RU183717U1

RU183717U1 - Multirotor unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: RU183717U1
Application number: RU2018123157U
Authority: RU
Inventors: Максим Владимирович Автайкин; Сергей Владимирович Автайкин; Надежда Вадимовна Буртелова; Дмитрий Александрович Воронкин; Хасанзян Галимзянович Гильманов; Даниил Геннадьевич Залевский; Евгений Сергеевич Коротков; Николай Романович Макаров; Армен Мартынович Нунупаров; Леонид Леонидович Попов; Сергей Валерьевич Карташов; Сергей Анатольевич Скороход; Максим Валерьевич Тарасов; Михаил Юрьевич Шавин; Валентин Сергеевич Шкулов
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2018-10-01

Abstract

Полезная модель беспилотного летательного аппарата (БЛА) мультироторного типа относится к авиационной технике, точнее, к дистанционно управляемым малогабаритным беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки, обладающим высокой маневренностью и может быть использована для мониторинга поверхности земли, а также для сбора, накопления и передачи данных и/или обеспечения связи. Предложенная конструкция позволяет управлять БЛА по шести степеням свободы, что обеспечивается независимым изменением угла поворота каждого из четырех держателя с пропеллером в пределах ±60° Электронное бортовое оборудование позволяет БЛА совершать полет в городе или при наличии препятствий, а также совершать групповой полет, как по заданной программе в режиме автопилота, так и при ручном управлении. Наличие многоканального коммутатора электронного оборудования позволяет регулировать ее энергообеспечение при выполнении полетного задания для снижения энергозатрат. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

A utility model of a multi-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) relates to aviation technology, more specifically, to remotely controlled small-sized unmanned aerial vehicles of vertical take-off and landing, which are highly maneuverable and can be used to monitor the surface of the earth, as well as to collect, accumulate and transmit data and / or communication. The proposed design allows UAVs to be controlled in six degrees of freedom, which is ensured by an independent change in the angle of rotation of each of the four holders with a propeller within ± 60 °. Electronic avionics allow UAVs to fly in the city or in the presence of obstacles, as well as to make a group flight, as per a given the program in autopilot mode, and with manual control. The presence of a multi-channel switch of electronic equipment allows you to adjust its energy supply during the flight mission to reduce energy consumption. 4 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к авиационной технике, точнее к дистанционно управляемым малогабаритным беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки, обладающими высокой маневренностью и может быть использована для мониторинга поверхности земли, а также для сбора, накопления и передачи данных и/или обеспечения связи.The utility model relates to aviation technology, more specifically to remotely controlled small-sized unmanned aerial vehicles of vertical take-off and landing, which are highly maneuverable and can be used to monitor the surface of the earth, as well as to collect, accumulate and transmit data and / or provide communications.

Для обеспечения высокой маневренности современные беспилотные летательные аппараты (БЛА) снабжены несколькими пропеллерами, приводимыми в действие двигателями, и могут управляться дифференцированным образом. Типичным примером такого БЛА является AR. Drone of Parrot SA, Париж, Франция, который представляет собой квадрокоптер, оснащенный серией датчиков (акселерометры, трехосные гироскопы, высотомеры и т.п.), фронтальной камерой, дающей изображение в реальном времени и камерой вертикального обзора. При этом, он может управляться, например, сотовым телефоном типа iPhone или плеером, имеющим сенсорный экран (WO 2010/061099 А2 и ЕР 2364757 А1).To ensure high maneuverability, modern unmanned aerial vehicles (UAVs) are equipped with several propellers, driven by engines, and can be controlled in a differentiated way. A typical example of such a UAV is AR. Drone of Parrot SA, Paris, France, which is a quadrocopter equipped with a series of sensors (accelerometers, triaxial gyroscopes, altimeters, etc.), a front camera that provides a real-time image and a vertical camera. At the same time, it can be controlled, for example, by a cell phone such as an iPhone or a player having a touch screen (WO 2010/061099 A2 and EP 2364757 A1).

Предшествующий уровень техники.The prior art.

Известен беспилотный летательный аппарат [1], с вертикальным и горизонтальным режимами полета, содержащий несущую раму, четыре пропеллера, каждый из которых прикреплен к соответствующему держателю, имеющему возможность изменять вектор тяги за счет поворота вокруг своей оси на заданный угол, что позволяет совершать сложные маневры в групповом полете. Однако, в данном техническом решении нет аппаратуры позволяющей стабилизировать полет при выполнении полетного задания, а снижение энергозатрат происходит только за счет улучшения аэродинамических свойств фюзеляжа.Known unmanned aerial vehicle [1], with vertical and horizontal flight modes, containing a supporting frame, four propellers, each of which is attached to a respective holder, having the ability to change the thrust vector by turning around its axis by a predetermined angle, which allows for complex maneuvers in a group flight. However, in this technical solution there is no equipment to stabilize the flight during the flight mission, and the reduction in energy consumption occurs only due to the improvement of the aerodynamic properties of the fuselage.

Известен беспилотный летательный аппарат мультироторного типа [2], с вертикальным и горизонтальным режимами полета, содержащий несущую раму, четыре пропеллера, каждый из которых прикреплен к соответствующему держателю, имеющему возможность изменять вектор тяги за счет поворота вокруг своей оси на заданный угол, а управление осуществляется электронной аппаратурой, что обеспечивает высокую производительность и надежность выполнения полетного задания. Однако снижение энергозатрат происходит только за счет снижения коэффициента лобового сопротивления благодаря оптимальному наклону БЛА во время полета.Known unmanned aerial vehicle of the multi-rotor type [2], with vertical and horizontal flight modes, containing a supporting frame, four propellers, each of which is attached to a respective holder, having the ability to change the thrust vector by turning around its axis by a given angle, and control is carried out electronic equipment, which ensures high performance and reliability of the flight mission. However, a decrease in energy consumption occurs only due to a decrease in the drag coefficient due to the optimal tilt of the UAV during the flight.

Наиболее близким техническим решением является беспилотный летательный аппарат мультироторного типа [3], содержащий корпус, четыре сервопривода, соединенные через держатели с соответствующими двигателями с пропеллерами, шасси, навесные устройства, состоящие из систем сенсоров и антенн и расположенным в корпусе электронным бортовым оборудованием, состоящим из бортовой вычислительной машины, подсистемы навигации, подсистемы автопилотирования, подсистемы регистрации, приема/передачи телеметрической информации и команд управления, подсистемы энергообеспечения с аккумуляторной батареей и подсистемы датчиков технического зрения, состоящей из первой видеокамеры для переднего обзора, второй видеокамеры для вертикального обзора и альтиметра, причем, навесное оборудование электрически соединено с соответствующим электронным бортовым оборудованием, а сервоприводы, электродвигатели и электронное бортовое оборудование по сети электропитания соединены с подсистемой энергообеспечения, управление осуществляется бортовой вычислительной машиной (БВМ) через систему сенсоров, что позволяет обеспечивать автоматическое управление при изменении аэродинамического сопротивления БЛА, например, позволяет учитывать компоненты ветра и проводить соответствующую коррекцию полета. Инерционные датчики (акселерометры) позволяют с определенной точностью измерять угловые скорости и углы ориентации БЛА (углы Эйлера). У БЛА есть автономная система стабилизации в положении зависания над объектом, позволяющая проводить поворот при неизменной ориентации по углам тангажа и крена. Однако, данное техническое решение функционирует в автоматическом режиме только при зависании над объектом, а для повышения производительности (снижение энергозатрат) не может отключать аппаратуру и другие потребители энергии, не участвующие в выполнении полетного задания в текущий момент времени, причем выполнение держателей электродвигателей в виде крыла, тоже увеличивает энергозатраты при пилотировании. Сущность полезной модели.The closest technical solution is a multi-rotor unmanned aerial vehicle [3], comprising a housing, four servos connected through holders to the corresponding engines with propellers, a chassis, attachments consisting of sensor systems and antennas and electronic onboard equipment located in the housing, consisting of on-board computer, navigation subsystem, autopilot subsystem, registration subsystem, reception / transmission of telemetric information and control commands, under power supply systems with a battery and subsystems of vision sensors, consisting of a first video camera for front view, a second video camera for vertical view and an altimeter, and the attachment is electrically connected to the corresponding electronic on-board equipment, and the servos, motors and electronic on-board equipment are connected via the power supply network connected to the power supply subsystem, control is carried out by an onboard computer (BVM) through a sensor system s, which allows to provide automatic control of changing the aerodynamic drag UAV, for example, takes into account the wind components and carry out the appropriate flight correction. Inertial sensors (accelerometers) allow with certain accuracy to measure the angular velocity and orientation angles of the UAV (Euler angles). The UAV has an autonomous stabilization system in the hovering position over the object, which allows for a turn with a constant orientation along the pitch and roll angles. However, this technical solution operates in automatic mode only when hovering over an object, and to increase productivity (reduce energy consumption), it cannot turn off the equipment and other energy consumers not participating in the flight mission at the current time, moreover, the execution of the electric motor holders in the form of a wing , also increases the energy consumption during piloting. The essence of the utility model.

Задачей данного технического решения является успешное выполнение полетного задания в условиях недетерминированной обстановки при минимальных энергозатратах. При этом, в полетное задание входит осуществление сложных маневров на максимальной скорости для обхода препятствий и совместное пилотирование нескольких БЛА, а при маневрировании необходимо стабилизировать ориентацию БЛА с тем, чтобы вспомогательная аппаратура (например, оптическая камера и т.п.) имела возможность сканировать поверхность с минимальными искажениями, кроме того в случае потери связи переходить на автопилотирование.The objective of this technical solution is the successful completion of a flight mission in a non-deterministic environment with minimal energy consumption. At the same time, the flight mission includes the implementation of complex maneuvers at maximum speed to avoid obstacles and the joint piloting of several UAVs, and when maneuvering, it is necessary to stabilize the UAV's orientation so that auxiliary equipment (for example, an optical camera, etc.) has the ability to scan the surface with minimal distortion, in addition, in the event of a loss of communication, switch to autopilot.

Данная задача решается следующим образом. Согласно известному техническому решению, беспилотный летательный аппарат мультироторного типа, содержит корпус с двумя боковыми поверхностями, четыре сервопривода, соединенные через держатели с соответствующими электродвигателями с пропеллерами, шасси, навесные устройства, состоящие из системы сенсоров и антенн, и электронное бортовое оборудование, состоящее из бортовой вычислительной машины, подсистемы навигации, подсистемы автопилотирования, подсистемы регистрации, приема/передачи телеметрической информации и команд управления, подсистемы энергообеспечения с аккумуляторной батареей и подсистемы датчиков технического зрения, состоящей из первой видеокамеры для переднего обзора, второй видеокамеры для вертикального обзора и альтиметра, причем, электронное бортовое оборудование установлено в корпусе и электрически соединено между собой и навесным оборудованием, а подсистема энергообеспечения по сети электропитания соединена с электронным бортовым оборудованием и навесным оборудованием. Согласно предложенному техническому решению и для достижения поставленной задачи беспилотный летательный аппарат мультироторного типа содержит несущую раму с закрепленными на ней держателями двигателей, навесными устройствами и корпусом с электронным бортовым оборудованием, которое снабжено подсистемой широкополосной высокоскоростной передачи данных, двумя вентиляторами и четырьмя подсветками лучей, при этом боковые поверхности корпуса имеют прорези, напротив которых установлены вентиляторы, а между ними расположена бортовая вычислительная машина, а видеокамеры наблюдения выполнены бинокулярными, причем подсистема датчиков технического зрения снабжена, видеокамерой ближнего ИК, лазерным сканирующим дальномером и микрофоном, подсистема энергообеспечения снабжена двумя преобразователями питания и многоканальным коммутатором, каналы которого по сети электропитания соединены с двумя контроллерами двигателей, с двумя сервоприводами, с четырьмя электродвигателями, с четырьмя подсветками лучей, подсистемой регистрации, приема/передачи телеметрической информации и команд управления, подсистемой широкополосной высокоскоростной передачи данных и лазерным сканирующим дальномером, а видеокамера ближнего ИК и микрофон по сети электропитания соединены с подсистемой энергообеспечения.This problem is solved as follows. According to a known technical solution, an unmanned aerial vehicle of a multi-rotor type comprises a body with two lateral surfaces, four servos connected through holders to the corresponding electric motors with propellers, a chassis, attachments consisting of a system of sensors and antennas, and electronic on-board equipment consisting of on-board computer, navigation subsystem, autopilot subsystem, registration subsystem, receiving / transmitting telemetric information and control commands I, the power supply subsystems with the battery and the subsystem of vision sensors, consisting of the first video camera for front view, the second video camera for vertical view and altimeter, moreover, the on-board electronic equipment is installed in the housing and is electrically connected to each other and attached equipment, and the power supply subsystem the power supply network is connected to electronic on-board equipment and attachments. According to the proposed technical solution and to achieve the task, an unmanned aerial vehicle of a multi-rotor type contains a supporting frame with engine mounts mounted on it, attachments and a body with electronic on-board equipment, which is equipped with a broadband high-speed data transmission subsystem, two fans and four beam illuminations, while the side surfaces of the case have slots, in front of which fans are installed, and between them there is a side the numeral machine, and the surveillance cameras are binocular, and the subsystem of vision sensors is equipped with a near-infrared camera, a laser scanning rangefinder and a microphone, the power supply subsystem is equipped with two power converters and a multi-channel switch, the channels of which are connected through the power supply network to two motor controllers, with two servos , with four electric motors, with four beam illuminations, a registration subsystem, receiving / transmitting telemetric inform stations and control commands, a subsystem of broadband high-speed data transmission and a laser scanning range finder, and a near-infrared video camera and microphone are connected to the power supply subsystem via the power supply network.

Кроме того, для снижения веса конструкции, повышения жесткости и центровки центра масс аппарата рама выполнена Х-образной.In addition, to reduce the weight of the structure, increase rigidity and center the center of mass of the apparatus, the frame is made X-shaped.

Кроме того, для снижения веса конструкции, прокладки соединительных кабелей и повышения надежности держатели двигателей выполнены в виде полых трубок.In addition, to reduce the weight of the structure, lay the connecting cables and increase reliability, the motor holders are made in the form of hollow tubes.

Кроме того, для обеспечения надежного функционирования электроники путем охлаждения бортовая вычислительная машина имеет радиатор.In addition, to ensure the reliable functioning of electronics by cooling, the on-board computer has a radiator.

Кроме того, для повышения маневренности аппарата при пилотировании, каждый сервопривод держателей двигателей установлен с возможностью отклонения оси держателя в пределах ±60°.In addition, to increase the maneuverability of the apparatus during piloting, each servo drive of the motor holders is installed with the possibility of deflecting the axis of the holder within ± 60 °.

Технический результат, который обеспечивается при осуществлении заявленной полезной модели, заключается в обеспечении большей автономности при одновременном снижении энергопотребления и повышении надежности.The technical result that is ensured by the implementation of the claimed utility model is to provide greater autonomy while reducing energy consumption and increasing reliability.

Сущность полезной модели заключается в том, что она способна к полностью автономному выполнению полетного задания при низких энергозатратах, то есть после ввода полетного задания оператор дает команду запуска, после чего аппарат выполняет полетное задание в автоматическом режиме, без участия оператора.The essence of the utility model is that it is capable of fully autonomous execution of a flight task at low energy consumption, that is, after entering the flight task, the operator gives a launch command, after which the device performs the flight task in automatic mode, without operator intervention.

Для обеспечения функционирования в автоматическом режиме на аппарат уставлена подсистема датчиков технического зрения, позволяющая, за счет применения сложных алгоритмов обработки получаемых данных, обеспечивать аппарат необходимой навигационной информацией для выполнения полетного задания, в том числе автоматического обхода препятствий. Исполнение алгоритмов реализовано на БВМ, с последующей выдачей команд управления автопилоту.To ensure automatic operation, the device is equipped with a subsystem of technical vision sensors, which, through the use of complex processing algorithms for the received data, provides the device with the necessary navigation information to perform a flight mission, including automatic obstacle avoidance. The execution of the algorithms is implemented on the BVM, followed by the issuance of control commands to the autopilot.

Для корректной работы подсистемы датчиков технического зрения, необходимо чтобы при всех маневрах корпус аппарата оставался в горизонтальном положении (чтобы избежать искажений получаемых кадров, ресурсоемких вычислений при пересчетах поворотов систем координат, искажений инерциальной навигации и т.д.) Для этого применяется отклонение вектора тяги винтомоторной группы за счет согласованного поворота держателей двигателей. Также они значительно увеличивают маневренность аппарата на максимальных скоростях и уменьшают энергозатраты при стабилизации и выполнения маневров, в том числе за счет того, что корпус всегда горизонтален и в таком положении лобовое сопротивление аппарата минимально.For the correct operation of the subsystem of sensors for technical vision, it is necessary that, for all maneuvers, the device’s body remains in a horizontal position (to avoid distortion of the received frames, resource-intensive calculations when recalculating rotations of coordinate systems, distortions of inertial navigation, etc.) For this, the thrust vector of the rotor motor groups due to the agreed rotation of the engine mounts. They also significantly increase the maneuverability of the device at maximum speeds and reduce energy consumption during stabilization and execution of maneuvers, including due to the fact that the body is always horizontal and in this position the drag is minimal.

Для того чтобы выполнение полетного задания проходило с минимальными затратами электроэнергии (т.к. ресурс аккумуляторных батарей органичен) на аппарате используется подсистема энергообеспечения, которая может в любой момент выполнить отключение аппаратуры и других потребителей энергии, не участвующих в выполнении полетного задания в текущий момент времени.In order for the flight mission to be carried out with minimal energy consumption (as the battery life is limited), the device uses an energy supply subsystem that can turn off the equipment and other energy consumers at any time that are not currently participating in the flight mission .

Заявленная полезная модель поддерживает также работу в группе аппаратов, что обеспечивается за счет использования трех систем связи, разнесенных по частотам. Две для приема/передачи телеметрической информации и команд управления - одна из которых нужна для связи Земля-аппарат, вторая для связи аппарат-аппарат в группе. Третья подсистема широкополосной высокоскоростной передачи данных универсальна и применима как для связи Земля-аппарат, так и аппарат-аппарат.The claimed utility model also supports work in a group of devices, which is achieved through the use of three communication systems spaced in frequencies. Two for receiving / transmitting telemetric information and control commands - one of which is needed for Earth-to-apparatus communication, the second for communication apparatus-apparatus in the group. The third subsystem of broadband high-speed data transmission is universal and applicable for both Earth-to-apparatus and apparatus-to-apparatus communications.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена модель БЛА, вид сверху со снятым корпусом (под позицией 7 показана только боковая часть нижней крышки корпуса), на фиг. 2 изображена модель БЛА, вид снизу, со снятой аккумуляторной батареей, на фиг. 3 приведена структурная схема состава и связей бортового электронного оборудования.The technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a UAV model, a top view with the housing removed (under position 7, only the side part of the lower housing cover is shown), FIG. 2 shows a UAV model, bottom view, with the battery removed, in FIG. 3 is a structural diagram of the composition and relationships of on-board electronic equipment.

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

В предлагаемой конструкции беспилотного летательного аппарата (БЛА) мультироторного типа все элементы размещены на несущей X-образной раме 1. При этом, каждый из четырех сервоприводов 2, связан с соответствующим поворотным держателем 3 выполненным в виде полой трубки (луча). Каждый сервопривод 2 имеет возможность изменять вектор тяги БЛА за счет поворота держателя 3 вокруг своей оси на заданный угол. На свободном конце каждого из четырех поворотных держателей 3 закреплен электродвигатель 4 с пропеллером 5. Два шасси 6 симметрично закреплены по бокам рамы 1. Все бортовое электронное оборудование для защиты от внешней среды расположено в разборном корпусе 7, состоящем из двух половинок. Корпус 7 имеет по бокам вентиляционные горизонтальные прорези, напротив которых расположены два вентилятора 8, один из которых забирает воздух снаружи корпуса 7, расположен напротив радиатора 9 с бортовой вычислительной машиной (БВМ) 10, и обдувает все электронное бортовое оборудование, а другой выбрасывает воздух из полости корпуса 7, ускоряя теплообмен. Внутри корпуса 7, закреплены: БВМ 10; подсистема навигации 11, обеспечивающая определение горизонтальных координат и состоящая из навигационного модуля ПА и антенны 11 Б; подсистема автопилотирования 12 обеспечивает полет БЛА в заданном режиме при прекращении связи с оператором; подсистема регистрации, приема/передачи телеметрической информации и команд управления (ППТИ) 13; подсистема широкополосной высокоскоростной передачи данных (ПШПД) 14, предназначенная для связи с оператором; подсистема датчиков технического зрения (ПДТЗ) 15 и подсистема энергообеспечения 16 с аккумуляторной батареей (АКБ) 17. На раме 1 также установлены навесные устройства, в том числе антенны 18 и 19. Причем, ППТИ 13 содержит, как минимум один модем с антенной 18, ПШПД 14 содержит, как минимум один модем с антенной 19. Все модемы выполнены на печатных платах и закреплены в корпусе 7. ПДТЗ 15 содержит два блока бинокулярного зрения 20, видеокамеру ближнего ИК 21 позволяющую оценивать обстановку на земле не зависимо от времени суток и состояния погоды, лазерный сканирующий дальномер (лидар) 22, позволяющий оценивать обстановку под БЛА, что необходимо для безопасной посадки в автономном режиме, альтиметр 23 и микрофон 24. Причем пара объективов 20 А первой видеокамеры переднего обзора блока бинокулярного зрения 20 направлена вперед (по направлению полета), что позволяет получать изображения, на которые ориентирован БЛА, а пара объективов 20 Б второй видеокамеры вертикального обзора направлена вниз (на землю). Видеокамера ближнего ИК 21 и лазерный сканирующий дальномер (лидар) 22, расположены между парами объективов 20 А и 20 Б. Подсистема энергообеспечения 16 содержит, два преобразователя питания 25, не менее 15 ти каналов многоканального коммутаторов питания 26 и два контроллера двигателей 27. При этом первый контроллер двигателей 27 управляет первым и четвертым электродвигателями 4, а второй контроллер двигателей 27 вторым и третьим электродвигателями 4 (номера электродвигателей следует считать по часовой стрелке). Каналы многоканального коммутатора 26 по сети электропитания соединены, с двумя контроллерами двигателей 27, с двумя сервоприводами 2, с четырьмя электродвигателями 4, с четырьмя подсветками луча 28, с подсистемой регистрации, приема/передачи телеметрической информации и команд управления 13, подсистемой широкополосной высокоскоростной передачи данных 14 и лазерным сканирующим дальномером 22, что позволяет включать или выключать перечисленные устройства во время выполнения полетного задания, тем самым снижая энергозатраты и повышая производительность подсистемы энергообеспечения. Все остальное электронное бортовое оборудование по сети электропитания непосредственно подключено к подсистеме энергообеспечения 16. Для выполнения различных вариантов полетного задания и расширения информации об окружающей БЛА обстановке, кроме основных датчиков подсистема автопилотирования 12 снабжена дополнительными датчиками.In the proposed design of an unmanned aerial vehicle (UAV) of a multi-rotor type, all elements are placed on a supporting X-shaped frame 1. Moreover, each of the four servos 2 is connected to the corresponding rotary holder 3 made in the form of a hollow tube (beam). Each servo 2 has the ability to change the thrust vector of the UAV by rotating the holder 3 around its axis by a predetermined angle. An electric motor 4 with a propeller 5 is fixed on the free end of each of the four rotary holders 3. Two chassis 6 are symmetrically mounted on the sides of the frame 1. All on-board electronic equipment for environmental protection is located in a collapsible housing 7, consisting of two halves. The housing 7 has horizontal ventilation slots on the sides, opposite which there are two fans 8, one of which takes air outside the housing 7, is located opposite the radiator 9 with the on-board computer (BVM) 10, and blows all the electronic on-board equipment, and the other expels air from cavity body 7, accelerating heat transfer. Inside the housing 7, fixed: BVM 10; navigation subsystem 11, which provides the determination of horizontal coordinates and consisting of a navigation module PA and antenna 11 B; the autopilot subsystem 12 provides a UAV flight in a predetermined mode upon termination of communication with the operator; subsystem of registration, reception / transmission of telemetric information and control commands (PPTI) 13; subsystem of broadband high-speed data transmission (PShPD) 14, designed to communicate with the operator; a subsystem of sensors for technical vision (PDTZ) 15 and a subsystem for energy supply 16 with a rechargeable battery (battery) 17. On the frame 1 also mounted devices, including antennas 18 and 19. Moreover, PPTI 13 contains at least one modem with antenna 18, PShPD 14 contains at least one modem with antenna 19. All modems are made on printed circuit boards and mounted in the housing 7. PDTZ 15 contains two binocular vision units 20, a near-infrared video camera 21 that allows you to evaluate the situation on the ground regardless of time of day and weather conditions laser with caning range finder (lidar) 22, which allows assessing the situation under the UAV, which is necessary for a safe landing in an autonomous mode, an altimeter 23 and a microphone 24. Moreover, a pair of 20 A lenses of the first binocular vision camera 20 of the front view are directed forward (in the direction of flight), which allows you to get images that are focused on the UAV, and a pair of 20 B lenses of the second vertical video camera is directed down (to the ground). The near-IR video camera 21 and the laser scanning range finder (lidar) 22 are located between the pairs of 20 A and 20 B lenses. The power supply subsystem 16 contains two power converters 25, at least 15 channels of multi-channel power switches 26 and two motor controllers 27. the first motor controller 27 controls the first and fourth electric motors 4, and the second motor controller 27 of the second and third electric motors 4 (motor numbers should be read clockwise). The channels of the multi-channel switch 26 are connected via a power supply network, with two motor controllers 27, with two servos 2, with four electric motors 4, with four beam illuminations 28, with a subsystem for recording, receiving / transmitting telemetric information and control commands 13, and a broadband high-speed data transmission subsystem 14 and a laser scanning range finder 22, which allows you to enable or disable these devices during the flight mission, thereby reducing energy consumption and increasing production clusive power supply subsystem. All the rest of the electronic on-board equipment is directly connected to the power supply subsystem 16 through the power supply network. To carry out various options for the flight task and to expand the information about the UAV environment, in addition to the main sensors, the autopilot subsystem 12 is equipped with additional sensors.

Устройство работает следующим образом. После зарядки аккумуляторов, передачей по каналу ППТИ 13 соответствующей команды, включается подсистема энергообеспечения 16. БВМ проводит самотестирование и проверку всех систем. О результатах проверки и готовности БЛА к выполнению полетного задания судят по сигналам, передаваемым аппаратом на наземный пункт управления по каналу ППТИ 13, а также, по работе (миганию в определенной последовательности) подсветки 23, которая сигнализирует о неполадках или готовности БЛА к выполнению полетного задания. Далее БЛА выполняет действия согласно полетному заданию, т.е. взлетает и следует по заданному маршруту. При попадании аппарата в недетерминированную обстановку (множественные препятствия, например, другие БЛА, вышки, здания и т.п.) БВМ оценивает расстояние до ближайшего препятствия лазерным сканирующим дальномером 22, который сканирует препятствия в заданном секторе в плоскости горизонта и секторе ниже и/или выше плоскости горизонта. По заданию оператора, более полную информацию об окружающей обстановке получают сканированием пространства при вращении БЛА вокруг вертикальной оси. При этом БВМ непрерывно анализирует состояние связи с оператором и осуществляет прием навигационного сигнала. В случае потери сигнала глобальной навигационной сети или телеметрии, БЛА переходит в автономный режим, завершает полетное задание и совершает безопасную посадку, которая осуществляется следующим образом. БВМ в автоматическом режиме получает данные с альтиметра 23 и сравнивает их с результатами данных от второго блока бинокулярного зрения 20. Полученная верифицированная информация используется для безопасной посадки в автоматическом режиме.The device operates as follows. After charging the batteries, by transmitting the appropriate command through the channel IPTI 13, the power supply subsystem 16 is turned on. The BVM carries out a self-test and checks all the systems. The results of the test and the UAV’s readiness for the flight mission are judged by the signals transmitted by the device to the ground control point via the PPTI channel 13, as well as by the operation (blinking in a certain sequence) of the backlight 23, which signals about the UAV’s malfunction or readiness for the flight mission . Further, the UAV performs actions according to the flight task, i.e. takes off and follows the given route. When the device enters a non-deterministic environment (multiple obstacles, for example, other UAVs, towers, buildings, etc.), the BVM estimates the distance to the nearest obstacle with a laser scanning range finder 22, which scans obstacles in a given sector in the horizon and a sector below and / or above the horizon. On the instructions of the operator, more complete information about the environment is obtained by scanning the space when the UAV rotates around a vertical axis. In this case, the BVM continuously analyzes the state of communication with the operator and receives the navigation signal. In the event of a loss of a signal from the global navigation network or telemetry, the UAV goes offline, completes the flight mission and makes a safe landing, which is carried out as follows. The BVM in automatic mode receives data from the altimeter 23 and compares them with the data results from the second binocular vision unit 20. The received verified information is used for safe landing in the automatic mode.

Пример конкретного применения.An example of a specific application.

Основу БЛА составляет пространственная сборная алюминиевая (Д16Т) конструкция, выполненная ввиде несущей Х-образной рамы 1, на которой размещены все функциональные подсистемы. Четыре независимых сервопривода 2 имеют возможность отклонения от своей оси в пределах ±60°. Такой диапазон достаточен для управления БЛА и согласно расчетам, позволяет не превышать пределы прочности держателей при изгибных моментах, возникающих при маневрировании. Поворотный держатель 3 выполнен из углепластика и представляет собой модуль с установленной винтомоторной группой, состоящей из четырех двигателей 4 с пропеллерами 5. Алюминиевое шасси 6 расположены вдоль корпуса и содержат амортизаторы (на чертеже не показаны). Корпус 7 состоит из двух разъемных частей, изготовленных методом лазерного спекания из полиамидного порошка. Основное функциональное назначение корпуса - защита бортового электронного оборудования от неблагоприятных механический воздействий и улучшение аэродинамических свойств БЛА. Корпус 7 не является несущей конструкцией. Для охлаждения полости корпуса 7 в нем установлено два вентилятора 8, которые также обдувают все электронное бортовое оборудование. Помимо БВМ на радиаторе 9 закреплено другое бортовое электронное оборудование, например, печатные платы модемов. На части рамы 1, закрываемой корпусом 7, закреплена БВМ 10, предназначенная для обеспечения выполнения полетного задания путем организации информационного обмена с подсистемами бортового и сопрягаемого оборудования, путем комплексной обработки информации от подсистемы навигации 11, от подсистемы автопилотирования 12, от ППТИ 13 и от ПДТЗ 15, а также для обеспечения функционирования автономной стабилизации горизонтального положения БЛА, позволяющей более оперативно реагировать на изменение горизонтального положения БЛА. В целом, стабилизация положения БЛА позволяет увеличить надежность функционирования БЛА и повысить скорость реакции на изменение его положения в достаточно экономном режиме энергообеспечения. В случае потери связи с навигационными системами позволяет переходить на автоматический режим (в этом случае автоматически задействуется ПДТЗ 15). Кроме того, для снижения энергозатрат происходит отключение аппаратуры и других потребителей энергии не участвующих в выполнении полетного задания в текущий момент времени. Подсистема навигации 11 обеспечивает формирование данных о местоположении БЛА с использованием сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и/или GPS и состоит из навигационного приемника ПА и антенны ПБ. Подсистема автопилотирования 12 предназначена для решения задач автоматического управления БЛА при полете по заданной траектории; стабилизации углов ориентации, высоты и скорости БЛА; управления контроллерами двигателей 27. ППТИ 13 обеспечивает регистрацию данных бортового электронного оборудования с возможностью последующего считывания сохраненной информации; передачу зарегистрированной телеметрической информации на наземный пункт управления (НПУ) и прием команд управления от НПУ. В корпусе 7 также установлены: ПШПД 14, ПДТЗ 15 и подсистема энергообеспечения 16 с АКБ 17. На раме 1 закреплены по две антенны 18, соединенные с соответствующими модемами ППТИ 13 и две антенны 19, соединенные с соответствующими модемами ПШПД 14. ПДВЗ 15 содержит два блока бинокулярного зрения 20, видеокамеру ближнего ИК 21, лазерный сканирующий дальномер 22 сегментного типа и активный микрофон 24 с автоматической регулировкой усиления. Подсистема энергообеспечения 16 выдает в бортовую сеть +3,3 В, +5 В и +12 В и содержит два преобразователя питания 25, 15-ти канальный коммутатор питания 26, четыре контроллера двигателей 27 и четыре канала для питания подсветки 28. Платы основных и дополнительных датчиков (сенсоров) располагается на виброустойчивой платформе и содержат: гироскоп, акселерометр/магнитометр, 3х-осевой акселерометр, магнитометр и барометр. Для обеспечения режима энергосбережения БВМ включает подсистемы и другое энергопотребляющее оборудование необходимое для выполнения конкретной операции согласно полетному заданию и выключает оборудование на данный момент не выполняющее полетное задание.The basis of the UAV is a spatial prefabricated aluminum (D16T) design, made in the form of a supporting X-shaped frame 1, on which all functional subsystems are located. Four independent servos 2 have the ability to deviate from its axis within ± 60 °. Such a range is sufficient for UAV control and, according to calculations, allows not to exceed the strength limits of the holders at bending moments arising during maneuvering. The rotary holder 3 is made of carbon fiber and is a module with an installed rotor-motor group consisting of four engines 4 with propellers 5. The aluminum chassis 6 is located along the body and contains shock absorbers (not shown in the drawing). The housing 7 consists of two detachable parts made by laser sintering of polyamide powder. The main functional purpose of the hull is to protect on-board electronic equipment from adverse mechanical influences and improve the aerodynamic properties of UAVs. The housing 7 is not a supporting structure. To cool the cavity of the housing 7, two fans 8 are installed in it, which also blow all the electronic equipment on board. In addition to the BVM, other on-board electronic equipment, for example, modem circuit boards, is attached to the radiator 9. On the part of the frame 1, which is closed by the housing 7, a BVM 10 is fixed, designed to ensure the fulfillment of the flight mission by organizing information exchange with the subsystems of the on-board and interfaced equipment, by the integrated processing of information from the navigation subsystem 11, from the autopilot subsystem 12, from the PTI 13 and from the PDTZ 15, and also to ensure the functioning of the autonomous stabilization of the horizontal position of the UAV, allowing more quickly respond to changes in the horizontal position of the UAV. In general, stabilization of the UAV's position allows to increase the reliability of the UAV's operation and increase the reaction rate to a change in its position in a fairly economical energy supply mode. In case of loss of communication with navigation systems, it allows you to switch to automatic mode (in this case, PDTZ 15 is automatically activated). In addition, to reduce energy consumption, equipment and other energy consumers not participating in the flight mission at the current time are disconnected. The navigation subsystem 11 provides the formation of data on the location of the UAV using signals from satellite navigation systems GLONASS and / or GPS and consists of a navigation receiver PA and antenna PB. The autopilot subsystem 12 is designed to solve the problems of automatic UAV control when flying along a given path; stabilization of the orientation angles, altitude and speed of the UAV; control of engine controllers 27. PPTI 13 provides data recording on-board electronic equipment with the possibility of subsequent reading of the stored information; transfer of registered telemetry information to the ground control point (NPU) and receiving control commands from the NPU. Housing 7 also includes: PShPD 14, PDTZ 15 and power supply subsystem 16 with battery 17. Two antennas 18 are attached to the frame 1, connected to the corresponding PPTI 13 modems and two antennas 19, connected to the corresponding PSPD 14 modems. PDVZ 15 contains two a binocular vision unit 20, a near IR 21 video camera, a segmented type laser scanning range finder 22, and an active microphone 24 with automatic gain control. The power supply subsystem 16 delivers +3.3 V, +5 V and +12 V to the on-board network and contains two power converters 25, a 15-channel power switch 26, four motor controllers 27, and four channels for powering the backlight 28. The main and additional sensors (sensors) are located on a vibration-proof platform and contain: gyroscope, accelerometer / magnetometer, 3-axis accelerometer, magnetometer and barometer. To ensure the energy-saving mode, the BVM includes subsystems and other energy-consuming equipment necessary to perform a specific operation according to the flight mission and turns off equipment that is not currently performing a flight mission.

Предусмотрен вариант, когда отключены все потребители энергии и БЛА находится в режиме молчания, ожидая поступления команд от НПУ. Источники информацииAn option is provided when all energy consumers are turned off and the UAV is in silent mode, waiting for commands from the NPU. Information sources

1. Патент США №9669924 «Unmanned aerial vehicle», 2017.1. US patent No. 9669924 "Unmanned aerial vehicle", 2017.

2. Заявка США №20160311528 «Multi-rotor Vehicle with Yaw Control and Autorotation», 2016.3.2. US Application No. 2016311528 "Multi-rotor Vehicle with Yaw Control and Autorotation", 2016.3.

3. Патент США №9488978 «Method for controlling a multi-rotor rotary-wing drone, with cross wind and accelerometer bias estimation and compensation)), 2016.3. US patent No. 9488978 "Method for controlling a multi-rotor rotary-wing drone, with cross wind and accelerometer bias estimation and compensation)), 2016.

Claims

1. An unmanned aerial vehicle of a multi-rotor type, comprising a housing, servos connected via holders to electric motors and propellers, attachments, including a system of sensors and antennas and on-board equipment, including an on-board computer, communication subsystems, power supplies, and also a technical vision subsystem, which includes cameras for vertical and horizontal viewing, as well as an altimeter, characterized in that the device includes a frame on which motor holders are mounted her, attachments, including beam illumination, as well as the housing, while the technical vision subsystem includes a near-infrared video camera, a laser scanning rangefinder and a microphone, the communication subsystem includes a broadband high-speed data transmission subsystem and a telemetry information reception / transmission subsystem that are separated by frequencies, and the power supply subsystem includes a multi-channel switch, the channels of which are connected to motor controllers, servos, beam backlights, subscription the topic of registration, reception / transmission of telemetric information and control commands, a subsystem of broadband high-speed data transmission and a laser scanning range finder so that the multi-channel switch allows you to independently disconnect one or more channels from the power supply.

2. The device according to claim 1, characterized in that the frame is made X-shaped.

3. The device according to p. 1, characterized in that the motor holders are made in the form of hollow tubes.

4. The device according to claim 1, characterized in that the on-board computer has a radiator.

5. The device according to claim 1, characterized in that each servo drive of the motor holders is installed with the possibility of deflecting the axis of the holder within ± 60 °.