior art regarding the inability to use common retractable landing gear systems for certain types of rotary-wing UAVs, paying attention to the possibility of automating individual elements of the landing control process, the obvious problem is associated with the need to develop stable retractable landing gear with the ability to integrate transmitting communication equipment into the design of the landing gear and a specific landing system.
Техническим результатом изобретения является создание конструкции и способа работы поднимаемого шасси для винтокрылых БПЛА. Дополнительным техническим результатом является повышение автоматизации и автономности процесса посадки БПЛА. Еще одним дополнительным техническим результатом является повышение защиты от повреждений выносного антенного оборудования.The technical result of the invention is the creation of a design and method of operation of a liftable landing gear for rotary-wing UAVs. An additional technical result is the increased automation and autonomy of the UAV landing process. Another additional technical result is increased protection against damage to remote antenna equipment.
Технический результат достигается конструкцией беспилотного летательного аппарата вертолетного типа, который содержит три винта, корпус и интегрированную в корпус систему управления, включающую микропроцессор, соединенный с аккумуляторной батареей, радиодатчиком, лидарами, GPS или GLONASS модулем, программируемой системой принятия решений, отличающийся тем, что содержит шасси, состоящее из двух стоек, расположенных справа и слева от корпуса, каждая из которых подвижно закреплена верхней частью к корпусу с возможностью поднимания поворотным механизмом по командам микропроцессора на сервопривод поворотного механизма, а своей нижней частью каждая стойка соединена с горизонтальной опорой, при этом конструкция горизонтальной опоры и стойки шасси выполнены полыми для размещения кабель-канала, позволяющего осуществить разводку внутри конструкции шасси.The technical result is achieved by the design of a helicopter-type unmanned aerial vehicle, which contains three propellers, a body and a control system integrated into the body, including a microprocessor connected to a battery, a radio sensor, lidars, a GPS or GLONASS module, a programmable decision-making system, characterized in that it contains a chassis consisting of two racks located to the right and left of the body, each of which is movably fixed with its upper part to the body with the ability to be lifted by a rotating mechanism according to microprocessor commands to the servo drive of the rotating mechanism, and with its lower part each rack is connected to a horizontal support, while the design The horizontal support and the chassis strut are made hollow to accommodate the cable channel, which allows wiring inside the chassis structure.
Также достижение технического результата обеспечивается способом посадки беспилотного летательного аппарата, при котором посадка происходит автоматически без участия оператора, на основании протокола, выполняемого микропроцессором.Also, the achievement of a technical result is ensured by the method of landing an unmanned aerial vehicle, in which the landing occurs automatically without operator participation, based on a protocol executed by a microprocessor.
Система принятия решений обращается к данным от датчиков - радиодатчик, датчик шасси, GPS/GLONASS система позиционирования, лидары, после чего полученные значения датчиков сопоставляются с набором диапазонов значений из библиотеки базы данных по параметрам: площадь посадочной зоны, угол посадочной зоны, рельеф посадочной зоны, и при допустимых параметрах, подается сигнал на сервоприводы, приводящие в движение поворотный механизм для опускания шасси путем поворота стойки шасси, соединенной перпендикулярно с опорой шасси, на угол 90° или менее, в зависимости от рельефа.The decision-making system accesses data from sensors - radio sensor, chassis sensor, GPS/GLONASS positioning system, lidars, after which the obtained sensor values are compared with a set of value ranges from the database library according to the following parameters: landing zone area, landing zone angle, landing zone topography , and when within acceptable parameters, a signal is sent to the servos that drive the rotating mechanism to lower the landing gear by rotating the landing gear strut connected perpendicularly to the landing gear leg through an angle of 90° or less, depending on the terrain.
А при отклонении при посадке угла горизонта от допустимого диапазона наклона +/- 15°, протокол посадки отменяется, и аппарат снова набирает высоту.And if the horizon angle deviates during landing from the permissible tilt range +/- 15°, the landing protocol is canceled and the device gains altitude again.
Изобретение проиллюстрировано набором изображений, чертежей и блок-схемой, представленных на прилагаемых фиг.1-5.The invention is illustrated by a set of images, drawings and a block diagram presented in the accompanying FIGS. 1-5.
На фиг.1, 1.1 - 1.3 представлен общий вид шасси и его элементов, где:Figure 1, 1.1 - 1.3 shows a general view of the chassis and its elements, where:
1 - рама (интегрируемая в корпус аппарата часть конструкции);1 - frame (part of the structure integrated into the body of the device);
2 - поворотный механизм;2 - rotary mechanism;
3 - подвижная часть шасси;3 - moving part of the chassis;
4 - кабель-канал.4 - cable channel.
На фиг.3 также детализированы позиции:Figure 3 also details the positions:
5 - стойка шасси;5 - landing gear;
6 - опора шасси;6 - landing gear support;
7 - корпус аппарата.7 - device body.
На фиг.2, 3 представлено шасси в опущенном (разложенном) виде. На фиг.2 представляется разрез для наглядного восприятия кабель-канала.Figures 2, 3 show the chassis in a lowered (unfolded) form. Figure 2 shows a section for a visual understanding of the cable channel.
На фиг.4 представлена передача, для приведения в движение механизма шасси, где:Figure 4 shows the gear for driving the chassis mechanism, where:
8 - зубчатое колесо;8 - gear;
9 - червяк;9 - worm;
10 - ось шасси.10 - chassis axis.
На фиг.5 представлен общий вид аппарата.Figure 5 shows a general view of the apparatus.
На фиг.6 представлена блок-схема процесса обработки данных при автоматизированной посадке. Описание блок-схемы приведено далее в рамках раскрытия изобретения и описании в динамике.Figure 6 shows a flowchart of the data processing process during automated landing. A description of the block diagram is given below as part of the disclosure of the invention and the description in dynamics.
Шасси устроено следующим образом.The chassis is arranged as follows.
Верхняя часть шасси, рама, (1) интегрирована в конструкцию корпуса летательного аппарата. С рамой (1) соединена непосредственно подвижная часть шасси (3), состоящая из стойки (5) и опоры (6). Стойка и опора жестко соединены между собой под углом 90°. Стойка (5) подвижной части (3) соединена с рамой (1) через поворотный механизм (2) типа шарнирного соединяя. Поворотный механизм, показанный на рис 1.1 позволяющий обеспечивающий развертку посадочных опор на 90 градусов, комплектуется набором из пары подшипников, крепежным элементом, закрепляющимся непосредственно на подшипниках, установленной на боковой стенке заглушки, обеспечивающей защиту поворотного механизма и сервоприводом, приводящим механизм в движение. Снаружи поворотный механизм закрыт гибким защитным кожухом (рукавом), обеспечивающим пыле- и влагозащищенность. Оптимальным является исполнение с классом защиты IP66, но в зависимости от типовых задач конкретного аппарата, класс защиты может быть выше или ниже. Сервопривод соединен с зубчатой червячной передачей, а именно - с зубчатым колесом (8), находящемся в контакте с червяком (9), расположенным на оси шасси (10). Конструкция выполнена таким образом, чтобы сервопривод, передача и ось шасси находились внутри корпуса аппарата. Снаружи находится только край оси, где с торца оси (10) выполнено соединение с поворотным механизмом, соединяющему раму (1) и стойку (5).The upper part of the landing gear, the frame, (1) is integrated into the airframe structure. The frame (1) is directly connected to the movable part of the chassis (3), consisting of a rack (5) and a support (6). The stand and support are rigidly connected to each other at an angle of 90°. The stand (5) of the moving part (3) is connected to the frame (1) through a rotating mechanism (2) of the hinge type. The rotating mechanism shown in Fig. 1.1, which allows for 90-degree rotation of the landing supports, is equipped with a set of a pair of bearings, a fastening element fixed directly to the bearings, a plug installed on the side wall that protects the rotating mechanism and a servo drive that drives the mechanism. From the outside, the rotating mechanism is covered with a flexible protective casing (sleeve), which provides dust and moisture protection. The optimal design is with protection class IP66, but depending on the typical tasks of a particular device, the protection class may be higher or lower. The servo drive is connected to a gear worm gear, namely to a gear (8) in contact with a worm (9) located on the axis of the chassis (10). The design is made in such a way that the servo drive, transmission and chassis axis are located inside the body of the device. On the outside there is only the edge of the axle, where the end of the axle (10) is connected to the rotating mechanism connecting the frame (1) and the stand (5).
Сервопривод получает команду на выпуск шасси от микропроцессора, после чего происходит раскрытие шасси. В качестве микропроцессора, например, может использоваться STM32H745ZIT производства STMicroelectronics или любой аналог соответствующего функционала и производительности. Микропроцессор соединен с датчиками, которые передают информацию для принятия решения, а именно: радиолокационным датчиком и лидарами. В качестве радиолокационного датчика может быть использован, например, ультразвуковой датчик HC-SR04. В качестве лидаров могут быть использованы, например, ToF-лидары. Все датчики закреплены на корпусе летательного аппарата. Радиолокационный датчик направлен вниз, лидары - по сторонам. В конструкции используется не менее 4 лидаров. В зависимости от предполагаемых целей использования аппарата, может быть установлено большее количество лидаров. Например, для выполнения задач, связанных с заходом в помещения.The servo drive receives a command to extend the landing gear from the microprocessor, after which the landing gear opens. For example, an STM32H745ZIT manufactured by STMicroelectronics or any analogue of the corresponding functionality and performance can be used as a microprocessor. The microprocessor is connected to sensors that transmit information for decision making, namely radar and lidars. For example, an ultrasonic sensor HC-SR04 can be used as a radar sensor. For example, ToF lidars can be used as lidars. All sensors are mounted on the aircraft body. The radar sensor is directed downward, the lidars are directed to the sides. The design uses at least 4 lidars. Depending on the intended purposes of using the device, more lidars can be installed. For example, to perform tasks related to entering premises.
Конструкция шасси выполнена полой, с кабель-каналом (4), позволяющим осуществить разводку внутри конструкции шасси. При соединении рамы (1) и опоры (5) также предусмотрено отвесите для единой непрерывной линии кабель-канала.The chassis structure is hollow, with a cable channel (4), allowing wiring inside the chassis structure. When connecting the frame (1) and the support (5), a plumb line is also provided for a single continuous cable channel line.
Кабель-канал: как видно на рис 1.2 и рис 2, в посадочных опорах имеется отверстие, необходимое для размещения гибкой антенны для передачи телеметрической информации. Особенностью шасси является размещение передающих телеметрические данные антенн в конструкции шасси, по всей длине кабель-канала, а провода, соединяющие антенны с модулем системы позиционирования GPS или GLONASS, проходят в корпус, непосредственно в котором расположен модуль.Cable channel: as can be seen in Fig. 1.2 and Fig. 2, there is a hole in the landing supports necessary to accommodate a flexible antenna for transmitting telemetry information. A special feature of the chassis is the placement of antennas transmitting telemetry data in the chassis structure along the entire length of the cable channel, and the wires connecting the antennas to the GPS or GLONASS positioning system module pass into the housing directly in which the module is located.
Нижняя поверхность опоры (6), прилегающая к земле или соприкасающаяся с иной контактной поверхностью посадки может быть выполнена с нанесением насечек (по аналогии с рисунком протектора автомобильных шин) или может быть выполнено обрезинивание опоры шасси - для увеличения сцепления с поверхностью посадки.The lower surface of the support (6), adjacent to the ground or in contact with another contact landing surface, can be made with notches (similar to the tread pattern of car tires) or the chassis support can be rubberized to increase adhesion to the landing surface.
В качестве одного из вариантов исполнения, возможно использование алюминия как материала для посадочных опор, а именно - в виде профиля квадратного сечения, что позволяет говорить об унификации при производстве. На рисунке 1.3 показан способ крепления частей посадочных опор, представленный в виде аргонодугового метода, препятствующего в процессе сварки окисления алюминия при помощи вытеснения кислорода.As one of the design options, it is possible to use aluminum as a material for landing supports, namely in the form of a square profile, which allows us to talk about unification in production. Figure 1.3 shows the method of fastening parts of the landing supports, presented in the form of an argon-arc method, which prevents the oxidation of aluminum during the welding process by displacing oxygen.
В качестве второго варианта исполнения, возможно использование карбона как материала для посадочных опор.As a second design option, it is possible to use carbon fiber as a material for landing supports.
В качестве третьего варианта исполнения, возможно использование стеклобазальтпластика как материала для посадочных опор.As a third option, it is possible to use glass-basalt plastic as a material for landing supports.
Шасси выполнено в виде конструкции типа «лыжа», данное конструктивное выполнение посадочных опор исключают опрокидывание аппарата после его приземления на поверхность, которая может быть как горизонтальной, так и располагаться под малым наклоном. Помимо этого, подобная конструкция позволяет одновременно обеспечить увеличение площади контакта с поверхностью и интегрировать в конструкцию антенны передачи телеметрии, которые находятся в оптимальном положении при сложенном шасси. Графически стыковку с поверхность можно увидеть на рис 3.The landing gear is made in the form of a “ski” type structure; this design of the landing supports prevents the device from tipping over after it lands on a surface that can be either horizontal or located at a slight inclination. In addition, this design makes it possible to simultaneously increase the contact area with the surface and integrate telemetry transmission antennas into the design, which are in the optimal position when the chassis is folded. Graphically, the connection to the surface can be seen in Fig. 3.
Общий вид варианта летательного аппарата с шасси, согласно изобретению, представлен на фиг.5, где:A general view of a variant of an aircraft with a landing gear, according to the invention, is presented in Fig. 5, where:
3 - подвижная часть шасси (в сложенном виде);3 - moving part of the chassis (folded);
7 - корпус летательного аппарата.7 - aircraft body.
Для описания работы шасси в динамике, также необходимо обратиться к раскрытию способа управления посадкой беспилотного летательного аппарата. Для упрощения восприятия на фигуре 6 представлена блок-схема процесса автоматического управления процессом посадки.To describe the operation of the landing gear in dynamics, it is also necessary to refer to the disclosure of the method for controlling the landing of an unmanned aerial vehicle. To simplify perception, Figure 6 shows a flowchart of the process of automatically controlling the landing process.
Микропроцессор запускает сценарий «посадка». Основанием для запуска данного сценария является:The microprocessor runs the landing script. The reason for running this script is:
- сценарий задачи аппарата выполнен, аппарат вернулся на базу;- the vehicle’s mission scenario has been completed, the vehicle has returned to base;
- экстренная посадка из-за поломки или повреждения;- emergency landing due to breakdown or damage;
- экстренная посадка из-за низкого заряда АКБ;- emergency landing due to low battery charge;
- сценарий задачи аппарата предполагает посадку в определенной точке с последующим продолжением полета;- the mission scenario of the device involves landing at a certain point and then continuing the flight;
- сценарий задачи аппарата предполагает посадку в определенной точке без продолжения полета и без возврата к точке вылета.- the mission scenario of the device involves landing at a certain point without continuing the flight and without returning to the departure point.
По поступлении команды сценария в систему принятия решений включается опрос датчиков: радио датчик, датчик шасси, GPS/GLONASS система позиционирования, лидары. Результаты опроса датчиков поступают в систему принятия решений. Данные обрабатываются асинхронно. Запись данных с датчиков происходит раз в секунду. Исходя из параметров сценария и показаний датчиков, запускается или не запускается опрос значений параметров состояния аппарата, а именно: заряд аккумуляторной батареи, площадь посадочной зоны, угол посадочной зоны, рельеф посадочной зоны. Заряд аккумуляторной батареи устанавливается, в частности, путем снятия текущего показания по емкости и его сопоставления с базовым показателем, соответствующим выполняемому сценарию. Площадь посадочной зоны устанавливается, в частности, путем обработки радиолокационной информации. Рельеф посадочной зоны устанавливается, в частности, также путем обработки радиолокационной информации. Угол посадочной зоны устанавливается, в частности, путем сопоставления данных о площади и рельефе посадочной зоны с показаниями гироскопических приборов, определяющих положение аппарата относительно линии горизонта. Полученные данные сравниваются с библиотекой базы данных. В случае попадания фактических значений в допустимый диапазон, дается команда выпуска шасси. Команда активирует сервоприводы, которые опускают пару шасси. При этом, в частности, в зависимости от площади и рельефа поверхности угол поворота стойки шасси на правом и левом шасси может отличаться, для того, чтобы обеспечить максимальную устойчивость в горизонтальном положении с сохранением линии горизонта аппарата. Также при этом, после посадки обработка информации по заданному алгоритму продолжается и, в случае расхождения фактических параметров и расчетных (неустойчивость, скольжение, подтопление или частичное погружение в жидкую или вязкую среду), аппарат взлетает на исходную позицию и перезапускает сценарий «посадки» и передает соответствующий сигнал на базу.Upon receipt of a script command, the decision-making system starts polling sensors: radio sensor, chassis sensor, GPS/GLONASS positioning system, lidars. The results of the sensor survey are fed into the decision-making system. Data is processed asynchronously. Data recording from sensors occurs once per second. Based on the scenario parameters and sensor readings, a survey of the values of the device’s state parameters is started or not started, namely: battery charge, landing zone area, landing zone angle, landing zone topography. The charge of the battery is determined, in particular, by taking the current reading of the capacity and comparing it with the basic indicator corresponding to the scenario being performed. The area of the landing zone is determined, in particular, by processing radar information. The relief of the landing zone is established, in particular, also by processing radar information. The angle of the landing zone is established, in particular, by comparing data on the area and topography of the landing zone with the readings of gyroscopic instruments that determine the position of the device relative to the horizon. The obtained data is compared with the database library. If the actual values fall within the acceptable range, a landing gear release command is given. The command activates servos, which lower a pair of landing gears. In this case, in particular, depending on the area and surface topography, the angle of rotation of the landing gear on the right and left chassis may differ in order to ensure maximum stability in a horizontal position while maintaining the horizon line of the device. Also, after landing, information processing according to a given algorithm continues and, in the event of a discrepancy between the actual parameters and the calculated ones (instability, sliding, flooding or partial immersion in a liquid or viscous medium), the device takes off to its original position and restarts the “landing” scenario and transmits corresponding signal to the base.
Таким образом, обеспечивается уникальность конструкции и способа работы поднимаемого шасси для винтокрылых БПЛА. Технический результат - повышение автоматизации и автономности процесса посадки БПЛА обеспечивается описанным способом автоматической посадки аппарата. Технический результат - повышение защиты от повреждений выносного антенного оборудования обеспечивается представленной конструкцией поднимаемого шасси, выполненного полым для размещения интегрированной в конструкцию шасси антенны для передачи телеметрической информации.This ensures the uniqueness of the design and method of operation of the liftable landing gear for rotary-wing UAVs. The technical result - increasing the automation and autonomy of the UAV landing process is ensured by the described method of automatic landing of the device. The technical result - increased protection against damage to remote antenna equipment is provided by the presented design of a liftable chassis, made hollow to accommodate an antenna integrated into the chassis design for transmitting telemetric information.
Claims (17)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808061C1 true RU2808061C1 (en) | 2023-11-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106005413A (en) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 珠海银通农业科技有限公司 | Diverse foldable unmanned aerial vehicle |
| FR3033544B1 (en) * | 2015-03-13 | 2017-03-24 | Eznov | REVOLVING TYPE TRICOPTER WHEEL DRONE |
| CN107571990A (en) * | 2017-09-04 | 2018-01-12 | 河北冀航科技有限公司 | A kind of highly sensitive three axles unmanned plane |
| RU187275U1 (en) * | 2017-11-20 | 2019-02-28 | Сергей Александрович Мосиенко | Unmanned Aircraft Complex |
| RU204990U1 (en) * | 2021-03-26 | 2021-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Drone transformer |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3033544B1 (en) * | 2015-03-13 | 2017-03-24 | Eznov | REVOLVING TYPE TRICOPTER WHEEL DRONE |
| EP3067273B1 (en) * | 2015-03-13 | 2017-06-14 | Eznov | Tricopter rotary-wing drone |
| CN106005413A (en) * | 2016-07-22 | 2016-10-12 | 珠海银通农业科技有限公司 | Diverse foldable unmanned aerial vehicle |
| CN107571990A (en) * | 2017-09-04 | 2018-01-12 | 河北冀航科技有限公司 | A kind of highly sensitive three axles unmanned plane |
| RU187275U1 (en) * | 2017-11-20 | 2019-02-28 | Сергей Александрович Мосиенко | Unmanned Aircraft Complex |
| RU204990U1 (en) * | 2021-03-26 | 2021-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Drone transformer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6982841B2 (en) | Aircraft with protective frame and automatic charging device that can travel on land (and on water if possible) | |
| US11015956B2 (en) | System and method for automatic sensor calibration | |
| US10363826B2 (en) | Systems and methods for UAV battery exchange | |
| US11247522B2 (en) | Vehicle capable of multiple varieties of locomotion | |
| US9483950B2 (en) | Flight control for flight-restricted regions | |
| US9126693B1 (en) | Assisted takeoff | |
| RU2615587C9 (en) | Method of accurate landing of unmanned aircraft | |
| WO2020018148A1 (en) | Methods and systems for determining flight plans for vertical take-off and landing (vtol) aerial vehicles | |
| WO2017081668A1 (en) | Amphibious vertical takeoff and landing unmanned system and flying car with multiple aerial and aquatic flight modes for capturing panoramic virtual reality views, interactive video and transportation with mobile and wearable application | |
| US11686859B2 (en) | Methods and systems for utilizing dual global positioning system (GPS) antennas in vertical take-off and landing (VTOL) aerial vehicles | |
| DE102018205134B4 (en) | Distance sensor system for the efficient and automatic detection of landing sites for autonomous hovering aircraft | |
| RU2808061C1 (en) | Unmanned aerial vehicle and method of landing such a vehicle | |
| CN114527780A (en) | Intelligent carrier landing guide control method and system for carrier-based helicopter | |
| Danko et al. | Robotic rotorcraft and perch-and-stare: Sensing landing zones and handling obscurants | |
| Figueiredo | Autopilot and ground control station for UAV | |
| DE102023102820B3 (en) | Sonar measuring device | |
| DE102022203653B4 (en) | DISTANCE SENSOR SYSTEMS FOR EFFICIENT AND AUTOMATIC ENVIRONMENT DETECTION FOR AUTONOMOUS HOVER-CAPABILITY AIRCRAFT | |
| Madawalagama et al. | Building a Low Cost Long Range Mapping Drone | |
| KR101846466B1 (en) | Unmanned Aerial Vehicle System Having Rotary Wing of Multi-Rotor Type | |
| Hague et al. | Design and Flight Demonstration of a Quadrotor for Urban Mapping and Target Tracking Research | |
| DE202022105781U1 (en) | Trajectories for unmanned aerial vehicles to move and unmove | |
| Lee | Construction of 3D Spatial Information Using Unmanned Aerial System |