CZ34514U1 - Systém stability zavěšeného nákladu - Google Patents

Description

Systém stability zavěšeného nákladu

Oblast techniky

Toto technické řešení se týká zlepšeného systému stability zavěšeného nákladu.

Dosavadní stav techniky

Záchranné vrtulníky umožňují rychlý přístup ke zraněným nebo izolovaným pacientům na moři nebo na souši. Častokrát jsou pacienti zraněni nebo mají lékařskou pohotovost, která opravňuje místní nebo federální úřady k tomu, aby povolily použití nákladné operace vyzvednutí vrtulníkem. Během těchto operací jsou nicméně vyzvedávací extrakce vystaveny větrům a jiným vnějším faktorům, které způsobují otáčení a kývání záchranného zdvihadla tam a zpět. Toto kývání komplikuje misi, způsobuje zpoždění lékařské péče a vedlo k úmrtím jak záchranářů, tak i zachraňovaných.

U moderních operací vyzvedávání vrtulníkem, zachraňování a zavěšení nákladu na smyčce často dochází k nestabilnímu a nebezpečnému pohybu zavěšené osoby nebo zařízení, které ohrožuje probíhající operaci, a co je důležitější, dotčené lidi. Pozorovaný pohyb je srovnatelný s bočním nebo kónickým kyvadlem, s otáčením kolem otočného bodu závěsu. Pro misi kritický atribut fúnkčnosti vyzvedávacího systému zůstává nevyřešený: spolehlivá stabilita pohybu zavěšeného lana. Nekontrolovaný pohyb lana ohrožuje životy, ohrožuje úspěch mise, obětuje příležitosti mise kvůli environmentálním prvkům a drasticky zvyšuje provozní náklady.

Podstata technického řešení

Podle předkládaného technického řešení je navržen systém stability zavěšeného nákladu pro stabilizování nákladu zavěšeného pomocí lana shora, systém přitom zahrnuje: středový modul zahrnující: bod připevnění pro lano, a bod připevnění pro náklad; přívod napájení; snímačové pole; bezdrátový vysílač a přijímač; ovladač motoru; dva nebo více motorů; a procesor operativně připojený ke snímačovému poli, bezdrátovému vysílači a přijímači a ovladači motoru; přičemž procesor je nakonfigurován pro: stanovení pohybu nákladu na základě systémů měření snímačového pole. Podstata předkládaného technického řešení přitom spočívá v tom, že středový modul dále zahrnuje tahový konstrukční prvek mezi bodem připevnění pro lano a bodem připevnění pro náklad a konstrukci pro namontování motoru připojenou k tahovému konstrukčnímu prvku, snímačové pole zahrnuje inerciální měřicí systém, systém na měření orientace, a systém na měření absolutní polohy, dva nebo více motorů je připojeno ke konstrukci na namontování motoru a řízené ovladačem motorů, a procesor je nakonfigurován pro aplikování tahu pro orientování systému ve směru a aplikování tahu ve směru, který působí proti pohybu nákladu, řízením motorů.

Výhodně dva nebo více motorů zahrnují jednosměrné nebo obousměrné potrubní ventilátory.

Výhodně dva nebo více motorů zahrnují sudý počet motorů a dvojice motorů jsou namontovány na protilehlých stranách středového modulu.

Výhodně dva nebo více motorů jsou namontovány ve fixně dané orientaci vůči středovému modulu, přičemž směrová orientace systému je měněna v odezvě na tah poskytovaný dvojicemi motorů namontovaných na protilehlých stranách středového modulu

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje mechanismus na namontování motorů, přičemž dva nebo více motorů jsou bez nástrojů odnímatelné od středového modulu.

- 1 CZ 34514 UI

Výhodně bod připevnění pro lano zahrnuje vyzvedávací kroužek a/nebo hák nakonfigurovaný otočně kolem osy lana pro odpojení kroucení nebo rotačního pohybu lana od orientování přístroje, čímž se přístroj může sám orientovat do jakéhokoliv směru nezbytného pro stabilizování nákladu.

Výhodně přívod napájení zahrnuje jednu nebo více baterií.

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje nabíjecí stanici nakonfigurovanou pro elektrické připojení k systému pro nabíjení jedné nebo více baterií a pro fýzické přijetí a zajištění systému.

Výhodně přívod napájení zahrnuje drátové připojení napájení.

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje pouzdro kolem středového modulu.

Výhodně inerciální měřící systém snímačového pole zahrnuje alespoň jeden akcelerometr nebo gyroskop, systém měření orientace snímačového pole zahrnuje alespoň jeden magnetometr nebo kompas a systém měření absolutní polohy snímačového pole zahrnuje snímač globálního polohového systému.

Výhodně snímačové pole dále zahrnuje alespoň jedno ze systému laserového radiolokátoru, infračerveného nebo optického snímače, gravitačního snímače, snímače napětí, rotačního kodéru nebo snímače rychlosti motoru nebo snímače přítomnosti vypínacího kolíku.

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje vzdálenou polohovou jednotku mimo systém, umístěnou v poloze, která je pevná vůči umístění, ze kterého je zavěšeno lano, nebo cílovému umístění, přičemž vzdálená polohová jednotka obsahuje polohový vysílač a přijímač nakonfigurovaný pro komunikaci s bezdrátovým vysílačem a přijímačem a poskytnutí polohové reference do systému.

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje externí stavové kontrolky nakonfigurované pro označení jednoho nebo více z polohy systému, orientace systému, vzdálenosti od překážek, výšky nad zemí, kvality signálu bezdrátového vysílače a přijímače, režimu nebo stavu příkazu procesoru, inerciálního chování nákladu, energetické kapacity nebo dostupného napájení přívodu napájení, pracovní zátěže nebo spotřeby napájení dvou nebo více motorů, tahu z každého motoru, pohybu nebo směru tahu systému a doporučeného směru pro operátora, kam manévrovat s plošinou zavěšující náklad.

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje uživatelem ovladatelné tlačítko nebo spínač na systému pro inicializaci nebo vypnutí přístroje a mechanismus nouzového vypnutí zahrnující odnímatelný kolík.

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje vzdálený interaktivní displej zahrnující zobrazovací procesor, obrazovku, vstupní zařízení a zobrazovací vysílač a přijímač nakonfigurovaný na komunikování s bezdrátovým vysílačem a přijímačem), přičemž vzdálený interaktivní displej je nakonfigurován pro: přijímání dat bezdrátově z přístroje systému stability nákladu prostřednictvím zobrazovacího vysílače a přijímače; zobrazení, prostřednictvím obrazovky, kontrolek jednoho nebo více z polohy systému, orientace systému, vzdálenosti od překážek, výšky nad zemí, kvality signálu bezdrátového vysílače a přijímače, režimu nebo stavu příkazu procesoru, inerciálního chování nákladu, energetické kapacity nebo dostupného napájení přívodu napájení, pracovní zátěže nebo spotřeby napájení dvou nebo více motorů, tahu z každého motoru, pohybu nebo směru tahu přístroje a doporučeného směru pro operátora, kam manévrovat s plošinou zavěšující náklad; a poskytnutí uživatelského ovládání, prostřednictvím vstupního zařízení, pro nastavení jednoho nebo více z režimu nebo stavu příkazu procesoru, cílové polohy pro systém a aktivaci nouzového vypnutí.

-2 CZ 34514 UI

Systém stability zavěšeného nákladu výhodně dále zahrnuje samostatný, samostatně napájený stabilizační systém s uzavřenou smyčkou, který trvale působí proti kyvadlovému kývání zavěšeného nákladu.

Objasnění výkresů

Obr. 1 schematicky znázorňuje kývající se náklad zavěšený na vrtulníku a stabilizovaný systémem stability zavěšeného nákladu („LSS“).

Obr. 2A znázorňuje izometrický pohled na systém stability zavěšeného nákladu se skříňovým pouzdrem v souladu s jedním provedením.

Obr. 2B znázorňuje čelní pohled na systém stability zavěšeného nákladu, obsahující šestihranný středový modul a dvě pohonná ramena v souladu s jedním provedením.

Obr. 3 znázorňuje perspektivní pohled v řezu na systém stability zavěšeného nákladu, ukazující konstrukční rysy v souladu s jedním provedením.

Obr. 4A až 4C znázorňují perspektivní, čelní a boční pohledy na systém stability zavěšeného nákladu obsahující aerodynamické pouzdro v souladu s jedním provedením.

Obr. 5 znázorňuje středový konstrukční prvek systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 6A až 6B znázorňují dvě alternativní objímky, které se připojují ke středovému konstrukčnímu prvku pro připevnění zátěže v souladu s jedním provedením.

Obr. 7A až 7B znázorňují středový konstrukční prvek připevněný ke každé ze dvou alternativních objímek pro připevnění zátěže v souladu s jedním provedením.

Obr. 8 znázorňuje perspektivní pohled na konstrukční rám systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 9 znázorňuje perspektivní pohled na komponenty namontované v konstrukčním rámu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 10 znázorňuje perspektivní pohled na komponenty systému stability zavěšeného nákladu namontovaného v konstrukčním rámu v souladu s jedním provedením.

Obr. 11A znázorňuje perspektivní pohled na alternativní design středového modulu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 11B znázorňuje čelní pohled na další alternativní design středového modulu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 12A znázorňuje perspektivní pohled na motor nakonfigurovaný pro použití v systému stabilizace zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 12B znázorňuje perspektivní pohled na pohonné rameno se dvěma motory systému stabilizace zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 12C znázorňuje perspektivní pohled na nosný prvek pro pohonné rameno se dvěma motory systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

-3 CZ 34514 UI

Obr. 12D znázorňuje izometrický pohled na další pohonné rameno se dvěma motory systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 13A až 13C znázorňují perspektivní, čelní a boční pohledy na motory namontované v konstrukčním rámu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 14 znázorňuje perspektivní pohled na systém stabilizace zavěšeného nákladu obsahující snímače namontované na aerodynamickém pouzdře v souladu s jedním provedením.

Obr. 15 schematicky znázorňuje provozní komponenty systému stabilizace zavěšeného nákladu obsahující vzdálené rozhraní v souladu s jedním provedením.

Obr. 16 znázorňuje perspektivní pohled na vzdálenou polohovou jednotku nebo cílový uzel systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 17 znázorňuje perspektivní pohled na nabíjecí stanici pro systém stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 18 znázorňuje provozní rutinu systému stability zavěšeného nákladu obsahující více režimů nebo stavů příkazů v souladu s jedním provedením.

Obr. 19 znázorňuje rozhodovací a kontrolní rutinu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 20A znázorňuje perspektivní pohled na horní lanový kroužek s vnějšími stavovými kontrolkami systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 20B znázorňuje pohled shora na stavové kontrolky systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 21 znázorňuje snímek obrazovky ovládacího rozhraní pro systém stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením.

Obr. 22 znázorňuje graf znázorňující pohyb kývajícího se nákladu a pohyb nákladu stabilizovaného systémem stability zavěšeného nákladu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Obecným přístupem na řízení chování kývajícího se nákladu je instalace protiopatření na draku letadla nebo manipulace s drakem samotným. Některé draky, jako je Sky Crane, mají pod kabinou instalován železniční systém, který zmírňuje houpání nákladu. Většina navrhovaných přístupů zahrnuje instalování automatizovaných bránicích algoritmů do systému pro zvýšení stability letadla. Vedoucí posádky, kteří během extrakce zůstávají ve vrtulníku, se skutečně budou pokoušet manipulovat s lanem jeho tlačením a vytažením z kabiny, což má omezený účinek. Všechna tato opatření se ukázala jako nedostatečná.

V různých provedeních, jak je zde dále popsáno, řeší tento problém autonomní, bezpilotní systém řízení stability zavěšeného nákladu. Systém stability nákladu („LSS“) podle tohoto uveřejnění působí proti pohybu zavěšeného nákladu vyvíjením protiváhy z motorů, jako jsou vysoce výkonné elektrické potrubní ventilátory („EDF“) v místě nákladu nebo poblíž něj. V důsledku toho LSS zvyšuje bezpečnost mise tím, že zcela zbavuje pilota a posádky odpovědnosti za stabilitu zavěšeného nákladu. Navíc, křivka výkonu takových operací je zvýšena integrováním schopnosti LSS dynamicky řídit umístění nákladu, odděleně od pohybu letadla.

-4 CZ 34514 UI

Systém stability nákladu řídí pohyb zavěšeného nákladu prostřednictvím samohybného automatizovaného odpojitelného systému na samotné lano mezi vyzvedávacím systémem (tj. vrtulníkem) a vnějším nákladem. Systém je agnostický pro plošinu, ze které je náklad zavěšen (např. charakteristika „samostatné entity“ vrtulníku), protože nezávisle stanoví letovou dynamiku potřebnou na stabilizování nákladu. To umožňuje obecné přijetí systému bez ohledu na typ letadla, snížení nákladů a zmírnění rizik řešení.

Systém stability nákladu může poskytnout výhody při operacích pátrání a záchrany vrtulníkem („SAR“) a při zavěšování nákladu na smyčku, u vrtulníků na boj s lesními požáry, jeřábových operací na ropných plošinách, podpůrných lodí námořnictva, operací zavěšování nákladu na smyčku založených na stavbách, aplikací hlubinného vrtání, řízení kosmických lodí a civilním hašení požárů.

Nyní je podrobně odkazováno na popis provedení, jak je znázorněno na výkresech. I když jsou provedení popsána ve spojení s výkresy a souvisejícími popisy, není záměrem omezit rozsah na zde uveřejněná provedení. Naopak, záměrem je pokrýt všechny alternativy, modifikace a ekvivalenty. V alternativních provedeních mohou být přidána nebo kombinována další zařízení nebo kombinace znázorněných zařízení, aniž by byl rozsah zde uveřejněných provedení omezen. Například, níže uvedená provedení jsou primárně popsána v kontextu s nákladem na smyčce na vrtulníku nebo operací pátrání a záchrany. Nicméně, tato provedení jsou ilustrativními příklady a žádným způsobem neomezují popsanou technologii na konkrétní aplikaci nebo plošinu.

Fráze „v jednom provedení“, „v různých provedeních“, „v některých provedeních“ a podobné jsou používány opakovaně. Takové fráze nemusí nutně odkazovat na stejné provedení. Pojmy „zahrnující“, „mající“ a „obsahující“ jsou synonymní, pokud kontext neuvádí jinak. Jak je používáno v tomto popisu a v přiložených nárocích, jednotné číslo zahrnuje reference v množném čísle, pokud kontext jasně neuvádí jinak. Je třeba také poznamenat, že pojem „nebo“ je obecně používán ve svém smyslu, včetně „a/nebo“, pokud obsah jasně neuvádí jinak.

Obr. 1 schematicky znázorňuje kývající se náklad zavěšený na vrtulníku 140 a stabilizovaný systémem stability zavěšeného nákladu („LSS“) 110. Plošina 140 „samostatné entity“ vrtulníku zavěšuje osobu na lanu 120 z bodu 130. Bez LSS 110 se lano a zavěšená osoba se mohou kývat 150 laterálně a/nebo kónickým pohybem. U LSS 110 je působeno proti divokému kývání, které je eliminováno, takže osoba může být doručena na požadovaný bod nebo dotyčné místo 160.

LSS může mít řadu faktorů formy. Obr. 1, 2A až 2B, 3 a 4A až 4C znázorňují několik různých uspořádání a provedení pouzder. Znázorněné systémy používají vždy dva páry jednosměrných motorů. V jiných provedeních by systém stability nákladu mohl používat obousměrné motory v různých počtech nebo uspořádáních. Nicméně, za účelem popsání ilustrativních provedení není nutné ukázat takové podrobnosti implementace.

Obr. 2A znázorňuje izometrický pohled 200 na systém stability zavěšeného nákladu se skříňovým pouzdrem 210 v souladu s jedním provedením. Systém 210 je zcela uzavřen uvnitř krabicového pouzdra, který umožňuje otevřený přístup pouze pro motory, připevnění lana a nákladu a uzly nabíjení. Zatímco pravoúhlé pouzdro systému 210 není zvlášť aerodynamické, může obsahovat a chránit větší krychlový objem než jiné designy. Větší užitečný vnitřní objem může umožňovat větší energetickou kapacitu (např. větší počet baterií nebo jiných prostředků přívodu napájení), což systému 210 umožňuje poskytnout výkonnější motory a/nebo delší provozní kapacitu před dobitím nebo doplněním paliva.

Obr. 2B znázorňuje čelní pohled 250 na systém 260 stability zavěšeného nákladu, obsahující šestihranný středový modul a dvě pohonná ramena v souladu s jedním provedením.

- 5 CZ 34514 UI

Systém 260 poskytuje zlepšený aerodynamický profil ve srovnání se systémem 210 na obr. 2A. Systém 260 také nabízí kompaktnější skladování nebo uložení a snadnější údržbu tím, že umožňuje, aby pohonná ramena byla odnímatelná. Obr. 11B níže znázorňuje systém 260 s odstraněnými pohonnými rameny a obr. 12B až 12C znázorňují odnímatelná pohonná ramena.

Obr. 3 znázorňuje perspektivní pohled 300 v řezu na systém 310 stability zavěšeného nákladu, ukazující konstrukční rysy v souladu s jedním provedením. Systém 310 je vyroben z vnitřní kostry a vnější skořepiny. Vnější skořepinaje lehký materiál jako uhlíkové vlákno, které obklopuje vnitřní kostru. Kostra je vyrobena z lehké obrobené slitiny. Výřez nebo průhledné pouzdro z pohledu 300 ukazuje různé vnitřní komponenty a konstrukční prvky. Konstrukční prvky zahrnují horizontální konstrukční skříňový nosník, který se spojuje s ramenem ve tvaru C nesoucím motory s elektrickým potrubním ventilátorem nad a pod vodorovným skříňovým nosníkem. Na ramenech ve tvaru C jsou kulaté snímače, podobné těm, probíraným níže s odkazem na obr. 14. Výrazně viditelný je také tmavý pravoúhlý tvar baterie s napájecími kabely připevněnými za účelem napájení motorů s elektrickým potrubním ventilátorem.

V různých provedeních může být LSS napájen kombinací palubního a dálkového napájení. V mnoha prostředích je veškeré napájení do LSS obsaženo na palubě, což umožňuje plně autonomní provoz bez závislosti na dostupnosti externích zdrojů napájení nebo dodávacích prostředků. V některých situacích může plošina, ze které je LSS zavěšen, jako je vrtulník nebo jeřáb, poskytovat LSS napájení prostřednictvím vedení vedoucího dolů po zavěšeném lanu do LSS. V některých jiných situacích může plošina poskytovat napájení do LSS, který na palubě nese menší přívod napájení nebo rezervu napájení pro občasné použití.

Obr. 4A až 4C znázorňují perspektivní, čelní a boční pohledy na systém 410 stability zavěšeného nákladu obsahující aerodynamické pouzdro 420 v souladu s jedním provedením. Obr. 4A znázorňuje perspektivní pohled 400, obr. 4B znázorňuje čelní pohled 450 a obr. 4C znázorňuje boční pohled 475.

Pouzdro 420 může být vytvořen z jakéhokoliv vhodného materiálu, jako je kov, plast, plast vyztužený skleněnými vlákny nebo uhlíkové vlákno. Tenký a aerodynamický profil znázorněného pouzdra 420 poskytuje minimální odpor větru, krátkou délku středního nosníku, zlepšenou účinnost pro motory, dostatečné vyčnívání na ochranu před překážkami nebo odklonění od nich a snadný přístup pro údržbu LSS. Pouzdro může umožnit přístup do vnitřního prostoru LSS prostřednictvím uzavřeného poklopu nebo jednoho nebo více odnímatelných panelů, což umožňuje údržbu a kontrolu.

Další znaky a konstrukce LSS 410 jsou popsány na následujících obrázcích.

Obr. 5 pohled 500 znázorňuje středový konstrukční prvek 510 systému 410 stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Konstrukční prvek 510 působí jako hlavní tažný nosník, který nese náklad. Proto by měl být zkonstruován tak silný jako lano, ke kterému je připevněn, dostatečný k tomu, aby nesl náklad, který má být stabilizován pomocí LSS. V různých provedeních může být konstrukční prvek 510 hlavního nosníku zkonstruován z hliníku, oceli nebo plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny, v závislosti na požadované pevnosti a typech očekávaného zatížení. Například, protože uhlíkové vlákno je neizotropní materiál, a kromě tažného zatížení, mohou zavěšené náklady produkovat rychlé a silné impulsy, které mohou být mimo osu, byl by pro tuto aplikaci vhodnější hliník nebo ocel.

Na konstrukčním prvku 510 je vyzvedávací kroužek 520. Vyzvedávací kroužek 520 může být obroben do celé jediné jednotky jako součást konstrukčního prvku 510 nebo může být také přišroubován k horní části konstrukčního prvku 510. Vyzvedávací kroužek 520 umožňuje, aby konstrukční prvek 510 LSS byl připevněn k předmětu, např. ke kabelu, drátu nebo lanu na zavěšení nákladu. Například, vyzvedávací kroužek 520 může být zaháknut na konci vyzvedávacího popruhu

-6CZ 34514 UI nebo lana z jeřábu, výložníku, vrtulníku nebo jiného zvedacího přístroje. V některých provedeních je vyzvedávací kroužek hák nebo jiný připevňovací mechanismus podle potřeby.

Rotační ložisko 530 umožňuje vyzvedávacímu kroužku 520 volně se otáčet při zatížení. Ložisko 530 může zahrnovat např. rozhraní kuličkového ložiska. Rotační ložisko 530 na vyzvedávacím kroužku 520 odděluje rotační energii od kroucení nebo navíjení vyzvedávacího lana od LSS a vnějšího nákladu. To umožňuje, aby se LSS otočil pod zvedacím lanem, aniž by byl ovlivněn jakýmkoliv kroucením v laně, takže se LSS může orientovat sám (např. udržováním nebo měněním orientace) do jakéhokoliv směru nezbytného ke stabilizování nákladu. To také redukuje aplikování kroutívých momentů z lana na náklad.

Ve znázorněném provedení je spodní část konstrukčního prvku 510 opatřena připevňovacími prostředky 540, jako jsou šroubovací otvory pro připevnění jedné nebo více různých možností objímky, jak je znázorněno níže s odkazem na obr. 6A až 6B a 7A až 7B.

V některých provedeních, místo středového konstrukčního prvku, ke kterému je zaháknuto lano, poskytuje systém stability nákladu mechanismus na připevnění lana pro zapadnutí k lanu nebo kolem něj. Například, systém stability nákladu může zahrnovat drážku nebo štěrbinu pro umístění lana a pákový mechanismus pro přidržování nebo upevnění k lanu. Aplikováním síly na protilehlé strany lana může být systém stability nákladu bezpečně namontován na lano nad nákladem. V některých provedeních takový upínací systém obsahuje kolečka, která poskytují tlak naproti tvrdému povrchu, což umožňuje tlakovou svorku. V některých provedeních se kolečka mohou při upnutí otáčet, což umožňuje systému stoupat nebo sestupovat z lana.

V provedeních s mechanismem připevnění lana pro připevnění systému stability nákladu do polohy podél lana lano nese náklad přímo a LSS není namontován mezi konec lana a horní část nákladu. LSS je poté nesen na lanu, takže LSS nenese hmotnost nákladu. Provedení využívající takový mechanismus připevnění lan tudíž nevyžadují tažný nosník středem přístroje systému stability nákladu. Další prvky umožňující otočný pohyb mohou umožnit, aby se systém stability nákladu volně otáčel kolem lana, jako je otáčením kolem mechanismu připevněného k lanu.

Upínací mechanismus připevnění lana poskytuje jednoduché rozhraní ke stávajícím provozním vyzvedávacím systémům a systémům externího nákladu a nevyžaduje přímou interferenci s lanem použitým na zavěšení nákladu.

Podrobnosti o implementaci takového mechanismu připevnění lan jsou dále popsány v prozatímní přihlášce patentu USA č. 62/627,920, podané 8. února 2018, nazvané „Systém stability zavěšeného nákladu prostřednictvím automatického ovládání elektrického potrubního ventilátoru“, který je zde začleněn formou odkazu.

Zpět ke znázorněním, Obr. 6A až 6B znázorňují dvě alternativní objímky hlavního nosníku, které se připojují ke středovému konstrukčnímu prvku 510 pro připevnění zátěže v souladu s jedním provedením. Obr. 6A znázorňuje perspektivní pohled 600 na objímku 610 hlavního nosníku obsahující hák 630 na náklad a čtyři obloukové nebo D-ring třmeny 640. Třmeny 640 jsou namontovány vždy na držáku 645 třmenu zajištěnému k objímce 610 hlavního nosníku. Hák 630 na náklad je připevněn k objímce 610 hlavního nosníku pomocí desky 635 adaptéru. Hák 630 na náklad může být automatický hák s řízeným uvolněním (např. elektronicky) nebo automatický hák, jako je jeden nebo více dálkově aktivovaných háků, které jsou dálkově ovládatelné z kokpitu letadla nebo kabiny jeřábu stisknutím tlačítka. Hák nebo háky mohou umožnit otáčení kolem otočného bodu nebo omezit otáčení zavěšeného předmětu.

Obr. 6B znázorňuje perspektivní pohled 650 na objímku 660 hlavního nosníku také obsahující hák 630 na náklad a čtyři obloukové nebo D-ring třmeny 640. Objímka 660 hlavního nosníku také zahrnuje čtyři vyčnívající I-nosníky 670, které jsou k objímce 660 přivařeny nebo jinak zajištěny a ke kterým jsou namontovány úchyty 645 třmenů.

-7CZ 34514 UI

Obr. 7A až 7B znázorňují boční pohledy 700 a 750. v daném pořadí, na středový konstrukční prvek 510 připevněný ke každé ze dvou alternativních objímek 610 a 660 hlavního nosníku, v daném pořadí, pro připevnění zátěže v souladu s jedním provedením. Obr. 7A a 7B ukazují vyzvedávací kroužek 520 namontovaný na jeho otočném ložisku 530 v horní části konstrukčního prvku 510 a hák 630 na náklad ve spodní části konstrukčního prvku 510. Ve znázorněných provedeních se hlavní nosník LSS připojuje k nákladu pomocí háku 630 na náklad. V různých provedeních může být spodním připojením spodní vyzvedávací kroužek nebo jiný připevňovací mechanismus používaný např. v aktuálních operacích denních letů.

V některých provedeních poskytuje LSS rozhraní pro zavěšené náklady, které spojuje pohyb LSS a zavěšeného nákladu. To znamená, že ve znázorněných provedeních je hák 630 na náklad nakonfigurován tak, aby se neotáčel nebo se otáčel nezávisle na konstrukčním prvku 510 hlavního nosníku; náklad je otočně uzamčen k LSS. V některých provedeních rozhraní háku na náklad LSS zahrnuje otočnou tvarovku podobnou otočnému ložisku 530 vyzvedávacího kroužku 520 na opačném konci konstrukčního prvku 510 hlavního nosníku, takže LSS se může otáčet, aniž by bylo nutné otáčet náklad pod LSS.

Obr. 8 znázorňuje perspektivní pohled 800 na konstrukční rám 810 systému 410 stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Podobně jako na předchozích obrázcích, Obr. 8 ukazuje konstrukční prvek 510 hlavního nosníku se zvedacím kroužkem 520 a otočným ložiskem 530 nahoře a s objímkou 610 hlavního nosníku obsahující třmeny 640 a desku 635 adaptéru háku dole. Rám 810 připojení ke konstrukčnímu prvku 510 obsahuje dvojici žeber 820 oválného profilu, která nesou vodorovné podélníky 825. Vodorovné podélníky 825 jsou vytvořeny z dutých trubek a mohou to být např. uhlíková vlákna.

Vodorovné podélníky 825 jsou zase spojeny s upevňovacími žebry 830 motorů nastavenými paralelně s žebry 820. Upevňovací žebra 830 zahrnují v horních a dolních koncích body 840 mechanismu připevnění motorů na připevnění motorů k rámu 810. Kromě toho, upevňovací žebra 830 motorů jsou nakonfigurována se středovým otvorem pro uložení přívodu napájení, jako je baterie, do zásobníku 850 baterií.

Obr. 9 znázorňuje perspektivní pohled 900 na komponenty namontované v konstrukčním rámu 810 systému 410 stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Ve znázorněném provedení je zásobník 850 baterií z obr. 8 naplněn zdrojem napájení, jako je baterie 910. Zdrojem napájení může být jediný napájecí blok nebo pole bateriových článků zapojených do série a/nebo paralelně, jako jsou lithium-polymerové (LiPo) články. Baterie 910 mohou být vyjmuty ze zásobníku 850 baterií pro snadnou kontrolu. Baterie mohou být nabíjeny, když jsou nainstalovány v LSS (tj. aniž by je bylo nutné vyjímat) prostřednictvím uzlů na LSS 410. které se připojují k nabíjecímu doku. Datové spojení umožňuje jednotce jednočipového počítače nebo procesoru monitorovat informace o napájení, včetně (ale nejen) napětí článku a disipace nebo spotřeby napájení v reálném čase.

Kromě toho je k hlavnímu nosníku připevněna pomocná baterie 920. Pomocná baterie 920 umožňuje např. stabilní dodávku napájení do procesoru, i když motory čerpají nadměrné množství napájení z hlavních baterií 910.

Ovladač 930 motoru umožňuje procesoru řídit rychlost, odběr napájení a tah motorů. Ovladač 930 motoru může být např. elektronický ovladač rychlosti („ESC“) pro elektrický potrubní ventilátor („EDF“). ESC má typicky alespoň tři spojení: k přívodu napájení, k motoru a k procesoru nebo jednočipovému počítači nebo oběma. ESC odebírá napájení z přívodu napájení a přiděluje ji motorům za účelem řízení množství napájení, které by mělo být tlačené do motorů.

Obr. 10 znázorňuje perspektivní pohled 1000 na komponenty systému 410 stability zavěšeného nákladu namontované v konstrukčním rámu 810 v souladu s jedním provedením. Procesor 1010

- 8 CZ 34514 UI nebo centrální procesorová jednotka (CPU) je centrálně namontována v rámu 810 ve znázorněném provedení.

Procesor 1010 může být vestavěný systém zahrnující počítač signalizační desky a jednu nebo více jednotek jednočipového počítače („MCU“). CPU a MCU jsou obsaženy např. v doslova černé skříňce, kde jsou vytvořena všechna spojení datového spojení. Černá skříňka je hrubý plast nebo polymer, chránící systém před okolními a provozními faktory, jako je počasí a další provozní podmínky. V některých provedeních jsou CPU a MCU namontovány na stejnou desku s plošnými spoji (PCB).

V rámu 810 je namontován také bezdrátový vysílač a přijímač 1020. který může tvořit samostatný vysílač a přijímač, jakož i anténu pro bezdrátovou komunikaci. Vysílač a přijímač 1020 a/nebo bezdrátová anténa mohou být také natištěny nebo namontovány na desku s plošnými spoji nebo jako procesor 1010.

V provedení znázorněném na obr. 10 obsahuje vektorová navigační jednotka 1030 inerciální měřící jednotku („IMU“). IMU poskytuje inerciální navigační data do procesoru 1010 a je centrálně namontována v rámu 810 vedle procesoru 1010.

Některá provedení systému stability nákladu jsou modulární. Například, USS může být rozdělen na středový modul a motory nebo sestavy ramen motoru. Obr. 11A znázorňuje perspektivní pohled 1100 na alternativní design 1100 středového modulu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Středový modul 1110 USS může být nakonfigurován s minimálně 2 rameny motoru USS (jako jsou ramena motoru znázorněná na obr. 12D níže) a maximálně 4 pro dosažení požadovaného vektorového tahu. Stejně jako jiná provedení USS je systém 1110 samostatně napájen a zcela bezdrátový s komunikačními přístupovými body pro Bluetooth, Wi-Fi a/nebo vysokofrekvenční (RF) vysílání a příjem.

Obr. 11B znázorňuje čelní pohled 1150 na další alternativní design středového modulu systému stability 1160 zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Středový modul 1160 USS obsahuje mechanismus nouzového vypnutí včetně nouzového vypínacího kolíku 1170. Kolík 1170 může být spojen s vedením. Kolík 1170 může být poté tažen za účelem způsobení nouzové vypnutí USS. Interně uvnitř středového modulu snímač přítomnosti vypínacího kolíku snímá polohu kolíku 1170 za účelem stanovení, jestli je nebo není přítomen. Systém 1160 může pracovat pouze tehdy, když je přítomen kolík 1170. Pokud kolík 1170 není přítomen, systém 1160 se neaktivuje. Kolík 1170 může být znovu nainstalován jeho umístěním zpět do otvoru pro kolík.

Obr. 12A znázorňuje perspektivní pohled 1200 na motor 1210 nakonfigurovaný pro použití v systému stabilizace zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. USS zahrnuje motory 1210 připojené ke středovému modulu. Tyto motory 1210 tlačí tekutinu, jako je vzduch, voda nebo plyn, ve směru umožňujícím pohyb. Například, motor 1210 může zahrnovat potrubní ventilátor obsahující elektromotor, který otáčí listy rotoru. Uisty rotoru jsou obsaženy v aerodynamickém krytu nebo potrubí, skrz které je tekutina tlačena. V případě ventilátoru je tekutina tlačena vzduchem za listy rotoru, což způsobuje tah.

Vzduch je zachycen vstupem na přední straně systému. V některých provedeních se listy motoru 1210 mohou otáčet oběma směry, což činí motor obousměrným. Jako jiné prostředky pohánění tekutiny mohou obousměrné motory tlačit vzduch ve směru vpřed i vzad. V různých provedeních, žebra formovaná do pláště motorů pomáhají vytvářet optimální vektorový proud vzduchu ortogonální k průřezu listu, tj. ve směru po celé délce motoru 1210.

Obr. 12B znázorňuje perspektivní pohled 1225 na pohonné rameno 1230 se dvěma motory systému stabilizace zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Pohonné rameno 1230 je kompatibilní například se středovým modulem 1160 USS z obr. 11B výše nebo se systémem 260 stability zátěže z obr. 2B výše. Některé motory jsou efektivnější při vytváření tahu ve směru vpřed

-9CZ 34514 UI než vzad. Proto mohou být ventilátory orientovány protilehlými primárními vektory tahu, jak je znázorněno v pohonném ramenu 1230.

Ve znázorněném provedení má LSS schopnost být rozpojen na modulární jednotky. Motory 1210 se mohou pro snadné skladování odpojit od ramen 1230 a ramena 1230 se mohou odpojit od středového modulu 1160. Například, uvolňovací kolík tlačítka a elektrické rozhraní umožňuje uvolnění a odpojení každé z kombinací motorů a ramene od středového modulu 1160.

Obr. 12C znázorňuje perspektivní pohled 1250 na nosný prvek pro pohonné rameno 1260 se dvěma motory systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Znázorněný nosný prvek se spojuje kolem motoru 1210 a umožňuje, aby se motor 1210 připojil ke středovému modulu 1260. Podobný nosný prvek, který se obtočí kolem motoru 1210. je znázorněn na obr. 3 výše.

Obr. 12D znázorňuje izometrický pohled 1275 na další pohonné rameno 1280 se dvěma motory systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Pohonné rameno 1280 je kompatibilní například se středovým modulem 1110 LSS z obr. 11A výše. Pohonné rameno 1280 je nakonfigurováno tak, aby se sklopilo za účelem zjednodušení skladování a rozložení. V rozloženém stavu je pohonné rameno 1280 rovnoběžné s vodorovnou rovinou středového modulu 1110 LSS. Rameno je možné rozložit od 0 až 90 stupňů prostřednictvím např. ručních, pružinových nebo motorizovaných rozhraní.

Obr. 13A až 13C znázorňují perspektivní, čelní a boční pohledy na motory namontované v konstrukčním rámu systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Obr. 13A znázorňuje perspektivní pohled 1300. obr. 13B znázorňuje čelní pohled 1350 a obr. 13C znázorňuje boční pohled 1375. V různých provedeních motor 1210 zahrnuje mechanismus 1320 pro připojení k bodům 840 mechanismu připevnění motoru na žebrech 830. V některých provedeních mohou být motory 1210 připevněny a odejmuty bez nářadí. V některých provedeních jsou na vnější straně motoru 1210 otvory se závity na protilehlých místech symetrických ke středu těžiště pláště ventilátoru, kterým mohou být pohonná ramena bezpečně přišroubována k motoru 1210.

Motory mohou být připojeny pomocí řady drátů svázaných do jediného kabelu. Dráty jsou zakončeny konektorem, jako je, ale bez omezení vícepólový zdrsněný konektor, jako je EC5. Samičí spojovací strana je na středovém modulu LSS, např. v bodech 840 mechanismu připevnění motoru na žebrech 830, zatímco samec je na straně motoru 1210, např. související s mechanismem 1320 nebo blízko konce pohonného ramene LSS.

Obr. 14 znázorňuje perspektivní pohled 1400 na systém 410 stabilizace zavěšeného nákladu obsahující snímače namontované na aerodynamickém pouzdře 420 v souladu s jedním provedením. Snímačové pole LSS může zahrnovat inerciální měřící systém, systém na měření orientace a systém na měření absolutní polohy. Inerciální měřicí systém („IMS“) může zahrnovat akcelerometry se 3 stupni volnosti (3DOF), gyroskopy a gravitační snímače, což mohou být snímače mikroelektromechanických systémů (MEMS). Systém na měření orientace může zahrnovat magnometr nebo magnetometr, jako je kompas, inklinometr, směrový kodér a vysokofrekvenční relativní ložiskový systém. Systém měření absolutní polohy může zahrnovat snímače 1430 globálního polohovacího systému (GPS).

Snímačové pole může dále zahrnovat přibližovací snímač nebo systém 1410 laserového radiolokátoru (LIDAR) (např. rotační nebo lineární) a/nebo optický snímač 1420, jako je jedna nebo více kamer nebo infračervené (IR) snímače. Přibližovací snímače mohou zahrnovat snímače výšky země. Optické snímače mohou být umístěny na všech stranách skořepiny otočené do všech směrů. Optické snímače mohou také uživateli poskytovat vizuální informace. Tyto informace jsou sdělovány procesorem LSS, kabelem datového spojení a/nebo bezdrátovým vysílačem a přijímačem. Přibližovací snímače a optické snímače umožňují, aby systém byl schopen

- 10CZ 34514 UI

360stupňového vědomí a zabránění kolize detekováním překážek (např. část klenby stromů) a změnou kurzu LSS za účelem vyhnutí se překážkám. Systém je také schopen posílat zpět údaje o poloze země (nebo vody) pilotovi a posádce letadla.

Další LSS snímače mohou zahrnovat snímač napětí naměření nákladu na středovém konstrukčním prvku 510, rotační kodér nebo snímač rychlosti motoru 1210, který může být inkrementální nebo absolutní a snímač přítomnosti vypínacího kolíku 1170.

LSS může používat dálkové polohové snímače nebo majáky, vzdálené výpočetní jednotky nebo zařízení vysílače a přijímače cílového uzlu pro pomoc při charakterizaci pohybu zavěšené plošiny (např. samostatné entity vrtulníku), LSS a zavěšeného nákladu a dotyčného cílového umístění jako je osoba, která má být zachráněna nebo místo určení nákladu.

Procesor 1010 LSS aplikuje algoritmy na přijatá data snímačových systémů za účelem poskytnutí požadované odezvy systému. Například, GPS snímač může být upřesněn pomocí kinetických algoritmů v reálném čase (RTK) pro upřesnění absolutní polohy. Měření jsou fúzována dohromady pomocí nelineárních způsobů fúze dat, jako jsou způsoby Kalmanovy filtrace za účelem poskytnutí odhadů optimálního stavu ve všech stupních volnosti, za účelem přesného charakterizování umístění systému a pohybu v geodetickém prostoru.

Obr. 15 schematicky znázorňuje provozní komponenty systému 410 stabilizace zavěšeného nákladu obsahující vzdálené rozhraní 1550 souladu s jedním provedením. V systému LSS 410 je sada snímačů 1505, která může zahrnovat polohové snímače 1506, orientační snímače 1507, inerciální snímače 1508, přibližovací snímače 1509, snímače 1510 referenčního umístění a snímače 1511 tahu. Procesní kapacita 1520 LSS zahrnuje procesor 1010 a jednočipové počítače. Paměť LSS 1525 obecně zahrnuje paměť s náhodným přístupem („RAM“) a trvalé nepřechodné velkokapacitní paměťové zařízení, jako je jednotka SSD a obsahuje navigační systémy 1526, cílová data 1527 a informace 1528 o stavu režimu nebo příkazu. Komunikační systémy 1530 zahrnují bezdrátové systémy 1531. jako je bezdrátový vysílač a přijímač 1020 a kabelové systémy 1532. Výstup LSS 1515 zahrnuje řízení 1516 tahu prostřednictvím ovladačů 930 motoru. Systémy 1540 řízení napájení regulují a distribuují přívod napájení např. z baterií 910. Datová sběrnice propojuje různé interní systémy a logické komponenty LSS.

Interaktivní displej nebo vzdálené rozhraní 1550 je výpočetní jednotka, která může být samostatně napájena nebo pevně spojená s drakem letadla. Interaktivní displej 1550 přijímá data z LSS, např. bezdrátově. Data z LSS jsou zobrazena na interaktivním displeji 1550; výpočetní data jsou analyzována a převedena na vizuální podněty. Interaktivní displej také do LSS předává požadované stavy příkazů operátora, jak je probíráno níže.

Interaktivní displej nebo vzdálené rozhraní 1550 komunikuje s LSS 410 prostřednictvím komunikačních systémů 1570, které mohou být bezdrátové 1571 nebo drátové 1572. Výstup 1560 ze vzdáleného rozhraní 1550 může obsahovat informace zobrazené na obrazovce 1561 a zvukové signály 1562. Vstup 1565 do vzdáleného rozhraní 1550 za účelem řízení LSS může zahrnovat příkazy prostřednictvím dotykové obrazovky 1566 nebo joysticku 1567. V různých provedeních může vzdálené rozhraní 1550 zahrnovat jedno a/nebo více fyzických a/nebo logických zařízení, která kolektivně poskytují zde popsané funkce.

Aspekty systému mohou být ztělesněny ve specializovaném výpočetním zařízení nebo výpočetním zařízení pro speciální účely nebo datovém procesoru, který je specificky naprogramován, nakonfigurován nebo zkonstruován tak, aby vykonával jednu nebo více instrukcí spustitelných počítačem, které jsou zde podrobně vysvětleny. Aspekty systému mohou být také praktikovány v distribuovaných výpočetních prostředích, kde jsou úkoly nebo moduly prováděny zařízeními vzdáleného zpracování, které jsou propojeny prostřednictvím komunikační sítě, jako je místní síť (LAN), rozlehlá síť (WAN) nebo internet. V distribuovaném výpočetním prostředí mohou být moduly umístěny v lokálních i vzdálených paměťových zařízeních. Jak je schematicky znázorněno

- 11 CZ 34514 UI na obr. 15, systém 410 stability nákladu a rozhraní 1550 vzdáleného displeje jsou připojeny drátovou nebo bezdrátovou sítí.

Obr. 16 znázorňuje perspektivní pohled 1600 na vzdálenou polohovou jednotku nebo cílový uzel systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Vzdálená polohovájednotka nebo cílový uzel zahrnuje sadu externích snímačů nebo maják, který je nakonfigurován pro bezdrátovou komunikaci s LSS jako polohová reference. Pokud je LSS považován za primární sadu snímačů, může být umístění sekundární sady snímačů plošina, ze které je zavěšeno lano a umístění terciární sady snímačů může být dotyčné umístění pro náklad (např. na umístění za účelem získání nebo dodání nákladu).

Vzdálená polohovájednotka může obsahovat polohový vysílač a přijímač nakonfigurovaný pro komunikaci s LSS prostřednictvím jeho bezdrátového vysílače a přijímače 1020 a poskytovat polohové reference. Například, dálková polohová jednotka může být připevněna k samostatné entitě vrtulníku nebo k jeřábu, pod kterým je náklad zavěšen.

V některých provedeních je vzdálenou polohovou jednotkou nebo cílovým uzlem černá skříňka 1610 vyrobená z odolného polymeru nebo plastu, dostatečně velká na to, aby se vešla do ruky. Skříňka 1610 má externí anténu 1620 na straně nebo na horní straně skříňky.

Vzdálená polohová jednotka může být připevněna např. na vrtulník magnety, šrouby nebo jakýmkoliv jiným upevňovacím mechanismem. Cílový uzel může být spuštěn na umístění na zemi nebo připevněn např. k záchrannému kruhu nebo jinému flotačnímu zařízení, záchranáři, nákladu, který má být vyzvednut, umístění pro náklad, který má být dodán nebo operativnímu specifickému umístění.

Obr. 17 znázorňuje perspektivní pohled 1700 na nabíjecí stanici pro systém stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. V některých provedeních může být LSS uložen a nabíjen v nabíjecí stanici ve stacionárním umístění nebo na palubě draku letadla pro snadnost a pohodlí. Nabíjecí stanice 1710 může fungovat z dostupných zdrojů napájení, jako je napájení na palubě stroje, jako je vrtulník nebo z napájení generátorem.

Nabíjecí stanice 1710 je dokovatelná stanice, což znamená, že LSS se může připojit a být umístěn do samotné nabíjecí stanice 1710. V některých provedeních má dokovací stanice dvě ramena 1720, jedno na každé straně systému; umístění LSS mezi ramena po zvuku cvaknutí uzamkne LSS na místě. Po správném umístění se elektrické kontakty LSS umístěné na rámu systému spojí s elektrickými kontakty uvnitř nabíjecí stanice; automaticky spustí elektrický náboj LSS. LSS může být uvolněn stisknutím tlačítka 1740 na straně nabíjecí stanice.

Za účelem ukázání stavu nabití uživateli má nabíjecí systém světlo 1730 označující stav nabití. Na horní straně má nabíjecí stanice vypínač 1750 napájení, když je to provozně nutné. Mezitím mohou operátoři nabíjecí stanici také zapnout/vypnout a podívat se na stav nabití prostřednictvím přenosných interaktivních displejů.

Obr. 18 znázorňuje provozní rutinu 1800 systému stability zavěšeného nákladu obsahující více režimů nebo stavů příkazů v souladu s jedním provedením.

V bloku 1805 je přístroj systému stability nákladu instalován na lano, ze kterého bude náklad zavěšen. Systém nemusí být pro instalaci napájen.

V bloku 1810 je spuštěn LSS. V některých provedeních může být systém inicializován stisknutím tlačítka umístěného na čelní straně středového modulu LSS. V blízkosti snadno přístupného vnějšího tlačítka, které může inicializovat systém, může být přítomno další tlačítko, které po stisknutí umožňuje okamžité vypnutí systému. Kromě inicializačního rozhraní na středovém modulu může být systém inicializován také operátorem, který není přímo vedle systému. Jeden

- 12CZ 34514 UI nebo více externích operátorů, včetně, ale bez omezení na záchranáře na konci lana, může inicializovat systém stisknutím tlačítka na jednom nebo více interaktivních displejích 1550 bezdrátově propojených s LSS.

V bloku 1815 je aktivován LSS a pokračuje k operaci 1820 v jednom z funkčních režimů nebo stavů příkazů LSS vybraných operátorem. Funkční režimy nebo stavy příkazů systému jsou:

Volnoběžný režim 1821: všechny interní systémy LSS pracují (např. LSS sleduje svůj pohyb a vypočítává nápravné akce), ale motory jsou vypnuty nebo udržují pouze otáčky při malém plynu, bez činnosti za účelem ovlivnění pohybu nákladu.

Udržování relativní polohy vs. režim samostatné entity 1822: LSS je stabilizován s ohledem na počáteční bod zavěšení. Například, když je LSS zavěšen s nákladem pod vrtulníkem, LSS zůstane přímo pod vrtulníkem. LSS lokalizuje pohyb samostatné entity a provádí nápravné činnosti nezbytné pro kritické tlumení jakéhokoliv jiného pohybu zavěšeného nákladu. Pokud samostatná entita cestuje nízkou rychlostí, LSS spojí rychlost tak, že se obě entity pohybují souhlasně. Při narušení nákladu poskytuje LSS tah ve směru narušení, aby působil proti narušení a eliminoval kývání.

Přesun do/zastavení v polohovém režimu 1823: LSS se bude stabilizovat do pevné polohy, působící proti vlivu počasí nebo malým pohybům vrtulníku nebo jiné zavěšené plošiny. Tento režim má za následek eliminování veškerého pohybu. Operátor může poslat požadovanou cílovou polohu do LSS přes vzdálené rozhraní 1550. Toho může být dosaženo alespoň dvěma způsoby:

Poloha 1824 cílového uzlu: Operátor může umístit vzdálenou polohovou jednotku LSS nebo cílový uzel 1610 na požadované umístění spouštění (např. umístění 160 na obr. 1). Cílový uzel 1610 bude bezdrátově komunikovat s LSS za účelem označení požadované polohy a LSS reaguje manévrováním na požadované umístění. Vzdálené rozhraní 1550 UI bude přijímat a zobrazovat informace o umístění obou entit.

Uživatelem určená poloha 1825: Operátor může použít vzdálené rozhraní 1550 UI k odeslání určené polohy (např. souřadnic zeměpisné šířky a délky) jako příkazové umístění do LSS. Systém poté trvale nasměruje zavěšený náklad do požadované polohy. Systém současně odešle zpětnou vazbu do vzdáleného rozhraní 1550 UI týkající se informací o poloze a vzdálenosti.

Režim držení polohy 1826: LSS bude odolávat veškerému pohybu a udržovat svou aktuální polohu nezávisle na pohybu samostatné entity. Tento režim má za následek eliminování veškerého pohybu. Tento režim má podmíněné reakce v daném pořadí na rychlost samostatné entity, bezpečnostní faktory a fýzická omezení.

Režim přímého ovládání 1827: Provoz joysticku LSS ve třech stupních volnosti. Operátor je schopen přímo řídit úroveň polohování, rotace a výstupu motorů. Přestože je LSS zcela uzavřená smyčka a během provozu nevyžaduje externí řízení, existuje možnost řízení uživatelem.

V bloku 1830 operátor dokončí operaci a obnoví LSS.

V bloku 1835 může být systém vypnut stisknutím tlačítka na interaktivním displeji nebo stlačením tlačítka na samotném středovém modulu. Pokud LSS obsahuje skládací pohonná ramena, mohou být složena. Náklad je odpojen od háku 630 na náklad a poté je zavěšené lano odpojeno od zvedacího kroužku 520 v horní části LSS. LSS může být poté uložen ve své nabíječce nebo na jakémkoliv vhodném umístění.

Obr. 19 znázorňuje rozhodovací a kontrolní rutinu 1900 systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. LSS pracuje v uzavřené smyčce za účelem pochopení své polohy a pohybu v téměř reálném čase, provádění sady výpočtů za účelem stanovení nej žádanější odezvy

- 13 CZ 34514 UI systému, poté odeslání požadované odezvy do pole motorů vzduchového pohonného systému za účelem zmírnění kývání lana během operací. Tento proces je nepřetržitý, dokud je systém napájen.

Schéma 1900 nejvyšší úrovně řízení LSS začíná v bloku 1905 získáváním dat z řady snímačů včetně (ale bez omezení na) akcelerometru, gyroskopu, magnetometru, GPS, lidaru/radaru, strojového vidění a/nebo dálkoměrů.

V bloku 1910 LSS kombinuje data ze snímačů za účelem získání datové fúze popisující její polohu, orientaci, pohyb a prostředí.

Data snímačů jsou fúzována a filtrována pomocí LSS prostřednictvím nelineárních filtrů Kalmanova filtru za účelem poskytnutí přesné reprezentace stavu systému. Tradiční způsoby řízení v uzavřené smyčce, včetně neostrých-vyladěných proporcionálních, integrálních a derivovaných zpětnovazebních ovladačů, mají obousměrnou komunikaci s pokročilými způsoby řízení, včetně neuronových sítí hlubokého učení a budoucích propagovaných Kalmanových filtrů, což umožňuje další identifikaci systému v reálném čase.

V bloku 1915 LSS provádí odhad stavu s použitím odhadců nelineárního stavu za účelem projektování nedalekého budoucího pohybu na základě datové fúze a zpětné vazby z rozhodovacího a řídicího motoru do odhadce stavu.

V bloku 1920 přijímá rozhodovací a řídicí motor LSS odhad stavu 1915. informovaný uživatelem zvoleným fúnkčním režimem nebo stavem 1820 příkazu, stejně jako další zpětnou vazbu z mapování 1930 tahu a orientace a řízení 1940 výstupu a rozhoduje, jak by se LSS měl pohybovat nebo vyvíjet sílu.

Algoritmický výstup systému je odeslán do ovladačů pohybu, u kterých bude požadovaná odezva tahu zaslána do elektrických potrubních ventilátorů prostřednictvím fázového řízení. Čistý výstup tahu je mapován v reálném čase prostřednictvím kodérů a článků nákladu, poté odeslán zpět do hostitele a ovladačů pro řízení v uzavřené smyčce.

V bloku 1930 mapování tahu a orientace LSS aplikuje rozhodnutí LSS o tom, jak by se LSS měl pohybovat nebo vyvíjet sílu 1920 za účelem stanovení tahu a orientace za účelem aplikování tahu k pohybu nebo vyvíjení síly, jak bylo rozhodnuto.

V bloku 1935 mapování ventilátoru aplikuje stanovený tah a orientaci za účelem aplikování tahu na generování mapování ventilátoru pro řízení motorů 1210 za účelem dosažení stanoveného tahu a orientace LSS.

V bloku 1940 motory LSS 1210 vyvíjejí přikázaný výstup řízení implementováním dynamické odezvy ve formě nechtěného pohybu působícího proti tahu.

Celý proces je bezobslužný a automatizovaný kromě funkčních režimů řízení vybraných operátorem na vysoké úrovni. Síťový výstup je řídicí síla ke stabilizaci zavěšeného nákladu.

Stavové kontrolky mohou být namontovány na různé povrchy LSS, aby se usnadnila viditelnost a provoz LSS shora a zespodu. Například, LSS může mít vnější osvětlení, jako jsou LED blízko motorů, které identifikují hrany a orientaci LSS. To umožňuje zlepšenou identifikaci v situacích špatného vidění, jako je nepříznivé počasí. Během provozu, jak na interaktivním displeji, tak i na samotném těle systému, LED kontrolky displeje ukazují, že systém je aktivní a zprostředkovávají užitečné informace.

Obr. 20A znázorňuje perspektivní pohled na horní lanový kroužek s vnějšími stavovými kontrolkami systému stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením a obr. 20B znázorňuje pohled shora na stavové kontrolky systému stability zavěšeného nákladu v souladu

- 14CZ 34514 UI s jedním provedením. Na horní straně pouzdra LSS a kolem vyzvedávacího kroužku 520 mohou osvětlené stavové kontrolky představovat různé typy informací užitečné pro operátora z LSS.

V některých provedeních může displej stavových kontrolek označovat integritu příjmu signálu LSS. Procesor 1010 LSS měří sílu signálu a na základě předem stanovených prahů mění barvy kontrolek tak, aby takovou sílu udávala.

Jiná stavová kontrolka může označovat směr a velikost tahu, který systém vykazuje. V některých provedeních jsou šipky 2010 barevné LED, ve kterých je nejvnitřnější šipka směřující ven zelená, další je žlutá, třetí je oranžová a vnější šipka je červená. LSS může rozsvítit šipkové kontrolky 2010. aby udaly směr, kterým se systém snaží pohybovat náklad a použít hierarchii barev šipek za účelem zobrazení výstupu systému. Například, zelená kontrolka 2010 může označovat úroveň výstupu systému 5 % až 25 %, žlutá může označovat 25 % až 50 %, oranžová 50 % až 75 % a červená 75 % až 100 %. Vysoká úroveň výstupu také poskytuje upozornění operátorovi plošiny, jako je jeřábník nebo pilot letadla, aby se pohybovali ve směru označeném šipkami 2010 za účelem redukování výstupu systému a udržení požadovaného umístění nákladu.

Soustředné LED 2020 středového kroužku mohou také zahrnovat barvy, jako je zelený vnitřní kroužek, oranžový prostřední kroužek a červený vnější kroužek. Kruhové LED kroužky 2020 mohou označovat výšku nákladu nad zemí. Například, zelený kroužek může označovat výšku více než 7,62 m nad zemí, oranžový kroužek může označovat výšku mezi 7,62 m a 3,05 m nad zemí a červený kroužek může označovat výšku méně než 3,05 m nad zemí.

V různých provedeních mohou být externí stavové kontrolky LSS nakonfigurovány na označení jednoho nebo více z polohy LSS, orientace LSS, vzdálenosti od překážek, výšky nad zemí, kvality signálu bezdrátového vysílače a přijímače, režimu nebo stavu příkazu procesoru LSS, inerciálního chování nákladu, energetické kapacity nebo dostupného napájení přívodu napájení, pracovní zátěže nebo spotřeby napájení motorů, tahu z každého motoru, pohybu nebo směru tahu LSS a doporučeného směru pro operátora, kam manévrovat s plošinou zavěšující náklad.

Obr. 21 znázorňuje snímek 2100 obrazovky ovládacího rozhraní pro systém stability zavěšeného nákladu v souladu s jedním provedením. Interaktivní displej 1550 je výpočetní zařízení v bezdrátové komunikaci s LSS s obrazovkou, která znázorňuje kontrolky pro aktuální stav systému a ovládací prvky systému. Například, znázorněný snímek obrazovky obsahuje graf 2110 tahu v průběhu času pro každý motor 1210 a odečet energetické kapacity 2120 a měřidla pro aktuální tah 2130 ventilátoru. V různých provedeních bude interaktivní displej 1550 také označovat polohu systému LSS vůči umístění závěsné plošiny a/nebo cílového uzlu. Interaktivní displej 1550 také poskytuje zpětnou vazbu stavu nákladu ve formě vizuálních (a zvukových, kde je to vhodné) kontrolek, které popisují inerciální chování nákladu, navrhovaná opatření a pracovní zátěž systému v reálném čase.

V různých provedeních interaktivní displej 1550 obsahuje různá tlačítka, která označují a vybírají různé fúnkční režimy nebo stavy příkazů systému, jak je popsáno výše s odkazem na obr. 18. Pokud by operátor nebyl v dosahu LSS, může operátor také inicializovat LSS prostřednictvím interaktivního displeje 1550. Řídicí rozhraní 2100 také obsahuje nouzový vypínací mechanismus 2140 ve formě jasně červeného spínače „OFF“.

Obr. 22 znázorňuje graf 2200 znázorňující pohyb kývajícího se nákladu 2230 a pohyb nákladu stabilizovaného 2240 systémem stability zavěšeného nákladu. Na ose Y graf zakresluje úhlovou polohu (ve stupních) nákladu 2210, v tomto případě představuje záchranného plavce kývajícího se pod vrtulníkem. Na ose X graf zakresluje uběhnutý čas (v sekundách) 2220 od počátečního 30stupňového kývání, což je mimořádně velké narušení v důsledku turbulentních větrů, zatímco záchranný plavec s plnou výbavou vážící 100 kg je spouštěn na loď. Tak velké kývání od svislé osy je mimořádně nebezpečnou situací pro plavce, posádku samostatné entity a lidi v nouzi na lodi.

- 15 CZ 34514 UI

Bez LSS by pilot postupně znovu získal kontrolu nad zavěšeným plavcem 2230. ale ten by se nadále houpal po delší dobu, a nakonec by mohl zachytit nebo zasáhnout zábradlí lodi a spadnout na palubu. Naproti tomu se LSS je plavec rychle vrácen do klidné svislé polohy pod samostatnou entitou. LSS tlumí oscilační pohyb 30 stupňů na méně než jeden stupeň za méně než 10 sekund. Začlenění LSS do takové operace redukuje dobu vznášení vrtulníku a umožňuje vedoucímu posádky bezpečně spustit plavce na loď, což v konečném důsledku snižuje riziko a dobu trvání operace.

Zde popsané systémy stability nákladu řídí kyvadlový pohyb vnějšího nákladu připevněného k lanu prostřednictvím dynamického vzduchového pohonného systému za účelem eliminování bočního houpání a rotačního kývání. LSS je agnostický k typu plošiny, ze které je zavěšen. Charakterizuje nezbytnou dynamiku letu pro provádění nápravných opatření na zavěšených nákladech všeho druhu. Je adaptovatelný na externí náklady, zavěšené náklady a záchranné zvedací operace, mezi mnoha dalšími aplikacemi, které mohou těžit ze samostatného, samostatně napájeného stabilizačního systému s uzavřenou smyčkou, který působí proti kyvadlovému kývání jakéhokoliv zavěšeného nákladu.

Přestože zde byla znázorněna a popsána konkrétní provedení, bude odborníkům v oboru zjevné, že alternativní a/nebo ekvivalentní implementace mohou být nahrazeny za specifická ukázaná a popsaná provedení, aniž by došlo k odchýlení se od rozsahu předloženého uveřejnění. Například, přestože různá provedení jsou popsána výše, pokud jde o samostatnou entitu vrtulníku, v jiných provedeních může být LSS použit pod stavebním jeřábem nebo portálovým jeřábem. Tato přihláška má pokrývat jakékoliv úpravy nebo variace provedení diskutovaných zde.

Claims (17)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Systém (110, 210, 260, 310, 410) stability zavěšeného nákladu pro stabilizování nákladu zavěšeného pomocí lana (120) shora, přičemž systém zahrnuje středový modul (500, 810, 1110, 1160) zahrnující bod připevnění pro lano (520), a bod připevnění pro náklad (540, 600, 630, 650);

   přívod (910, 920, 1540) napájení;

   snímačové pole (1030, 1400, 1410, 1420, 1430, 1505);

   bezdrátový vysílač a přijímač (1531);

   ovladač (930, 1516) motoru;

   dva nebo více motorů (1210, 1230, 1280); a procesor (1010, 1520) operativně připojený (1000, 1500) ke snímačovému poli, bezdrátovému vysílači a přijímači a ovladači motoru;

   přičemž procesor je nakonfigurován pro:

   stanovení pohybu (150, 1900, 2230) nákladu na základě systémů měření snímačového pole, vyznačující se tím, že středový modul (500, 810, 1110, 1160) dále zahrnuje tahový konstrukční prvek (510) mezi bodem připevnění pro lano a bodem připevnění pro náklad, a konstrukci (810, 840, 1260) na namontování motoru připojenou k tahovému konstrukčnímu prvku;

   snímačové pole (1030, 1400, 1410, 1420, 1430, 1505) zahrnuje inerciální měřicí systém (1508), systém (1507) na měření orientace, a systém (1506) na měření absolutní polohy;

   dva nebo více motorů (1210, 1230, 1280) je připojeno ke konstrukci (200, 250, 300, 400, 800, 1300) na namontování motoru a řízené ovladačem motorů, a procesor je nakonfigurován pro aplikování tahu pro orientování systému ve směru a aplikování tahu ve směru, který působí proti pohybu nákladu, řízením motorů (1900, 2240).

   - 17CZ 34514 UI
2. 2. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dva nebo více motorů zahrnují jednosměrné nebo obousměrné potrubní ventilátory (100, 200, 250, 300, 400, 450, 475).
3. 3. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dva nebo více motorů zahrnují sudý počet motorů a dvojice motorů jsou namontovány na protilehlých stranách středového modulu (100, 200, 250, 300, 400, 450, 475, 1225, 1275).
4. 4. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 3, vyznačující se tím, že dva nebo více motorů jsou namontovány ve fixně dané orientaci vůči středovému modulu (100, 200, 250, 300, 400, 450, 475), přičemž směrová orientace systému je měněna v odezvě na tah poskytovaný dvojicemi motorů namontovaných na protilehlých stranách středového modulu.
5. 5. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje mechanismus na namontování motorů, přičemž dva nebo více motorů jsou bez nástrojů odnímatelné od středového modulu (1100, 1225, 1275, 1300).
6. 6. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že bod připevnění pro lano zahrnuje vyzvedávací kroužek a/nebo hák (520) nakonfigurovaný otočně kolem osy lana (530) pro odpojení kroucení nebo rotačního pohybu lana od orientování přístroje (500).
7. 7. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívod napájení zahrnuje jednu nebo více baterií (910, 920).
8. 8. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 7, vyznačující se tím, že dále zahrnuje nabíjecí stanici (1700) nakonfigurovanou pro elektrické připojení k systému pro nabíjení jedné nebo více baterií a pro fyzické přijetí a zajištění systému.
9. 9. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívod napájení zahrnuje drátové připojení napájení (140, 1532, 1540).
10. 10. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje pouzdro (210, 420) kolem středového modulu (400, 450, 475, 800, 900, 1000, 1300, 1400).
11. 11. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že inerciální měřící systém snímačového pole zahrnuje alespoň jeden akcelerometr nebo gyroskop, systém měření orientace snímačového pole zahrnuje alespoň jeden magnetometr nebo kompas a systém měření absolutní polohy snímačového pole zahrnuje snímač (1430) globálního polohového systému.
12. 12. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že snímačové pole dále zahrnuje alespoň jedno ze systému laserového radiolokátoru (1410), infračerveného nebo optického snímače (1420), gravitačního snímače (1400), snímače napětí (1400), rotačního kodéru nebo snímače (1400) rychlosti motoru nebo snímače přítomnosti vypínacího kolíku (1170, 1400).
13. 13. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vzdálenou polohovou jednotku mimo systém, umístěnou v poloze, která je pevná vůči umístění, ze kterého je zavěšeno lano, nebo cílovému umístění, přičemž vzdálená polohová jednotka obsahuje polohový vysílač a přijímač nakonfigurovaný pro komunikaci s bezdrátovým vysílačem a přijímačem a poskytnutí polohové reference do systému (1600).
14. 14. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje externí stavové kontrolky nakonfigurované pro označení jednoho nebo více z polohy systému, orientace systému, vzdálenosti od překážek, výšky nad zemí, kvality signálu bezdrátového vysílače a přijímače, režimu nebo stavu příkazu procesoru, inerciálního chování nákladu, energetické kapacity nebo dostupného napájení přívodu napájení, pracovní zátěže nebo spotřeby napájení dvou

    - 18 CZ 34514 UI nebo více motorů, tahu z každého motoru, pohybu nebo směru tahu systému a doporučeného směru pro operátora, kam manévrovat s plošinou zavěšující náklad (2000, 2050).
15. 15. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje uživatelem ovladatelné tlačítko nebo spínač na systému pro inicializaci nebo vypnutí přístroje (1810) a mechanismus nouzového vypnutí zahrnující odnímatelný kolík (1170).
16. 16. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vzdálený interaktivní displej zahrnující zobrazovací procesor, obrazovku, vstupní zařízení a zobrazovací vysílač a přijímač nakonfigurovaný na komunikování s bezdrátovým vysílačem a přijímačem (1550, 2100), přičemž vzdálený interaktivní displej je nakonfigurován pro:

    přijímání dat bezdrátově z přístroje systému stability nákladu prostřednictvím zobrazovacího vysílače a přijímače (1571);

    zobrazení, prostřednictvím obrazovky, kontrolek jednoho nebo více z polohy systému, orientace systému, vzdálenosti od překážek, výšky nad zemí, kvality signálu bezdrátového vysílače a přijímače, režimu nebo stavu příkazu procesoru, inerciálního chování nákladu, energetické kapacity nebo dostupného napájení přívodu napájení, pracovní zátěže nebo spotřeby napájení dvou nebo více motorů, tahu z každého motoru, pohybu nebo směru tahu přístroje a doporučeného směru pro operátora, kam manévrovat s plošinou zavěšující náklad (1560, 2100); a poskytnutí uživatelského ovládání, prostřednictvím vstupního zařízení, pro nastavení jednoho nebo více z režimu nebo stavu příkazu procesoru, cílové polohy pro systém a aktivaci nouzového vypnutí (1565, 1800,2100).
17. 17. Systém stability zavěšeného nákladu podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje samostatný, samostatně napájený stabilizační systém s uzavřenou smyčkou, který trvale působí proti kyvadlovému kývání zavěšeného nákladu (1900, 2200).