[发明专利]一种系留无人机收放缆装置及其控制系统

说明书

本发明提供一种系留无人机收放缆装置及其控制系统，驱动单元包括力矩电机、同步带，排缆装置由双向丝杠、螺旋副及导轨构成，由力矩电机直接驱动储缆筒绕线，力矩电机经同步带传动机构驱动往复丝杠转动，实现螺旋副往复排线动作，光缆经由排线装置依次穿过三组定自由轮和力传感器，最后通过导向机构接到无人机上。本发明的力矩电机直驱储缆筒，减少了在传动过程中机构摩擦等因素造成的动力消耗，在导向和固定光缆方面不同于传统收放缆装置的单个导向轮，而是采用三组自由轮，其中两组轴线垂直并安装在螺旋副上随丝杠转动水平移动，另一组固定在支架上保证光缆进入力传感器的方向不变以确保测量准确性。

技术领域

本发明涉及一种收放缆系统，尤其涉及一种系留无人机收放缆装置及其控制系统。

背景技术

随着无人机技术的发展和推广，其续航问题越发突出。为了解决这一问题，人们选择将传统的无人机技术与系留平台技术相结合，形成系留无人机。收放缆装置是系留无人机技术的核心，连接无人机部分的缆绳收放效果会直接影响系留无人机工作性能。

传统的收放缆装置多用于水下机器人、搜救机器人等，与系留无人机收放缆装置相比，这些特种收放装置收放缆力大，结构尺寸大，导向机构设计不能满足无人机缆绳收放特点的要求。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种系留无人机收放缆装置及其控制系统，可用其进行系留无人机的光缆收放。

本发明的目的是这样实现的：包括支架和带有光电编码器的力矩电机，在支架间设置有丝杠和储缆筒轴系，且丝杠位于储缆筒轴系上方，力矩电机的输出端与储缆筒轴系连接，储缆筒轴系上设置有储缆筒，储缆筒上缠绕有线缆，储缆筒轴系与力矩电机连接的一端上还设置有主动带轮、储缆筒轴系的另一端部设置有滑环，丝杠的端部设置有从动带轮，主动带轮与从动带轮之间设置有同步带，丝杠上设置有滑块，滑块上端面设置有水平方向的第一自由轮组、外端面上设置有竖直方向的第二自由轮组，所述支架上设置有第三自由轮组，所述支架上还设置有测力机构，支架上端设置有导向机构，所述测力机构包括与支架连接的固定座、安装在固定座上的左导向轮、测力轮和右导向轮，测力轮连接力传感器，所述导向机构包括安装在支架上端面上的基座、通过轴承设置在基座中的回转单元、设置在回转单元上的自由轮支架、分别设置在自由轮支架和回转单元上的一号销轴安装座和二号销轴安装座、分别通过销轴安装在一号销轴安装座和二号销轴安装座上的小自由轮和大自由轮，线缆的端部先是穿过第二自由轮组、第一自由轮组、第三自由轮组，再依次绕过左导向轮、测力轮和右导向轮，最后经大自由轮和小自由轮间穿出。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.在大自由轮的销轴与二号销轴安装座之间还设置弹簧。

2.所述第一自由轮组、第二自由轮组和第三自由轮组均包括两个大小相等的自由轮。

3.一种系留无人机收放缆装置的控制系统，包括所述的系留无人机收放缆装置，力矩电机控制线缆动作，编码器实时测量收放线缆长度及速度，力传感器实时测量线缆上的张力，还包括系统控制器和控制力矩电机输出的伺服驱动器，系统控制器将给定张力值和无人机定位信息发送给伺服驱动器；伺服控制器通过CAN通讯将线缆长度、张力及当前工作状态发送给系统控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对上述问题，并在参考以往的特种收放装置基础上，本发明提出了一种用于系留无人机的收放缆装置。由单个动力源同时驱动储缆筒和排缆装置，其中储缆筒由力矩电机直接驱动，同一力矩电机再通过带传动机构驱动排线装置，保证绕线动作和排线同步，且速度成一定的比例关系。排线装置选用丝杠排线机构，滑块(螺旋副)上安装两组自由轮，在限制光缆出口位置的同时满足适应卷筒轴径变化的要求。导向机构中安装一对自由轮，使光缆与导向机构始终处于滚动摩擦状态，从而减小导向机构对光缆张力的影响。在控制方法上，采用力与速度双闭环，解决在快速收放缆过程中的恒张力问题。

附图说明

图1是本发明的控制方案图；