UA151316U

UA151316U - Method of operation of an unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: UA151316U
Application number: UAU202105980U
Authority: UA
Inventors: Олександр Олександрович Омельченко; Ігор Леонідович Мальчевський
Original assignee: Олександр Олександрович Омельченко; Ігор Леонідович Мальчевський
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2022-07-06

Abstract

The method of operation of an unmanned aerial vehicle (UAV) includes equipping it with an energy module, a payload with performing equipment inclusive, as well as launching from a platform that ensures its take-off. Before the start, a 3D model of the object is obtained, and then a flight task is formed. According to the task, a route formation system with coordinate information is introduced into this task through the information input device. It is written into the memory of the route formation device, laid and stored in the UAV memory. A flight control system is formed with a self-adjustment circuit and stabilization system. At the same time, the UAV is equipped with a communication and data transmission subsystem necessary for carrying out work using a payload designed to perform technological work in accordance with the task.

Description

Корисна модель, що заявляється, належить до галузі авіації, точніше до безпілотних літальних апаратів (БпЛА) і може бути використана для переміщення складної форми вантажів у повітрі, виконанні монтажно-демонтажних і інших видів технологічних робіт на висоті (у висотних будинках і інших спорудах), у цивільній і військовій авіації, а також у позаміських місцевостях: у геодезії, альпінізмі, обслуговуванні маяків і т.ін.The claimed useful model belongs to the field of aviation, more precisely to unmanned aerial vehicles (UAVs) and can be used to move complex forms of cargo in the air, perform assembly and disassembly and other types of technological work at height (in high-rise buildings and other structures) , in civil and military aviation, as well as in rural areas: in geodesy, mountaineering, maintenance of lighthouses, etc.

Конструкції і технології використання різноманітних видів авіаційних засобів свідчать про те, що літальні апарати (дирижаблі, зонди, літальні тарілки, повітряні кулі) та способи їх руху у повітряному середовищі потребують значних витрат енергії, що пов'язане із доланням сили тяжіння або її компенсації. Такі конструкції недостатньо ефективні через витрати на їх утримання, забезпечення небезпеки в процесах їх експлуатації, а також недостатньо маневрені.Designs and technologies for the use of various types of aviation equipment indicate that flying machines (airships, probes, flying saucers, balloons) and the methods of their movement in the air environment require significant energy expenditure, which is associated with overcoming the force of gravity or its compensation. Such structures are not efficient enough due to the costs of their maintenance, ensuring safety in the processes of their operation, and they are also not maneuverable enough.

Зазначені негаразди у сучасних умовах усувають шляхом побудови нових оригінальних конструкцій безпілотних літальних апаратів (БпЛА) та технологій їх використання. Тому пропозиції з удосконалення конструкцій, засобів керування їх рухом та розширенням техніко- технологічних функцій при зменшенні експлуатаційних витрат на даний час є особливо актуальними.The specified troubles in modern conditions are eliminated by building new original designs of unmanned aerial vehicles (UAVs) and technologies for their use. Therefore, proposals for improving structures, means of controlling their movement and expanding technical and technological functions while reducing operational costs are currently particularly relevant.

Відомо багато технічних рішень, об'єктами яких є конструкції БпЛА і дискольотів, наприклад, патент України на корисну модель Мо 10870, МПК 8648 1/02, 1996 р., патент України на корисну модель Мо 105399, МПК В64С 39/02, 2016р., а також апарати типу "літальних тарілок" (патентMany technical solutions are known, the objects of which are the designs of UAVs and rockets, for example, the patent of Ukraine for a utility model Mo 10870, IPC 8648 1/02, 1996, a patent of Ukraine for a utility model Mo 105399, IPC В64С 39/02, 2016 ., as well as "flying saucer" type devices (patent

РФ на винахід Мо 2063908, МПК 864С 27/08, 1991 р.), чи такі конструкції, що виконані у вигляді малогабаритних літаків. Для вирішення технічної задачі, що поставлена у даній корисній моделі, обраний БплЛА, конструкції якого притаманні високі аеродинамічні властивості та можливість забезпечення малих енерговитрат при здійсненні таким БпЛА декількох видів робіт.Russian Federation for the invention No. 2063908, IPC 864С 27/08, 1991), or such structures made in the form of small-sized airplanes. To solve the technical problem posed in this useful model, an UAV was chosen, the design of which is characterized by high aerodynamic properties and the ability to ensure low energy consumption when performing several types of work with such UAVs.

Корисна модель "Безпілотний літальний апарат (БпЛА)» за патентом України на кор. мод. Мо 100737, МПК В64С 13/00, В64С 13/18, 1050 1/00, 1050 13/00,2015 р.), що вибрана за близький аналог і за переліком суттєвих ознак містить корпус (фюзеляж) з розміщеним у ньому корисним навантаженням з виконуючими механізмами включно, розкривні крила, вертикальне оперення та споряджений пропелером двигун, розміщений у носовій частині фюзеляжу, при цьому розкривні крила розміщені на вузлах навіски з однією віссю обертання та мають фіксоване положення після розкриття з кутом стрілоподібності в діапазоні -107...-107. Спосіб роботи такихThe utility model "Unmanned aerial vehicle (UAV)" according to the patent of Ukraine under mod. Mo 100737, IPC В64С 13/00, В64С 13/18, 1050 1/00, 1050 13/00, 2015), selected for a close analogue and according to the list of essential features includes a body (fuselage) with a payload placed in it with operating mechanisms, including folding wings, vertical tail and a propeller-equipped engine located in the nose of the fuselage, while folding wings are located on single-axis hinge nodes rotation and have a fixed position after opening with an angle of sweep in the range -107...-107. The method of operation of such

Зо БпЛА полягає у тому, що його розміщують у транспортному контейнері у складеному положенні та доставляють у місце запуску. Далі БпЛА виймають з контейнера, з'єднують вузли і деталі, оснащують джерелом живлення (акумулятором) та вмикають останнє. Запуск БПЛА здійснюють з платформи чи з рук, а його посадку здійснюють на непідготовлену поверхню безпосередньо на фюзеляж в автоматичному чи ручному режимі. Під час посадки крила в момент зіткнення з перешкодою під дієш кінетичної енергії підживлюються, чим мінімізується можливість руйнації та пошкодження. Після поповнення джерела живлення (заміни акумуляторів) апарат придатний до наступного запуску.The purpose of the UAV is that it is placed in a transport container in a folded position and delivered to the launch site. Next, the UAV is removed from the container, components and parts are connected, equipped with a power source (battery) and turned on. The launch of the UAV is carried out from the platform or by hand, and its landing is carried out on an unprepared surface directly on the fuselage in automatic or manual mode. During landing, the wings at the moment of collision with an obstacle are fueled by kinetic energy, which minimizes the possibility of destruction and damage. After replenishing the power source (replacing the batteries), the device is suitable for the next start-up.

Але при наявності достатньо добрих властивостей конструкцій, спосіб роботи апарата містить суттєві недоліки, а саме: апарат потрібно транспортувати у місце запуску у складеному вигляді, а через потребу змінювати корисне навантаження, склад якого для виконання різноманітних робіт за допомогою БпЛА є змінним, що викликає незручність користування апаратом. Незручність посилюється через потребу постачання у місце приземлення джерел живлення та відповідного нового корисного навантаження для повторного стартування. Тому такий БпЛА має обмежений спектр використання і може бути застосований переважно для здійснення відеозйомок та спостереження за об'єктами на маршруті польоту.But in the presence of sufficiently good structural properties, the method of operation of the apparatus contains significant disadvantages, namely: the apparatus must be transported to the launch site in a folded form, and due to the need to change the payload, the composition of which is variable for performing various tasks with the help of UAVs, which causes inconvenience using the device. The inconvenience is compounded by the need to supply the landing site with power supplies and a corresponding new payload for relaunch. Therefore, such a UAV has a limited range of use and can be used mainly for video recording and observation of objects on the flight route.

Технічною задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, що заявляється, є забезпечення багатофункціональності роботи БпЛА з високою надійністю шляхом зміни технологічних операцій при використанні робіт апаратом та введення в конструкцію додаткових функціональних елементів.The technical task, the solution of which is aimed at the proposed useful model, is to ensure the multi-functionality of the UAV operation with high reliability by changing the technological operations when using the apparatus and introducing additional functional elements into the design.

Поставлена задача вирішується у способі роботи БпЛА, що включає оснащення його енергомодулем, корисним навантаженням з виконуючим обладнанням включно, а також здійснення стартування з платформи, що забезпечує його зліт, згідно з корисною моделлю, що заявляється, перед стартом отримують З3О-модель об'єкта, далі формують польотне завдання, відповідно до якого вводять у це завдання систему формування маршруту з координатною інформацією через пристрій введення інформації, записують її у пам'ять пристрою формування маршруту, закладають та зберігають у пам'яті БпЛА, а також формують систему управління польотом з контуром самоналагоджування і системою стабілізації, при цьому БпЛА оснащують підсистемою зв'язку і передачі даних, які необхідні для проведення робіт за допомогою корисного вантажу, призначеного для виконання технологічних робіт відповідно до завдання.The task is solved in the method of operation of the UAV, which includes equipping it with an energy module, including a payload with executive equipment, as well as launching from a platform that ensures its take-off, according to the useful model that is declared, before the start, a 3O-model of the object is received , then form a flight task, according to which a route formation system with coordinate information is entered into this task through the information input device, write it into the memory of the route formation device, store and store it in the UAV memory, and also form a flight control system with a self-tuning circuit and a stabilization system, while UAVs are equipped with a communication and data transmission subsystem, which are necessary for carrying out work with the help of a payload intended for technological work in accordance with the task.

Згідно з корисною моделлю, що заявляється, підсистему зв'язку і передачі даних оснащують інформацією в режимі запит-відповідь про проведення робіт з демонтажу або монтажу об'єкта з відповідним корегуванням вмісту корисного навантаження, наприклад, для проведення зварювальних робіт на розміщеному на висоті об'єкті, надають дані про потрібні технічні параметри зварювання, кількісні показники матеріалозабезпечення таких робіт та інформацію про адекватність попередньо отриманої З3О-моделі існуючому у дійсності стану об'єкта" на якому потрібно виконувати зварювальні роботи та остаточне корегування процесу здійснення зварювальних робіт.According to the proposed useful model, the communication and data transmission subsystem is equipped with information in the request-response mode about the dismantling or assembly of the object with the appropriate adjustment of the content of the payload, for example, for welding work on a place at a height of "objects" provide data on the required technical parameters of welding, quantitative indicators of material supply for such works and information on the adequacy of the previously obtained Z3O-model to the actual state of the object" on which welding works need to be performed and the final adjustment of the process of welding works.

Згідно з корисною моделлю, що заявляється, підсистему зв'язку і передачі даних оснащують інформацією в режимі запит-відповідь про проведення фарбувальних робіт чи мийки вікон, розташованих на висоті, з відповідним корегуванням корисного навантаження.According to the proposed useful model, the communication and data transmission subsystem is equipped with information in the request-response mode about painting or washing of windows located at a height, with the appropriate adjustment of the payload.

Спосіб роботи багатофункціонального БпЛА реалізують таким чином БпЛА встановлюють на стартову платформу, оснащують його фюзеляж амортизаторами для забезпечення м'якого приземлення й запобігання руйнуванню та пошкодженню корисного навантаження і апаратури систем управління. Отримують перед стартом ЗО-модель об'єкта, на якому передбачається виконання робіт. Після чого формують польотне завдання, згідно з яким вводять у систему формування маршруту координуючу інформацію через обладнання введення інформації, записують інформацію у пам'ять пристрою формування маршруту, прив'язують всі координати до ЗЮО-моделі об'єкта і цифрової карти місцевості, розраховують опорні точки маршруту, вводять відповідні сигнали на інтегратор та виводять на монітор пристрою відображення через візуалізатор, отримуючи маршрут польоту з одночасним його збереженням у пам'яті БпЛА. При цьому у систему формування маршруту додатково вводять контур самоналагоджування у складі обмежувача, еталонної моделі, суматора, підсилювача, квадратора та інтегратора. Далі розраховують відстані між опорними точками маршруту з прив'язуванням координат до цифрової карти місцевості, координують порядок прольоту через опорні точки та мінімізують скоординовані відстані.The method of operation of the multifunctional UAV is realized in this way: the UAV is installed on the launch platform, its fuselage is equipped with shock absorbers to ensure a soft landing and prevent the destruction and damage of the payload and control system equipment. Before the start, they receive a ZO-model of the object on which the work is expected to be performed. After that, a flight task is formed, according to which coordinating information is entered into the route formation system through the information input equipment, the information is recorded in the memory of the route formation device, all coordinates are tied to the ZUO model of the object and the digital map of the area, the reference points are calculated points of the route, input corresponding signals to the integrator and output to the monitor of the display device through the visualizer, obtaining the flight route while simultaneously saving it in the UAV's memory. At the same time, a self-adjustment circuit consisting of a limiter, a reference model, an adder, an amplifier, a quadrator, and an integrator is additionally introduced into the route formation system. Next, the distances between the reference points of the route are calculated by linking the coordinates to the digital map of the area, the order of flight through the reference points is coordinated and the coordinated distances are minimized.

Для управління кутовою стабілізацією і висотою польоту апарата використовують системи, які здатні вирішувати саме такі технічні завдання, а завдяки наявності підсистеми передачі даних, оператор, знаходячись на платформі запуску БпЛА аналізує дані, що одержані заTo control the angular stabilization and flight height of the aircraft, systems are used that are capable of solving such technical tasks, and thanks to the presence of a data transmission subsystem, the operator, being on the UAV launch platform, analyzes the data received by

Зо допомогою ЗЮО-моделі об'єкта та дані про маршрут польоту, складає остаточно схему управління польотом. Для виконання технологічних операцій робіт, для яких і призначено використання БпЛА, наприклад, зварювання, оператор на попередньо отриманій З3О-моделі об'єкта зазначає необхідну кількість точок контролю, інформація про які дозволяє безпомилково ідентифікувати місцезнаходження об'єкта з його просторовим розташуванням включно. При цьому оператор вказує місцезнаходження зварювальних швів з їх геометричними параметрами, тип потрібного для зварювання дроту та вид зварювального газу. Одержані з 30 -моделі об'єкту дані фіксуються одночасно у пам'яті БпЛА та у пам'яті обладнання на платформі.With the help of the ZUO-model of the object and data about the flight route, he finally compiles the flight control scheme. To perform technological operations of works for which the use of UAVs is intended, for example, welding, the operator notes the necessary number of control points on the previously obtained Z3O-model of the object, the information about which allows to identify the location of the object including its spatial location. At the same time, the operator indicates the location of the welding seams with their geometric parameters, the type of wire required for welding, and the type of welding gas. The data obtained from the 30-model of the object is recorded simultaneously in the UAV memory and in the memory of the equipment on the platform.

Після вичерпання в процесі виконання зварювання потрібних матеріалів, на платформу надходить інформація в режимі запит-відповідь про потребу нової заправки БпЛА матеріалами, якими оснащують корисне навантаження. Початкову роботу з проведенням зварювання, БпЛА починає з найближчого до нього місця, (точки) вказаного оператором, при цьому БпПЛА зупиняється поряд з цією точкою та здійснює пробне торкання до неї пальником, обладнаним датчиком дотику. В разі відсутності контакту БПЛА корегує своє місцезнаходження та здійснює повторну пробу торкання до об'єкта в точці початку зварювання, В разі наявності потрібного контакту БпЛА переміщується до наступної точки контакту. Після одержання інформації про координати усіх контрольних точок з врахованою координацією переміщення БпЛА, здійснюється безпосередньо процедура зварювання. Якщо в процесі проведення зварювання не вистачає кількості усіх потрібних матеріалів, БпПЛА вмикає підсистему зв'язку і передачі даних та повертається на платформу за поповненням матеріалами.After exhausting the necessary materials in the welding process, the platform receives information in the request-response mode about the need to refuel the UAV with materials used to equip the payload. The UAV starts the initial welding work from the nearest place (point) indicated by the operator, while the UAV stops next to this point and makes a test touch to it with a torch equipped with a touch sensor. If there is no contact, the UAV adjusts its location and makes a repeated attempt to touch the object at the point of the start of welding. If there is a desired contact, the UAV moves to the next contact point. After receiving information about the coordinates of all control points, taking into account the coordination of the movement of the UAV, the welding procedure is carried out directly. If in the process of welding there is not enough of all the necessary materials, the UAV turns on the communication and data transmission subsystem and returns to the platform to be replenished with materials.

Процес виконання робіт по демонтажу об'єкта, розташованого на висоті, здійснюється аналогічним чином. Різниця полягає у спорядженні корисним навантаженням БпЛА відповідним інструментарієм, а саме: газовим різаком та захоплювачами для переміщення демонтованих вузлів і деталей об'єкта.The process of carrying out work on the dismantling of an object located at a height is carried out in a similar way. The difference is in equipping the UAV payload with appropriate tools, namely: a gas cutter and grabbers for moving dismantled assemblies and parts of the object.

Для виконання робіт по фарбуванню чи мийці стекол, роботи також аналогічні з коректуванням відповідного ним корисного навантаження.For the performance of works on painting or washing windows, the works are also similar with the correction of the corresponding payload.

На практиці, при використання БпЛА місце розташування стартової платформи ретельно вибирають, особливо в умовах проведення робіт у містах. Розташування платформи вибирають так, щоб з одного боку розташовувати її максимально близько до об'єкта, а з іншого - не перешкоджати роботі міського транспорту, переважно трамваям, тролейбусам.In practice, when using UAVs, the location of the launch platform is carefully chosen, especially in the conditions of work in cities. The location of the platform is chosen so that, on the one hand, it is placed as close as possible to the object, and on the other hand, it does not interfere with the operation of city transport, mainly trams and trolleybuses.

Таким чином, запропонований спосіб роботи БпЛА відтворює позитивні властивості аналогів та надає більш високий новий технічний результат, що полягає у забезпеченні багатофункціональності апарата, високої надійності його роботи, а головне відсутності потреби у виконанні робіт обслуговуючим персоналом на висоті, чим забезпечує безпеку виконання зазначених технологічних робіт на проблемно розташованих об'єктах.Thus, the proposed method of operation of the UAV reproduces the positive properties of analogues and provides a higher new technical result, which consists in ensuring the multi-functionality of the device, high reliability of its operation, and most importantly, the absence of the need for maintenance personnel to perform work at height, which ensures the safety of the specified technological works on problematically located objects.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

1. The method of operation of an unmanned aerial vehicle (UAV), which includes equipping it with an energy module, a payload including executive equipment, as well as launching from a platform that ensures its takeoff, which differs in that before the start, a ZO-model of the object is received , then form a flight task, according to which a route formation system with coordinate information is entered into this task through the information input device, it is recorded in the memory of the route formation device, laid down and stored in the UAV memory, and a flight control system is formed with a self-tuning circuit and a stabilization system, while UAVs are equipped with a communication and data transmission subsystem, which are necessary for carrying out work with the help of a payload intended for technological work in accordance with the task.

2. The method of operation of the UAV according to claim 1, which differs in that the communication and data transmission subsystem is equipped with information in the request-response mode about the dismantling or assembly of the object with the appropriate adjustment of the content of the payload, for example, for welding works on the object located at a height, they provide data on the required technical parameters of welding, quantitative indicators of the material supply of such works and information on the adequacy of the previously obtained ZO-model to the existing state of the object on which welding work needs to be performed and the final adjustment of the welding work process .

3. The method of operation of the UAV according to claim 1, which differs in that the subsystem of communication and data transmission is equipped with information in the request-response mode about carrying out painting works or washing windows located at a height, with the appropriate adjustment of the payload. Coo)