本發(fā)明涉及系留無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種系留旋翼無人機(jī)的收放線控制系統(tǒng)及收放方法。

背景技術(shù)：

系留無人機(jī)是將無人機(jī)和系留纜繩結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)的，系留無人機(jī)通過系留纜繩傳輸電能，其結(jié)構(gòu)大小、制作材料可以根據(jù)應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)不會(huì)受到較大限制，且機(jī)動(dòng)性能強(qiáng)。系留無人機(jī)主要應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間不間斷的空中監(jiān)控和應(yīng)急通訊，可以搭載特制可見光攝像機(jī)和紅外熱成像儀，也可以搭載特制應(yīng)急通訊中繼設(shè)備。因此，系留無人機(jī)在消防、軍事、石油、海洋、測(cè)繪和交通等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。系留旋翼無人機(jī)是系留無人機(jī)中比較常見的一類。

現(xiàn)有技術(shù)中，系留旋翼無人機(jī)的收放線裝置僅能隨著無人機(jī)飛行實(shí)現(xiàn)被動(dòng)的放線。在對(duì)無人機(jī)的實(shí)際操作過程中，無人機(jī)在上升或下降階段的實(shí)際速度與預(yù)定的速度存在一定的偏差，該偏差對(duì)飛行控制效果造成不利影響。因此，要改善無人機(jī)的飛行效果，需要對(duì)系留纜繩的收放速度進(jìn)行精確控制。

中國發(fā)明專利《一種線纜收放裝置》(公開號(hào)：102849538a；公開日：2013年1月2日)中提供了一種線纜收放裝置，該裝置包括安裝在底座上的升降立柱，通過升降立柱上安裝的升降軸座安裝有中心軸，在中心軸上安裝有手輪和至少均布有三個(gè)支角的主轉(zhuǎn)盤以及與主轉(zhuǎn)盤對(duì)應(yīng)設(shè)置的鎖緊端蓋，在主轉(zhuǎn)盤的每個(gè)支角內(nèi)側(cè)沿中心方向設(shè)置有t型滑槽，t型滑槽的背部居中設(shè)置有與t型滑槽對(duì)應(yīng)的條形滑槽，在鎖緊端蓋上與主轉(zhuǎn)盤對(duì)應(yīng)的每個(gè)支角上開設(shè)有與條形滑槽對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)條形孔，在每組對(duì)應(yīng)的條形滑槽和長(zhǎng)條形孔之間架設(shè)有線纜支撐軸，在線纜支撐軸上靠近t型滑槽的一端安裝有固定在主轉(zhuǎn)盤上的t型滑塊。該裝置可用于實(shí)現(xiàn)系留纜繩的收線與放線功能并且隨著無人機(jī)飛行實(shí)現(xiàn)被動(dòng)的放線。但是，該裝置無法對(duì)系留纜繩的收放速度進(jìn)行精確控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)問題作出改進(jìn)，即本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種旋翼無人機(jī)的收放線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)系留纜繩的收放速度進(jìn)行精確控制。為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種系留旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)，包括對(duì)系留纜繩進(jìn)行收放的收卷裝置，還包括控制器、傳感裝置和剎緊裝置，所述傳感裝置包括系留纜繩所繞過的張力輪、安裝在張力輪上并用于檢測(cè)系留纜繩張力的張力傳感器，所述控制器接收張力傳感器的張力信號(hào)并輸出根據(jù)張力信號(hào)轉(zhuǎn)化的夾緊力信號(hào)，所述剎緊裝置包括接收夾緊力信號(hào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接的作動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器，作動(dòng)器用于夾緊系留纜繩。

進(jìn)一步，所述作動(dòng)器包括安裝座、擋板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和活塞，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)和擋板設(shè)置在安裝座上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過第一滾珠絲杠連接活塞的一端，用于推動(dòng)活塞沿該活塞的軸線方向往復(fù)移動(dòng)，活塞另一端正對(duì)擋板且兩者之間設(shè)有用于放置所述系留纜繩的間隙，活塞與擋板可夾緊系留纜繩。

進(jìn)一步，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括電源板、控制板和功率驅(qū)動(dòng)板，所述電源板連接控制板和功率驅(qū)動(dòng)板，用于供電，所述控制板連接功率驅(qū)動(dòng)板，控制板用于將接收的夾緊力信號(hào)經(jīng)處理后輸出給功率驅(qū)動(dòng)板，功率驅(qū)動(dòng)板用于驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器。

進(jìn)一步，所述收卷裝置包括支座、卷筒和主電機(jī)，所述卷筒的兩端設(shè)置與卷筒同軸的旋轉(zhuǎn)軸，所述支座為u形且支座的兩側(cè)壁設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸穿過的通孔，旋轉(zhuǎn)軸通過回轉(zhuǎn)支承與通孔連接，所述主電機(jī)在收線時(shí)與卷筒一端的旋轉(zhuǎn)軸連接。

進(jìn)一步，所述收卷裝置還包括排線導(dǎo)輪和排線電機(jī)，排線電機(jī)通過第二滾珠絲杠連接所述排線導(dǎo)輪，用于推動(dòng)所述排線導(dǎo)輪沿第二滾珠絲杠軸線方向往復(fù)移動(dòng)，所述第二滾珠絲杠通過支架固定在所述支座上端，該第二滾珠絲杠位于卷筒上方且與卷筒的軸線平行，所述控制器連接并控制所述排線電機(jī)，系留纜繩由卷筒繞向所述排線導(dǎo)輪。

進(jìn)一步，所述卷筒另一端的旋轉(zhuǎn)軸上還連接有用以計(jì)算系留纜繩收放長(zhǎng)度的編碼器，所述控制器設(shè)有用于接收編碼器信號(hào)的數(shù)顯表。

上述方案中，系留纜繩上升的基本速度由系留旋翼無人機(jī)上升飛行的實(shí)際速度確定，通過剎緊裝置夾緊系留纜繩，對(duì)系留纜繩的放線速度做出調(diào)整，從而使無人機(jī)上升飛行的速度達(dá)到預(yù)定速度。進(jìn)一步，對(duì)作動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從使該作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)系留纜繩的夾緊。進(jìn)一步，通過排線導(dǎo)輪和排線電機(jī)使卷筒上的系留纜繩均勻分布。

本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種系留旋翼無人機(jī)的控制方法，包括以下步驟：

步驟一：將系留纜繩留出l米的余量，供系留旋翼無人機(jī)自主上升飛行直至系留纜繩繃緊，此過程中系留旋翼無人機(jī)加速上升；

步驟二：系留旋翼無人機(jī)繼續(xù)上升飛行，通過傳感裝置測(cè)出系留纜繩的張力，通過控制器接收張力信號(hào)并轉(zhuǎn)換成剎緊裝置的夾緊力信號(hào)，夾緊力大小由控制器通過pid算法調(diào)節(jié)并輸出給剎緊裝置，通過剎緊裝置對(duì)系留纜繩的夾緊力阻礙系留旋翼無人機(jī)的加速運(yùn)動(dòng)，使系留旋翼無人機(jī)的上升速度達(dá)到設(shè)定值并保持不變；

步驟三：系留旋翼無人機(jī)從距離目標(biāo)高度m米上升至目標(biāo)高度階段，通過pid算法調(diào)節(jié)剎緊裝置的夾緊力大小，使系留旋翼無人機(jī)減速上升直至上升速度為零，然后調(diào)節(jié)系留旋翼無人機(jī)的轉(zhuǎn)速直至系留纜繩的張力達(dá)到設(shè)定值；

步驟四：系留旋翼無人機(jī)從目標(biāo)高度下降至距離地面l米階段，通過所述收卷裝置控制系留旋翼無人機(jī)下降；

步驟五：系留旋翼無人機(jī)從距離地面l米下降至地面階段，該系留旋翼無人機(jī)自主下降。

所述l的取值在50-100米的范圍內(nèi)，所述m的取值在50-100米的范圍內(nèi)。

本發(fā)明具有的有益效果：

1.通過本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)對(duì)系留纜繩的放線速度做出調(diào)整，從而使系留旋翼無人機(jī)上升飛行的速度達(dá)到預(yù)定速度。

2.通過本發(fā)明所述的控制方法改善了系留旋翼無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性。系留旋翼無人機(jī)上升飛行階段，通過傳感裝置、控制器接和剎緊裝置使系留旋翼無人機(jī)的上升速度達(dá)到設(shè)定值并保持不變，即穩(wěn)定上升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的正視圖。

圖2為本發(fā)明所述控制系統(tǒng)的側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明所述作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式：一種系留旋翼無人機(jī)的控制系統(tǒng)，包括收卷裝置1、控制器、傳感裝置2和剎緊裝置3。其中，控制器未在圖中示出。

所述收卷裝置1用于對(duì)系留纜繩4進(jìn)行收放。該收卷裝置包括支座11、卷筒12、主電機(jī)13、編碼器、排線導(dǎo)輪14和排線電機(jī)15。卷筒12的兩端設(shè)置與卷筒同軸的旋轉(zhuǎn)軸。支座11為u形且支座11的兩側(cè)壁設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸穿過的通孔，旋轉(zhuǎn)軸通過回轉(zhuǎn)支承與通孔連接。主電機(jī)13在收線時(shí)與卷筒12一端的旋轉(zhuǎn)軸連接。卷筒12另一端的旋轉(zhuǎn)軸上還連接有用以計(jì)算系留纜繩收放長(zhǎng)度的編碼器?？刂破髟O(shè)有用于接收編碼器信號(hào)的數(shù)顯表。排線電機(jī)15通過第二滾珠絲杠5連接排線導(dǎo)輪14，用于推動(dòng)排線導(dǎo)輪14沿第二滾珠絲杠5的軸線方向往復(fù)移動(dòng)。第二滾珠絲杠5通過支架6固定在支座11上端，該第二滾珠絲杠位于卷筒12上方且與卷筒12的軸線平行。控制器連接并控制排線電機(jī)15，系留纜繩4由卷筒12繞向所述排線導(dǎo)輪14。

所述傳感裝置2用于檢測(cè)系留纜繩4的張力。該傳感裝置包括系留纜繩4所繞過的張力輪、安裝在張力輪上并用于檢測(cè)系留纜繩張力的張力傳感器?？刂破鹘邮諒埩鞲衅鞯膹埩π盘?hào)并輸出根據(jù)張力信號(hào)轉(zhuǎn)化的夾緊力信號(hào)。

所述剎緊裝置3包括接收夾緊力信號(hào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接的作動(dòng)器32。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器32，作動(dòng)器32用于夾緊系留纜繩4。作動(dòng)器32包括安裝座321、擋板322、驅(qū)動(dòng)電機(jī)323和活塞324。驅(qū)動(dòng)電機(jī)323和擋板322設(shè)置在安裝座321上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)323通過第一滾珠絲杠7連接活塞324的一端，用于推動(dòng)活塞324沿該活塞的軸線方向往復(fù)移動(dòng)，活塞324另一端正對(duì)擋322板且兩者之間設(shè)有用于放置系留纜繩4的間隙，活塞324與擋板322可夾緊系留纜繩4。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括電源、控制板和功率驅(qū)動(dòng)板。電源板連接控制板和功率驅(qū)動(dòng)板，用于供電?？刂瓢暹B接功率驅(qū)動(dòng)板，控制板用于將接收的夾緊力信號(hào)經(jīng)處理后輸出給功率驅(qū)動(dòng)板，功率驅(qū)動(dòng)板用于驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器32。

本發(fā)明還提供了一種利用上述控制系統(tǒng)控制系留旋翼無人機(jī)收放的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：將系留纜繩4留出l米的余量，供系留旋翼無人機(jī)自主上升飛行直至系留纜繩4繃緊，此過程中系留旋翼無人機(jī)加速上升；

步驟二：系留旋翼無人機(jī)繼續(xù)上升飛行，通過傳感裝置2測(cè)出系留纜繩4的張力，通過控制器接收張力信號(hào)并轉(zhuǎn)換成剎緊裝置3的夾緊力信號(hào)，夾緊力大小由控制器通過pid算法調(diào)節(jié)并輸出給剎緊裝置3，通過剎緊裝置3對(duì)系留纜繩4的夾緊力阻礙系留旋翼無人機(jī)的加速運(yùn)動(dòng)，使系留旋翼無人機(jī)的上升速度達(dá)到設(shè)定值并保持不變；

步驟三：系留旋翼無人機(jī)從距離目標(biāo)高度m米上升至目標(biāo)高度階段，通過pid算法調(diào)節(jié)剎緊裝置3的夾緊力大小，使系留旋翼無人機(jī)減速上升直至上升速度為零，然后調(diào)節(jié)系留旋翼無人機(jī)的轉(zhuǎn)速直至系留纜繩4的張力達(dá)到設(shè)定值；

步驟四：系留旋翼無人機(jī)從目標(biāo)高度下降至距離地面l米階段，通過所述收卷裝置1控制系留旋翼無人機(jī)下降；

步驟五：系留旋翼無人機(jī)從距離地面l米下降至地面階段，該系留旋翼無人機(jī)自主下降。

所述l的取值在50-100的范圍內(nèi)，所述m的取值在50-100的范圍內(nèi)。

本實(shí)施方式的特點(diǎn)：

1.本實(shí)施方式述的控制系統(tǒng)對(duì)系留纜繩的放線速度做出調(diào)整，從而使系留旋翼無人機(jī)上升飛行的速度達(dá)到預(yù)定速度。

2.本實(shí)施方式所述的控制方法改善了系留旋翼無人機(jī)飛行的穩(wěn)定性。系留旋翼無人機(jī)上升飛行階段，通過傳感裝置2、控制器接和剎緊裝置3使系留旋翼無人機(jī)的上升速度達(dá)到設(shè)定值并保持不變，即穩(wěn)定上升。

上述所有的實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明的原理，不用來限制本發(fā)明的范圍。對(duì)本發(fā)明還可以作出其他的變化，這些變化仍落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。