Способ посадки винтокрылого коптера и устройство для его осуществления Российский патент 2025 года по МПК B64U10/13 B64U70/90 

Область техники

Изобретение относится к области авиации, в частности к малогабаритным беспилотным аппаратам вертикального взлета и посадки (коптерам), предназначенным для воздушного наблюдения и мониторинга с возможностью передачи информации, получаемой бортовыми датчиками и навесным оборудованием в реальном масштабе времени, и может быть использовано как в гражданских областях, так и в военном деле.

Уровень техники

Из уровня техники известны различные решения направленные на возможности скрытого использования БПЛА, например СИСТЕМЫ, СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА, ПОВЫШАЮЩИЕ БЕЗОПАСНОСТЬ И ФУНКЦИОНАЛЬНОСТЬ АППАРАТОВ, ИМЕЮЩИХ ОДИН ИЛИ БОЛЕЕ РОТОРОВ известные из международных заявок ВОИС №WO 2018200858 и №WO/2020/041325 решения заключаются в интеграции винтокрылых аппаратов с объектами, прикрепленными к земле (включая воздушных змеев, воздушные шары или возвышенные конструкции), чтобы создать безопасные и видимые воздушные швартовки, с которых такие устройства, как камеры на аппарате, могут работать в течение длительных периодов времени, в то время как дистанционное управление может использоваться для перемещения и стабилизации камеры и/или воздушного змея или воздушного шара, к которым он прикреплен. Недостатками данных и подобных решений является их громоздкость как в установке, так и в эксплуатации.

По опыту СВО, известно, что, как вариант, коптеры используют из засад. Коптер приземляется на возвышенности, с хорошим обзором. Оператор ведет наблюдение по камере. При появлении наземной цели, коптер взлетает и поражает или происходит передача координат цели для артиллерии и т.п.

Особенно, такое применение подходит для коптеров, управляемых по оптоволокну(https://topwar.ru/248112-na-kurskom-napravlenii-vpervye-primenen-fpv-dron-knjaz-vandal-novgorodskij-s-upravleniem-po-volokonno-opticheskomu-kabelju.html). Т к в этом случае отсутствуют проблемы со связью у земли, в отличии от радиосистем.

Недостатком приземления коптеров для засады и наблюдения является то, что хорошее место, с которого будет все видно и не потеряется радиосвязь найти не так-то просто.

Лучшим местом для посадки коптеров были бы деревья или провода линий электропередач (ЛЭП). Но коптеры не способны на них садиться так, чтобы потом вести наблюдение с выключенными винтами. Для обеспечения возможности производить посадку коптеров на деревья или провода ЛЭП, направленно данное изобретение.

Известна швейцарская разработка (https://hightech.fm/2024/07/15/hugging-drones?is_ajax=l) заключающаяся в конструкции коптер который «обнимает» дерево крыльями при посадке. Недостаток конструкции в том, что нет возможности сесть на провода, а на стволе дерева для наблюдения могут мешать ветки.

Известно решение (https://www.mvideo.ru/blog/korotko/letayushhij-robot-nauchilsya-saditsya-na-vetk i) орникоптер (робот с машущими крыльями) проекта GRIFFIN который выполнен с возможностью закрепиться на подходящей по размеру ветке или трубе. Делает он это с помощью моноклешни, напоминающей птичью лапу.

Также известен квадрокоптер SNAG с функцией приземления на ветки за счет реализации в нем «птичьих лап».

Все рассматриваемые коптеры предполагают посадку на ветки сверху. В этом копируя птиц. Однако, для удачного осуществления такой посадки необходимо найти достаточного размера ветку, чтобы она не прогнулась под действием массы коптера и конструкция схвата должна обладать достаточной захватывающей силой для удержания коптера на ветке в вертикальном положении. По статистике, тонких веток на деревьях по отношению к толстым, примерно 9 к 1. Это сужает область посадки коптеров на деревья. И, схват должен создавать достаточно большое усилие для вертикального удержания коптера на ветке и не допускать прокручивания схвата относительно оси ветки. Это, в свою очередь, увеличивает массу схвата и его привода.

Посадка сверху, на ветку, предполагает отсутствие листьев и тонких веточек в верхней части ветки. А это еще более сужает поиск удобной для посадки ветки.

Раскрытие изобретения Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является реализация устройства с возможностью посадки-взлета в условиях ограниченного пространства (например, в кроне дерева) с закреплением-зависанием на тонких предметах (ветки, провода ЛЭП и т.д.)

Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении возможности взлета и посадки из любого из зафиксированных положений с возможностью закрепления коптера на ветках или проводах обхватом последних.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ посадки винтокрылого коптера, состоящий в том, что посадка коптера осуществляется путем зависания на ветке или проводе за счет использования захвата в виде двух смыкающихся пальцев Г образной формы, выведенного за области работы винтов на штанге с приводом ее разворота при этом пилотирование и посадка производится так что бы нить соединяющая пальцы захвата прикоснулась к ветке или проводу и своим натягом замкнула концевик, осуществив захват пальцами.

Также предлагается винтокрылый коптер с возможностью захвата провода или ветки, характеризующийся тем, что включает винтокрылый коптер, к корпусу которого, между винтами, жестко закреплен привод разворота штанги, ось направления которого направлена вдоль оси коптера, на выходе привода разворота штанги установлена штанга, длина которой больше области работы винтов, на противоположном конце которой жестко прикреплен корпус захвата, на котором размещены с возможностью движения друг к другу пара Г-образных пальцев, один конец которых закреплен на корпусе захвата и выполнен в виде шестерни, в зацеплении друг с другом так, что одна из осей шестерен размещена на оси привода пальца установленного на корпусе захвата, второй конец пальцев выполнен с угловым прямоугольным концом так, что в замкнутом положении осуществляется перекрытие пальцев друг с другом, на одном из пальцев в области углового сектора жестко зафиксирована нить, пропущенная так, чтобы в раскрытом положении захвата она была в натянутом состоянии через отверстие, размещенное в области углового сектора второго пальца, и вторым концом жестко прикрепленная к актуатору вращательного движения концевика, установленного на корпусе захвата.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что предложенное решение позволяет:

создать простое и недорогое устройство для посадки/взлета коптера на/с ветки деревьев или провода ЛЭП за счет обхвата последних, при этом за счет возможности ориентации корпуса коптера относительно ветки (провода) обеспечивать наилучший обзор его камер.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображен коптер 1 в момент захвата провода 7 ЛЭП.

1 - коптер;

2 - винты коптера;

3 - корпус захвата;

4 - штанга захвата;

5 - пальцы захвата;

6 - привод разворота штанги захвата;

7 - привод пальцев захвата;

8 - нить;

9 - концевик;

10-провод ЛЭП;

На фиг. 2 изображен коптер 1 в момент закрытых пальцев завата - 5 и выключенных винтов 2, корпус коптера 1 в вертикальном положении.

На фиг. 3 изображен захват с открытыми пальцами 5;

На фиг 4 изображен захват с закрытыми пальцами 5, вид сбоку и вид А - снизу;

На фиг. 5 изображен коптер 1 в момент посадки на ветку 11 дерева 12.

На фиг. 6 изображена блок-схема взаимодействия пульта управления 13 с коптером 1 и приводом 7 захвата.

13 - пульт управления оператора коптера

14 - канал связи (радио или через оптоволокно) между пультом управления 13 и коптером 1

9 - концевик;

15 - блок стабилизации коптера;

16 - индикатор горизонтального положения коптера;

17 - кнопка управления приводом 7 захвата;

18 - джойстик управления приводом 6 захвата.

Джойстики управления полетом коптера и другие выключатели на пульте 13 на фигурах не показаны.

Осуществление и примеры реализации изобретения

Ниже приведены примеры конкретного выполнения заявляемых решений, который не ограничивает варианты их исполнения.

Для устранения недостатков аналогов и достижения заявляемого результата, предложено решение, заключающееся в креплении к верхней части корпуса коптера привода разворота штанги в свою очередь, жестко соединенной с корпусом захвата.

Для реализации заявляемых решений можно использовать:

любой винтокрылый коптер например, типа "Упырь"https://topwar.ru/232559-bespilotnik-kamikadze-upyr-i-ego-preimuschestva.html?clid=m1nwfvi6by285826826, содержащий корпус, винты, двигатели винтов, индикатор состояния, по меньшей мере 1 камеру, антену, кнопку включения/выключения, систему визуального позиционирования, батарею; легкие захваты из пластиков и микросервоприводов которые имеют малый вес и энергопотребление, находящие широкое применение в различных областях техники, https://www.pvsm.ru/arduino/106172; в качестве приводов широко известны микросервоприводы https://habr.com/ru/articles/750222/.

В верхней части корпуса коптера 1, между винтами 2, жестко крепиться привод 6 разворота штанги, ось выходного вала (не показан на чертежах) которого, направлена вдоль оси коптера. К выходу выходного вала привода 6 жестко закреплен один конец штанги 4, а второй ее конец жестко прикреплен к корпусу 3 захвата. Длина штанги 4 подбирается таким образом, чтобы захват вышел за пределы работы винтов 2 и был в зоне обзора камер (не показаны на чертежах) коптера 1. Штанга 4 также содержит провода питания и подачи сигналов от элементов коптера 1 к элементам приводов.

Захват содержит корпус 3, на котором размещены пара пальцев 5 Г образной формы, один (длинный) конец которых закрепленный на корпусе 3 выполнен в виде шестерни, в зацеплении друг с другом. Одна из осей шестерен размещена на оси привода 7 захвата второй конец пальцев 5 выполнен с прямоугольным концом и с возможностью перекрытия пальцев друг с другом в замкнутом положении фиг. 3 и фиг. 4. Прямоугольный профиль внутренней части пальцев 5 и их перекрытие (см. фиг. 4) позволяет более надежно удерживать коптер 1 на проводе 10 или ветке 11.

На одном из пальцев 5 в области углового сектора жестко зафиксирована (привязана) нить 8 фиг. 3, которая пропущена через отверстие, размещенное также в области углового сектора во втором пальце 5 и вторым концом жестко прикрепленная к актуатору вращательного движения (не показан) концевика 9 который размещен на корпусе 3 захвата. Концевики 9 с актуаторами вращательного движения широко известны (например https://meyertec.owen.ru/blog/kontsevye-vyuklutchateli) Длина нити 8 выбрана таким образом, чтобы при раскрытом положении она была натянута без провисания но, при этом не замыкала концевик 9. В момент захвата провода 10 или ветки 11, нить замыкает концевик 9 и последний выдает сигнал на привод 7 пальцев 5.

Примеры осуществления

Посадка коптера на ветку или провод ЛЭП происходит следующим образом.

фиг 1, 2, 5 и 6.

При посадке оператор коптера 1 раскрывает пальцы 5 захвата подачей сигнала кнопкой 17 через канал связи 14 на привод 7 и визуально ориентирует (за счет управления джойстиком 18 приводом 6, поворота штанги 4) его плоскость перпендикулярно оси провода 10 (ветки, кабеля и тд), далее производит пилотирование таким образом, чтобы нить 8 прикоснулась к ветке (проводу и тп) и замкнула концевик 9. Захват закрывает пальцы 5. Фиг. 4 Захват может быть закрыт и пилотом (в ручном режиме) путем нажатия на кнопку 17 срабатывания привода 7. Приводы (не показаны на чертежах) винты 2 коптера 1 выключаются и под действием силы тяжести коптер 1 занимает вертикальное положение. Фиг. 2 Через джойстик 18 и управляемый им привод 6, пилот может развернуть корпус коптера 1 на 360 градусов относительно оси штанги 4. Таким образом, обеспечивается обзор камер (не показаны) коптера 1.

Перед взлетом, пилот разворачивает коптер 1 с помощью привода 6, относительно оси штанги 4 таким образом, чтобы винты 2 коптера 1 были свободны от препятствий (листьев и тп). Это контролируется визуально по камерам коптера 1. Далее происходит запуск винтов 2 коптера 1 за счет его блока стабилизатора 15 выравнивание корпуса 1 в горизонтальное положение. При получении сигнала от блока стабилизации 15 коптера 1 о его горизонтальном положении (углы тангажа, крена и рыскания и их производные малы) или визуального подтверждения с камер коптера, оператором подается сигнал на раскрытие пальцев 5 захвата и коптер может производить дальнейший полет.

Изобретение относится к области авиации, в частности к малогабаритным беспилотным аппаратам вертикального взлета и посадки. Способ посадки винтокрылого коптера характеризуется тем, что посадка коптера осуществляется путем зависания на ветке или проводе за счет использования захвата в виде двух смыкающихся пальцев Г-образной формы, выведенного за области работы винтов на штанге с приводом ее разворота. При этом пилотирование и посадка производится так, чтобы нить, соединяющая пальцы захвата, прикоснулась к ветке или проводу и своим натягом замкнула концевик, осуществив захват пальцами. Винтокрылый коптер включает корпус, к которому между винтами жестко закреплен привод разворота штанги. На выходе привода установлена штанга, на противоположном конце которой жестко прикреплен корпус захвата, на котором размещена с возможностью движения пара Г-образных пальцев. На одном из пальцев жестко зафиксирована нить, пропущенная так, чтобы в раскрытом положении захвата она была в натянутом состоянии через отверстие, размещенное в области углового сектора второго пальца, и вторым концом жестко прикрепленная к актуатору вращательного движения концевика. Обеспечивается возможность посадки и закрепления коптера на ветках или проводах. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ посадки винтокрылого коптера, характеризующийся тем, что посадка коптера осуществляется путем зависания на ветке или проводе за счет использования захвата в виде двух смыкающихся пальцев Г-образной формы, выведенного за области работы винтов на штанге с приводом ее разворота, при этом пилотирование и посадка производится так, чтобы нить, соединяющая пальцы захвата, прикоснулась к ветке или проводу и своим натягом замкнула концевик, осуществив захват пальцами.

2. Винтокрылый коптер с возможностью захвата провода или ветки, характеризующийся тем, что включает корпус, к которому между винтами жестко закреплен привод разворота штанги, ось направления которого направлена вдоль оси коптера, на выходе привода разворота штанги установлена штанга, длина которой больше области работы винтов, на противоположном конце которой жестко прикреплен корпус захвата, на котором размещены с возможностью движения друг к другу пара Г-образных пальцев, один конец которых закреплен на корпусе захвата и выполнен в виде шестерни в зацеплении друг с другом так, что одна из осей шестерен размещена на оси привода пальца, установленного на корпусе захвата, второй конец пальцев выполнен с угловым прямоугольным концом так, что в замкнутом положении осуществляется перекрытие пальцев друг с другом, на одном из пальцев в области углового сектора жестко зафиксирована нить, пропущенная так, чтобы в раскрытом положении захвата она была в натянутом состоянии через отверстие, размещенное в области углового сектора второго пальца, и вторым концом жестко прикрепленная к актуатору вращательного движения концевика, установленного на корпусе захвата.