Технические науки/11. Робототехника

Мухаметзянова А. И.

Уфимский государственный авиационный технический

университет, Россия

Автоматизированная зарядная платформа

для летающих роботов

Мультикоптеры пытались построить ещё в 1920-х годах [1], но дальше прототипов дело не двинулось. И только в 2006 году [2] немецким энтузиастам Holger Buss и Ingo Busker удалось создать мультикоптер. Мультикоптеры – беспилотные летательные аппараты (БПЛА) специального типа с очевидными преимуществами для решения определенных задач. Они относятся к числу летающих роботов и представляют собой радиоуправляемую платформу с 4, 6, 8, 12  бесколлекторными двигателями с пропеллерами [2]. Мультикоптеры в последнее время проникли во многие сферы жизни и тем самым получили широкое распространение.

В основном, в качестве бортового источника питающей энергии для БПЛА данного типа используется аккумуляторная батарея, обеспечивающая непрерывный полет в течение 30-40 минут [2]. Зачастую, этого времени оказывается недостаточно для выполнения поставленных перед мультикоптером задач.

Для обеспечения длительного режима непрерывного мониторинга необходимо создание организованной группы БПЛА в сочетании с использованием наземной платформы с возможностью автоматической подзарядки. Лучше всего наземную зарядную станцию организовывать в виде двухконтактного терминала, так как преимуществами такого варианта являются простота зарядки схемы и минимум потерь энергии. Наиболее эффективным способом передачи энергии от сети к аккумуляторным батареям является использование контактных площадок из токопроводящего материала, в основном из меди, покрытой специальным антикоррозионным проводящим покрытием. Основные преимущества данного способа зарядки аккумуляторной батареи над бесконтактными терминалами – максимальный КПД и наиболее простая схемная реализация.

Известна зарядная платформа, для заряда аккумуляторных батарей мультикоптера, реализованная в виде матрицы контактных площадок. Суть предлагаемого технического решения состоит в том, что к каждой контактной площадке присоединена схема анализаторов-коммутаторов, которые в общей массе образуют матрицу анализаторов-коммутаторов. Информация, в виде положительного или отрицательного остаточного напряжения с аккумулятора, поступает через контактные площадки на анализатор, который усиливает полученный сигнал и посылает его на коммутатор, который присоединяет к своей контактной площадке напряжение от источника питания с соответствующей полярностью, что обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи.

В данном виде исполнения контактной площадки, есть возможность заряжать мультикоптеры на борту которых находятся многосекционные аккумуляторы. При использовании 4-х-штыревой конструкции электродов шасси БПЛА, на каждую из трех банок аккумуляторной батареи подается свое питающее напряжение. При этом один контакт шасси подключается к общему выводу схемы, на три других подается напряжение с каждой банки. Это позволяет убрать с борта БПЛА балансирующее устройство, выравнивающее напряжение на секциях в процессе заряда, вследствие чего уменьшается минимальный вес самого мультикоптера, а значит и возможная полезная нагрузка.

Преимущества зарядной платформы, выполненной в виде матрицы контактных площадок:

¾ Высокая надежность, вследствие того что каждая контактная площадка работает автономно, и выход из строя одной не повлияет на работу других.

¾ Простота реализации, вследствие распространенности и доступности элементной базы.

Недостатки данного наземного зарядного терминала:

¾ Для реализации матрицы анализаторов-коммутаторов необходимо много элементов (реле, операционные усилители) что является экономически невыгодным.

¾ Большое количество контактных площадок.

Предлагается создание упрощенной зарядной станции для подзарядки аккумуляторов электрических беспилотных летательных аппаратов, работающих от аккумуляторов. Данная зарядная платформа состоит из ряда параллельно расположенных пластин из проводящего контактного материала, например меди, обязательно с антикоррозионным проводящим покрытием. Пластины разделены между собой диэлектрическими вставками, выполненными в виде клиньев. Эти вставки выполнены направленными вверх, относительно зарядной платформы, немного выступающими относительно уровня пластин. Такая форма обуславливается необходимостью обеспечения 100%-го контакта БПЛА с площадкой. Таким образом, что при приземлении на разделяющий диэлектрический слой электрод шасси БПЛА скатится на контактную медную площадку, для обеспечения полноценной двухпроводной зарядки.

Вне зависимости от точки приземления БПЛА в пределах зарядной платформы, благодаря подбору определенного соотношения геометрических параметров мультикоптера и посадочной платформы, обеспечивается надежное двухконтактное соединение, необходимое для зарядки аккумулятора.

«Плюс» или «минус» питания подается на борт БПЛА, где при помощи реле и ограничивающих диодов будет подаваться на соответствующий «плюс» или «минус» аккумулятора.

Основным преимуществом данного типа исполнения зарядной платформы является уменьшение количества используемых электронных элементов в 5-10 раз и отпадает необходимость в анализаторах, что значительно упрощает и удешевляет зарядную платформу.

Литература:

1. ФОКУС.UA // Одаренко Сергей «Приручить НЛО. Украинцев захватила мода на беспилотные мультикоптеры». Сайт, URL:

http://focus.ua/society/248388/ Дата последнего посещения: 08.03.2013 г.

2. Мультикоптер // Сайт фирмы Микрокоптер, URL:

http://multicopter.ru/microcopter Дата последнего посещения: 02.03.2013 г.