ES2573152B1 - Control system for unmanned rotary wing aircraft for vertical landing on mobile surfaces by pre-feeding forces in the control system, perfected - Google Patents
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Abstract
Adición a la patente principal P201232073 basada en la incorporación de un sistema de control, consistente en unos sensores, que miden la tensión del cable que une la aeronave con la plataforma de aterrizaje y los ángulos de orientación de dicho cable con respecto a un sistema asociado a la aeronave, y un módulo de control que toma como entradas la tensión -tanto en magnitud como en dirección- obtenida de los sensores mencionados, además de las consignas de control generadas por el controlador de la aeronave. El módulo de control objeto de la invención calcula, a partir de la tensión en el cable, correcciones a introducir en las consignas de control.Addition to the main patent P201232073 based on the incorporation of a control system, consisting of sensors, which measure the tension of the cable that joins the aircraft with the landing platform and the orientation angles of said cable with respect to an associated system to the aircraft, and a control module that takes as input the voltage - both in magnitude and in direction - obtained from the aforementioned sensors, in addition to the control setpoints generated by the aircraft controller. The control module object of the invention calculates, based on the tension in the cable, corrections to be introduced in the control instructions.
Description
Primer Certificado de Adición a la patente principal n2 P201232073 denominada Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en superficies móviles mediante pre-alimentación de fuerzas en el sistema de control. First Certificate of Addition to the main patent n2 P201232073 called Control system of unmanned rotary wing aircraft for vertical landing on mobile surfaces by means of pre-feeding of forces in the control system.
OBJETO DE LA INVENCION OBJECT OF THE INVENTION
La presente adición de patente consiste en una mejora del sistema de control para el aterrizaje de una aeronave VTOL no tripulada sobre una plataforma móvil. The present patent addition consists of an improvement of the control system for the landing of an unmanned VTOL aircraft on a mobile platform.
El sector de la técnica a que se destina la presente invención es el aeroespacial, o para dispositivos de ayuda al aterrizaje. The sector of the technique to which the present invention is intended is aerospace, or for landing assistance devices.
ANTECEDENTES EN EL ESTADO DE LA TECNICA BACKGROUND IN THE STATE OF THE TECHNIQUE
La operación de aeronaves de despegue y aterrizaje vertical desde buques presenta diversas características que la convierten en una maniobra no exenta de dificultades. En el caso de condiciones atmosféricas o de mar desfavorables, el problema se agrava debido a las grandes perturbaciones que pueden producirse en la posición y actitud tanto de la aeronave como de la plataforma de aterrizaje. The operation of vertical take-off and landing aircraft from ships has several characteristics that make it a maneuver that is not without difficulties. In the case of unfavorable atmospheric or sea conditions, the problem is exacerbated due to the great disturbances that may occur in the position and attitude of both the aircraft and the landing platform.
Actualmente se utilizan diversas técnicas para incrementar la seguridad de dichas maniobras en aeronaves tripuladas. Una solución que ha demostrado ser efectiva es la utilización de un cable que une la aeronave con la plataforma de aterrizaje (US3801050, US2453851 ). De entre estos métodos basados en cable, cabe destacar el sistema Beartrap utilizado por la marina canadiense y RAST empleado por el ejército estadounidense (US3303807). Ambos se basan en mantener una tensión constante en el cable que une el helicóptero con la plataforma mediante medios hidráulicos. La tensión constante en el cable incrementa la estabilidad del sistema plataforma-cable-helicóptero ante posibles perturbaciones inducidas por agentes externos -típicamente meteorológicos, facilitando la labor del piloto durante el aterrizaje. Various techniques are currently used to increase the safety of such maneuvers in manned aircraft. A solution that has proven to be effective is the use of a cable that connects the aircraft with the landing platform (US3801050, US2453851). Among these cable-based methods, the Beartrap system used by the Canadian navy and RAST used by the US military (US3303807) should be noted. Both are based on maintaining a constant tension in the cable that connects the helicopter with the platform by hydraulic means. The constant tension in the cable increases the stability of the platform-cable-helicopter system against possible disturbances induced by external agents - typically meteorological, facilitating the work of the pilot during landing.
Otros sistemas (JP 5330493 A 19931214), además de mantener la tensión constante en el cable, también realizan mediciones del ángulo que forma el cable con la plataforma y la aeronave. El sistema en cuestión consta de un controlador cuyo objetivo es mantener el cable perpendicular a la aeronave y la plataforma para así conseguir que la misma aterrice Other systems (JP 5330493 A 19931214), in addition to maintaining constant tension in the cable, also measure the angle that the cable forms with the platform and the aircraft. The system in question consists of a controller whose objective is to keep the cable perpendicular to the aircraft and the platform in order to get it to land
en el punto deseado. Este sistema, sin embargo, únicamente permite medir el efecto que posibles perturbaciones tengan sobre la posición de la aeronave una vez que ésta haya cambiado, no siendo posible prever dicho efecto a partir de la causa misma (una fuerza perturbadora). Además, en los sistemas mencionados, únicamente se realiza el control del at the desired point. This system, however, only allows measuring the effect that possible disturbances have on the position of the aircraft once it has changed, and it is not possible to foresee that effect from the cause itself (a disturbing force). In addition, in the aforementioned systems, only the control of the
5 ángulo que forma el cable con la aeronave, no utilizándose las medidas de ángulo para incrementar la precisión del posicionamiento relativo de la misma con respecto a la plataforma de aterrizaje. 5 angle that forms the cable with the aircraft, not using the angle measures to increase the accuracy of the relative positioning of the same with respect to the landing platform.
Otros métodos empleados para facilitar la maniobra consisten en estabilizar la plataforma de aterrizaje, de modo que su posición y actitud no se vea afectada por el movimiento del 10 buque. Esto se consigue situando la superficie de aterrizaje sobre una plataforma de Stewart -una plataforma cuya posición y actitud es controlable mediante actuadores que permiten su movimiento en los 6 grados de libertad posibles-. En este sentido, cabe destacar los recientes trabajos de Cybaero orientados principalmente a las aeronaves no tripuladas, como la patente internacional WO 2009/091315 W1, y la tesis sobre el sistema Other methods used to facilitate the maneuver are to stabilize the landing platform, so that its position and attitude is not affected by the movement of the ship. This is achieved by placing the landing surface on a Stewart platform - a platform whose position and attitude is controllable by means of actuators that allow its movement in the 6 possible degrees of freedom. In this regard, it is worth noting Cybaero's recent work aimed primarily at unmanned aircraft, such as the international patent WO 2009/091315 W1, and the thesis on the system
15 MALLS: Mobile Automatic Launch and Landing Station for VTOL UAVs, Andreas Gising, Link6ping Universitet LlTH-ISY-EX--OB/4t 9D-SE. 15 MALLS: Mobile Automatic Launch and Landing Station for VTOL UAVs, Andreas Gising, Link6ping Universitet LlTH-ISY-EX - OB / 4t 9D-SE.
Se pueden considerar demás los siguientes antecedentes en relación a la presente patente de adicción: The following background can be considered in relation to this addiction patent:
La patente EP2546674 A1 de Astrium GmbH describe un sistema de navegación relativa The patent EP2546674 A1 of Astrium GmbH describes a relative navigation system
20 entre dos plataformas empleando un sistema de transmisión y recepción de señales radio ad-hoc, para aplicación en entornos en los que no se dispone de información GNSS. La patente EP2597423 A1 de la misma empresa describe un sistema parecido centrado en entornos de interior. Estos dos sistemas de localización a diferencia de la invención presentada están basados en sistemas de radiofrecuencia, en lugar de una estimación 20 between two platforms using an ad-hoc radio signal transmission and reception system, for application in environments where GNSS information is not available. EP2597423 A1 of the same company describes a similar system focused on indoor environments. These two location systems unlike the invention presented are based on radiofrequency systems, rather than an estimate.
25 basada en la información obtenida de los sensores del cable. 25 based on the information obtained from the cable sensors.
En US 8437979 82, se presenta un sistema de navegación subacuática a partir de un cable y una serie de sensores a lo largo del mismo, donde la forma y orientación del cable se determina a partir de la información de estos sensores. La principal diferencia entre esta invención y la aquí presentada estriba en que se emplea una serie de sensores In US 8437979 82, an underwater navigation system is presented from a cable and a series of sensors along it, where the shape and orientation of the cable is determined from the information of these sensors. The main difference between this invention and the one presented here is that a series of sensors are used
30 concatenados en distintos eslabones del cable. 30 concatenated in different links of the cable.
Esta invención puede ser de aplicación en el campo de los sistemas aéreos no tripulados. La invención propuesta resuelve el problema de la localización de estos aparatos en vuelo resolviendo el control y navegación de un UAV conectado a un punto concreto mediante un cable y una serie de sensores para estimar la posición en todo momento. This invention can be applied in the field of unmanned aerial systems. The proposed invention solves the problem of locating these devices in flight by solving the control and navigation of a UAV connected to a specific point by means of a cable and a series of sensors to estimate the position at all times.
En la patente WQ2Q07141795 A 1, la empresa Israel Aerospace Industries (IAI) presenta un sistema de UAV ligado a un punto mediante un cable, por el que además se transmite la alimentación eléctrica y datos desde una estación de tierra. IAI comercializa este sistema para aplicaciones militares bajo el nombre de ETOP (Electric Thetered Observation Platform). La empresa, también israelí, Skysapience comercializa un sistema análogo para aplicaciones civiles, el Hovermast . La patente de Honeywell International Ine. EP 2228301 A2, presenta incluso el sistema de suministro energético en sí para sistemas aéreos no tripulados unidos a estación de tierra de suministro mediante un cable. Ninguna de estas patentes presenta sin embargo el sistema de control y navegación que comanda la aeronave, ni el método seguido para controlar y localizar la plataforma aérea. In the patent WQ2Q07141795 A 1, the company Israel Aerospace Industries (IAI) presents a UAV system linked to a point by means of a cable, by which the power and data are also transmitted from a ground station. IAI markets this system for military applications under the name of ETOP (Electric Thetered Observation Platform). The company, also Israeli, Skysapience markets an analogous system for civil applications, the Hovermast. The Honeywell International Ine patent. EP 2228301 A2, even presents the energy supply system itself for unmanned aerial systems connected to the ground supply station by means of a cable. None of these patents, however, presents the control and navigation system commanded by the aircraft, nor the method used to control and locate the aerial platform.
El robot aéreo EASE (Extreme Access System for Entry) de Cyphy Works se comanda a través de una estación de tierra y es capaz de operar sin la necesidad de sistemas GNSS, sin embargo no emplea la información proporcionada a partir de la longitud desplegada de cable y sensores ligados al mismo para el cálculo de la estimación de la posición, sino un sistema de estabilización y control basado en imágenes (US 20120249774 A 1) derivado de la tecnología SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). Cyphy Works' EASE (Extreme Access System for Entry) aerial robot is commanded through a ground station and is capable of operating without the need for GNSS systems, however it does not use the information provided from the deployed cable length and sensors linked to it for the calculation of position estimation, but an image-based stabilization and control system (US 20120249774 A 1) derived from the SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) technology.
EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN EXPLANATION OF THE INVENTION
La patente principal P201232073 consiste en una mejora del sistema de control para el aterrizaje de una aeronave VTOL no tripulada sobre una plataforma móvil. Partiendo del método mencionado en el apartado anterior consistente en el despliegue de un cable entre la aeronave y la plataforma, la mejora se basa en la incorporación de un sistema de control consistente en unos sensores, que miden la tensión del cable que une la aeronave con la plataforma de aterrizaje y los ángulos de orientación de dicho cable con respecto a un sistema asociado a la aeronave, y un módulo de control que toma como entradas la tensión -tanto en magnitud como en dirección-obtenida de los sensores mencionados, además de las consignas de control generadas por el controlador de la aeronave. El módulo de control objeto de la invención calcula, a partir de la tensión en el cable, correcciones a introducir en las consignas de control. Dichas correcciones permiten adelantarse a las perturbaciones que inmediatamente se producirán en la posición de la aeronave como consecuencia de los cambios en la tensión del cable. Al igual que en los métodos mencionados en el estudio del estado de la técnica, el cable se recoge conforme la aeronave se acerca a la plataforma, no siendo dicho mecanismo de recogida objeto de esta invención. The main patent P201232073 consists of an improvement of the control system for the landing of an unmanned VTOL aircraft on a mobile platform. Starting from the method mentioned in the previous section consisting of the deployment of a cable between the aircraft and the platform, the improvement is based on the incorporation of a control system consisting of sensors, which measure the tension of the cable that joins the aircraft with the landing platform and the orientation angles of said cable with respect to a system associated with the aircraft, and a control module that takes as inputs the voltage - both in magnitude and in direction - obtained from the mentioned sensors, in addition to the control instructions generated by the aircraft controller. The control module object of the invention calculates, based on the tension in the cable, corrections to be introduced in the control instructions. These corrections allow to anticipate the disturbances that will immediately occur in the position of the aircraft as a result of changes in the cable tension. As in the methods mentioned in the study of the prior art, the cable is collected as the aircraft approaches the platform, said collection mechanism not being the object of this invention.
Adicionalmente, la información sobre la orientación del cable permite incrementar la precisión de la estimación de la posición de la aeronave con relación a la plataforma de aterrizaje. En efecto, si el cable es suficientemente corto y su tensión elevada, podemos suponer que toma la forma de una línea recta que une la aeronave con la plataforma. En combinación con otros sensores de la aeronave, como pudiera ser un altímetro de precisión, y los sensores inerciales que determinan la actitud de la misma, la posición relativa de ésta puede ser estimada a partir de la altura de la misma y el ángulo que forma el cable con la vertical. El valor de la posición relativa obtenido por este método puede entonces utilizarse para incrementar la precisión de la estimación de posición proporcionada por el resto de sensores de la aeronave. Cabe destacar la diferencia de este método con respecto a los descritos en el estado de la técnica, en los cuales la información proporcionada por los sensores de ángulos únicamente se emplea como entrada de un bucle de control cuyo objetivo es mantener el cable perpendicular a la aeronave. En la solución propuesta, sin embargo, las medidas de ángulos se emplean para incrementar la precisión de la estimación de la posición de la aeronave, siendo a su vez dicha estimación empleada para el control en posición de la aeronave. Additionally, the information on the orientation of the cable makes it possible to increase the accuracy of the estimation of the position of the aircraft in relation to the landing platform. Indeed, if the cable is short enough and its tension is high, we can assume that it takes the form of a straight line that connects the aircraft with the platform. In combination with other aircraft sensors, such as a precision altimeter, and inertial sensors that determine the attitude of the aircraft, the relative position of the aircraft can be estimated from its height and the angle it forms. the cable with the vertical. The relative position value obtained by this method can then be used to increase the accuracy of the position estimate provided by the rest of the aircraft's sensors. It should be noted the difference of this method with respect to those described in the prior art, in which the information provided by the angle sensors is only used as input of a control loop whose objective is to keep the cable perpendicular to the aircraft . In the proposed solution, however, angle measurements are used to increase the accuracy of the estimation of the position of the aircraft, said estimate being in turn used to control the position of the aircraft.
La presente patente de adición está íntimamente ligada con las indicaciones del párrafo anterior. Concretamente, esta adición de patente profundiza en el uso de la invención como sistema de estimación o localización de una aeronave o cualquier otro elemento móvil unido mediante un cable a un punto fijo concreto de una plataforma. Esta plataforma consta exclusivamente de los dispositivos a bordo descritos en la patente principal. Con respecto a los métodos de localización descritos en el estado de la técnica, este sistema emplea la información proporcionada a partir de la longitud desplegada de cable y sensores ligados al mismo para el cálculo de la estimación de la posición, y velocidad en lugar de sistemas de imagen, radiofrecuencia o basados en GNSS. The present patent of addition is closely linked to the indications of the previous paragraph. Specifically, this patent addition deepens the use of the invention as an estimation or location system for an aircraft or any other mobile element connected by a cable to a specific fixed point of a platform. This platform consists exclusively of the on-board devices described in the main patent. With respect to the location methods described in the state of the art, this system uses the information provided from the deployed length of cable and sensors linked thereto for the calculation of the estimation of the position, and speed instead of systems image, radio frequency or GNSS based.
La adición profundiza en el funcionamiento del módulo de estimación. Así, éste módulo toma como entradas la actitud de la plataforma, obtenida mediante el uso de un AHRS (Attitude Heading Relerence System), la dirección del cable obtenida de los sensores mencionados así como la longitud de cuerda desplegada. Esta puede conocerse bien mediante un altímetro haciendo uso de triangulación, o bien conociendo la longitud del cable desplegada. A partir de estas medidas el sistema calcula la posición y velocidad The addition deepens the operation of the estimation module. Thus, this module takes as inputs the attitude of the platform, obtained through the use of an AHRS (Attitude Heading Relerence System), the direction of the cable obtained from the mentioned sensors as well as the length of rope deployed. This can be known either by an altimeter using triangulation, or by knowing the length of the cable deployed. From these measurements the system calculates the position and speed
relativa al punto de anclaje de la plataforma. Adicionalmente, el sistema de control de la plataforma puede utilizar la posición y velocidad relativas anteriormente mencionadas para controlar la plataforma lateralmente. La medida de la tensión se puede utilizar para mantener el cable siempre tenso, en el caso de que dicho sistema se utilice en una plataforma suspendida por encima del punto de unión. El control vertical de la plataforma puede realizarse mediante la recogida o suelta del cable que une la plataforma al punto de unión, no siendo dicho mecanismo de recogida objeto de esta invención. relative to the anchor point of the platform. Additionally, the platform control system can use the relative position and speed mentioned above to control the platform laterally. The tension measurement can be used to keep the cable always tense, in the case that said system is used on a platform suspended above the point of attachment. The vertical control of the platform can be carried out by collecting or releasing the cable that joins the platform to the junction point, said collection mechanism not being the object of this invention.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Con objeto de presentar una realización de la invención "Primer Certificado de Adición a la nPIn order to present an embodiment of the invention "First Certificate of Addition to nP
patente principal P 201232073 denominada Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en superficies móviles mediante prealimentación de fuerzas en el sistema de control" se detallan a continuación las figuras en las que se representa de un modo práctico la realización de la invención descrita: main patent P 201232073 called Control system of unmanned rotary wing aircraft for vertical landing on mobile surfaces by means of pre-feeding of forces in the control system "are detailed below the figures in which the realization of the performance of the Invention described:
Figura 1. Vista general de la aeronave y plataforma en configuración de aterrizaje. Figure 1. General view of the aircraft and platform in landing configuration.
Se muestra un esquema de la aeronave y la plataforma durante la maniobra de aterrizaje. Se encuentra también representado el cable que une ambos elementos durante el aterrizaje. An outline of the aircraft and the platform is shown during the landing maneuver. The cable that joins both elements during landing is also represented.
Figura 2. Esquema del sistema de sensores que permite medir el ángulo y tensión del cable. Figure 2. Diagram of the sensor system that allows measuring the angle and tension of the cable.
Se muestra un esquema del sistema que permite medir la tensión del cable que une la aeronave con la plataforma de aterrizaje, así como los ángulos que forma dicho cable con la aeronave. A scheme of the system is shown that allows measuring the tension of the cable that joins the aircraft with the landing platform, as well as the angles that the cable forms with the aircraft.
Figura 3. Diagrama de bloques del sistema de control. Figure 3. Block diagram of the control system.
Se muestra un diagrama de bloques del sistema de control automático de la aeronave. En el diagrama se resaltan los módulos que forman parte de la invención inicial y que mejoran el comportamiento de los sistemas de control automático actuales. La adición de la patente profundiza sobre el módulo del estimador. A block diagram of the automatic control system of the aircraft is shown. The diagram highlights the modules that are part of the initial invention and that improve the behavior of current automatic control systems. The addition of the patent goes deeper into the estimator module.
Figura 4. Descripción de estimador. Figure 4. Estimator description.
- Se muestra la descripción detallada del estimador de posición y velocidad relativa, motivo fundamental de la adición de la patente solicitada. The detailed description of the position and relative velocity estimator is shown, the main reason for the addition of the requested patent.
- Figura 5. Representación modo de realización preferente. Figure 5. Preferred embodiment representation.
- S S
- Se muestra una visión general del modo de realización preferente. Son visibles la aeronave, así como el dispositivo acoplado a la misma al que va sujeto el cable que une la aeronave con la plataforma de aterrizaje. An overview of the preferred embodiment is shown. The aircraft are visible, as well as the device attached to it to which the cable connecting the aircraft with the landing platform is attached.
- Figura 6. Representación de las variables de entrada y salida del modulo de estimación. Figure 6. Representation of the input and output variables of the estimation module.
- Los elementos numerados en las figuras se detallan a continuación: The numbered elements in the figures are detailed below:
- 1 -Aeronave de aterrizaje vertical 1-Vertical landing aircraft
- 10 10
- 2 -Dispositivo de sujeción del cable en la aeronave 2 - Cable holding device in the aircraft
- 3 -Cable unión aeronave-plataforma 3 -Aircraft-platform union cable
- 4 -Dispositivo de sujeción del cable a la plataforma 4 - Device for securing the cable to the platform
- 5 -Plataforma de aterrizaje 5-Landing platform
- 6 -Zona de unión con la base de la aeronave 6-Union area with the base of the aircraft
- 15 fifteen
- 7 -Medidor de ángulo en el eje 1 7 -Angle meter on axis 1
- 8 -Medidor de ángulo en el eje 2 8 -Angle meter on axis 2
- 9 -Medidor de tensión del cable 9-Cable tension meter
- 10 -Cable que une la aeronave con la plataforma de aterrizaje 10-Cable connecting the aircraft with the landing platform
- 11 -Conlrol 1 11 -Conlrol 1
- 20 twenty
- 12 -Control 2 12 -Control 2
- 13 -Pre-alimentación 13 -Pre-feeding
- 14 -Driver actuadores 14 -Driver actuators
- 1 5 -Aeronave 1 5 -Aircraft
- 16 -Modulo de estimación 16-Estimation module
17 -Bloque sensores del cable 18 -Unidad de medidas inerciales 19 -Atlitude and Heading Relerence System (AHRS) 20 -estimador relativo 17 - Cable sensors block 18 - Unit of inertial measures 19 -Alitude and Heading Relerence System (AHRS) 20 - relative estimator
5 21 -controlador 22 -Medidor de ángulo A 23 -Medidor de ángulo B 24 -Sensor piezoeléctrico 5 21 -controller 22 -Angle meter A 23 -Angle meter B 24-Piezoelectric sensor
T: tensión del cable 10 al, az: ángulos de orientación relativos T: cable tension 10 al, az: relative orientation angles
1: longitud desplegada del cable llql ,ll.qz : estimación relativa de la posición horizontal ah: estimación relativa de la altura 1: unfolded cable length llql, ll.qz: relative estimate of horizontal position ah: relative height estimate
EJEMPLO DE REALlZACION PREFERENTE EXAMPLE OF PREFERRED REALIZATION
15 A modo explicación del Primer Certificado de Adición a la patente principal nI! P2Q1232073 denominada Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en superficies móviles mediante pre-alimentación de fuerzas en el sistema de control", la figura 3 muestra el esquema del sistema de control automático de una aeronave no tripulada, al que se le han añadido los componentes objeto de la invención, 15 By way of explanation of the First Certificate of Addition to the main patent nI! P2Q1232073 called Control system of unmanned rotary wing aircraft for vertical landing on mobile surfaces by pre-feeding forces in the control system ", Figure 3 shows the scheme of the automatic control system of an unmanned aircraft, to which the components object of the invention have been added,
20 distinguiéndose éstos últimos por encontrarse enmarcados en el recuadro de línea discontinua. La patente de adición clarifica la inclusión del módulo de estimación (16). 20 the latter being distinguished by being framed in the dashed box. The addition patent clarifies the inclusion of the estimation module (16).
En la patente principal, se describió el sistema tradicional de control, así como el funcionamiento de los módulos objetos de la invención y cómo éstos contribuyen a mejorar el comportamiento del sistema tradicional. In the main patent, the traditional control system was described, as well as the operation of the modules object of the invention and how they contribute to improve the behavior of the traditional system.
El módulo de estimación se encarga de proporcionar la estimación P de la posición y actitud de la aeronave a partir de las medidas de los sensores, cerrando de esta manera el bucle de control. The estimation module is responsible for providing the P estimate of the position and attitude of the aircraft from the measurements of the sensors, thus closing the control loop.
En la patente principal se describió de manera general el funcionamiento del estimador y se señaló que, adicionalmente, la medida del ángulo del cable podría utilizarse para mejorar la estimación de la posición relativa entre la aeronave y la plataforma, mediante fusión sensorial con el resto de sensores de estimación de posición y actitud de la aeronave. In the main patent, the operation of the estimator was described in general and it was pointed out that, in addition, the measurement of the angle of the cable could be used to improve the estimation of the relative position between the aircraft and the platform, by sensory fusion with the rest of the Aircraft position and attitude estimation sensors.
La patente de adición pretende aclarar el funcionamiento del módulo estimador. The addition patent is intended to clarify the operation of the estimator module.
Como caso de uso para el sistema de localización a partir de un cable, la configuración representada en la Figura 1 permite llevar a cabo una gran variedad de aplicaciones en las que se requiera de un sistema de localización relativo de precisión. Como ejemplo de realización preferente de la patente de adición se contempla el uso de esta invención en el sistema de control y navegación de una aeronave no tripulada de ala rotatoria unida al suelo mediante un cable. As a use case for the location system from a cable, the configuration shown in Figure 1 allows a wide variety of applications to be carried out in which a relative precision location system is required. As a preferred embodiment of the addition patent, the use of this invention in the control and navigation system of an unmanned rotary wing aircraft connected to the ground by means of a cable is contemplated.
El sistema objeto de la adición se compone de los siguientes elementos: (17) sensores del cable, (20) eslimador relalivo, (18) IMU (unidad de medidas inerciales), (19) AHRS (Attitude Heading Reference System), y (21) controlador de la plataforma representados en la Figura 4. El bloque de sensores del cable (17) proporciona las medidas de la tensión (T), los ángulos de orientación del cable respecto al punto de anclaje, y la longitud desplegada de cable (l). A su vez a través de los sensores inerciales (IMU), se obtienen las aceleraciones (at,2.3) y velocidades angulares (W t .2.3) que el AHAS empleará para calcular la actitud de la plataforma, dada por los ángulos de Euler (Q4.S.6 ). El estimador relativo (20), que constituye el bloque principal del sistema de localización, toma las señales enumeradas anteriormente para calcular la posición relativa en el plano horizontal de la plataforma (l!.Ql' l!.Q2) respecto al punto de anclaje, la velocidad relativa (l!.Ul' l!.U2), así como la altura (l!.h) respecto al mismo. Por último el controlador recibe las señales del estimador (l1qt ,l1q2' l1h, l1Ut, l1U2 ), la tensión del cable (T) y los ángulos de Euler (Q4.S.6) Y siguiendo unas consignas de control determinadas, es capaz de enviar las señales apropiadas de actuación a los servomecanismos de la plataforma. The system that is the object of the addition consists of the following elements: (17) cable sensors, (20) relational linker, (18) IMU (unit of inertial measurements), (19) AHRS (Attitude Heading Reference System), and ( 21) platform controller shown in Figure 4. The cable sensor block (17) provides the measurements of the tension (T), the orientation angles of the cable with respect to the anchor point, and the unfolded cable length ( l). In turn, through the inertial sensors (IMU), the accelerations (at, 2.3) and angular velocities (W t .2.3) are obtained that the AHAS will use to calculate the attitude of the platform, given by Euler's angles ( Q4.S.6). The relative estimator (20), which constitutes the main block of the location system, takes the signals listed above to calculate the relative position in the horizontal plane of the platform (l! .Ql 'l! .Q2) with respect to the anchor point , the relative speed (l! .Ul 'l! .U2), as well as the height (l! .h) with respect to it. Finally, the controller receives the estimator signals (l1qt, l1q2 'l1h, l1Ut, l1U2), the cable tension (T) and Euler's angles (Q4.S.6) And following certain control instructions, it is capable of sending the appropriate signals of action to the servomechanisms of the platform.
La Figura 6 muestra las variables en el escenario de aplicación contemplado obtenidas mediante los sensores vinculados al cable: la tensión (T) y los ángulos de orientación Figure 6 shows the variables in the contemplated application scenario obtained by the sensors linked to the cable: the voltage (T) and the orientation angles
referidos a un sistema de referencia no inercial (1',2',3') ligado a la plataforma, así como la longitud desplegada del mismo (l). De la solución de la estimación relativa se representa únicamente la posición relativa horizontal (l!.ql ,tJ.Q2 ) Y la altura tJ.h. referred to a non-inertial reference system (1 ', 2', 3 ') linked to the platform, as well as the deployed length thereof (l). Only the relative horizontal position (l! .Ql, tJ.Q2) and the height tJ.h. are represented from the solution of the relative estimate.
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto It is not considered necessary to make this description more extensive for any expert
5 en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Los materiales empleados, formas, tamaños, número de piezas y disposición de los elementos que se describen serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. 5 in the field understand the scope of the invention and the advantages that derive from it. The materials used, shapes, sizes, number of pieces and arrangement of the elements described will be subject to variation as long as this does not imply an alteration in the essentiality of the invention.
Claims (4)
- 1. Primer Certificado de Adición a la patente principal n2 P 201232073 denominada 1. First Certificate of Addition to the main patent n2 P 201232073 called
- Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en Rotary wing unmanned aircraft control system for vertical landing on
- superficies móviles mediante pre-alimentación de fuerzas en el sistema de control, moving surfaces by pre-feeding forces in the control system,
- S S
- caracterizada por constituirse a partir de los siguientes elementos: módulo Estimador, characterized by being constituted from the following elements: estimator module,
- sensores del cable, estimador relativo, IMU (unidad de medidas inerciales), AHRS (Attitude cable sensors, relative estimator, IMU (unit of inertial measurements), AHRS (Attitude
- Heading Reference 8ystem), y controlador de la plataforma. Heading Reference 8ystem), and platform controller.
- 2. Primer Certificado de Adición a la patente principal n2 P 201232073 denominada 2. First Certificate of Addition to the main patent n2 P 201232073 called
- Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en Rotary wing unmanned aircraft control system for vertical landing on
- 10 10
- superficies móviles mediante pre-alimentación de fuerzas en el sistema de control según moving surfaces by pre-feeding forces in the control system according to
- reivindicación 1, caracterizada por que el método de estimación de la posición relativa claim 1, characterized in that the method of estimating the relative position
- empleado, hace uso de las medidas relativas de ángulo, tensión y longitud del cable, así used, makes use of the relative measures of angle, tension and length of the cable, as well
- como de las medidas inerciales para estimar la posición y velocidad horizontal y altura as of the inertial measures to estimate the position and horizontal speed and height
- relativas. relative.
- 15 fifteen
- 3. Primer Certificado de Adición a la palente principal n' P 201232073 denominada 3. First Certificate of Addition to the main palente n 'P 201232073 called
- Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en Rotary wing unmanned aircraft control system for vertical landing on
- superficies móviles mediante pre-alimentación de fuerzas en el sistema de control según moving surfaces by pre-feeding forces in the control system according to
- reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el estimador de la posición relativa hace previous claims, characterized in that the relative position estimator makes
- uso, igualmente, de las medidas relativas de ángulo, tensión y longitud del cable, así como use, also, of the relative measures of angle, tension and length of the cable, as well as
- 20 twenty
- de las medidas inerciales para estimar la posición y velocidad horizontal y altura relativas. of inertial measures to estimate the relative horizontal position and speed and height.
- 4. Primer Certificado de Adición a la patente principal nQ P 201232073 denominada 4. First Certificate of Addition to the main patent nQ P 201232073 called
- Sistema de control de aeronaves no tripuladas de ala rotatoria para aterrizaje vertical en Rotary wing unmanned aircraft control system for vertical landing on
- superficies móviles mediante pre-alimentación de fuerzas en el sistema de control" según moving surfaces by pre-feeding forces in the control system "according to
- reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el módulo de estimación toma como previous claims, characterized in that the estimation module takes as
- 25 25
- entradas la actitud de la plataforma, obtenida mediante el uso de un AHRS (Attitude inputs the attitude of the platform, obtained by using an AHRS (Attitude
- Heading Reference System), la dirección del cable obtenida de los sensores mencionados Heading Reference System), the cable address obtained from the mentioned sensors
- así como la longitud de cuerda desplegada. Esta puede conocerse bien mediante un as well as the length of rope deployed. This can be well known through a
- altímetro haciendo uso de triangulación, o bien conociendo la longitud del cable altimeter using triangulation, or knowing the cable length
- desplegada. A partir de estas medidas el sistema calcula la posición y velocidad relativa al deployed From these measurements the system calculates the position and speed relative to the
- 30 30
- punto de anclaje de la plataforma. Adicionalmente, el sistema de control de la plataforma platform anchor point. Additionally, the platform control system
- puede utilizar la posición y velocidad relativas anteriormente mencionadas para controlar la you can use the relative position and speed mentioned above to control the
- plataforma lateralmente. La medida de la tensión se puede utilizar para mantener el cable side platform. The voltage measurement can be used to hold the cable
- siempre tenso, en el caso de que dicho sistema se utilice en una plataforma suspendida always tense, in the case that said system is used on a suspended platform
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| ES201431792A ES2573152B1 (en) | 2014-12-04 | 2014-12-04 | Control system for unmanned rotary wing aircraft for vertical landing on mobile surfaces by pre-feeding forces in the control system, perfected |
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| ES201431792A ES2573152B1 (en) | 2014-12-04 | 2014-12-04 | Control system for unmanned rotary wing aircraft for vertical landing on mobile surfaces by pre-feeding forces in the control system, perfected |
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