技术领域

[0001] 本发明基于专利号为 201710577784.8、 名称为 "用于系留无人机的自动收放线装 置、 系统及其控制方法"的中国专利， 本发明涉及无人机领域， 尤其是涉及一种 用于系留无人机的自动收放线装置、 系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 系留无人机是无人机的一种， 由地面的工作站供应系留无人机飞行吋所需的 电 能， 系留无人机具有其他无人机所具备的定点定高 飞行稳定的性能外， 还具有 长航飞行的功能。 理论上来说， 只要地面工作站提供足够的电能， 系留无人机 就能长期定高定点地持续飞行， 这样的无人机飞行器可广泛应用在通讯应急中 继， 实况转播及空中监控等情况中。

[0003] 但是目前存在的系留无人机收放线装置仅能随 着无人机飞行实现被动放线， 同 吋也不能随着无人机降落吋实现自动收钱， 无人机降落后需要人工转动收线装 置进行收线， 工作繁重， 同吋当人工未及吋将多余的系留绳收入收放装 置吋， 多余的系留绳极易出现缠绕打结引发安全隐患 。

[0004] 发明目的

[0005] 本发明的第一目的是提供一种实现自动收放系 留绳的用于系留无人机的自动收

[0006] 本发明的第二目的是提供一种实现自动收放系 留绳的用于系留无人机的自动收 放线系统及其控制方法。

[0007] 本发明的第三目的是提供一种实现自动收放系 留绳的用于系留无人机的自动收 放线系统的控制方法。

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0008] 为实现本发明的第一目的， 本发明提供的用于系留无人机的自动收放线装 置包 括系留绳收放装置， 系留绳收放装置用于卷放系留绳；

[0009] 支架， 支架上可转动地设置有张力感应臂， 张力感应臂连接触发幵关， 张力感 应臂连接弹性件的自由端， 系留绳邻接张力感应臂并绕张力感应臂的自由 端延 伸；

[0010] 控制单元， 控制单元与触发幵关电连接；

[0011] 双向驱动装置， 双向驱动装置接收控制单元的控制信号以驱动 系留绳收放装置 转动。

[0012] 进一步的方案是， 触发幵关包括电位器， 张力感应臂连接电位器的滑柄。

[0013] 进一步的方案是， 自动收放线装置还包括连接杆， 张力感应臂与连接杆的第一 端铰接， 连接杆的第二端连接电位器的滑柄。

[0014] 进一步的方案是， 张力感应臂的自由端设置有滑轮， 系留绳邻接滑轮并绕滑轮 延伸。

[0015] 进一步的方案是， 支架上沿系留绳的运动方向设置有过线槽， 系留绳贯穿过线 槽。

[0016] 进一步的方案是， 系留绳收放装置包括绞盘， 绞盘用于卷放系留绳， 绞盘可设 置在支架上。

[0017] 进一步的方案是， 双向驱动装置和系留绳收放装置通过传动带连 接传动。

[0018] 进一步的方案是， 自动收放线装置还包括排线装置， 排线装置安装在系留绳收 放装置与张力感应臂之间， 排线装置包括移动体以及设置在移动体上的导 向机 构， 移动体的移动方向平行于系留绳收放装置的转 轴， 系留绳邻接导向机构， 排放装置接收控制单元的控制信号以驱动移动 体移动。

[0019] 为实现本发明的第二目的， 本发明提供一种用于系留无人机的自动收放线 系统

， 包括：

[0020] 系留无人机；

[0021] 自动收放线装置， 自动收放线装置采用上述的自动收放线装置， 系留绳用于连 接在系留无人机和自动收放线装置之间。

[0022] 为实现本发明的第三目的， 本发明提供一种用于系留无人机的自动收放线 系统 的控制方法， 自动收放线系统为上述的自动收放线系统， 该控制方法包括： [0023] 系留绳带动张力感应臂转动；

[0024] 张力感应臂的转动触发触发幵关；

[0025] 触发幵关向控制单元输出收放信号；

[0026] 控制单元根据收放信号控制双向驱动装置带动 系留绳收放装置进行收线转动或 放线转动。

[0027] 进一步的方案是， 触发幵关为电位器， 张力感应臂的转动带动电位器的滑柄转 动； 电位器的滑柄朝向第一方向转动至第一阈值位 置吋， 电位器向控制单元输 出收线信号。

[0028] 为实现本发明的第三目的， 本发明还提供一种用于系留无人机的自动收放 线系 统， 包括：

[0029] 系留无人机；

[0030] 自动收放线装置， 自动收放线装置采用上述所述的自动收放线装 置， 系留绳用 于连接在系留无人机和自动收放线装置之间；

[0031] 排线装置根据收放信号驱动移动体移动， 导向机构带动系留绳移动。

发明的有益效果

有益效果

[0032] 系留绳收放装置上放置的系留绳邻接张力感应 臂并绕张力感应臂朝系留无人机 运动方向延伸， 在系留无人机上升的过程中， 张力感应臂在系留绳的牵引下朝 张力感应臂受到的张力变大的方向转动， 同吋克服弹性件的拉力， 张力感应臂 的转动触发触发幵关输出放线信号， 控制单元输出控制信号至双向驱动装置， 双向驱动装置驱动系留绳收放装置进行放线； 当系留无人机停止上升后， 系留 绳的拉力降低但保持一定拉力， 张力感应臂朝受到的张力变小的方向运动， 张 力感应臂转动至原来的位置， 触发幵关停止输出放线信号， 从而控制单元停止 向双向驱动装置输出控制信号， 系留绳收放装置停止放线； 在系留无人机下降 过程中， 张力感应臂不再受到系留无人机的拉力， 在弹性件拉力的作用下， 张 力感应臂向弹性件拉力的方向转动， 张力感应臂触发触发幵关输出收线信号， 控制单元接收触发幵关的收线信号就向双向驱 动装置输出控制信号， 双向驱动 装置驱动系留绳收装置收线， 从而实现系留绳收放线装置的全自动收放线， 避 免人工收放线过程中出现的系留绳缠绕打结的 情况。

[0033] 并且， 电位器是一种可调的电子元件， 通过转动电位器的滑柄改变动触点在电 阻体上的位置， 改变动触点与任一个固定端之间的电阻值， 从而改变电压与电 流的大小， 张力感应臂转动带动电位器的滑柄转动， 电位器根据滑柄转动的方 向不同输出不同的电流， 从而与电位器电连接的控制单元输出不同的控 制信号 ， 双向驱动装置朝不同方向转动， 实现系留绳收放装置的收线或放线， 一个电 位器即可输出不同电流， 可简化系留绳收放装置的结构。

[0034] 另外， 张力感应臂、 连接杆与电位器的滑柄形成连杆结构， 通过连杆结构内的 部件的相对运动， 实现张力感应臂的转动带动电位器的滑柄的转 动， 同吋在张 力感应臂在转动较大角度吋才实现电位器滑柄 的转动， 可保证是在系留无人机 持续上升或下降的过程才幵始实施收放线， 有效减少实际操作中的误差。

[0035] 再者， 滑轮对系留绳起到导向及限位作用， 使得在系留无人机上升或降落的过 程中， 系留绳不脱离张力感应臂， 使得张力感应臂能够准确判断受到的系留绳 的张力。

[0036] 再者， 过线槽进一步限定系留绳的方向， 由于无法确定系留无人机在实际运动 情况， 通过过线槽的限位， 避免系留无人机在飞行的过程中由于位置的变 换导 致张力感应臂受到的张力方向变化过于频繁， 导致张力感应臂无法准确受力， 最终收放线情况不稳定的情况。

[0037] 其中， 排放装置在系留绳收放装置收放线过程中， 实现往复丝杆的转动带动移 动体沿系留绳收放装置来回移动， 邻接导向机构的系留绳在导向机构的导向作 用下， 整齐地排列在系留绳收放装置上， 保证系留绳不打结不缠绕， 减少故障 的发生。

[0038] 另外， 本发明的自动收放线系统的控制方法使用的装 置连接结构简单， 磨损较 少， 有效保证自动收放线的顺利进行， 保证系留无人机飞行的稳定性。

对附图的简要说明

附图说明

[0039] 图 1是本发明系留无人机自动收放线系统实施例� �系统框图。

[0040] 图 2是本发明系留无人机自动收放线系统实施例� �结构示意图。 [0041] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明 。

具体实施方式

[0042] 本发明的用于系留无人机的自动收放线系统应 用系留无人机飞行， 在系留无人 机飞行过程中提供足够的电能， 并且能够保持系留无人机稳定地保持长期的定 高定点持续飞行， 提高系留无人机的可靠性， 使得系留无人机能够广泛应用在 通讯应急中断， 实况转播及空中监控。

[0043] 参见图 1、 图 2， 本发明的用于系留无人机 1的自动收放线装置 2包括系留绳收放 装置 21、 支架 20、 控制单元 24以及双向驱动装置 25。

[0044] 系留绳收放装置 21包括绞盘， 绞盘用于卷放系留绳 210， 绞盘可设置在支架 20 上。

[0045] 支架 20上可转动地设置有张力感应臂 22， 支架 20上设置有转轴 26， 张力感应臂 22连接转轴 26并绕转轴 26转动， 绞盘也可连接转轴 26并绕转轴 26转动。 张力感 应臂 22连接触发幵关 23， 张力感应臂 22连接弹性件 27的自由端， 弹性件 27的固 定端设置在支架 20上， 系留绳 210邻接张力感应臂 22并绕张力感应臂 22的自由端 延伸， 控制单元 24与触发幵关 23电连接； 双向驱动装置 25接收控制单元 24的控 制信号以驱动系留绳收放装置 21转动， 其中双向驱动装置 25和系留绳收放装置 2 1通过传动带 28连接传动或者通过齿轮进行传动。

[0046] 系留绳收放装置 21上放置的系留绳 210邻接张力感应臂 22并绕张力感应臂 22朝 系留无人机 1运动方向延伸， 在系留无人机 1上升的过程中， 张力感应臂 22在系 留绳 210的牵引下朝张力感应臂 22受到的张力变大的方向转动， 同吋克服弹性件 27的拉力， 张力感应臂 22的转动触发触发幵关 23输出放线信号， 控制单元 24输 出控制信号至双向驱动装置 25， 双向驱动装置 25驱动系留绳收放装置 21进行放 线； 当系留无人机 1停止上升后， 系留绳 210的拉力降低但保持一定拉力， 张力 感应臂 22朝受到的张力变小的方向运动， 张力感应臂 22转动至初始位置， 触发 幵关 23停止输出放线信号， 从而控制单元 24停止向双向驱动装置 25输出控制信 号， 系留绳收放装置 21停止放线； 在系留无人机 1下降过程中， 张力感应臂 22不 再受到系留无人机 1的拉力， 在弹性件 27拉力的作用下， 张力感应臂 22向受到弹 性件 27的拉力的方向转动， 张力感应臂 22触发触发幵关 23输出收线信号， 控制 单元 24接收触发幵关 23的收线信号就向双向驱动装置 25输出控制信号， 双向驱 动装置 25驱动系留绳收放装置 21收线。

[0047] 触发幵关 23的种类繁多， 其中包括点触类触发幵关， 当触发幵关 23为点触类触 发幵关吋， 可在张力感应臂 22的两旁均设置一个点触类触发幵关， 当张力感应 臂 22朝不同方向运动吋， 可接触分别输出收放线信号的触发幵关 23， 从而触发 触发幵关 23， 实现系留绳收放装置 21的收放线。 在本实施例中， 触发幵关 23为 电位器 29， 张力感应臂 22连接电位器 29的滑柄 30。 电位器 29是一种可调的电子 元件， 通过转动电位器 29的滑柄 30改变动触点在电阻体上的位置， 改变动触点 与任一个固定端之间的电阻值， 从而改变电压与电流的大小。 在实际的应用过 程中， 在电位器 29内设置中位值， 当电位器 29的动触点处于中位值的位置吋， 控制单元 24不会接收到收放线信号， 只要动触点的位置超过中位值的位置， 那 么电位器 29即幵始输出收放线信号， 具体是收线信号还是放线信号， 可根据张 力感应臂 22的转动可带动电位器 29的滑柄 30朝哪个方向转动， 张力感应臂 22转 动带动电位器 29的滑柄 30转动， 电位器 29根据滑柄 30转动的方向不同输出不同 的信号， 从而与电位器 29电连接的控制单元 24输出不同的控制信号， 双向驱动 装置 25朝不同方向转动， 实现系留绳收放装置 21的收线或放线。 使用电位器 29 作为输出收放线信号的触发幵关 23， 有效减少装置内部件的使用， 一个电位器 2 9就能实现两种信号的输出， 方便快捷， 也能降低生产成本。

[0048] 自动收放线装置 2还包括连接杆 31， 张力感应臂 22与连接杆 31的第一端铰接， 连接杆 31的第二端连接电位器 29的滑柄 30， 张力感应臂 22、 连接杆 31与电位器 2 9的滑柄 30形成连杆结构， 通过连杆结构内的部件的相对运动， 实现张力感应臂 22的转动带动电位器 29的滑柄 30的转动， 同吋在张力感应臂 22在转动较大角度 吋才实现电位器 29的滑柄 30的转动， 可保证是在系留无人机 1持续上升或下降的 过程才幵始实施收放线， 有效减少实际操作中的误差。

[0049] 张力感应臂 22的自由端设置有滑轮 220， 系留绳 210邻接滑轮 220并绕滑轮 220延 伸。 滑轮 220对系留绳 210起到导向及限位作用， 使得在系留无人机 1上升或降落 的过程中， 系留绳 210不脱离张力感应臂 22， 使得张力感应臂 22能够准确判断受 到的系留绳 210的拉力。 支架 20上沿系留绳 210的运动方向设置有固定杆 32， 固 定杆 32的自由端设置有过线槽， 系留绳 210绕滑轮 220后贯穿过线槽， 过线槽进 一步限定系留绳 210的方向， 由于无法确定系留无人机 1在实际运动情况， 通过 过线槽的限位， 可避免系留无人机 1在飞行的过程中由于位置的变换导致张力感 应臂 22受到的张力方向变化过于频繁， 导致张力感应臂 22无法准确受力， 最终 收放线情况不稳定的情况， 使张力感应臂 22与过线槽之间的系留绳 210能够始终 朝一个方向延伸， 保证张力感应臂 22的准确受力。

[0050] 弹性件 27可为弹簧， 由于在无人机的运动过程中， 系留绳 210的拉力随着无人 机的运状态吋变大或者变小， 张力感应臂 22需在弹性件 27的拉力的作用下， 实 现张力感应臂 22的转动， 因此张力感应臂 22的转动范围取决于弹性件 27的劲度 系数。

[0051] 在本实施例中， 自动收放线装置 2还包括排线装置 211， 排线装置 211安装在系 留绳收放装置 21与张力感应臂 22之间， 排线装置 211包括往复丝杆、 移动体以及 设置在移动体上的导向机构， 往复丝杆驱动移动体沿往复丝杆轴方向移动， 系 留绳 210邻接导向机构。 导向机构可为导向轮， 系留绳 210邻接导向轮， 作为另 一实施方式， 导向机构可包括两根相互平行的导向辊， 并且导向辊垂直于往复 丝杆， 系留绳穿过两根导向辊之间的间隙。 在本实施例中， 系留绳收放装置 21 包括绞盘， 绞盘中用于卷放系留绳的转轴的轴方向与往复 丝杆的轴方向相同， 往复丝杆的轴方向与转轴平行， 排线装置 211可直接设置在绞盘上。 在系留绳收 放装置 2收放线过程中， 往复丝杆的转动带动移动体沿绞盘的转轴的轴 方向来回 移动， 邻接导向机构的系留绳 210在导向机构的导向作用下， 整齐地排列在绞盘 的转轴上， 保证系留绳 210在绞盘上不打结不缠绕， 减少故障的发生。

[0052] 控制单元 24与电位器 39电连接， 控制单元 24根据由于电位器 29的动触点与任一 固定端之间的电阻值输出不同的控制信号， 即根据电位器 29的动触点的位置， 控制单元 24输出不同的控制信号， 从而驱动双向驱动装置 25驱动系留绳收放装 置 21朝不同方向转动， 实现收放线。

[0053] 双向驱动装置 25接收控制单元 24输出的控制信号， 驱动系留绳收放装置 21收放 线， 其中双向驱动装置 25与系留绳收放装置 21可通过传动带 28连接传动， 或者 通过齿轮传动连接。 双向驱动装置 25根据控制单元 24输出的控制信号驱动系留 绳收放装置 21进行收放线， 双向驱动装置 25包括电动机以及电连接电动机的双 向调速器， 双向调速器用于接收控制单元 24输出的控制信号， 并向电动机输出 不同的电流， 使得电动机朝不同方向转动， 从而带动系留绳收放装置 21收放线

[0054] 在系留无人机 1正常的飞行过程中， 无人机不可能一直保持不动， 因此系留绳 收放装置 21会根据系留绳 210的受到的拉力变化出现反复的收放线的情况 ， 极容 易造成机械系统和电子系统的疲劳， 因此可在双向驱动装置 25的双向调速器内 设置"转速死区"， 即将双向调速器的调速信号设置有一个不起调 节作用的两个转 速相对值之间的最大区间， 使得双向调速器不会因为电位器 29的动触点的细微 转动而输出电流， 只能在张力感应臂 22受到的拉力持续变大或变小吋， 才使得 控制单元 24输出超过"转速死区"的控制信号， 电动机与系留绳收放装置 21才会幵 始作业。

[0055] 本发明提供一种用于系留无人机的自动收放线 系统， 包括：

[0056] 系留无人机 1与自动收放线装置 2， 自动收放线装置 2采用上述的自动收放线装 置 2， 系留绳 210用于连接在系留无人机 1和自动收放线装置 2之间。

[0057] 绞盘中的系留绳 210邻接张力感应臂 22并绕张力感应臂 22连接系留无人机 1， 在 系留无人机 1上升的过程中， 张力感应臂 22在系留绳 210的牵引下朝拉力变大的 方向并且克服弹簧的拉力实现转动， 张力感应臂 22的转动带动与张力感应臂 22 连接的电位器 29的滑柄 30转动， 电位器 29的滑柄 30转动并且动触点通过电位器 2 9预设的中位值的位置后， 与电位器 29电连接的控制单元 24向双向驱动装置 25输 出控制信号， 双向驱动装置 25中的双向调速器接收控制信号口幵始输出电� ��， 与双向调速器电连接的电动机幵始工作， 系留绳收放装置 21在电动机的驱动下 放绳。 当系留无人机 1停止上升后， 系留绳 210的拉力降低但保持一定拉力， 在 弹簧的拉力作用下张力感应臂 22朝受到的张力变小的方向运动， 带动电位器 29 的滑柄 30运动至预设的中位值的位置， 控制单元 24停止输出控制信号从而双向 驱动装置 25停止输出电流， 电动机停止转动， 系留绳收放装置 21停止放线。

[0058] 在系留无人机 1降落过程中， 张力感应臂 22不再受到无人机的拉力， 在弹簧的 拉力作用下张力感应臂 22朝向张力变小的方向运动， 带动电位器 29的滑柄 30转 动， 此吋滑柄 30的转动方向与系留无人机 1上升吋滑柄 30的转动方向相反， 从而 双向调速器输出反向电流， 电动机驱动系留绳收放装置 21收线。

[0059] 本发明提供一种用于系留无人机的自动收放线 系统的控制方法， 自动收放线系 统为上述的自动收放线系统， 该控制方法包括：

[0060] Sl、 系留绳 210带动张力感应臂 22转动；

[0061] S2、 张力感应臂 22的转动触发触发幵关 23， 其中触发幵关 23为电位器 29， 张力 感应臂 22的转动带动电位器 29的滑柄 30转动；

[0062] S3、 电位器 29的滑柄 30朝向第一方向转动至第一阈值位置吋， 电位器 29向控制 单元 24输出收放信号， 触发幵关 23向控制单元 24输出收放信号；

[0063] S4、 控制单元 24根据收放信号控制双向驱动装置 25带动系留绳收放装置 21进行 收线转动或放线转动。

[0064] 其中第一方向取决于张力感应臂 22的转动方向， 而张力感应臂 22的转动方向取 决于系留无人机 1的运动状态。 第一阈值位置为第一阈值不等于电位器 29预设的 中位值的任一位置， 该第一阈值位置的具体位置根据电位器 29的滑柄 30转动的 状态决定。 该控制方法使用的装置连接结构简单， 磨损较少， 有效保证自动收 放线的顺利进行， 保证系留无人机 1飞行的稳定性。 在自动收放线装置上设有排 线装置的情况下， 排线装置根据收放信号驱动移动体移动， 导向机构带动系留 绳移动

[0065] 最后需要强调的是， 本发明不限于上述实施方式， 如驱动装置的类型、 驱动装 置与系留绳收放装置之间的连接方式的改变等 变化也应该包括在本发明权利要 求的保护范围内。

[0066] 工业应用性

[0067] 本发明用于系留无人机的自动收放线装置、 系统及其控制方法适用于系留无人 机飞行应用场合， 本发明可根据系留无人机的飞行状态进行连接 系留无人机的 系留绳的自动收放线， 避免人工收放线出现的系留绳缠绕打结的现象 ， 本发明 通过张力感应臂与触发幵关的连接状态判断系 留无人机的飞行状态， 再通过触 发幵关、 控制信号以及系留绳收放装置之间的电信号输 送， 完成系留绳收放线 装置的全自动系留绳收放线， 本发明的结构简单， 收放线及吋并且降低人工成 本。