[發(fā)明專利]一種系留無人機(jī)收放纜裝置及其控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710433693.7
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107161808B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張立勛;高源;魏丹;陸磊;劉平;孟婧佳;薛峰;李偉民
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: B65H75/38
• 分類號: B65H75/38;B65H75/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種系留無人機(jī)收放纜裝置及其控制系統(tǒng)，驅(qū)動單元包括力矩電機(jī)、同步帶，排纜裝置由雙向絲杠、螺旋副及導(dǎo)軌構(gòu)成，由力矩電機(jī)直接驅(qū)動儲纜筒繞線，力矩電機(jī)經(jīng)同步帶傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動往復(fù)絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)螺旋副往復(fù)排線動作，光纜經(jīng)由排線裝置依次穿過三組定自由輪和力傳感器，最后通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)接到無人機(jī)上。本發(fā)明的力矩電機(jī)直驅(qū)儲纜筒，減少了在傳動過程中機(jī)構(gòu)摩擦等因素造成的動力消耗，在導(dǎo)向和固定光纜方面不同于傳統(tǒng)收放纜裝置的單個導(dǎo)向輪，而是采用三組自由輪，其中兩組軸線垂直并安裝在螺旋副上隨絲杠轉(zhuǎn)動水平移動，另一組固定在支架上保證光纜進(jìn)入力傳感器的方向不變以確保測量準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種收放纜系統(tǒng)，尤其涉及一種系留無人機(jī)收放纜裝置及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和推廣，其續(xù)航問題越發(fā)突出。為了解決這一問題，人們選擇將傳統(tǒng)的無人機(jī)技術(shù)與系留平臺技術(shù)相結(jié)合，形成系留無人機(jī)。收放纜裝置是系留無人機(jī)技術(shù)的核心，連接無人機(jī)部分的纜繩收放效果會直接影響系留無人機(jī)工作性能。

傳統(tǒng)的收放纜裝置多用于水下機(jī)器人、搜救機(jī)器人等，與系留無人機(jī)收放纜裝置相比，這些特種收放裝置收放纜力大，結(jié)構(gòu)尺寸大，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計不能滿足無人機(jī)纜繩收放特點(diǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種系留無人機(jī)收放纜裝置及其控制系統(tǒng)，可用其進(jìn)行系留無人機(jī)的光纜收放。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括支架和帶有光電編碼器的力矩電機(jī)，在支架間設(shè)置有絲杠和儲纜筒軸系，且絲杠位于儲纜筒軸系上方，力矩電機(jī)的輸出端與儲纜筒軸系連接，儲纜筒軸系上設(shè)置有儲纜筒，儲纜筒上纏繞有線纜，儲纜筒軸系與力矩電機(jī)連接的一端上還設(shè)置有主動帶輪、儲纜筒軸系的另一端部設(shè)置有滑環(huán)，絲杠的端部設(shè)置有從動帶輪，主動帶輪與從動帶輪之間設(shè)置有同步帶，絲杠上設(shè)置有滑塊，滑塊上端面設(shè)置有水平方向的第一自由輪組、外端面上設(shè)置有豎直方向的第二自由輪組，所述支架上設(shè)置有第三自由輪組，所述支架上還設(shè)置有測力機(jī)構(gòu)，支架上端設(shè)置有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，所述測力機(jī)構(gòu)包括與支架連接的固定座、安裝在固定座上的左導(dǎo)向輪、測力輪和右導(dǎo)向輪，測力輪連接力傳感器，所述導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括安裝在支架上端面上的基座、通過軸承設(shè)置在基座中的回轉(zhuǎn)單元、設(shè)置在回轉(zhuǎn)單元上的自由輪支架、分別設(shè)置在自由輪支架和回轉(zhuǎn)單元上的一號銷軸安裝座和二號銷軸安裝座、分別通過銷軸安裝在一號銷軸安裝座和二號銷軸安裝座上的小自由輪和大自由輪，線纜的端部先是穿過第二自由輪組、第一自由輪組、第三自由輪組，再依次繞過左導(dǎo)向輪、測力輪和右導(dǎo)向輪，最后經(jīng)大自由輪和小自由輪間穿出。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.在大自由輪的銷軸與二號銷軸安裝座之間還設(shè)置彈簧。

2.所述第一自由輪組、第二自由輪組和第三自由輪組均包括兩個大小相等的自由輪。

3.一種系留無人機(jī)收放纜裝置的控制系統(tǒng)，包括所述的系留無人機(jī)收放纜裝置，力矩電機(jī)控制線纜動作，編碼器實時測量收放線纜長度及速度，力傳感器實時測量線纜上的張力，還包括系統(tǒng)控制器和控制力矩電機(jī)輸出的伺服驅(qū)動器，系統(tǒng)控制器將給定張力值和無人機(jī)定位信息發(fā)送給伺服驅(qū)動器；伺服控制器通過CAN通訊將線纜長度、張力及當(dāng)前工作狀態(tài)發(fā)送給系統(tǒng)控制器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：針對上述問題，并在參考以往的特種收放裝置基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種用于系留無人機(jī)的收放纜裝置。由單個動力源同時驅(qū)動儲纜筒和排纜裝置，其中儲纜筒由力矩電機(jī)直接驅(qū)動，同一力矩電機(jī)再通過帶傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動排線裝置，保證繞線動作和排線同步，且速度成一定的比例關(guān)系。排線裝置選用絲杠排線機(jī)構(gòu)，滑塊(螺旋副)上安裝兩組自由輪，在限制光纜出口位置的同時滿足適應(yīng)卷筒軸徑變化的要求。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中安裝一對自由輪，使光纜與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)始終處于滾動摩擦狀態(tài)，從而減小導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對光纜張力的影響。在控制方法上，采用力與速度雙閉環(huán)，解決在快速收放纜過程中的恒張力問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的控制方案圖；