DE102019130804B4 - Drone, method for operating a drone and electronic control and regulating device for controlling and regulating the operation of a drone - Google Patents
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Abstract
Drohne (10) mit einer Basisstruktur (12) und mindestens drei in einer horizontalen Draufsicht an unterschiedlichen Stellen angeordneten Schuberzeugungseinrichtungen (14a-d), die im Betrieb einen Schub mit einer Schubrichtung (28a-d) erzeugen, die zumindest auch eine vertikal nach unten gerichtete Schubkomponente aufweist, wobei die Schubrichtungen (28a-d) von mindestens zwei Schuberzeugungseinrichtungen (14a-d) relativ zu der Basisstruktur (14) während des Fluges unabhängig voneinander schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstruktur (12) langgestreckt ist und somit in Richtung einer Längsachse (16) einen vergleichsweise geringen Querschnitt aufweist, dass die Basisstruktur (12) eine Längsachse (16) aufweist, dass an der Basisstruktur (12) ein sich in einer Längsrichtung (16) der Basisstruktur (12) erstreckender Ausleger (32) angeordnet ist, und dass die Schubrichtungen (28a-d) jeweils um eine Achse (22a-d) schwenkbar sind, die orthogonal zu der Längsachse (16) ist.Drone (10) with a base structure (12) and at least three thrust generating devices (14a-d) arranged at different points in a horizontal plan view, which during operation generate a thrust with a thrust direction (28a-d) that is at least also vertically downwards directed thrust component, the thrust directions (28a-d) of at least two thrust generating devices (14a-d) being pivotable relative to the base structure (14) independently of one another during flight, characterized in that the base structure (12) is elongated and thus in Has a comparatively small cross section in the direction of a longitudinal axis (16), that the base structure (12) has a longitudinal axis (16), that on the base structure (12) a bracket (32) extending in a longitudinal direction (16) of the base structure (12) is arranged, and that the thrust directions (28a-d) are each pivotable about an axis (22a-d) which is orthogonal to the longitudinal axis (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Drohne, ein Verfahren zum Betreiben einer Drohne und eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung zur Steuerung und Regelung des Betriebs einer Drohne nach den Oberbegriffen des jeweiligen nebengeordneten Anspruchs.The invention relates to a drone, a method for operating a drone and an electronic control and regulating device for controlling and regulating the operation of a drone according to the preambles of the respective independent claim.
Eine Drohne nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist bereits aus
Ganz allgemein sind Drohnen in Form von unbemannten Multicoptern bekannt, die als fliegende Plattformen für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt werden. Zu diesen gehören die Aufnahmen von Bildern, die Vornahme von Messungen, etc. Die
Bekannt ist ferner das Projekt „Lilium“ (https://lilium.com/), bei dem es sich um ein unbemanntes Fluggerät handelt, welches senkrecht starten und landen kann. Hierzu verfügt es sowohl über einen im Horizontalflug einen Auftrieb erzeugenden Tragflügel als auch über eine Vielzahl von schwenkbaren Schuberzeugungseinrichtungen. Schließlich kennt man auch das vertikal startende und landende Flugzeug Bell-Boeing V-22 Osprey, welches an den beiden Tragflügelenden schwenkbare Rotoren aufweist.Also known is the “Lilium” project (https://lilium.com/), which is an unmanned aerial vehicle that can take off and land vertically. For this purpose, it has both a wing that generates lift in horizontal flight and a large number of pivotable thrust generating devices. Finally, the vertical take-off and landing Bell-Boeing V-22 Osprey aircraft is also known, which has pivotable rotors at the two ends of the wing.
Insbesondere beim Einsatz von Drohnen zur schwebenden Windmessung hat sich herausgestellt, dass es wünschenswert wäre, die Lage der Drohne schneller und präziser als Reaktion auf schwankende Windstärken und Windrichtungen (Windböen) korrigieren und somit stabilisieren zu können. Auch soll die Flugzeit einer solchen Drohne verlängert werden.In particular when using drones for hovering wind measurements, it has been found that it would be desirable to be able to correct and thus stabilize the position of the drone faster and more precisely in response to fluctuating wind strengths and wind directions (wind gusts). The flight time of such a drone should also be extended.
Die sich hieraus ergebende Aufgabe wird durch eine Drohne mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden nebengeordneten Anspruchs, und eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung mit den Merkmalen des entsprechenden nebengeordneten Anspruchs gelöst. The object resulting from this is achieved by a drone with the features of claim 1, a method with the features of the corresponding subordinate claim, and an electronic control and regulating device with the features of the corresponding subordinate claim.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are given in the dependent claims.
Dadurch, dass die Schubrichtungen der Schuberzeugungseinrichtungen relativ zu der Basisstruktur während des Fluges unabhängig voneinander schwenkbar sind, kann beispielsweise bei plötzlichen Windrichtungs- oder Windstärkeänderungen etwa doppelt so schnell wie bisher ein neues Kräftegleichgewicht erreicht werden. Somit kann eine bestimmte Position über Grund auch bei starkem und böigem Wind sehr gut und stabil gehalten werden. Dabei können unterschiedliche Windrichtungen und Windstärken ausgeglichen werden, ohne dass die Basisstruktur ihre Lage im Raum verändern muss. Hierdurch kann die Basisstruktur immer so ausgerichtet sein, dass der Luftwiderstand minimal ist. Dies verlängert die Flugzeit bei starkem Wind gegenüber einer herkömmlichen Drohne, die für die Steuerung und Regelung ihrer Position ihre Neigung verändern muss. Durch die individuell schwenkbaren Schubrichtungen kann die Drohne auch bei sehr starkem Wind so reagieren, dass die Basisstruktur immer stabil in der Horizontalen bleibt bzw. die Drohne mit ihrer Basisstruktur in derselben Position und Ausrichtung bleibt, was von großem Vorteil insbesondere für Windmessungen ist.Because the thrust directions of the thrust generating devices can be pivoted independently of one another relative to the base structure during flight, a new equilibrium of forces can be achieved, for example in the event of sudden changes in wind direction or wind strength, about twice as quickly as before. This means that a certain position above the ground can be kept very well and stable even in strong and gusty winds. Different wind directions and wind strengths can be compensated for without the basic structure having to change its position in space. As a result, the basic structure can always be aligned in such a way that the air resistance is minimal. This extends the flight time in strong winds compared to a conventional drone, which has to change its inclination to control and regulate its position. Thanks to the individually swiveling thrust directions, the drone can react even in very strong winds so that the base structure always remains stable in the horizontal or the drone with its base structure remains in the same position and orientation, which is a great advantage, especially for wind measurements.
Konkret wird eine Drohne mit einer Basisstruktur und mindestens drei in einer horizontalen Draufsicht an unterschiedlichen Stellen angeordneten Schuberzeugungseinrichtungen vorgeschlagen. Als Drohne wird erfindungsgemäß ein unbemanntes Flugobjekt verstanden, beispielsweise und besonders bevorzugt ein Multicopter, also ein Fluggerät, dessen Schuberzeugungseinrichtungen einen Propeller oder Rotor umfassen. Möglich ist hierbei, dass die Drohne vier Schuberzeugungseinrichtung aufweist, also ein Quatrocopter geschaffen wird. Möglich ist aber beispielsweise auch die Realisierung eines Octocopters, bei dem 4 x 2 Propeller oder Rotoren paarweise auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.Specifically, a drone with a basic structure and at least three in a horizontal one A plan view of thrust generating devices arranged at different points is proposed. According to the invention, a drone is understood to be an unmanned flying object, for example and particularly preferably a multicopter, that is to say an aircraft whose thrust generating devices comprise a propeller or rotor. It is possible here that the drone has four thrust generating devices, that is to say that a quatrocopter is created. However, it is also possible, for example, to implement an octocopter in which 4 x 2 propellers or rotors are arranged in pairs on a common axis.
Die Basisstruktur der erfindungsgemäßen Drohne kann eine beinahe beliebige Form aufweisen. Bevorzugt ist jedoch eine langgestreckte Basisstruktur, die in einer Längsrichtung somit einen vergleichsweise geringen Querschnitt aufweist, und die dennoch geräumig genug ist, um die notwendigen Energiespeicher und elektronischen Bauteile aufzunehmen. Die Schuberzeugungseinrichtungen sind, wenn man im normalen Betrieb von oben auf die Drohne blickt, an unterschiedlichen Stellen angeordnet. Es wird also an mindestens drei diskreten und horizontal voneinander beabstandeten Stellen Auftrieb erzeugt, indem die Schuberzeugungseinrichtungen einen Schub mit einer Schubrichtung erzeugen, die zumindest auch eine vertikal nach unten gerichtete Schubkomponente aufweist.The basic structure of the drone according to the invention can have almost any shape. However, an elongated basic structure is preferred which thus has a comparatively small cross section in a longitudinal direction and which is nevertheless spacious enough to accommodate the necessary energy stores and electronic components. If you look at the drone from above during normal operation, the thrust generating devices are arranged in different places. Buoyancy is therefore generated at at least three discrete and horizontally spaced locations, in that the thrust generating devices generate a thrust with a thrust direction which also has at least a vertically downward thrust component.
Dabei sind erfindungsgemäß die Schubrichtungen von mindestens zwei der mindestens drei Schuberzeugungseinrichtungen relativ zu der Basisstruktur während des Fluges unabhängig voneinander schwenkbar. Jede Schubrichtung der schwenkbaren Schubrichtungen kann also individuell eingestellt werden. Um die Schwenkbarkeit („Tilt“) während des Fluges realisieren zu können, sind vorzugsweise elektrische Antriebe vorgesehen, die über eine beispielsweise in der Basisstruktur untergebrachte Steuerelektronik angesteuert werden.According to the invention, the thrust directions of at least two of the at least three thrust generating devices can be pivoted independently of one another relative to the base structure during flight. Each thrust direction of the pivotable thrust directions can therefore be set individually. In order to be able to implement the pivotability (“tilt”) during the flight, electrical drives are preferably provided, which are controlled via control electronics housed in the basic structure, for example.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Basisstruktur langgestreckt ist und somit in Richtung einer Längsachse einen vergleichsweise geringen Querschnitt aufweist, dass die Basisstruktur eine Längsachse aufweist, dass an der Basisstruktur ein sich in einer Längsrichtung der Basisstruktur erstreckender Ausleger angeordnet ist, und dass die Schubrichtungen jeweils um eine Achse schwenkbar sind, die orthogonal zu der Längsachse ist. Die Schubrichtung kann also aus der vertikalen Richtung nach vorne und zurück geschwenkt werden, wodurch die Drohne mittels der schwenkbaren Schubrichtungen vor allem in einer Richtung parallel zu der Längsachse gesteuert werden kann. Insbesondere kann hierdurch die Geschwindigkeit der Drohne in der Längsrichtung und somit deren Position durch das Schwenken der Schubrichtungen beeinflusst werden.According to the invention it is further provided that the base structure is elongated and thus has a comparatively small cross section in the direction of a longitudinal axis, that the base structure has a longitudinal axis, that a boom extending in a longitudinal direction of the base structure is arranged on the base structure, and that the thrust directions in each case are pivotable about an axis which is orthogonal to the longitudinal axis. The thrust direction can therefore be pivoted forwards and backwards from the vertical direction, whereby the drone can be controlled by means of the pivotable thrust directions primarily in a direction parallel to the longitudinal axis. In particular, the speed of the drone in the longitudinal direction and thus its position can be influenced by pivoting the thrust directions.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens eine Schuberzeugungseinrichtung als Ganzes relativ zu der Basisstruktur um eine Schwenkachse schwenkbar angeordnet ist. Dies ist einfach zu realisieren und besonders effizient, da der gesamte von der Schuberzeugungseinrichtung erzeugte Schubstrahl geschwenkt wird. Alternativ könnten im Schubstrahl angeordnete und ansteuerbare Steuerflächen vorgesehen sein, durch die der Schubstrahl in eine bestimmte Richtung abgelenkt wird.In a further development it is provided that at least one thrust generating device is arranged as a whole so as to be pivotable about a pivot axis relative to the base structure. This is easy to implement and particularly efficient, since the entire thrust jet generated by the thrust generating device is pivoted. Alternatively, controllable control surfaces arranged in the thrust jet could be provided, by means of which the thrust jet is deflected in a certain direction.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass an dem abragendem Ende des Auslegers eine Sensoreinrichtung und/oder oder ein Werkzeug angeordnet ist. Werden als Schuberzeugungseinrichtungen Propeller oder Rotoren verwendet, sollte der Abstand einer Sensoreinrichtung von den Schuberzeugungseinrichtungen mindestens ungefähr das Dreifache des Durchmessers der Propeller bzw. Rotoren betragen, um im Bereich der Sensoreinrichtung von den Schuberzeugungseinrichtungen wenigstens im wesentlichen unbeeinflusste Strömungsverhältnisse vorzufinden. Durch einen solchen Ausleger kann dieser Abstand auf einfache Art und Weise hergestellt werden.In a further development it is provided that a sensor device and / or a tool is arranged on the protruding end of the boom. If propellers or rotors are used as thrust generating devices, the distance between a sensor device and the thrust generating devices should be at least approximately three times the diameter of the propellers or rotors in order to find at least essentially unaffected flow conditions in the area of the sensor device by the thrust generating devices. This distance can be produced in a simple manner by means of such a boom.
Bei einer konkreten Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung einen Strömungssensor zur Erfassung einer Geschwindigkeit und/oder Richtung der Luftströmung relativ zu dem Strömungssensor umfasst. Die erfindungsgemäße Drohne kann somit zur schwebenden Windmessung eingesetzt werden und hierbei sehr präzise Messergebnisse liefern. Dies hängt insbesondere auch damit zusammen, dass Bewegungen der Sensoreinrichtung durch ein Kippen („Pitch“) und/oder ein Gieren („Yaw“), wie es bisher zur Steuerung einer Drohne notwendig war, und hierdurch induzierte Luftströmungen an der Sensoreinrichtung vermieden werden. Stattdessen kann die erfindungsgemäße Drohne ihre Lage im Raum ohne wesentliche Änderungen auch bei böigen Windverhältnissen beibehalten.In a specific development of this, it is provided that the sensor device comprises a flow sensor for detecting a speed and / or direction of the air flow relative to the flow sensor. The drone according to the invention can thus be used for hovering wind measurements and thereby deliver very precise measurement results. This is particularly related to the fact that movements of the sensor device due to tilting (“pitch”) and / or yawing (“yaw”), as was previously necessary to control a drone, and air currents induced by this at the sensor device are avoided. Instead, the drone according to the invention can maintain its position in space without significant changes even in gusty wind conditions.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Schubstärke mindestens einer Schuberzeugungseinrichtung unabhängig von der Schubstärke einer anderen Schuberzeugungseinrichtung während des Fluges gesteuert und/oder geregelt veränderbar ist. Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit bereitgestellt, die Drohne zu steuern, wobei diese Möglichkeit der bisher üblichen klassischen Steuerung von Drohnen entspricht.In a further development, it is provided that a thrust strength of at least one thrust generating device can be changed in a controlled and / or regulated manner independently of the thrust strength of another thrust generating device during the flight. This provides a further option for controlling the drone, this option corresponding to the conventional conventional control of drones.
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben einer Drohne der oben beschriebenen Art. Dabei beschäftigt sich das erfindungsgemäße Verfahren vor allem mit der Steuerung und Regelung wichtiger Flugparameter der Drohne, beispielsweise der Geschwindigkeit, der Position, der Lage der Basisstruktur im Raum und/oder der Winkelgeschwindigkeit der Basisstruktur. Bisherige Verfahren umfassten hintereinander geschaltete Regler, nämlich beispielsweise zunächst einen Positionsregler, dann einen Geschwindigkeitsregler, dann einen Lageregler und schließlich einen Drehratenregler. Aus diesem wurden dann die benötigten Steuermomente um den Schwerpunkt der Drohne berechnet, damit sich die gewünschte Drehrate einstellt. Diese Steuermomente wurden dann über einen Mischer durch unterschiedliche Schubstärken der Schuberzeugungseinrichtungen realisiert.The invention also includes a method for operating a drone of the type described above. The method according to the invention is primarily concerned with the control and regulation of important flight parameters of the drone, for example the speed, the position, the location of the basic structure in space and / or the Angular velocity of the base structure. Previous methods included controllers connected in series, namely, for example, first a position controller, then a speed controller, then a position controller and finally a yaw rate controller. From this, the required control torques around the drone's center of gravity were calculated so that the desired rate of rotation is set. These control torques were then implemented by means of a mixer using different thrust strengths of the thrust generating devices.
Aufgrund der Schwenkbarkeit der Schubrichtungen bei der erfindungsgemäßen Drohne steht nun jedoch ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Flugsteuerung der Drohne zur Verfügung. Dieser wird genutzt, um erfindungsgemäß eine Position und/oder eine Geschwindigkeit der Drohne wenigstens über die Schubrichtungen und unabhängig von einem Winkel einer Lage zu regeln. Für die Regelung der Position bzw. der Geschwindigkeit der Drohne ist somit ein Kippen der Drohne durch eine Änderung der Schubstärken einzelner Schuberzeugungseinrichtungen nicht mehr erforderlich, sondern dies kann unmittelbar durch das Schwenken der Schubrichtungen erfolgen. Wegen der geringeren Massenträgheit ist dies viel schneller möglich, so dass eine quasi sofortige Umsetzung eines entsprechenden Steuerwunsches möglich ist.Due to the pivotability of the thrust directions in the drone according to the invention, however, an additional degree of freedom is now available for the flight control of the drone. This is used to regulate, according to the invention, a position and / or a speed of the drone at least via the thrust directions and independently of an angle of a position. To regulate the position or the speed of the drone, tilting the drone by changing the thrust strengths of individual thrust generating devices is no longer necessary, but this can be done directly by pivoting the thrust directions. Because of the lower mass inertia, this can be done much faster, so that a corresponding tax request can be implemented almost immediately.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Regelung einer Lage der Basisstruktur im Raum wenigstens über die Schubstärken erfolgt und unabhängig von der Geschwindigkeit und Position vorgenommen wird. Somit werden im Grunde zwei parallele und im Wesentlichen unabhängig voneinander arbeitende Regelstrecken geschaffen. Die Regelung der Position bzw. Geschwindigkeit der Drohne erfolgt dabei vorwiegend über die Schubrichtungen. Die Regelung der Lage der Basisstruktur im Raum bzw. einer Winkelgeschwindigkeit der Basisstruktur erfolgt dagegen vorwiegend über die Schubstärken. Letztlich wird auf diese Weise möglich, die Lage der Basisstruktur im Raum wenigstens im Wesentlichen stationär, beispielsweise wenigstens im Wesentlichen horizontal zu halten, und gleichzeitig dennoch die Drohne im Fluge an einer bestimmten Stelle zu positionieren bzw. mit einer gewünschten Geschwindigkeit zu bewegen. Wird die Drohne beispielsweise durch eine Windböe hinter die gewünschte Position versetzt, kommandiert der Positionsregler eine höhere Geschwindigkeit, was direkt durch ein Schwenken der Schubrichtungen umgesetzt werden kann. Möglich ist auch, beispielsweise für Start und Landung eine bestimmte Längsneigung der Basisstruktur gegenüber der Horizontalen vorzugeben, ohne dass hierdurch eine Geschwindigkeitskomponente der Drohne erzeugt wird.In a further development, it is provided that a position of the basic structure in space is regulated at least via the thrust strengths and is carried out independently of the speed and position. This basically creates two parallel and essentially independent controlled systems. The position or speed of the drone is mainly controlled via the thrust directions. The position of the basic structure in space or an angular velocity of the basic structure, on the other hand, is regulated predominantly via the thrust forces. Ultimately, this makes it possible to keep the position of the base structure in space at least essentially stationary, for example at least essentially horizontal, and at the same time to position the drone in flight at a certain point or to move it at a desired speed. If the drone is moved behind the desired position by a gust of wind, for example, the position controller commands a higher speed, which can be implemented directly by swiveling the thrust directions. It is also possible, for example, to specify a specific longitudinal inclination of the base structure relative to the horizontal for takeoff and landing, without a speed component of the drone being generated as a result.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Schubrichtungen auf der Basis des Signals eines Strömungssensors vorgesteuert werden, der eine Geschwindigkeit und/oder Richtung der Luftströmung relativ zu dem Strömungssensor erfasst. Durch eine solche Vorsteuerung kann eine weitere Verbesserung beim Ausgleichen von Windböen erreicht werden. Windböen können noch schneller ausgeglichen werden, da nicht gewartet werden muss, bis die Auswirkung einer Windböe als Bewegung der Drohne von einer gewünschten Soll-Position weg durch entsprechende Sensoren gemessen wird. Vielmehr wird die Windböe als solche durch das Signal des Strömungssensors erkannt, wodurch unmittelbar ein Ausgleich durch ein Schwenken der Schubrichtungen kommandiert werden kann.In a further development, it is provided that the thrust directions are pre-controlled on the basis of the signal from a flow sensor which detects a speed and / or direction of the air flow relative to the flow sensor. Such a pre-control can achieve a further improvement in the compensation of gusts of wind. Wind gusts can be compensated for even faster, as there is no need to wait until the effect of a wind gust as movement of the drone away from a desired target position is measured by appropriate sensors. Rather, the gust of wind is recognized as such by the signal from the flow sensor, so that compensation can be commanded directly by pivoting the thrust directions.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Regelung eines Gierens durch ein differenzielles, vorzugsweise gegensinniges Schwenken von Schubrichtungen erfolgt. Hierdurch kann auf ein großes Leitwerk, welches verbunden ist mit einem erhöhten Luftwiderstand, beispielsweise am Heck der Drohne verzichtet werden. Stattdessen kann beispielsweise eine Schubrichtung einer Schuberzeugungseinrichtung auf der einen Seite der Drohne gegensinnig zu einer Schubrichtung einer Schuberzeugungseinrichtung auf der anderen Seite der Drohne geschwenkt werden, wodurch ein Giermoment, also ein Moment um die Hochachse der Drohne, erzeugt wird. Dies hat besonders dann Vorteile, wenn die Drohne den oben erwähnten Ausleger umfasst. Bei Seitenwindböen wird eine Kraftkomponente an diesem Ausleger erzeugt, die versucht, die Drohne um die Hochachse zu verschwenken. Dies kann sofort durch das beschriebene differenzielle Schwenken der Schubrichtungen kompensiert werden.In a further development, it is provided that a regulation of a yaw takes place by a differential, preferably opposing pivoting of thrust directions. This means that there is no need for a large tail unit, which is associated with increased air resistance, for example at the rear of the drone. Instead, for example, a thrust generating device on one side of the drone can be pivoted in the opposite direction to a thrust generating device on the other side of the drone, thereby generating a yaw moment, i.e. a moment about the vertical axis of the drone. This is particularly advantageous if the drone includes the boom mentioned above. In the event of gusts of wind, a force component is generated on this boom which tries to pivot the drone around its vertical axis. This can be compensated immediately by the differential pivoting of the thrust directions described.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Regelung einer Position und/oder einer Geschwindigkeit der Drohne durch ein gleichsinniges Schwenken von Schubrichtungen erfolgt. Dies ist besonders effizient, da auch bei einem vergleichsweise kleinen Schwenkwinkel eine vergleichsweise große Gesamt-Schubkomponente in horizontaler Richtung bereitgestellt wird.In a further development, provision is made for a position and / or a speed of the drone to be regulated by pivoting thrust directions in the same direction. This is particularly efficient, since a comparatively large total thrust component is provided in the horizontal direction even with a comparatively small pivoting angle.
Weiterhin gehört zu der Erfindung eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung zur Steuerung und Regelung des Betriebs einer Drohne. Es wird vorgeschlagen, dass diese Steuer- und Regeleinrichtung einen Speicher und einen Mikroprozessor aufweist und zur Ausführung eines Verfahrens der obigen Art programmiert ist. Dabei kann die Steuer- und Regeleinrichtung in die Drohne integriert sein, so dass diese autonom betrieben werden kann. Sie kann aber auch entfernt von der Drohne angeordnet sein und mit den in der Drohne vorhandenen Einrichtungen drahtlos kommunizieren. Schließlich ist es auch möglich, dass Teile der Steuer- und Regeleinrichtung in der Drohne und andere Teile entfernt von der Drohne angeordnet sind.The invention also includes an electronic control and regulating device for controlling and regulating the operation of a drone. It is proposed that this control and regulating device has a memory and a microprocessor and is programmed to carry out a method of the above type. The control and regulation device can be integrated into the drone so that it can be operated autonomously. However, it can also be arranged remotely from the drone and communicate wirelessly with the devices present in the drone. Finally, it is also possible that parts of the control and regulating device are located in the drone and other parts away from the drone.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine perspektivische schematische Darstellung einer als Octocopter ausgebildeten Drohne in einer horizontalen Betriebslage während eines Flugs; -
2 eine Darstellung ähnlich zu1 , wobei die Drohne in einer für Start und Landung angestellten Betriebslage gezeichnet ist; -
3 eine schematische Darstellung der Drohne der1 und2 von vorne in einer ersten Betriebssituation; -
4 eine schematische Darstellung der Drohne der1 und2 von vorne in einer zweiten Betriebssituation; -
5 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zum Steuern und Regeln der Drohne der1 und2 ; und -
6 ein Blockschaltbild der Steuerung und Regelung der Drohne der1 und2 .
-
1 a perspective schematic representation of a drone designed as an octocopter in a horizontal operating position during a flight; -
2 a representation similar to1 , wherein the drone is drawn in an operating position employed for take-off and landing; -
3 a schematic representation of the drone's1 and2 from the front in a first operating situation; -
4th a schematic representation of the drone's1 and2 from the front in a second operating situation; -
5 a schematic diagram of a method for controlling and regulating the drone of the1 and2 ; and -
6th a block diagram of the control and regulation of the drone1 and2 .
Ein Fluggerät in Form einer Drohne trägt in den Figuren insgesamt das Bezugszeichen
Am Ende eines jeden Auslegers
Die Schuberzeugungseinrichtungen
Im Betrieb erzeugt jede der Schuberzeugungseinrichtungen
Wie insbesondere aus den
An dem abragenden Ende ist eine Sensoreinrichtung in Form eines Strömungssensors
Die
Dies ist schematisch und beispielhaft in den
Wie aus den
Grundsätzlich stehen für die Steuerung und Regelung des Betriebs der Drohne
Die erste Regelstrecke
Die zweite Regelstrecke
Der aktuelle Anstellwinkel θ wird beispielsweise mittels eines Lagesensors bereitgestellt, der Teil einer inertialen Messeinheit
Die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung
Man erkennt aus der oben beschriebenen Regelstrategie, dass durch das Schwenken der Schubrichtungen
Zusätzlich kann eine Regelung eines Gierens, also einer Bewegung um die Hochachse
Für ein Rollen der Drohne
Insgesamt ist festzuhalten, dass der Ausleger
Claims (12)
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