一种无人机空中自动收放拖拽线缆的装置及其操作方法与流程

本发明涉及无人机自动收放线缆拖拽物体飞行技术领域，具体涉及一种无人机空中自动收放拖拽线缆的装置及其操作方法。

背景技术：

目前固定翼无人机、多旋翼无人机和无人飞艇在生产、生活、科研等领域使用非常广泛。人们通常利用无人机拖拽一些设备飞行以完成一些特定的任务，例如拖拽探测仪，传感器等探测设备。

当前固定翼无人机、多旋翼无人机和无人飞艇拖拽设备的方法主要是将任务设备直接固定在无人机上或是通过线缆挂接在无人机上。其中，通过线缆挂接在无人机上的方法，由于线缆无法自动收放和控制调整长度，如果线缆过长可能造成无人机起飞和降落时挂接设备撞击地面造成设备损坏，如果线缆过短，有的探测设备易受到飞机本身发动机、机械及电磁产生的干扰将严重影响探测数据的精确度，这些设备工作时需要与无人机有一定的距离。因此，一种无人机飞行中能自动收放线缆，并能控制拖拽线缆长度和速度的方法和装置在无人机拖拽物体飞行技术领域将是一个实用性很高的技术装置。

技术实现要素：

本发明提出了一种无人机空中自动收放拖拽线缆的装置，安装于无人机机身内部或者机身外部，用于对无人机飞行中自动收放线缆和控制拖拽线缆长度和速度。所述的装置包括：

线缆绞盘。线缆绞盘为垂直固定安装的绞缆筒，绞盘外围有排列均匀的孔洞，绞盘顺时针或逆时针方向的旋转实现线缆的收放。

线缆。线缆为套管套住的具有承重能力的拉绳和拖拽设备所需电源线或电线(光纤)的数据线。线缆一端固定在线缆绞盘上，线缆末端安装有挂接拖拽设备的挂钩。

收放电机模块。收放电机的转轴与线缆绞盘的中轴连接，用于控制线缆绞盘顺时针或逆时针的转动。收放电机模块包括电机驱动和电机两个部分，电机驱动为电机提供合适的驱动电信号，电机带动线缆绞盘转动。

支架。支架将电机模块和线缆绞盘固定于无人机机身内部或外部。

编码器模块。编码器模块安装于线缆绞盘外围孔洞位置，可以将绞盘转动的速度编码转换为电信号输出给收放控制器模块。

收放控制器模块。收放控制器是带有处理器的控制电路。收放控制器可以对收放电机模块的控制实现对线缆绞盘的转动方向、转动速度的控制。收放控制器可以接收编码器信号以计算线缆收放的长度和收放速度。收放控制器与机载端无线通信模块进行连接，可以与地面端无线控制设备进行通信。

机载端无线通信模块。实现收发控制器与地面端无线控制设备的无线通信。

地面端无线控制设备。发出控制收放线缆的长度和速度的控制信号，接收收放控制器发出的线缆的长度和速度的数据。

电源模块。为收放控制器模块，机载端无线通信模块和收放电机模块提供所需电源。同时电源模块提供预留接口，可以通过线缆中的电缆为拖拽设备供电。

本发明的装置中收放电机的转轴与线缆绞盘的中轴连接，编码器模块安装于线缆绞盘外围孔洞位置，支架将电机模块和线缆绞盘固定于无人机机身内部或外部，收放控制器可以接收编码器信号以计算线缆收放的长度和收放速度，收放控制器模块连接收放电机模块控制线缆绞盘的转速、转动时间和转动方向，线缆一端固定在线缆绞盘上，线缆末端安装有挂接拖拽设备的挂钩，收放控制器连接机载端无线通信模块与地面端无线控制设备进行无线通信。

针对所述的一种无人机空中自动收放拖拽线缆装置，本发明提出了一种该装置的操作方法，包括如下步骤：

步骤1：根据拖拽设备的需求，在无人机起飞前通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机将拖拽线缆收短安全起飞的长度；

步骤2：无人机起飞前，将拖拽设备挂接到线缆上；

步骤3：无人机在空中时，根据拖拽设备对收放速度和所需的线缆长度的需求，通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机以所需的收放速度将线缆放长到拖拽设备需求的长度；

步骤4：无人机降落前，根据拖拽设备的需求，通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机以拖拽设备所需的收放速度将线缆收短到安全降落的长度；

步骤5：无人机降落后，将拖拽设备从线缆上取下。

本发明填补了无人机拖拽飞行探测设备的可控收放装置的空白，使得探测设备与飞机保持可控距离，避免飞机机电干扰，获得更精确探测数据。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种无人机空中自动收放拖拽线缆的方法和装置，为了使发明的内容更清楚的说明，结合图1给出装置的实施例。图1中本发明的装置通过支架安装于固定翼无人机机身内部，用于对无人机飞行中自动收放线缆和控制拖拽线缆长度和速度，具体包括的模块：

线缆绞盘。线缆绞盘为垂直固定安装的有一定强度的轻质量绞缆筒，绞盘顺时针或逆时针方向的旋转实现线缆的收放。根据无人机的内部空间的大小，线缆绞盘的直径可做调整。绞盘外围有排列均匀的孔洞，孔洞的疏密可以控制收放线缆长度的精度，孔洞越密收放线的精度越高，反之，则精度越低。

线缆。线缆为套管套住的具有承重能力的拉绳和拖拽设备所需电源线或电线(光纤)的数据线。该套管可以是蛇皮套管或是其他柔软中空的套管。套管中穿有具有一定承重能力的拉绳，如尼龙绳等。套管中还可以穿有拖拽设备所需的电源线或电线(光纤)数据线，套管中的电源线或数据线可以有，也可以不穿有，具体根据拖拽设备的需求而定。线缆一端固定在线缆绞盘上，线缆末端安装有挂钩，用于挂接拖拽设备。

收放电机模块。收放电机的转轴与线缆绞盘的中轴连接，连接方式可以是直接连接于线缆绞盘的中轴，也可以通过齿轮或皮带链条传动连接于线缆绞盘中轴。收放电机的正转或反转控制线缆绞盘顺时针或逆时针的转动。收放电机模块包括电机驱动和电机两个部分，电机驱动为电机提供合适的驱动电信号，电机部分带动线缆绞盘转动。收放电机可以是伺服电机或步进电机等，电机驱动为与电机匹配的驱动电路。

支架。支架将电机模块和线缆绞盘固定于无人机机身内部，利用具有一定强度的轻便材料制作支架，如铝合金，碳纤维材料等。

编码器模块。编码器模块安装于线缆绞盘外围孔洞位置，可以利用光电编码器，检测绞盘外围孔洞的转动，将绞盘的转动编码转换为电信号输出给收放控制器模块。

收放控制器模块。收放控制器是带有处理器的控制电路，可以是51单片机、pic单片机、arm或plc等处理器构成的控制器。收放控制器输出控制信号对收放电机模块的控制实现对线缆绞盘的转动方向、转动速度的控制。收放控制器可以接收编码器信号计算线缆收放的长度和收放速度，以判断线缆的收放是否达到拖拽设备的需求。收放控制器与机载端无线通信模块进行连接，可以与地面端无线控制设备进行通信。地面端无线控制设备发送信号给收放控制器实现控制线缆的收放，收放控制器发送信号给地面端无线控制设备实现地面端无线控制设备查看线缆的实际收放情况的功能。

机载端无线通信模块。实现收发控制器与地面端无线控制设备的无线通信。机载端无线通信模块可以采用2.4g无线通信方式或其他无线通信方式实现无线通信。各种无线通信方式的控制距离不同，地面端无线控制设备需要在通信方式覆盖的距离内发出控制收放线缆的信号。

地面端无线控制设备。地面端无线控制设备是包含无线通信模块的控制电路。地面端无线控制设备为带有处理器构成的控制器，控制器可以是arm处理器系统或智能手机等系统。发出控制收放线缆的长度和速度的控制信号，接收收放控制器发出的线缆的长度和速度的数据。

电源模块。为收放控制器模块，机载端无线通信模块和收放电机模块提供所需电源。同时电源模块提供预留接口，可以通过线缆中的电缆为拖拽设备供电。电源模块可以用锂电池作为电源，电源电路包含dc-dc控制，可以输出24v，12v，5v等不同电压等级的直流电源。

本发明的装置中收放控制器模块连接编码器以获得线缆绞盘的转速和转动时间，收放控制器模块连接收放电机模块控制线缆绞盘的转速、转动时间和转动方向，线缆缠绕在线缆绞盘上，拖拽设备挂接在线缆的末端的挂钩，收放控制器连接机载端无线通信模块与地面端无线控制设备进行无线通信。

针对所述的一种无人机空中自动收放拖拽线缆装置，提出了一种该装置的操作方法，包括如下步骤：

步骤1：根据拖拽设备的需求，在无人机起飞前通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机将拖拽线缆收短安全起飞的长度；

步骤2：无人机起飞前，将拖拽设备挂接到线缆上。根据拖拽设备的需求可以为拖拽设备连接线缆内的电源线或数据线，为拖拽设备提供电源或信号传输的数据线。

步骤3：无人机在空中时，在无线通信覆盖的距离范围内，根据拖拽设备对收放速度和所需的线缆长度的需求，通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机以所需的收放速度将线缆放长到拖拽设备需求的长度；

步骤4：无人机降落前，在无线通信覆盖的距离范围内，根据拖拽设备的需求，通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机以拖拽设备所需的收放速度将线缆收短到安全降落的长度；

步骤5：无人机降落后，将拖拽设备从线缆上取下。