本發(fā)明涉及無人機領域，尤其是涉及一種用于系留無人機的自動收放線裝置、系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

系留無人機是無人機的一種，由地面的工作站供應系留無人機飛行時所需的電能，系留無人機具有其他無人機所具備的定點定高飛行穩(wěn)定的性能外，還具有長航飛行的功能。理論上來說，只要地面工作站提供足夠的電能，系留無人機就能長期定高定點地持續(xù)飛行，這樣的無人機飛行器可廣泛應用在通訊應急中繼，實況轉播及空中監(jiān)控等情況中。

但是目前存在的系留無人機收放線裝置僅能隨著無人機飛行實現被動放線，同時也不能隨著無人機降落時實現自動收錢，無人機降落后需要人工轉動收線裝置進行收線，工作繁重，同時當人工未及時將多余的系留繩收入收放裝置時，多余的系留繩極易出現纏繞打結引發(fā)安全隱患。

技術實現要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種實現自動收放系留繩的用于系留無人機的自動收放線裝置、系統(tǒng)及其控制方法。

為實現上述的主要目的，本發(fā)明提供的用于系留無人機的自動收放線裝置包括系留繩收放裝置，系留繩收放裝置用于卷放系留繩；

支架，支架上可轉動地設置有張力感應臂，張力感應臂連接觸發(fā)開關，張力感應臂連接彈性件的自由端，系留繩鄰接張力感應臂并繞張力感應臂的自由端延伸；

控制單元，控制單元與觸發(fā)開關電連接；

雙向驅動裝置，雙向驅動裝置接收控制單元的控制信號以驅動系留繩收放裝置轉動。

由此可見，系留繩收放裝置上放置的系留繩鄰接張力感應臂并繞張力感應臂朝系留無人機運動方向延伸，在系留無人機上升的過程中，張力感應臂在系留繩的牽引下朝張力感應臂受到的張力變大的方向轉動，同時克服彈性件的拉力，張力感應臂的轉動觸發(fā)觸發(fā)開關輸出放線信號，控制單元輸出控制信號至雙向驅動裝置，雙向驅動裝置驅動系留繩收放裝置進行放線；當系留無人機停止上升后，系留繩的拉力降低但保持一定拉力，張力感應臂朝受到的張力變小的方向運動，張力感應臂轉動至原來的位置，觸發(fā)開關停止輸出放線信號，從而控制單元停止向雙向驅動裝置輸出控制信號，系留繩收放裝置停止放線；在系留無人機下降過程中，張力感應臂不再受到系留無人機的拉力，在彈性件拉力的作用下，張力感應臂向彈性件拉力的方向轉動，張力感應臂觸發(fā)觸發(fā)開關輸出收線信號，控制單元接收觸發(fā)開關的收線信號就向雙向驅動裝置輸出控制信號，雙向驅動裝置驅動系留繩收裝置收線。

進一步的方案是，觸發(fā)開關包括電位器，張力感應臂連接電位器的滑柄。

可見，電位器是一種可調的電子元件，通過轉動電位器的滑柄改變動觸點在電阻體上的位置，改變動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變電壓與電流的大小，張力感應臂轉動帶動電位器的滑柄轉動，電位器根據滑柄轉動的方向不同輸出不同的電流，從而與電位器電連接的控制單元輸出不同的控制信號，雙向驅動裝置朝不同方向轉動，實現系留繩收放裝置的收線或放線。

進一步的方案是，自動收放線裝置還包括連接桿，張力感應臂與連接桿的第一端鉸接，連接桿的第二端連接電位器的滑柄。

可見，張力感應臂、連接桿與電位器的滑柄形成連桿結構，通過連桿結構內的部件的相對運動，實現張力感應臂的轉動帶動電位器的滑柄的轉動，同時在張力感應臂在轉動較大角度時才實現電位器滑柄的轉動，可保證是在系留無人機持續(xù)上升或下降的過程才開始實施收放線，有效減少實際操作中的誤差。

進一步的方案是，張力感應臂的自由端設置有滑輪，系留繩鄰接滑輪并繞滑輪延伸。

可見，滑輪對系留繩起到導向及限位作用，使得在系留無人機上升或降落的過程中，系留繩不脫離張力感應臂，使得張力感應臂能夠準確判斷受到的系留繩的張力。

進一步的方案是，支架上沿系留繩的運動方向設置有過線槽，系留繩貫穿過線槽。

可見，過線槽進一步限定系留繩的方向，由于無法確定系留無人機在實際運動情況，通過過線槽的限位，避免系留無人機在飛行的過程中由于位置的變換導致張力感應臂受到的張力方向變化過于頻繁，導致張力感應臂無法準確受力，最終收放線情況不穩(wěn)定的情況。

進一步的方案是，系留繩收放裝置包括絞盤，絞盤用于卷放系留繩，絞盤可設置在支架上。

進一步的方案是，雙向驅動裝置和系留繩收放裝置通過傳動帶連接傳動。

本發(fā)明提供一種用于系留無人機的自動收放線系統(tǒng)，包括：

系留無人機；

自動收放線裝置，自動收放線裝置采用上述的自動收放線裝置，系留繩用于連接在系留無人機和自動收放線裝置之間。

本發(fā)明提供一種用于系留無人機的自動收放線系統(tǒng)的控制方法，自動收放線系統(tǒng)為上述的自動收放線系統(tǒng)，該控制方法包括：

系留繩帶動張力感應臂轉動；

張力感應臂的轉動觸發(fā)觸發(fā)開關；

觸發(fā)開關向控制單元輸出收放信號；

控制單元根據收放信號控制雙向驅動裝置帶動系留繩收放裝置進行收線轉動或放線轉動。

可見，該方法使用的裝置連接結構簡單，磨損較少，有效保證自動收放線的順利進行，保證系留無人機飛行的穩(wěn)定性。

進一步的方案是，觸發(fā)開關為電位器，張力感應臂的轉動帶動電位器的滑柄轉動；電位器的滑柄朝向第一方向轉動至第一閾值位置時，電位器向控制單元輸出收線信號。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系留無人機自動收放線系統(tǒng)實施例的系統(tǒng)框圖。

圖2是本發(fā)明系留無人機自動收放線系統(tǒng)實施例的結構示意圖。

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

具體實施方式

本發(fā)明的用于系留無人機的自動收放線系統(tǒng)應用系留無人機飛行，在系留無人機飛行過程中提供足夠的電能，并且能夠保持系留無人機穩(wěn)定地保持長期的定高定點持續(xù)飛行，提高系留無人機的可靠性，使得系留無人機能夠廣泛應用在通訊應急中斷，實況轉播及空中監(jiān)控。

參見圖1、圖2，本發(fā)明的用于系留無人機1的自動收放線裝置2包括系留繩收放裝置21、支架20、控制單元24以及雙向驅動裝置25。

系留繩收放裝置21包括絞盤，絞盤用于卷放系留繩210，絞盤可設置在支架20上。

支架20上可轉動地設置有張力感應臂22，支架20上設置有轉軸26，張力感應臂22連接轉軸26并繞轉軸26轉動，絞盤也可連接轉軸26并繞轉軸26轉動。張力感應臂22連接觸發(fā)開關23，張力感應臂22連接彈性件27的自由端，彈性件27的固定端設置在支架20上，系留繩210鄰接張力感應臂22并繞張力感應臂22的自由端延伸，控制單元24與觸發(fā)開關23電連接；雙向驅動裝置25接收控制單元24的控制信號以驅動系留繩收放裝置21轉動，其中雙向驅動裝置25和系留繩收放裝置21通過傳動帶28連接傳動或者通過齒輪進行傳動。

系留繩收放裝置21上放置的系留繩210鄰接張力感應臂22并繞張力感應臂22朝系留無人機1運動方向延伸，在系留無人機1上升的過程中，張力感應臂22在系留繩210的牽引下朝張力感應臂22受到的張力變大的方向轉動，同時克服彈性件27的拉力，張力感應臂22的轉動觸發(fā)觸發(fā)開關23輸出放線信號，控制單元24輸出控制信號至雙向驅動裝置25，雙向驅動裝置25驅動系留繩收放裝置21進行放線；當系留無人機1停止上升后，系留繩210的拉力降低但保持一定拉力，張力感應臂22朝受到的張力變小的方向運動，張力感應臂22轉動至初始位置，觸發(fā)開關23停止輸出放線信號，從而控制單元24停止向雙向驅動裝置25輸出控制信號，系留繩收放裝置21停止放線；在系留無人機1下降過程中，張力感應臂22不再受到系留無人機1的拉力，在彈性件27拉力的作用下，張力感應臂22向受到彈性件27的拉力的方向轉動，張力感應臂22觸發(fā)觸發(fā)開關23輸出收線信號，控制單元24接收觸發(fā)開關23的收線信號就向雙向驅動裝置25輸出控制信號，雙向驅動裝置25驅動系留繩收放裝置21收線。

觸發(fā)開關23的種類繁多，其中包括點觸類觸發(fā)開關，當觸發(fā)開關23為點觸類觸發(fā)開關時，可在張力感應臂22的兩旁均設置一個點觸類觸發(fā)開關，當張力感應臂22朝不同方向運動時，可接觸分別輸出收放線信號的觸發(fā)開關23，從而觸發(fā)觸發(fā)開關23，實現系留繩收放裝置21的收放線。在本實施例中，觸發(fā)開關23為電位器29，張力感應臂22連接電位器29的滑柄30。電位器29是一種可調的電子元件，通過轉動電位器29的滑柄30改變動觸點在電阻體上的位置，改變動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變電壓與電流的大小。在實際的應用過程中，在電位器29內設置中位值，當電位器29的動觸點處于中位值的位置時，控制單元24不會接收到收放線信號，只要動觸點的位置超過中位值的位置，那么電位器29即開始輸出收放線信號，具體是收線信號還是放線信號，可根據張力感應臂22的轉動可帶動電位器29的滑柄30朝哪個方向轉動，張力感應臂22轉動帶動電位器29的滑柄30轉動，電位器29根據滑柄30轉動的方向不同輸出不同的信號，從而與電位器29電連接的控制單元24輸出不同的控制信號，雙向驅動裝置25朝不同方向轉動，實現系留繩收放裝置21的收線或放線。使用電位器29作為輸出收放線信號的觸發(fā)開關23，有效減少裝置內部件的使用，一個電位器29就能實現兩種信號的輸出，方便快捷，也能降低生產成本。

自動收放線裝置2還包括連接桿31，張力感應臂22與連接桿31的第一端鉸接，連接桿31的第二端連接電位器29的滑柄30，張力感應臂22、連接桿31與電位器29的滑柄30形成連桿結構，通過連桿結構內的部件的相對運動，實現張力感應臂22的轉動帶動電位器29的滑柄30的轉動，同時在張力感應臂22在轉動較大角度時才實現電位器29的滑柄30的轉動，可保證是在系留無人機1持續(xù)上升或下降的過程才開始實施收放線，有效減少實際操作中的誤差。

張力感應臂22的自由端設置有滑輪220，系留繩210鄰接滑輪220并繞滑輪220延伸?；?20對系留繩210起到導向及限位作用，使得在系留無人機1上升或降落的過程中，系留繩210不脫離張力感應臂22，使得張力感應臂22能夠準確判斷受到的系留繩210的拉力。支架20上沿系留繩210的運動方向設置有固定桿32，固定桿32的自由端設置有過線槽，系留繩210繞滑輪220后貫穿過線槽，過線槽進一步限定系留繩210的方向，由于無法確定系留無人機1在實際運動情況，通過過線槽的限位，可避免系留無人機1在飛行的過程中由于位置的變換導致張力感應臂22受到的張力方向變化過于頻繁，導致張力感應臂22無法準確受力，最終收放線情況不穩(wěn)定的情況，使張力感應臂22與過線槽之間的系留繩210能夠始終朝一個方向延伸，保證張力感應臂22的準確受力。

彈性件27可為彈簧，由于在無人機的運動過程中，系留繩210的拉力隨著無人機的運狀態(tài)時變大或者變小，張力感應臂22需在彈性件27的拉力的作用下，實現張力感應臂22的轉動，因此張力感應臂22的轉動范圍取決于彈性件27的勁度系數。

控制單元24與電位器39電連接，控制單元24根據由于電位器29的動觸點與任一固定端之間的電阻值輸出不同的控制信號，即根據電位器29的動觸點的位置，控制單元24輸出不同的控制信號，從而驅動雙向驅動裝置25驅動系留繩收放裝置21朝不同方向轉動，實現收放線。

雙向驅動裝置25接收控制單元24輸出的控制信號，驅動系留繩收放裝置21收放線，其中雙向驅動裝置25與系留繩收放裝置21可通過傳動帶28連接傳動，或者通過齒輪傳動連接。雙向驅動裝置25根據控制單元24輸出的控制信號驅動系留繩收放裝置21進行收放線，雙向驅動裝置25包括電動機以及電連接電動機的雙向調速器，雙向調速器用于接收控制單元24輸出的控制信號，并向電動機輸出不同的電流，使得電動機朝不同方向轉動，從而帶動系留繩收放裝置21收放線。

在系留無人機1正常的飛行過程中，無人機不可能一直保持不動，因此系留繩收放裝置21會根據系留繩210的受到的拉力變化出現反復的收放線的情況，極容易造成機械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)的疲勞，因此可在雙向驅動裝置25的雙向調速器內設置“轉速死區(qū)”，即將雙向調速器的調速信號設置有一個不起調節(jié)作用的兩個轉速相對值之間的最大區(qū)間，使得雙向調速器不會因為電位器29的動觸點的細微轉動而輸出電流，只能在張力感應臂22受到的拉力持續(xù)變大或變小時，才使得控制單元24輸出超過“轉速死區(qū)”的控制信號，電動機與系留繩收放裝置21才會開始作業(yè)。

本發(fā)明提供一種用于系留無人機的自動收放線系統(tǒng)，包括：

系留無人機1與自動收放線裝置2，自動收放線裝置2采用上述的自動收放線裝置2，系留繩210用于連接在系留無人機1和自動收放線裝置2之間。

絞盤中的系留繩210鄰接張力感應臂22并繞張力感應臂22連接系留無人機1，在系留無人機1上升的過程中，張力感應臂22在系留繩210的牽引下朝拉力變大的方向并且克服彈簧的拉力實現轉動，張力感應臂22的轉動帶動與張力感應臂22連接的電位器29的滑柄30轉動，電位器29的滑柄30轉動并且動觸點通過電位器29預設的中位值的位置后，與電位器29電連接的控制單元24向雙向驅動裝置25輸出控制信號，雙向驅動裝置25中的雙向調速器接收控制信號口開始輸出電流，與雙向調速器電連接的電動機開始工作，系留繩收放裝置21在電動機的驅動下放繩。當系留無人機1停止上升后，系留繩210的拉力降低但保持一定拉力，在彈簧的拉力作用下張力感應臂22朝受到的張力變小的方向運動，帶動電位器29的滑柄30運動至預設的中位值的位置，控制單元24停止輸出控制信號從而雙向驅動裝置25停止輸出電流，電動機停止轉動，系留繩收放裝置21停止放線。

在系留無人機1降落過程中，張力感應臂22不再受到無人機的拉力，在彈簧的拉力作用下張力感應臂22朝向張力變小的方向運動，帶動電位器29的滑柄30轉動，此時滑柄30的轉動方向與系留無人機1上升時滑柄30的轉動方向相反，從而雙向調速器輸出反向電流，電動機驅動系留繩收放裝置21收線。

本發(fā)明提供一種用于系留無人機的自動收放線系統(tǒng)的控制方法，自動收放線系統(tǒng)為上述的自動收放線系統(tǒng)，該控制方法包括：

s1、系留繩210帶動張力感應臂22轉動；

s2、張力感應臂22的轉動觸發(fā)觸發(fā)開關23，其中觸發(fā)開關23為電位器29，張力感應臂22的轉動帶動電位器29的滑柄30轉動；

s3、電位器29的滑柄30朝向第一方向轉動至第一閾值位置時，電位器29向控制單元24輸出收放信號，觸發(fā)開關23向控制單元24輸出收放信號；

s4、控制單元24根據收放信號控制雙向驅動裝置25帶動系留繩收放裝置21進行收線轉動或放線轉動。

其中第一方向取決于張力感應臂22的轉動方向，而張力感應臂22的轉動方向取決于系留無人機1的運動狀態(tài)。第一閾值位置為第一閾值不等于電位器29預設的中位值的任一位置，該第一閾值位置的具體位置根據電位器29的滑柄30轉動的狀態(tài)決定。該控制方法使用的裝置連接結構簡單，磨損較少，有效保證自動收放線的順利進行，保證系留無人機1飛行的穩(wěn)定性。

最后需要強調的是，本發(fā)明不限于上述實施方式，如驅動裝置的類型、驅動裝置與系留繩收放裝置之間的連接方式的改變等變化也應該包括在本發(fā)明權利要求的保護范圍內。