Посадочная капсула для высаживания растений с применением беспилотного летательного аппарата и транспортировочный модуль для высадки таких капсул Российский патент 2024 года по МПК A01C11/02 B64D1/12 B64U101/00 

Группа изобретений относится к области лесного и сельского хозяйства, а именно к системам для автоматической посадки и автономного взращивания саженцев, деревьев, сельскохозяйственных культур, цветов и других растений в удаленных и труднодоступных местах для человека.

Группа изобретений представляет собой два устройства, дополняющих друг друга: транспортировочный модуль и посадочная капсула-парник. Транспортировочный модуль является контейнером-носителем для нескольких посадочных капсул автономного взращивания, в каждой из которых помещен саженец растения. Предназначен транспортировочный модуль для установки на любое беспилотное воздушное судно с целью одновременного транспортирования нескольких капсул с саженцами до места их высадки и последующей высадки путем автоматического сброса с определенной высоты в установленном месте.

Из уровня техники известно автоматическое посадочное устройство для беспилотного летательного аппарата (БПЛА) (CN 113711741, опубликовано 30.11.2021, МПК: А01С 11/02; В64С 27/08; B64D 1/12; B64D 47/00; B64D 47/08), которое включает в себя посадочный модуль, расположенный на кронштейне, посадочный модуль содержит тягово-подъемное устройство, трос, груз и ограничитель. Ограничитель используется для ограничения положения сеялки рассады, размещенной ниже груза, в которой размещены саженцы и почва. Когда автоматическое посадочное устройство БПЛА пролетает над местом посадки, груз падает вниз и ударяет по саженцам, чтобы сеялка для рассады пробивала ограничитель пробки и падала вниз, врезаясь в почву.

Недостатком такого устройства является возможность повреждения саженцев при ударе груза во время сбрасывания, а также отсутствие возможности создания благоприятных условий укоренения саженца вследствие отсутствия его полива во время приземления и высокой вероятности последующего пересыхания грунта по причине отсутствия препятствий для испарения влаги (парник и т.п.).

Также известно устройство «Семенная капсула для беспилотных летательных посевов» (CN 108811592, опубликовано 16.11.2018, МПК: А01С 1/06; A01G 9/029; В64С 39/02), которое содержит разлагаемую оболочку капсулы и удобрение с медленным высвобождением, семена, лекарственное средство и водоудерживающий агент, которые последовательно располагаются внутри оболочки капсулы. Недостатками известной капсулы является отсутствие на корпусе стабилизатора, обеспечивающего ее правильное приземление, заостренным концом вниз, еще один недостаток заключается в том, что высаживают не саженцы, а семена, которые могут оказаться не всхожими, также недостатком является отсутствие источника дополнительного увлажнения грунта, что может осложнить прорастание и укоренение молодого растения.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений заключается в осуществлении высаживания саженцев растений, например, деревьев, в труднодоступных местах с применением летательного аппарата и их выращивании в автономном режиме, без участия человека.

Технический результат, достигаемый при использовании транспортировочного модуля, заключается в обеспечении доставки к месту высадки и реализации автоматической посадки путем сброса с летательного аппарата нескольких посадочных капсул с растениями, при этом использование посадочной капсулы способствует высадке растения в правильном, вертикальном положении, создает благоприятные условия для развития молодого растения и повышает приживаемость саженцев.

Дополнительный технический результат, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в экологичности по отношению к окружающей среде, за счет того, что все элементы посадочной капсулы выполнены из биоразлагаемых материалов.

Кроме того, при использовании заявляемой группы изобретений осуществляют высаживание в грунт саженцев растений, а не семян, в результате чего невсхожие семена отбраковываются на этапе предварительного проращивания.

Достигается технический результат за счет использования транспортировочного модуля, предназначенного для установки на беспилотный летательный аппарат, с размещаемыми внутри модуля посадочными капсулами, содержащими саженцы растений.

Транспортировочный модуль монтируется на фюзеляже беспилотного летающего аппарата или в стыке крепления крыла с центропланом, предназначен для размещения посадочных капсул с растениями и реализует функцию автоматического сброса посадочных капсул в установленном месте посадки растений.

Посадочная капсула-парник для автономного взращивания саженцев растений представляет собой систему закрытого типа в которой размещены и установлены следующие элементы. Цилиндрический корпус, с одной стороны которого установлен головной обтекатель, с другой стороны корпуса установлен стабилизатор вертикального полета, обеспечивающий правильное вертикальное приземление посадочной капсулы - головным обтекателем вниз.

Головной обтекатель имеет двойное назначение в устройстве: во-первых, выполняет функцию аэродинамического элемента, уменьшающего сопротивление воздуха, и обеспечивающего равномерный отвод воздушных потоков для правильного вертикального падения вниз, во-вторых, при падении с высоты, обеспечивает вертикальную фиксацию капсулы в почве, благодаря своей заостренной форме.

Внутри посадочной капсулы, в пространстве обтекателя помещен питательный грунт с саженцем растения, обтекатель капсулы имеет технологические отверстия, которые обеспечивают корневой системе растения возможность по мере развития проникнуть во внешний грунт и укрепиться. Над обтекателем расположен шпангоут усиливающий корпус от разрушения при втыкании обтекателя в землю после падения с высоты.

Выше шпангоута расположена емкость, предназначенная для воды, выполненная из эластичного материала, типа латекса или резины для воздушных шаров, который при ударе посадочной капсулы о землю растягивается в результате силы инерции, действующей на воду, находящуюся в эластичной емкости. При сборке посадочной капсулы края эластичной емкости заворачиваются на верхней части корпуса и фиксируются при помощи стабилизатора вертикального полета, вставляющегося сверху вовнутрь цилиндрического корпуса капсулы, и обеспечивающего герметичное закрывание эластичной емкости.

На шпангоуте размещены острые элементы - иглы, направленные острыми концами к эластичной емкости. При падении посадочной капсулы с высоты эластичная емкость, заполненная водой, растягивается, соприкасаясь с остриями игл шпангоута, происходит разрушение емкости с водой, полив саженца, что улучшает условия его укоренения и развития.

Вода может дополнительно содержать средства для активации роста растения.

Все элементы посадочной капсулы выполнены из биоразлагаемых материалов.

Так, цилиндрический корпус выполнен из плотной бумаги типа ватмана, обеспечивающей также хорошую светопропускаемость. Корпус капсулы защищает почву с растением от быстрого высыхания и от прямых солнечных лучей.

Головной обтекатель, стабилизатор вертикального полета, шпангоут выполнены при помощи 3D-печати из PLA-пластика, естественное разрушение которого происходит примерно через 3-6 месяцев. Шпангоут может быть напечатан вместе с острыми элементами (иглы) одной деталью при помощи 3D-печати из PLA-пластика, а также острые элементы могут быть выполнены из древесины как отдельные элементы.

Посадочная капсула-парник выполнена из органических материалов, содержит воду, а также содержит в себе саженец растения. Во время развития и укоренения саженца посадочная капсула защищает его от температурных перепадов, обеспечивает защиту от птиц, насекомых и грызунов, предохраняет от диких животных и помогает доставить саженцу необходимые питательные вещества для ускорения роста. Капсула создавалась с использованием аддитивных технологий, законов физики и биологии.

Транспортировочный модуль представляет собой устройство, состоящее из цилиндрического корпуса, закрытого с одной стороны головным обтекателем, с другой стороны фиксируемым диском, жестко соединенным со стенками корпуса. В боковой стенке корпуса выполнен люк прямоугольной формы, длина и ширина которого выполнены с некоторым превышением длины и диаметра посадочной капсулы, соответственно, что позволяет обеспечить свободный сброс капсул при работе транспортировочного модуля и предотвратить их застревание.

Корпус транспортировочного модуля имеет крепление для фиксации на крыле или на раме беспилотного летательного аппарата.

Внутри корпуса транспортировочного модуля размещен с возможностью вращения вал, установленный на центрирующих его скользящих дисках, при этом один конец вала выведен наружу сквозь фиксируемый диск, для соединения с сервомашинкой, установленной на фиксируемом диске и осуществляющей вращение вала. На валу неподвижно установлены по меньшей мере две звездочки, на которых выполнены полукруглые вырезы (фиг. 9), диаметр вырезов равен диаметру корпуса посадочной капсулы, что позволяет свободно вкладывать посадочные капсулы в вырезы при загрузке транспортировочного модуля.

Также на звездочках неподвижно закреплена крышка люка, размер и форма которой совпадают с размером и формой люка, выполненного в стенке цилиндрического корпуса транспортировочного модуля. Крышка люка размещается внутри корпуса и работает по принципу купейной двери, которая открывается при начале вращения вала и закрывает люк после полного оборота. Открывание люка транспортировочного модуля производится по команде оператора, поступающей на систему управления летательного аппарата с радиоприемника.

Снаружи корпуса транспортировочного модуля, на фиксируемом диске установлена сервомашинка, соединенная с выведенным наружу концом вала посредством крестовины, устанавливаемой в паз вала (фиг. 10) для предотвращения его проскальзывания при вращении. Сервомашинка приводится в действие от электропитания и системы управления летательного аппарата. Управление сервомашинкой осуществляется при помощи сигналов, поступающих от оператора через радиоприемник (на чертежах отсутствует, входит в систему управления беспилотного летательного аппарата).

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фигуре 1 показан общий вид посадочной капсулы-парника;

на фиг. 2 - посадочная капсула-парник в сборе в разрезе;

на фиг. 3 - сборочный чертеж посадочной капсулы;

на фиг. 4 - общий вид транспортировочного модуля, вид снизу;

на фиг. 5 - показано положение крышки люка внутри транспортировочного модуля;

на фиг. 6 - показан транспортировочный модуль в разрезе (разрез А-А на фиг. 4);

на фиг. 7 - сборочный чертеж транспортировочного модуля;

на фиг. 8 - разрез Б-Б фигуры 4;

на фиг. 9 - разрез В-В фигуры 4;

на фиг. 10 показан укрупненный вид элемента Г с фиг. 8.

фиг. 11 - пример осуществления транспортировочного модуля, с размерами;

фиг. 12 - пример осуществления посадочной капсулы, с размерами;

фиг. 13 - пример осуществления звездочки транспортировочного модуля, с размерами.

На чертежах использованы следующие цифровые обозначения позиций элементов:

1 - корпус посадочной капсулы-парника;

2 - хвостовой стабилизатор вертикального полета;

3 - шпангоут;

4 - острые элементы (иглы) шпангоута;

5 - головной обтекатель посадочной капсулы;

6 - технологические отверстия;

7 - эластичная емкость;

8 - саженец растения;

9 - корпус транспортировочного модуля;

10 - диск скользящий;

11 - диск скользящий;

12 - диск фиксируемый;

13 - звездочки;

14 - вал;

15 - крышка люка;

16 - головной обтекатель транспортировочного модуля;

17 - крепление;

18 - сервомашинка;

19 - крестовина.

Посадочная капсула (фиг. 1-3) для автономного взращивания саженцев растений, содержит цилиндрический корпус 1, хвостовой стабилизатор 2 вертикального полета, головной обтекатель 5, имеющий технологические отверстия 6, на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 над обтекателем 5 расположен шпангоут 3, усиливающий корпус 1 капсулы от разрушения при втыкании обтекателя 5 в землю после падения посадочной капсулы с высоты. На шпангоуте 3 размещены острые элементы - иглы 4, направленные острием вверх - в сторону стабилизатора 2 вертикального полета и эластичной емкости 7. Эластичная емкость 7, предназначенная для заполнения водой, расположена между шпангоутом 3 и стабилизатором 2 вертикального полета, при этом края емкости 7, имеющей пузыреобразную форму, завернуты на верхней части корпуса 1 и зафиксированы при помощи стабилизатора 2 вертикального полета, плотно вставляющегося сверху во внутрь корпуса 1, обеспечивая герметичность эластичной емкости.

Транспортировочный модуль (фиг. 6-7) для высадки (сброса) посадочных капсул, состоит из цилиндрического корпуса 9, закрытого с одной стороны головным обтекателем 16, с другой стороны фиксируемым диском 12, жестко соединенным со стенками корпуса 9. В боковой стенке корпуса 9 выполнен люк прямоугольной формы, длина и ширина которого выполнены с некоторым превышением длины и диаметра посадочной капсулы, соответственно, чтобы обеспечить свободный сброс капсул при работе транспортировочного модуля и предотвратить их застревание.

Корпус 9 транспортировочного модуля имеет крепление 17 для фиксации на крыле или на раме беспилотного летательного аппарата.

Внутри корпуса 9 транспортировочного модуля размещен с возможностью вращения вал 14, на центрирующих его скользящих дисках 10, 11, при этом один конец вала 14 выведен наружу сквозь фиксируемый диск 12, для соединения с сервомашинкой 18, установленной на фиксируемом диске 12 и осуществляющей вращение вала 14. При этом соединение сервомашинки 18 с валом 14 выполнено посредством крестовины 19, устанавливаемой в паз вала 14 (фиг. 10) для предотвращения его проскальзывания при вращении.

Диск 12 является фиксируемым при помощи крепежных элементов, на которые устанавливается и фиксируется сервомашинка 18.

Сервомашинка 18 приводится в действие от электропитания и системы управления летательного аппарата. Управление сервомашинкой 18 осуществляется при помощи сигналов, поступающих от оператора через радиоприемник (на чертежах отсутствует, входит в систему управления беспилотного летательного аппарата).

На валу 14 зафиксированы по меньшей мере две звездочки 13, на которых выполнены полукруглые вырезы с диаметром ∅d (фиг. 9), равным диаметру ∅d (фиг. 1) корпуса 1 посадочной капсулы.

Также на звездочках 13 неподвижно закреплена крышка 15 люка, размер и форма которой совпадают с размером и формой люка, выполненного в стенке цилиндрического корпуса 9 транспортировочного модуля. Крышка 15 люка размещается внутри корпуса 9 и работает по принципу купейной двери, которая открывается при начале вращения вала 14 и закрывает люк после полного оборота. Открывание люка транспортировочного модуля производится по команде оператора, поступающей на систему управления летательного аппарата с радиоприемника.

Работает группа изобретений следующим образом.

Перед началом эксплуатации транспортировочный модуль устанавливают при помощи крепления 17 на крыло или раму беспилотного летательного аппарата так, чтобы люк транспортировочного модуля был ориентирован вниз, в сторону земли. Такое расположение люка обеспечивает возможность сбрасывания посадочных капсул под действием их собственного веса и силы гравитации путем открывания люка 15.

В головной обтекатель 5 посадочной капсулы закладывают грунт, саженец 8 растения. Эластичную емкость 7 устанавливают внутрь корпуса 1 и наполняют водой, при этом наполненная емкость 7 не должна соприкасаться с острыми элементами (иглами) 4 шпангоута 3. Края эластичной емкости 7 заворачивают наружу за края корпуса 1 капсулы и фиксируют при помощи хвостового стабилизатора 2 вертикального полета, вставляя его в корпус 1 по типу пробки, обеспечивая герметичное закрывание эластичной емкости 7. Таким образом подготавливают посадочные капсулы в необходимом количестве.

Далее подготовленные посадочные капсулы с саженцами укладывают в транспортировочный модуль, поочередно вставляя их в полукруглые отверстия ∅d звездочек 13 и проворачивая вал 14, до тех пор, пока все посадочные капсулы не будут установлены в полукруглые отверстия ∅d и крышка 15 люка не совместится с люком, закрывая его.

Для того, чтобы осуществить сбрасывание посадочных капсул с саженцами растений в установленном месте высадки растений в систему управления беспилотного летательного аппарата направляют команду с наземной станции управления, оператором или посредством программы управления системой сброса. В результате сервомашинка 18, соединенная с валом 14, начинает вращение вала 14. При вращении вала 14 зафиксированные на нем звездочки 13 поворачиваются и сдвигают закрепленную на них крышку 15 люка, открывая люк. Когда люк откроется (полностью сдвинется в сторону), посадочная капсула, оказавшаяся напротив люка, под действием силы гравитации и собственного веса, выпадывает из транспортировочного модуля. При этом вращение вала 14 и звездочек 13 продолжается и спустя какое-то время к люку перемещается следующая посадочная капсула, размещенная в полукруглом отверстии 0d звездочек 13, которая таким же образом выпадывает из транспортировочного модуля. Вращение вала 14 и звездочек 13 осуществляется до тех пор, кока все посадочные капсулы не будут сброшены, и крышка 15 люка не вернется в первоначальное положение, закрывая собой люк.

Во время свободного падения с высоты посадочная капсула за счет стабилизатора вертикального полета переворачивается вниз головным обтекателем, имеющим заостренную форму, и при столкновении с землей вонзается в нее. При этом саженец принимает правильное положение - корневой системой вниз.

Эластичная емкость 7, заполненная водой, имеет пузыреобразную форму, при ударе посадочной капсулы о землю, емкость 7 растягивается, продолжая движение по инерции, до соприкосновения с иглами 4 шпангоута 3, и в итоге разрушается от воздействия острых концов игл 4, установленных на верхней части шпангоута 3. Вода из разрушившейся емкости выливается на саженец растения, увлажняя почву, в которой он находится.

Головной обтекатель 5 посадочной капсулы имеет технологические отверстия 6, обеспечивающие корневой системе растения возможность в будущем, по мере развития, проникнуть во внешний грунт и укрепиться.

Посадочная капсула-парник выполнена из органических материалов, содержит воду, а также содержит в себе саженец. Капсула-парник защищает от температурных перепадов, обеспечивая защиту от птиц, насекомых и грызунов, предохраняют от диких животных и помогают доставить саженцу необходимые питательные вещества для ускорения роста. Капсула создавалась с использованием аддитивных технологий, законов физики и биологии.

Группа изобретений поясняется следующим примером осуществления.

Описанная в примере группа изобретений, включающая посадочную капсулу и транспортировочный модуль, применялась для высаживания саженцев деревьев с беспилотного летательного аппарата.

Посадочная капсула была изготовлена со следующими особенностями. Цилиндрический корпус 1 посадочной капсулы выполнен из плотной бумаги типа ватмана в форме бумажного тубуса, емкость 7 для воды представляет собой надувной резиновый шар, шпангоут 3, стабилизатор 2 вертикального полета и головной обтекатель 5 изготовлены при помощи 3D-печати из PLA-пластика (Время разрушения PLA-пластика составляет 3-6 мес.), иглы 4, установленные на шпангоуте выполнены из древесины (зубочистки).

Транспортировочный модуль содержит корпус 9 цилиндрический, головной обтекатель 16, крышку люка, выполненные из пластика, вал 14 выполнен в форме алюминиевой трубки. На валу установлены звездочки 13 в количестве трех штук. Поскольку опытный транспортировочный модуль был рассчитан на транспортировку и сбрасывание (высаживание) посадочных капсул в количестве семи штук, по краю каждой из звездочек 13 выполнены семь полукруглых вырезов диаметром ∅d, равным диаметру корпуса 1 посадочной капсулы и составляющим 32 мм.

Звездочки, так же как скользящие 10, 11 и фиксируемый 12 диски, выполнены из фанеры. Размеры устройств из данного примера показаны на фигурах 11-13.

Сброс посадочных капсул осуществляли с высоты до 150 метров. Такой высоты достаточно для того, чтобы посадочная капсула стабилизировалась вертикально.

В результате использования группы изобретения в соответствии с описанным примером были высажены саженцы деревьев, без непосредственного участия человека и показали хорошую приживаемость в автономном режиме, без дополнительного ухода.

Группа изобретений относится к области лесного и сельского хозяйства, а именно к системам для автоматической посадки и автономного взращивания саженцев, деревьев, сельскохозяйственных культур, цветов и других растений в удаленных и труднодоступных местах для человека. Группа изобретений представляет собой два устройства, дополняющих друг друга: транспортировочный модуль и посадочная капсула-парник. Капсула включает цилиндрический корпус с обтекателем и стабилизатором полёта, при этом обтекатель имеет технические отверстия, внутри обтекателя содержится грунт. Цилиндрическая часть корпуса изнутри укреплена шпангоутом, на котором размещены иглы, направленные остриём в сторону стабилизатора полёта. При этом между шпангоутом и стабилизатором полёта размещена ёмкость с водой, выполненная из эластичного материала, а в грунт помещён саженец. Транспортировочный модуль предназначен для установки на любое беспилотное воздушное судно для одновременного транспортирования нескольких таких капсул с саженцами до места их высадки и последующей высадки путем автоматического сброса с определенной высоты в установленном месте. Использование посадочных капсул вышеуказанной конструкции и перенос их к месту высадки беспилотным летательным аппаратом способствует высадке растений в правильном, вертикальном положении, создает благоприятные условия для развития молодого растения и повышает приживаемость саженцев. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 пр.

1. Посадочная капсула для высадки саженцев с использованием беспилотного летательного аппарата, включающая цилиндрический корпус с обтекателем и стабилизатором полёта, при этом обтекатель имеет технические отверстия, внутри обтекателя содержится грунт, отличающаяся тем, что цилиндрическая часть корпуса изнутри укреплена шпангоутом, на котором размещены иглы, направленные остриём в сторону стабилизатора полёта, при этом между шпангоутом и стабилизатором полёта размещена ёмкость с водой, выполненная из эластичного материала, а в грунт помещён саженец.

2. Посадочная капсула по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрическая часть корпуса выполнена из биоразлагаемого светопропускающего материала.

3. Посадочная капсула по п.1, отличающаяся тем, что шпангоут с иглами изготовлены зацело.

4. Посадочная капсула по п.1, отличающаяся тем, что детали корпуса, такие как обтекатель, стабилизатор полёта, шпангоут изготовлены при помощи 3D-печати.

5. Посадочная капсула по п.4, отличающаяся тем, что 3D-печать деталей выполнена из PLA пластика.

6. Посадочная капсула по п.1, отличающаяся тем, что вода дополнительно содержит средства для активации роста растения.

7. Транспортировочный модуль для посадочных капсул по п.1, содержащий цилиндрический корпус с головным обтекателем и креплением для фиксации модуля на беспилотном летательном аппарате, отличающийся тем, что в боковой стенке цилиндрического корпуса выполнен люк для сброса посадочных капсул, при этом внутри корпуса вдоль продольной оси размещён с возможностью вращения вал, на котором зафиксированы диски, выполняющие функцию опоры для вала, звёздочки, на которых в свою очередь закреплена крышка люка и выполнены вырезы для размещения посадочных капсул для высадки саженцев, причем один конец вала выведен наружу, где на нём установлена сервомашинка, вращающая вал, выполненная с возможностью подключения к бортовой электронике и системе управления беспилотного летательного аппарата.

8. Транспортировочный модуль по п.7, отличающийся тем, что вырезы на звёздочках имеют форму и размер, совпадающие с формой и размером цилиндрической части корпуса посадочной капсулы.

9. Транспортировочный модуль по п.7, отличающийся тем, что длина и ширина люка имеют превышение по отношению с длиной и диаметром посадочной капсулы, соответственно.