系留无人机的收放线组件、地面回收装置以及回收方法与流程

本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种系留无人机的收放线组件、地面回收装置以及回收方法。

背景技术：

系留无人机为多旋翼无人机的一种特殊形式，通过系留线缆传输的地面电源作为动力来源，代替传统的锂电池，最主要的特点是长时间的滞空悬停能力，系留无人机通常由地面高压直流稳压系统、放线器、同步绕线轮、系留电缆、空中稳压模块和备用电池组成，高压直流稳压系统和同步绕线轮安装在放线器上，系留电缆与稳压模块和备用电池连接；现有用于系留无人机的收放线装置大多采用人工手动的收放线方式，无人机起飞前需要事先将系留线缆拉出，降落时则需要灯带着陆后再进行手动收集，这样的方式操作复杂，系留线缆长期与地面发生摩擦，容易破损而发生漏电的问题，并且操作效率低，容易影响系留无人机在空中作业的稳定性。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种系留无人机的收放线组件，其通过拉线组件控制线缆相对系留无人机的拉力，保证无人机在飞行过程中始终保持恒定的线缆的拉力，提高系留无人机在空中作业的稳定性，而通过线盘实现收放线，避免线缆与地面发生摩擦而破损。

根据本发明的第一方面实施例的系留无人机的收放线组件，包括：线盘，用于缠绕线缆，连接有第一驱动电机；拉线组件，包括分别压接线缆两侧的主动轮与从动轮，所述主动轮连接有第二驱动电机，所述主动轮能够驱使线缆送线或收线；编码器，与所述主动轮同轴安装，用于检测所述主动轮的正反转圈数；导向组件，沿收放线方向设置在所述拉线组件的后方，包括分设在线缆两侧的导向轮；第一扭矩传感器，所述第一扭矩传感器的一端连接所述线盘，另一端连接所述第一驱动电机，用于检测所述第一驱动电机相对于所述线盘产生的扭矩值；第二扭矩传感器，所述第二扭矩传感器的一端连接主动轮，另一端连接所述第二驱动电机，用于检测所述第二驱动电机相对于所述主动轮产生的扭矩值；控制组件，用于控制所述第一驱动电机以及所述第二驱动电机的启闭，所述编码器、所述第一扭矩传感器以及所述第二扭矩传感器均与所述控制组件电连接。

根据本发明实施例的系留无人机的收放线组件，至少具有如下有益效果：本发明的收放线组件通过第二驱动电机驱使主动轮转动实现供线，保证无人机在作业过程中始终保持恒定的线缆的拉力，避免线缆对系留无人机的拉力过大或过小，从而保证系留无人机在空中作业的稳定性；并且本发明通过第一驱动电机驱使线盘转动以实现收放线，避免线缆与地面接触发生摩擦而损坏线缆。

根据本发明的一些实施例，还包括导向套筒，所述导向套筒设置在所述拉线组件与所述线盘之间，线缆穿过所述导向套筒设置。

根据本发明的一些实施例，所述导向套筒上靠近所述线盘的一端呈喇叭状并且端部朝外翻折。

根据本发明的一些实施例，还包括底座以及设置在所述底座上的安装支架，所述导向套筒的一端设置在所述安装支架并且可相对所述安装支架转动。

根据本发明的一些实施例，所述线盘包括内卷筒和外卷筒，所述内卷筒和所述外卷筒通过卡扣活动连接，所述内卷筒和所述外卷筒之间通过定位销锁定相对位置。

本发明还提出一种具有上述收放线组件的地面回收装置，其还包括顶部敞开的舱体以及可打开或关闭所述舱体的舱盖，所述收放线组件设置在所述舱体内，所述舱体内还设置有升降平台，系留无人机可放置在所述升降平台上，所述舱体的侧壁和/或底部设置有降温组件。

根据本发明的一些实施例，所述降温组件包括可拆卸安装在所述舱体侧壁上的散热风扇，所述舱体上相对所述散热风扇的侧壁开设有散热风孔。

根据本发明的一些实施例，还包括用于固定系留无人机的固定组件，所述固定组件包括设置在所述升降平台上卡槽以及能够压接系留无人机的起落架的卡箍，所述卡箍能够卡接到所述卡槽中。

本发明还提出一种系留无人机的回收方法，包括如下步骤：

通过第二扭矩传感器检测第二驱动电机的扭矩并将检测到的扭矩信号发送至控制组件，控制组件将其转化为对线缆的拉力；

当第二驱动电机对线缆的拉力小于相应下降速度下对应的线缆的拉力，控制组件控制第二驱动电机增大转速，使得第二驱动电机对线缆的拉力等于相应下降速度下对应的线缆的拉力；

当第二驱动电机对线缆的拉力大于相应下降速度下对应的线缆的拉力，控制组件控制第二驱动电机降低转速，使得第二驱动电机对线缆的拉力等于相应下降速度下对应的线缆的拉力；

通过第一扭矩传感器检测第一驱动电机的扭矩并将扭矩信号发送至控制组件；

当检测到的第一驱动电机的扭矩小于一定值时，控制组件控制第一驱动电机增大转速以加快收线速度；

当检测到的第一驱动电机的扭矩大于另一定值时，控制组件控制第一驱动电机降低转速以降低收线速度。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中收放线组件的结构示意图；

图2为本发明实施例中拉线组件的结构示意图；

图3为本发明实施例中线盘的结构示意图；

图4为本发明实施例中地面回收装置关闭舱门状态的结构示意图；

图5为本发明实施例中地面回收装置打开舱门状态的结构示意图。

其中：舱体100、舱盖101、收放线组件200、线盘201、第一驱动电机202、拉线组件203、主动轮2031、从动轮2032、第二驱动电机204、导向组件205、第一扭矩传感器206、编码器207、导向套筒208、底座209、安装支架210、内卷筒2011、外卷筒2012、升降平台300、降温组件400、线缆500。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1与图2所示的系留无人机的收放线组件，其包括底座209以及设置在底座209上的安装支架210，安装支架210上架设有线盘201，线盘201上缠绕有线缆500，该线缆500的一端连接外置的电源系统，另一端连接系留无人机，该线盘201连接有第一驱动电机202，该第一驱动电机202优选的采用能够正反转的伺服电机，第一驱动电机202驱使线盘201正反转以实现收放线，具体的，线盘201的两端分别通过轴承实现与安装支架210转动连接，线盘201上穿设有转动轴，转动轴通过联轴器或者是减速机与第一驱动电机202的输出端连接；线缆500自线盘201连接到系留无人机的路径上依次设置有拉线组件203以及导向组件205，该拉线组件203包括分别压接线缆500两侧的主动轮2031与从动轮2032，主动轮2031连接有第二驱动电机204，第二驱动电机204驱使主动轮2031转动以实现线缆500送线或收线，需要说明的是，拉线组件203是相对系留无人机进行送线和收线，而线盘201则是相对拉线组件203与线盘201之间的线缆500进行收放线；本实施例将收放线操作分成相对系留无人机以及相对线盘201两部分，是为了精确控制线缆500相对系留无人机的拉力，从而保证系留无人机在空中作业的过程中稳定性；该收放线组件200还包括控制组件以及与主动轮2031同轴安装的编码器207，该编码器207用于检测主动轮2031的正反转圈数，并且该编码信号发送至控制组件中，以测得收放线的长度，线盘201与第一驱动电机202之间还设置有第一扭矩传感器206，该第一扭矩传感器206用于检测第一驱动电机202相对于线盘201产生的扭矩值，并且将检测到扭矩值信号发送至控制组件上；主动轮2031与第二驱动电机204之间还设置有第二扭矩传感器，该第二扭矩传感器用于检测第二驱动电机204相对于主动轮2031产生的扭矩值，并且将检测到的扭矩值信号发送至控制组件上。

在放线时，可以通过第二扭矩传感器检测到第二驱动电机204的扭矩，并且通过控制组件转化为对线缆500的拉力，当线缆500的拉力大于系留无人机上升速度对应的线缆500的拉力时，说明第二驱动电机204对系留无人机的上升起到阻碍作用，此时控制组件控制第二驱动电机204提升转速，也就是加快拉线组件203的供线速度，保证系留无人机能够稳定上升；而当线缆500的拉力小于系留无人机上升速度对应的线缆500的拉力时，说明拉力组件供线过快，过长的线缆500的重力作用到系留无人机上从而阻碍系留无人机的上升的速度，并且容易造成线缆500与地面接触而发生摩擦或打结的风险，此时控制组件控制第二驱动电机204降低转速，也就是降低拉线组件203的供线速度，从而保证系留无人机能够稳定上升；而第一扭矩传感器206用于检测第一驱动电机202的扭矩，由于第一驱动电机202驱使线盘201转动以保证线缆500能够满足拉线组件203的供线同时避免线缆500不与地面相接触即可，因此，可以将第一扭矩传感器206所检测到的扭矩与预设阈值相比较相比即可，所检测到的扭矩大于该预设阈值时，说明线盘201与拉线组件203之间的供线不足，进而控制组件控制第一驱动电机202加快供线速度，而第一扭矩传感器206所检测到的扭矩小于预设阈值时，说明线盘201与拉线组件203之间的线缆500过长，进而控制组件控制第一驱动电机202降低供线速度甚至反转进行收线，避免线缆500与地面接触或打结。

在收线时，通过第二扭矩传感器检测第二驱动电机204的扭矩并将检测到的扭矩信号发送至控制组件，控制组件将其转化为对线缆500的拉力；当第二驱动电机204对线缆500的拉力小于相应下降速度下对应的线缆500的拉力，控制组件控制第二驱动电机204增大转速，使得第二驱动电机204对线缆500的拉力等于相应下降速度下对应的线缆500的拉力；当第二驱动电机204对线缆500的拉力大于相应下降速度下对应的线缆500的拉力，控制组件控制第二驱动电机204降低转速，使得第二驱动电机204对线缆500的拉力等于相应下降速度下对应的线缆500的拉力；通过第一扭矩传感器206检测第一驱动电机202的扭矩并将扭矩信号发送至控制组件；当检测到的第一驱动电机202的扭矩小于一定值时，控制组件控制第一驱动电机202增大转速以加快收线速度；当检测到的第一驱动电机202的扭矩大于另一定值时，控制组件控制第一驱动电机202降低转速以降低收线速度。

需要说明的是，在放线和收线过程中，第一驱动电机202以及第二驱动电机204均是转向不同，本实施例为了表述清楚，定义第一驱动电机202与第二驱动电机204正转以实现放线，反转以实现收线。

在一些实施例中，参照图1所示，该收放线组件200还包括导向套筒208，该导向套筒208设置在拉线组件203与线盘201之间，线缆500穿过导向套筒208设置，具体的，该导向套筒208可以是管状，其可以具有一定的弧度，该导向套筒208的孔径大于线缆500线径的一倍，而小于线缆500线径的两倍，其目的在于保证线盘201上的线缆500能准确输送到拉线组件203中，避免线缆500打结或者是卷绕，从而影响拉线组件203的供线稳定性；而在另外一些实施例中，该导向套筒208的一端通过轴承可转动设置在安装支架210上，另一端呈喇叭状并且该端朝外翻折，其目的在于，线盘201呈长套筒状，可转动的导向套筒208能够保证卷绕在线盘201两端的线缆500能够准确地经导向套筒208输送到拉线组件203上，而采用端部朝外翻折的设计则是避免在输送过程中线缆500与导向套筒208的端口发生摩擦而损伤线缆500。

在一些实施例中，参照图3所示，该线盘201包括内卷筒2011和外卷筒2012，该内卷筒2011和外卷筒2012通过卡扣活动连接，内卷筒2011与外卷筒2012之间通过定位销锁定相对位置，具体的，该内卷筒2011以及外卷筒2012的其中一个端面分别设置有挡边，内卷筒2011的另一端可以插接到外卷筒2012上并且通过卡扣活动连接，该卡扣包括凸部以及卡槽，该凸部设置在内卷筒2011的外壁上，该卡槽设置在外卷筒2012的内壁上，在内卷筒2011插接到外卷筒2012中是，凸部沿外卷筒2012的周向卡入卡槽内，再将转动内卷筒2011相对外卷筒2012顺时针转动一定角度后，凸部可以对应卡入卡槽中，从而实现快速拆装线盘201，结构简单，拆卸省时省力；内卷筒2011与外卷筒2012通过定位销锁定相对位置，该定位销可以自内卷筒2011或外卷筒2012的端部插入至对应的外卷筒2012或内卷筒2011中，从而约束内卷筒2011与外卷筒2012的相互旋转，相应的，挡边、凸部以及卡槽的侧壁上开设有能够容定位销插入的销孔。

在一些实施例中，该控制组件可以采用行业内的常规型号与结构，其通常包括能分析处理数据后并发送控制指令的可编程控制器。在本申请的一个实施例中，控制组件可以采用专利cn201910025889.1-系留无人机精确降落控制系统及方法中的控制电路或cn201910020947.1-无人机系留缆智能模糊收放系统中的驱动控制电路模块等，如果采用cn201910020947.1-无人机系留缆智能模糊收放系统中的驱动控制电路模块；则本申请中的第一扭矩传感器206、第二扭矩传感器、第一驱动电机202、第二驱动电机204等均与驱动控制电路模块电连接。实际上，本申请中的控制组件包括微处理器、比较器和存储模块，其中微处理器与第二扭矩传感器、第一驱动电机202、第二驱动电机204以及第一扭矩传感器206电连接，其中，当微处理器将第一扭矩传感器206所检测到的扭矩数据传输给比较器时，比较器将该数据与存储模块内的预设阈值相比较相比，如果所检测到的扭矩大于该预设阈值时，说明线盘201与拉线组件203之间的供线不足，进而微处理器控制第一驱动电机202加快供线速度；如果第一扭矩传感器206所检测到的扭矩小于预设阈值时，说明线盘201与拉线组件203之间的线缆500过长，进而微处理器控制第一驱动电机202降低供线速度甚至反转进行收线，避免线缆500与地面接触或打结。同理，第二扭矩传感器的工作原理亦是如此，本申请在此不详述。实际上，在本申请中控制组件还设置有电源模块和无线通信模块，这些电源模块为微处理器提供电源，而无线通信模块与微处理器电连接，微处理器通过无线通信模块外部的移动端或者控制终端实现无线通讯。

参照图4与图5所示的系留无人机的地面回收装置，其包括顶部敞开的舱体100、设置在舱体100内的升降平台300以及可以打开或关闭舱体100的舱盖101，上述实施例的收放线组件200也设置舱体100内，具体的，该升降平台300设置在该收放线组件200的上方，系留无人机可以放置在该升降平台300上，舱体100的侧壁和/或底部还设置有降温组件400，具体的，该舱盖101可以采用双开式结构，其可以通过齿轮与齿条相啮合的方式，使得伺服电机转动而能够驱使舱盖101沿水平直线移动以关闭或打开舱门，该升降平台300可以采用常规的螺旋升降器的结构，其也可以是升降平台300的底面设置有沿竖向朝上的升降气缸，该升降平台300通过升降气缸驱动从而实现上升和下降，其也可以是在舱体100内沿竖向设置的直线滑台，该升降平台300固定在直线滑台上并且随直线滑台上下移动以实现升降。

在一些实施例中，该降温组件400包括可拆卸安装在舱体100侧壁上的散热风扇，舱体100上相对散热风扇的侧壁山开设有散热风孔，在本实施例中，舱体100的侧壁上开设有与散热风扇相配合的安装孔，并且安装孔的周围设置有扣槽，散热风扇的四周也设置有卡扣，散热风扇通过卡扣与扣槽相配合的方式可拆卸安装在舱体100的侧壁上，而该散热风孔可以是网孔也可以是斜孔。

在一些实施例中，该升降平台300上还设置有用于固定系留无人机的固定组件，该固定组件包括设置在升降平台300上的卡槽以及能够压接系留无人机的起落架的卡箍，该卡箍能卡接到卡槽中，其目的在于，通过卡箍与卡槽相配合压紧起落架，使得在运输过程中系留无人机能够固定在升降平台300上，此时该地面回收装置可以作为收纳系留无人机的收纳箱，方便输送。

本发明还提供了一种系留无人机的回收方法，采用如上所述的地面回收装置，其包括如下步骤：

在收线时，通过第二扭矩传感器检测第二驱动电机204的扭矩并将检测到的扭矩信号发送至控制组件，控制组件将其转化为对线缆500的拉力；当第二驱动电机204对线缆500的拉力小于相应下降速度下对应的线缆500的拉力，控制组件控制第二驱动电机204增大转速，使得第二驱动电机204对线缆500的拉力等于相应下降速度下对应的线缆500的拉力；当第二驱动电机204对线缆500的拉力大于相应下降速度下对应的线缆500的拉力，控制组件控制第二驱动电机204降低转速，使得第二驱动电机204对线缆500的拉力等于相应下降速度下对应的线缆500的拉力；通过第一扭矩传感器206检测第一驱动电机202的扭矩并将扭矩信号发送至控制组件；当检测到的第一驱动电机202的扭矩小于一定值时，控制组件控制第一驱动电机202增大转速以加快收线速度；当检测到的第一驱动电机202的扭矩大于另一定值时，控制组件控制第一驱动电机202降低转速以降低收线速度。

而在收线时，可以通过第二扭矩传感器检测到第二驱动电机204的扭矩，并且通过控制组件转化为对线缆500的拉力，当线缆500的拉力大于系留无人机上升速度对应的线缆500的拉力时，说明第二驱动电机204对系留无人机的上升起到阻碍作用，此时控制组件控制第二驱动电机204提升转速，也就是加快拉线组件203的供线速度，保证系留无人机能够稳定上升；而当线缆500的拉力小于系留无人机上升速度对应的线缆500的拉力时，说明拉力组件供线过快，过长的线缆500的重力作用到系留无人机上从而阻碍系留无人机的上升的速度，并且容易造成线缆500与地面接触而发生摩擦或打结的风险，此时控制组件控制第二驱动电机204降低转速，也就是降低拉线组件203的供线速度，从而保证系留无人机能够稳定上升；而第一扭矩传感器206用于检测第一驱动电机202的扭矩，由于第一驱动电机202驱使线盘201转动以保证线缆500能够满足拉线组件203的供线同时避免线缆500不与地面相接触即可，因此，可以将第一扭矩传感器206所检测到的扭矩与某一定值相比较相比即可，所检测到的扭矩大于该某一定值时，说明线盘201与拉线组件203之间的供线不足，进而控制组件控制第一驱动电机202加快供线速度，而第一扭矩传感器206所检测到的扭矩小于某一定值时，说明线盘201与拉线组件203之间的线缆500过长，进而控制组件控制第一驱动电机202降低供线速度甚至反转进行收线，避免线缆500与地面接触或打结。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。