RU135469U1

RU135469U1 - AIR ROBOT ONBOARD BATTERY CHARGING SYSTEM

Info

Publication number: RU135469U1
Application number: RU2013130463/07U
Authority: RU
Inventors: Владимир Станиславович Фетисов; Шамиль Равилевич Ахмеров; Альбина Илдаровна Мухаметзянова
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2013-12-10

Abstract

Система подзарядки бортового аккумулятора воздушного робота, включающая в себя наземную посадочную платформу с системой контактных площадок, наземный источник питания, зарядный контроллер, бортовые посадочные электроды, бортовой аккумулятор и энергопотребляющую часть бортсети, отличающаяся тем, что контактные площадки наземной посадочной платформы выполнены в виде плоских параллельных электродов шириной а, разделенных узкими диэлектрическими прокладками шириной д, выступающими вверх над поверхностью электродов на 2-5 мм, половина электродов подключена к "плюсу" наземного источника питания, а другая половина - к "минусу", причем их полярности чередуются, бортовые посадочные электроды в количестве 4 штук, изолированные друг от друга, расположены на концах стоек воздушного робота таким образом, что их точки касания с посадочной платформой лежат в углах квадрата со стороной а+д, каждый из бортовых посадочных электродов подключен к соответствующему входу схемы коммутации, на каждом из 4 входов схемы коммутации включены параллельно друг другу две аналогичные ветви, каждая из которых состоит из последовательно включенных диода и чувствительного элемента реле, причем диоды в ветвях включены разнонаправленно, а неподключенные ко входу схемы коммутации концы ветвей соединены с нейтральным проводом бортсети, каждый вход схемы коммутации подключен к плюсовому входу зарядного контроллера через нормально-разомкнутую пару контактов, управляемую от ветви с диодом, обращенным ко входу своим анодом, а также каждый вход схемы коммутации подключен к минусовому входу зарядного контроллера через нормально-разомкнутуThe system of recharging the onboard battery of an air robot, including a ground landing platform with a system of contact pads, a ground power source, a charging controller, onboard landing electrodes, an onboard battery and an energy-consuming part of the aircraft network, characterized in that the contact pads of the ground landing platform are made in the form of plane parallel electrodes of width a, separated by narrow dielectric spacers of width d protruding 2-5 mm above the surface of the electrodes, half e of the electrodes is connected to the "plus" of the ground power source, and the other half to the "minus", and their polarities alternate, on-board landing electrodes in the amount of 4 pieces, isolated from each other, are located at the ends of the racks of the air robot so that their touch points with the landing platform lie in the corners of the square with side a + d, each of the onboard landing electrodes is connected to the corresponding input of the switching circuit, at each of the 4 inputs of the switching circuit two similar branches are connected in parallel to each other, each of which consists of a diode and a sensitive relay element connected in series, moreover, the diodes in the branches are connected in different directions, and the ends of the branches not connected to the input of the switching circuit are connected to the neutral wire of the flight network, each input of the switching circuit is connected to the positive input of the charging controller via a normally open pair of contacts, controlled from the branch with a diode facing the input with its anode, as well as each input of the switching circuit is connected to the negative input of the charging controller through a normally open

Description

Полезная модель относится к области систем управления и автоматизации и может быть использована для подзарядки аккумуляторов так называемых воздушных роботов, или мультикоптеров. которые представляют собой малые электрические беспилотные летательные аппараты вертолетного типа [K. Nonami, et al., Autonomous Flying Robots: Unmanned Aerial Vehicles and Micro Aerial Vehicles, Springer, 2010; DOI 10.1007/978-4-431-53856-1].The utility model relates to the field of control and automation systems and can be used to recharge the batteries of the so-called air robots, or multicopter. which are small electric unmanned aerial vehicles of a helicopter type [K. Nonami, et al., Autonomous Flying Robots: Unmanned Aerial Vehicles and Micro Aerial Vehicles, Springer, 2010; DOI 10.1007 / 978-4-431-53856-1].

Воздушные роботы работают, в основном, от электрических аккумуляторов. Их существенный недостаток - небольшое время полета (около 30 минут). Для выполнения более длительных задач необходима посадка аппарата и подзарядка аккумуляторов. Для непрерывного выполнения какой-либо задачи (например, мониторинга территории) возможна организация сменной работы группы воздушных роботов, часть из которых находится в воздухе, а часть - на зарядной станции. Сама зарядка может выполняться как с помощью контактных, так и бесконтактных устройств. Контактные системы значительно проще и имеют высокий КПД передачи электроэнергии. Но для нормального контактирования электродов бортовой и наземной частей требуется довольно точное наведение и стыковка аппарата с зарядным терминалом.Air robots operate mainly on electric batteries. Their significant drawback is a short flight time (about 30 minutes). To perform longer tasks, you need to land the device and recharge the batteries. For the continuous execution of any task (for example, monitoring the territory), it is possible to organize shift work of a group of air robots, some of which are in the air, and some at the charging station. Charging itself can be performed using both contact and non-contact devices. Contact systems are much simpler and have a high power transmission efficiency. But for the normal contacting of the electrodes of the airborne and ground parts, rather accurate guidance and docking of the device with the charging terminal is required.

Для обеспечения точного контактирования бортовых электродов воздушных или наземных мобильных роботов с соответствующими электродами зарядных станций существует много разных технических решений. Например, известна система подзарядки аккумулятора мобильного объекта [United States Patent №5892350, Yoshikawa, April 6, 1999, МПК H02J 7/00], состоящая из бортовых электродов, подсоединенных к соответствующим полюсам бортового аккумулятора, подсистемы позиционирования и наведения, стационарного терминала, включающего в себя пару подпружиненных контактов и электромагнит. Неточность стыковки бортовых электродов с соответствующими электродами стационарного терминала корректируется с помощью подпружинивания электродов и электромагнита, подтягивающего соответствующие электроды друг к другу и обеспечивающего качество контактирования.To ensure accurate contact of the on-board electrodes of airborne or ground-based mobile robots with the corresponding electrodes of charging stations, there are many different technical solutions. For example, there is a known system for recharging a battery of a mobile object [United States Patent No. 5892350, Yoshikawa, April 6, 1999, IPC H02J 7/00], consisting of on-board electrodes connected to respective poles of the on-board battery, positioning and guidance subsystem, stationary terminal, including a pair of spring-loaded contacts and an electromagnet. The inaccuracy of joining the on-board electrodes to the corresponding electrodes of the stationary terminal is corrected by springing the electrodes and the electromagnet, pulling the respective electrodes to each other and ensuring the quality of contacting.

Недостатком такого устройства является необходимость точной стыковки соответствующих контактов мобильного устройства и зарядного терминала (”плюс” должен попасть на ”плюс”, а ”минус” на ”минус”).The disadvantage of such a device is the need for accurate matching of the corresponding contacts of the mobile device and the charging terminal (“plus” should go to “plus”, and “minus” to “minus”).

Существуют технические решения, которые снижают требования к точности наведения воздушного мобильного объекта на наземную посадочную платформу. Например, в посадочной платформе [Kemper P., Suzuki K., Morrison J. UAV Consumable Replenishment: Design Concepts for Automated Service Stations // Journal of Intelligent and Robotic Systems 01/2011. - V.61. - P.369-397. - P.11, fig.5. Доступно на сайте: http://www.researchegate.net/publication/220062239_UAV_Consumable_Replenishment_Design_Concepts_for_Automated_Service_Stations] электроды посадочной платформы выполнены в виде концентрических колец, расположенных на разных уровнях: внутреннее кольцо расположено ниже внешнего, причем на летательном аппарате (в форме классического вертолета с хвостовым винтом) соответствующие электроды также расположены на разных уровнях: нижние электроды связаны с шасси, а верхний электрод расположен на конце балки хвостового винта. Такая схема расположения электродов позволяет несколько снизить требования к точности посадки и совершенно исключить какие-либо требования к курсовому углу аппарата. Однако ошибка наведения аппарата на платформу не должна превышать размеров самой платформы. Кроме того, на такую платформу может приземляться только один аппарат.There are technical solutions that reduce the accuracy requirements for pointing an airborne mobile object to a ground landing platform. For example, in the landing platform [Kemper P., Suzuki K., Morrison J. UAV Consumable Replenishment: Design Concepts for Automated Service Stations // Journal of Intelligent and Robotic Systems 01/2011. - V.61. - P.369-397. - P.11, fig. 5. Available on the website: http://www.researchegate.net/publication/220062239_UAV_Consumable_Replenishment_Design_Concepts_for_Automated_Service_Stations] the landing platform electrodes are made in the form of concentric rings located at different levels: the inner ring is located below the outer one, and on the flight helicopter in form ) the corresponding electrodes are also located at different levels: the lower electrodes are connected to the chassis, and the upper electrode is located at the end of the tail rotor beam. This arrangement of the electrodes allows you to slightly reduce the requirements for precision landing and completely eliminate any requirements for the heading angle of the apparatus. However, the error of pointing the device to the platform should not exceed the size of the platform itself. In addition, only one device can land on such a platform.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому, является система подзарядки воздушного робота [Dale D. Automated ground maintenance and health management for autonomous unmanned aerial vehicles // Thesis (M. Eng.) - Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering, and Computer Science, 2007 - P.43-49, 32-36. - Доступно на сайте: http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/41541], включающая в себя наземную посадочную платформу с системой контактных площадок, наземный источник питания, зарядный контроллер, бортовые посадочные электроды, бортовой аккумулятор и энергопотребляющую часть бортсети. В этой системе количество бортовых посадочных электродов равно количеству контактных площадок наземной посадочной платформы, причем при посадке они должны соответствовать друг другу. Зарядный контроллер расположен на земле и подключен между наземным источником питания и наземной посадочной платформой. Зарядный контроллер передает на контактные площадки наземной посадочной платформы положительную и отрицательную полярности наземного источника питания и выполняет автоматическую регулировку зарядного тока по заложенной в нем программе. Кроме того, в данной системе зарядный контроллер выполняет дополнительные функции, такие как отключение энергопотребляющей части бортсети от бортового аккумулятора на время подзарядки. Для выполнения таких функций и передачи соответствующих управляющих сигналов на борт предусмотрены соответствующие бортовые посадочные электроды и контактные площадки в наземной посадочной платформе.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is the air robot recharging system [Dale D. Automated ground maintenance and health management for autonomous unmanned aerial vehicles // Thesis (M. Eng.) - Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering, and Computer Science, 2007 - P.43-49, 32-36. - Available on the website: http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/41541], which includes a ground landing platform with a system of contact pads, a ground power source, a charging controller, on-board landing electrodes, an on-board battery, and an energy-consuming part of the onboard power supply . In this system, the number of on-board landing electrodes is equal to the number of contact pads of the ground landing platform, and during landing they must correspond to each other. The charging controller is located on the ground and is connected between the ground power source and the ground landing platform. The charging controller transmits the positive and negative polarity of the ground power source to the pads of the ground landing platform and performs automatic adjustment of the charging current according to the program laid down in it. In addition, in this system, the charging controller performs additional functions, such as disconnecting the energy-consuming part of the onboard battery from the on-board battery while it is being charged. To perform such functions and transmit the corresponding control signals to the board, corresponding on-board landing electrodes and contact pads in the ground landing platform are provided.

Для обеспечения надежности контактирования бортовых посадочных электродов с контактными площадками наземной посадочной платформы при неточной посадке воздушного робота на наземную посадочную платформу служат наклонные бортики по краям наземной посадочной платформы: при погрешности посадки до нескольких сантиметров воздушный робот скатывается по ним вниз точно на контактные площадки. Для обеспечения надежности контактирования служит также ”подпружинивание” контактных площадок с помощью мягкого пористого материала, уложенного под ними.To ensure the reliability of contacting the on-board landing electrodes with the contact pads of the ground landing platform when the air robot is inaccurately landing on the ground landing platform, the inclined sides along the edges of the ground landing platform are used: when the landing error is up to several centimeters, the air robot rolls down them exactly onto the contact pads. To ensure the reliability of contacting, the “springing” of the contact pads with the help of soft porous material laid under them also serves.

Однако надежность контактирования в описанной системе возможна только при достаточно точной посадке воздушного робота. Требуется точное соответствие бортовых посадочных электродов и контактных площадок в наземной посадочной платформе, т.е при посадке должен точно выдерживаться курсовой угол. Кроме того, достаточно сложная наземная посадочная платформа предназначена для посадки и зарядки только одного воздушного робота.However, the reliability of contacting in the described system is possible only with a sufficiently accurate landing of the air robot. The exact correspondence of the on-board landing electrodes and contact pads in the ground landing platform is required, i.e., the course angle must be precisely maintained during landing. In addition, a fairly sophisticated ground landing platform is designed to land and charge only one air robot.

Задача данной полезной модели - обеспечение правильного подключения бортовых посадочных электродов воздушного робота к наземному источнику питания в условиях больших погрешностей посадки, а также обеспечение возможности одновременного обслуживания нескольких воздушных роботов на одной наземной посадочной платформе за счет расположения зарядного контроллера со схемой коммутации на борту воздушного робота и особой конструкции контактных площадок наземной посадочной платформы.The objective of this utility model is to ensure the correct connection of the onboard landing electrodes of the air robot to the ground power source in the conditions of large landing errors, as well as to provide the possibility of simultaneous servicing of several air robots on the same ground landing platform due to the location of the charging controller with the switching circuit on board the air robot the special design of the contact pads of the ground landing platform.

Технический результат - осуществление подзарядки аккумулятора воздушного робота без необходимости его точного позиционирования на наземной посадочной платформе, а также возможность осуществлять посадку и подзарядку на одной наземной посадочной платформе сразу нескольких воздушных роботов.EFFECT: recharging the battery of an air robot without the need for its accurate positioning on a ground landing platform, as well as the ability to land and recharge several air robots on one ground landing platform at once.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в системе подзарядки бортового аккумулятора воздушного робота, включающей в себя наземную посадочную платформу с системой контактных площадок, наземный источник питания, зарядный контроллер, бортовые посадочные электроды, бортовой аккумулятор и энергопотребляющую часть бортсети, в отличие от прототипа, контактные площадки наземной посадочной платформы выполнены в виде плоских параллельных электродов шириной а, разделенных узкими диэлектрическими прокладками шириной 6, выступающими вверх над поверхностью электродов на 2-5 мм, половина электродов подключена к ”плюсу” наземного источника питания, а другая половина - к ”минусу”, причем их полярности чередуются, бортовые посадочные электроды, в количестве 4 штук, изолированные друг от друга, расположены на концах стоек воздушного робота таким образом, что их точки касания с посадочной платформой лежат в углах квадрата со стороной a+δ, каждый из бортовых посадочных электродов подключен к соответствующему входу схемы коммутации, на каждом из 4-х входов схемы коммутации включены параллельно друг другу две аналогичные ветви, каждая из которых состоит из последовательно включенных диода и чувствительного элемента реле, причем диоды в ветвях включены разнонаправленно, а неподключенные ко входу схемы коммутации концы ветвей соединены с нейтральным проводом бортсети, каждый вход схемы коммутации подключен к плюсовому входу зарядного контроллера через нормально-разомкнутую пару контактов, управляемую от ветви с диодом, обращенным ко входу своим анодом, а также каждый вход схемы коммутации подключен к минусовому входу зарядного контроллера через нормально-разомкнутую пару контактов, управляемую от ветви с диодом, обращенным ко входу своим катодом, плюсовой и минусовой выходы зарядного контроллера подключены к соответствующим клеммам бортового аккумулятора и энергопотребляющей части бортсети.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the recharging system of the on-board battery of an air robot, which includes a ground landing platform with a system of contact pads, a ground power supply, a charging controller, on-board landing electrodes, an on-board battery and an energy-consuming part of the on-board network, in contrast from the prototype, the contact pads of the ground landing platform are made in the form of flat parallel electrodes of width a, separated by narrow dielectric spacers and a width of 6, protruding 2-5 mm above the surface of the electrodes, half of the electrodes are connected to the "plus" of the ground power source, and the other half to the "minus", and their polarities alternate, on-board landing electrodes, in the amount of 4 pieces, isolated from each other, are located at the ends of the racks of the air robot so that their touch points with the landing platform lie in the corners of the square with side a + δ, each of the onboard landing electrodes is connected to the corresponding input of the switching circuit, at each of the 4 inputs Two similar branches are connected in parallel to each other, each of which consists of a diode and a sensitive relay element, connected in series, the diodes in the branches are connected in different directions, and the ends of the branches not connected to the input of the switching circuit are connected to the neutral wire of the board network, each input of the switching circuit is connected to the positive input of the charging controller through a normally open pair of contacts, controlled from the branch with a diode facing the input with its anode, as well as each input of the switching circuit The unit is connected to the negative input of the charging controller through a normally open pair of contacts, controlled from the branch with a diode facing the input of its cathode, the positive and negative outputs of the charging controller are connected to the corresponding terminals of the on-board battery and the energy-consuming part of the onboard power supply.

Существо полезной модели поясняется чертежами (фиг.1 - фиг.3).The essence of the utility model is illustrated by drawings (figure 1 - figure 3).

На фиг.1 показана общая структура системы.Figure 1 shows the overall structure of the system.

На фиг.2 схематично показан поперечный разрез наземной посадочной платформы с приземленным на ней воздушным роботом.Figure 2 schematically shows a cross-section of a ground landing platform with an air robot landed on it.

На фиг.3 показан вид сверху наземной посадочной платформы с различными вариантами посадки воздушного робота и соответствующим этим вариантам расположениям бортовых посадочных электродов.Figure 3 shows a top view of a ground landing platform with various landing options for an air robot and the corresponding locations of onboard landing electrodes.

Наземная часть системы включает в себя наземную посадочную платформу 1, на поверхности которой расположены чередующиеся по полярности плоские параллельные электроды 2, половина из которых подключена к ”плюсу” наземного источника питания 3, а другая половина - к ”минусу” (фиг.1).The ground part of the system includes a ground landing platform 1, on the surface of which flat parallel electrodes 2 alternating in polarity are located, half of which is connected to the “plus” of the ground power source 3, and the other half to the “minus” (figure 1).

На воздушном роботе 4 находятся следующие элементы системы: 4 бортовых посадочных электрода 5, зарядный контроллер 6, плюсовой и минусовой выходы которого подключены к соответствующим клеммам бортового аккумулятора 7 и энергопотребляющей части бортсети 8, а также схема коммутации 9. Схема коммутации 9 состоит из 4 одинаковых коммутирующих узлов, которым соответствуют 4 входа схемы коммутации, связанные с соответствующими бортовыми посадочными электродами 5. На каждом из 4-х входов схемы коммутации 9 включены параллельно друг другу две аналогичные ветви, одна из которых состоит из диода 10 и чувствительного элемента реле 11, а другая - из диода 12 и чувствительного элемента реле 13, причем диоды 10 и 12 в ветвях включены разнонаправленно, а неподключенные ко входу схемы коммутации концы ветвей соединены с нейтральным проводом бортсети. Каждый вход схемы коммутации подключен к плюсовому входу зарядного контроллера 6 через нормально-разомкнутую пару контактов 14, управляемую от ветви с диодом 10, обращенным ко входу своим анодом. Аналогично каждый вход схемы коммутации 9 подключен к минусовому входу зарядного контроллера 6 через нормально-разомкнутую пару контактов 15, управляемую от ветви с диодом 12, обращенным ко входу своим катодом. Конструктивно пары элементов 11 и 14, а также 13 и 15 представляют собой реле, в корпусе каждого из которых вместе заключены чувствительный элемент и нормально-разомкнутая пара контактов.The following elements of the system are located on the aerial robot 4: 4 on-board landing electrodes 5, a charging controller 6, the positive and negative outputs of which are connected to the corresponding terminals of the on-board battery 7 and the energy-consuming part of the onboard power supply 8, as well as the switching circuit 9. The switching circuit 9 consists of 4 identical switching nodes, which correspond to 4 inputs of the switching circuit associated with the corresponding on-board landing electrodes 5. At each of the 4 inputs of the switching circuit 9, two analogs are connected in parallel to each other part branches, one of which consists of a diode 10 and a sensitive element of a relay 11, and the other of a diode 12 and a sensitive element of a relay 13, and the diodes 10 and 12 in the branches are connected in different directions, and the ends of the branches not connected to the input of the switching circuit are connected to a neutral wire bortseti. Each input of the switching circuit is connected to the positive input of the charging controller 6 through a normally open pair of contacts 14, controlled from a branch with a diode 10 facing the input with its anode. Similarly, each input of the switching circuit 9 is connected to the negative input of the charging controller 6 through a normally open pair of contacts 15, controlled from the branch with a diode 12, facing the input with its cathode. Structurally, the pairs of elements 11 and 14, as well as 13 and 15, are relays, in the case of each of which a sensitive element and a normally open pair of contacts are enclosed.

Наземная посадочная платформа (фиг.2) выполнена в виде плоских параллельных электродов 2 шириной а, разделенных узкими диэлектрическими прокладками 16 шириной δ, выступающими вверх над поверхностью электродов на 2-5 мм. Бортовые посадочные электроды 5 изолированы друг от друга и расположены на концах соответствующих стоек 17 воздушного робота 4 таким образом, что их точки касания с посадочной платформой лежат в углах квадрата со стороной a+δ.Ground landing platform (figure 2) is made in the form of flat parallel electrodes 2 of width a, separated by narrow dielectric spacers 16 of width δ, protruding 2-5 mm above the surface of the electrodes. The on-board landing electrodes 5 are isolated from each other and are located at the ends of the respective posts 17 of the air robot 4 so that their contact points with the landing platform lie in the corners of the square with side a + δ.

Размеры наземной посадочной платформы намного превосходят размеры воздушного робота, поэтому на ней одновременно могут разместиться несколько воздушных роботов. Например, на фиг.3 показан пример произвольного расположения на наземной посадочной платформе четырех воздушных роботов с посадочными местами 18, 19, 20, 21.The dimensions of the ground landing platform are much larger than the dimensions of an air robot, so it can accommodate several air robots at the same time. For example, figure 3 shows an example of an arbitrary arrangement on the ground landing platform of four air robots with seats 18, 19, 20, 21.

Система работает следующим образом. Воздушный робот 4 приземляется на наземную посадочную платформу 1. Бортовые посадочные электроды 5 случайным образом контактируют с плоскими параллельными электродами 2 наземной посадочной платформы 1. Так как плоские параллельные электроды 2 шириной a разделены узкими диэлектрическими прокладками шириной 3, выступающими вверх на 2-5 мм, а расстояния между любыми двумя соседними бортовыми посадочными электродами 5 выбраны равными α+δ, то:The system operates as follows. An air robot 4 lands on the ground landing platform 1. The onboard landing electrodes 5 randomly contact the flat parallel electrodes 2 of the ground landing platform 1. Since the flat parallel electrodes 2 of width a are separated by narrow dielectric spacers with a width of 3, protruding up to 2-5 mm, and the distances between any two adjacent onboard landing electrodes 5 are selected equal to α + δ, then:

- исключено замыкание бортовым посадочным электродом 5 соседних плоских параллельных электродов 2;- excluded short circuit onboard landing electrode 5 of the adjacent flat parallel electrodes 2;

- при любом варианте посадки исключена ситуация, когда все четыре бортовых посадочных электрода 5 контактируют только с одним плоским электродом 2 наземной посадочной платформы 1.- with any landing option, the situation is excluded when all four onboard landing electrodes 5 are in contact with only one flat electrode 2 of the ground landing platform 1.

Таким образом, при посадке обеспечена разнополярность бортовых посадочных электродов 5, т.е. как минимум один из них будет иметь полярность, отличную от других. Например, посадочные места воздушного робота 4 могут быть такими, что:Thus, when landing, the polarity of the on-board landing electrodes 5 is provided, i.e. at least one of them will have a different polarity. For example, the seats of the air robot 4 may be such that:

- два бортовых посадочных электрода 5 имеют положительную полярность, а два других, оказавшиеся на соседнем плоском электроде 2 - отрицательную (варианты посадки 18 и 19 на фиг.3);- two on-board landing electrodes 5 have a positive polarity, and the other two on a neighboring flat electrode 2 have a negative polarity (landing options 18 and 19 in FIG. 3);

- один бортовой посадочный электрод 5 имеет положительную полярность, а три других, оказавшиеся на соседнем плоском электроде 2 - отрицательную (вариант посадки 20 на фиг.3);- one on-board landing electrode 5 has a positive polarity, and the other three on the adjacent flat electrode 2 have a negative polarity (landing option 20 in FIG. 3);

два бортовых посадочных электрода 5 вследствие контакта с одним плоским электродом 2 имеют положительную полярность, а два других, оказавшиеся по разные стороны от этого плоского электрода -отрицательную (вариант посадки 21 на фиг.3).two on-board landing electrodes 5 due to contact with one flat electrode 2 have a positive polarity, and the other two, located on opposite sides of this flat electrode, are negative (fit option 21 in figure 3).

Если даже предположить маловероятный случай, когда все четыре бортовых посадочных электрода 5 окажутся точно над диэлектрической прокладкой 16 (фиг.2), то практически бортовые посадочные электроды 5 не смогут удержаться на узких диэлектрических прокладках 16 и соскользнут вниз, после чего распределение бортовых посадочных электродов 5 по плоским электродам 2 сведется к одному из вышеперечисленных.Even if we assume the unlikely event that all four onboard landing electrodes 5 are exactly above the dielectric gasket 16 (Fig. 2), then practically onboard landing electrodes 5 will not be able to stay on narrow dielectric gaskets 16 and will slide down, after which the distribution of onboard landing electrodes 5 on flat electrodes 2 is reduced to one of the above.

Контактирование бортовых посадочных электродов 5 с плоскими электродами 2 приводит к открыванию одних и запиранию других диодов 10, 12 в ветвях схемы коммутации 9. Если бортовой посадочный электрод 5 попадает на положительный плоский электрод 2, то открывается диод 10, а диод 12 оказывается в запертом состоянии.Contacting the on-board landing electrodes 5 with the flat electrodes 2 leads to the opening of one and locking of the other diodes 10, 12 in the branches of the switching circuit 9. If the on-board landing electrode 5 hits the positive flat electrode 2, then the diode 10 opens, and the diode 12 is in the locked state .

Для дальнейшего рассмотрения обозначим индексами i, j номера плоских электродов 2 наземной посадочной платформы 1, а индексами n, m - номера входов (каналов) схемы коммутации 9. Тогда после посадки будет образована следующая замкнутая электрическая цепь: “плюс” наземного источника питания 3 → положительный плоский электрод 2 с номером i наземной посадочной платформы 1 → бортовой посадочный электрод 5 с номером n → открытый диод 10 канала n → чувствительный элемент реле 11 канала n → нулевой провод бортсети → чувствительный элемент реле 13 канала m → открытый диод 12 канала m → бортовой посадочный электрод 5 с номером m → отрицательный плоский электрод 2 с номером j наземной посадочной платформы 1 → ”минус” наземного источника питания 3.For further consideration, we denote by indices i, j the numbers of the flat electrodes 2 of the ground landing platform 1, and by the indices n and m, the numbers of the inputs (channels) of the switching circuit 9. Then, after landing, the following closed electrical circuit will be formed: “plus” of the ground power supply 3 → positive flat electrode 2 with number i of the ground landing platform 1 → on-board landing electrode 5 with number n → open diode 10 of the channel n → sensor element of the relay 11 of the channel n → neutral wire of the aircraft network → sensor element of the relay of 13 channel m → open diode 12 of the channel m → on-board landing electrode 5 with number m → negative flat electrode 2 with number j on the ground landing platform 1 → minus the ground power source 3.

В зависимости от варианта посадочного места воздушного робота 4 (см. фиг.3) возможны 2 комбинации количества разнополярных бортовых посадочных электродов: ”2+2” и ”1+3”. В соответствии с этим образуются параллельные соединения однонаправленных ветвей типа 10, 11 и 12, 13. Но эти два параллельных соединения однонаправленных ветвей друг с другом соединены последовательно. Это значит, что, согласно закону Ома, напряжение наземного источника питания 3 на соединениях ветвей 10, 11 и 12, 13 распределится в процентном отношении как 50%+50%, либо как 25%+75%. Значит, параметры чувствительных элементов реле 11 и 13 должны выбираться так, чтобы для их срабатывания хватило четверти напряжения наземного источника питания 3.Depending on the variant of the seat of the air robot 4 (see FIG. 3), 2 combinations of the number of bipolar airborne landing electrodes are possible: “2 + 2” and “1 + 3”. In accordance with this, parallel connections of unidirectional branches of types 10, 11 and 12, 13 are formed. But these two parallel connections of unidirectional branches to each other are connected in series. This means that, according to Ohm's law, the voltage of the ground power source 3 at the connections of branches 10, 11 and 12, 13 will be distributed as a percentage as 50% + 50%, or as 25% + 75%. This means that the parameters of the sensitive elements of relays 11 and 13 must be selected so that a quarter of the voltage of the ground power source 3 is enough for their operation.

Чувствительные элементы реле 11 и 13, через которые протекают токи благодаря открытым диодам 10 или 12, вызывают замыкание соответствующих нормально-разомкнутых контактов 14 или 15. Важно при этом то, что посредством их происходит подключение бортовых посадочных электродов 5 ко входам зарядного контроллера 6 в правильной полярности: бортовые посадочные электроды, оказавшиеся на положительных плоских электродах 2 наземной посадочной платформы 1, подключаются к ”плюсовому” входу зарядного контроллера 6, а оказавшиеся на отрицательных - к ”минусовому” входу.The sensitive elements of relays 11 and 13, through which currents flow due to open diodes 10 or 12, cause the closure of the corresponding normally open contacts 14 or 15. It is important that they connect the on-board landing electrodes 5 to the inputs of the charging controller 6 in the correct polarity: the on-board landing electrodes that are on the positive flat electrodes 2 of the ground landing platform 1 are connected to the “plus” input of the charging controller 6, and those on the negative ones are connected to the “mine” ovomu "input.

Таким образом, наземный источник питания 3 оказывается правильным образом подключенным к зарядному контроллеру 6, который выполняет функцию регулирования тока зарядки бортового аккумулятора 7 в соответствии с заложенным в его памяти алгоритмом.Thus, the ground power source 3 is properly connected to the charging controller 6, which performs the function of regulating the charging current of the on-board battery 7 in accordance with the algorithm stored in its memory.

На время процесса зарядки энергопотребляющая часть бортсети 8 не отключается полностью от бортового аккумулятора 7, а зарядный контроллер 6 не выполняет функцию отключения энергопотребляющей части бортсети 8 от бортового аккумулятора 7, как это реализовано в прототипе. Но энергопотребляющая часть бортсети 8 (в которую входит, кроме всего прочего, радиоприемник внешних команд и управляющий контроллер) имеет режим микропотребления (”спящий” режим), который может быть включен на время зарядки. По окончании зарядки с помощью внешней команды энергопотребляющая часть бортсети 8 выводится из ”спящего” режима, воздушный робот 4 получает команду на взлет и покидает наземную посадочную платформу 1.During the charging process, the energy-consuming part of the on-board network 8 is not completely disconnected from the on-board battery 7, and the charging controller 6 does not perform the function of disconnecting the energy-consuming part of the on-board network 8 from the on-board battery 7, as is implemented in the prototype. But the energy-consuming part of the flight network 8 (which includes, among other things, a radio receiver of external commands and a control controller) has a micro-consumption mode (“sleep” mode), which can be turned on for charging. At the end of charging using an external command, the energy-consuming part of the flight network 8 is taken out of the “sleep” mode, the air robot 4 receives a take-off command and leaves the ground landing platform 1.

Итак, заявляемая полезная модель позволяет осуществлять подзарядку аккумулятора воздушного робота без необходимости его точного позиционирования на наземной посадочной платформе, а также обеспечивает возможность одновременного обслуживания нескольких воздушных роботов на одной наземной посадочной платформе за счет расположения зарядного контроллера со схемой коммутации на борту воздушного робота и особой конструкции наземной посадочной платформы.So, the claimed utility model allows recharging the battery of an air robot without the need for its accurate positioning on the ground landing platform, and also provides the ability to simultaneously service multiple air robots on the same ground landing platform due to the location of the charging controller with a switching circuit on board the air robot and a special design ground landing platform.

Предлагаемая система вполне реализуема, так как в ней использованы известные и апробированные компоненты.The proposed system is quite feasible, since it uses well-known and approved components.

Плоские параллельные электроды 2 наземной посадочной платформы 1 могут быть выполнены из листовой меди с дополнительным металлическим антикоррозионным покрытием. Узкие диэлектрические прокладки 15 могут быть выполнены из фторопласта, который обладает хорошими диэлектрическими и антифрикционными свойствами.Flat parallel electrodes 2 of the ground landing platform 1 can be made of sheet copper with an additional metal anti-corrosion coating. Narrow dielectric pads 15 can be made of fluoroplastic, which has good dielectric and antifriction properties.

В схеме коммутации 8 диоды 9 и 11 - любые выпрямительные кремниевые диоды, например, КД226. В качестве реле 10, 13 (12, 14) могут быть применены подходящие электромагнитные или твердотельные реле. При их выборе надо учитывать, что напряжение срабатывания реле не должно превышать четверти напряжения наземного источника питания 3.In switching circuit 8, diodes 9 and 11 are any silicon rectifier diodes, for example, KD226. As relays 10, 13 (12, 14), suitable electromagnetic or solid state relays can be used. When choosing them, it must be borne in mind that the voltage of the relay must not exceed a quarter of the voltage of the ground power source 3.

Зарядный контроллер 6 может быть реализован на микросхеме микроконтроллера, функцией которой является задание тока зарядки по алгоритму, зависящего от типа аккумулятора. Например, для заряда литий-полимерных аккумуляторов могут быть применены микросхемы контроллеров заряда SC806 или LTC4054.The charging controller 6 can be implemented on a microcontroller chip, the function of which is to set the charging current according to an algorithm that depends on the type of battery. For example, SC806 or LTC4054 charge controller ICs can be used to charge lithium polymer batteries.

Данная полезная модель может быть применена для обслуживания не только воздушных роботов, но и наземных электрических мобильных объектов, нуждающихся в периодической подзарядке, точное позиционирование которых на зарядной станции по каким-либо причинам затруднено: например, для мобильных шагающих роботов.This utility model can be used to serve not only aerial robots, but also ground-based electric mobile objects that need periodic recharging, the exact positioning of which at the charging station is difficult for some reason: for example, for mobile walking robots.

Claims

The system of recharging the onboard battery of an air robot, including a ground landing platform with a system of contact pads, a ground power source, a charging controller, onboard landing electrodes, an onboard battery and an energy-consuming part of the aircraft network, characterized in that the contact pads of the ground landing platform are made in the form of plane parallel electrodes of width a, separated by narrow dielectric spacers of width d protruding 2-5 mm above the surface of the electrodes, half e of the electrodes is connected to the "plus" of the ground power source, and the other half to the "minus", and their polarities alternate, on-board landing electrodes in the amount of 4 pieces, isolated from each other, are located at the ends of the racks of the air robot so that their touch points with the landing platform lie in the corners of the square with side a + d, each of the onboard landing electrodes is connected to the corresponding input of the switching circuit, at each of the 4 inputs of the switching circuit two similar branches are connected in parallel to each other, each of which consists of a diode and a sensitive relay element connected in series, moreover, the diodes in the branches are connected in different directions, and the ends of the branches not connected to the input of the switching circuit are connected to the neutral wire of the flight network, each input of the switching circuit is connected to the positive input of the charging controller via a normally open pair of contacts, controlled from the branch with a diode facing the input with its anode, as well as each input of the switching circuit is connected to the negative input of the charging controller through a normally open a pair of contacts, controlled from the branch with a diode facing the input of its cathode, the plus and minus outputs of the charging controller are connected to the corresponding terminals of the on-board battery and the energy-consuming part of the on-board network.