一种自适应收放飞行器线缆的装置及其方法与流程

本发明涉及飞行器技术领域，尤其是指一种自适应收放飞行器线缆的装置及其方法。

背景技术：

一些飞行器，例如系留无人机，为了增强续航和通信保密，飞行器在飞行时需要通过一根线缆与地面控制系统保持连接。线缆一般有几百米长，因此需要收纳，一般做法是把线缆缠绕在圆柱形的滚筒上。

现有的收放线方法有手动和电动两种。手动方法是用人手操作摇杆来转动滚筒。电动方法是用电机代替人手来转动滚筒。

现有的手动方法需要消耗人员体力，效率不高，速度也很难跟上飞行器。现有的电动方法虽然减轻了转动滚筒时人员体力的消耗，但是由于无法感应飞行器的上升或下降，所以收线和放线的切换还是需要人工干预，自动化程度还不够高。

要实现自适应收放线，首先需要感应飞行器的状态，即上升或者下降。在上升时需要放线，在下降时需要收线，放线和收线的速度跟上升和下降的速度成正比。悬停时既不放线也不收线。

初步看来可以用拉力检测、gps定位、rfid射频识别、图像识别等方法检测飞行器的状态，但是最终发现真正实现起来会面临很多困难，结构太复杂，可靠性也难以保证。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的问题提供一种自适应收放飞行器线缆的装置及其方法，可自动收放飞行器线缆。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种自适应收放飞行器线缆的装置，包括检测组件与控制系统，所述检测组件包括导轨、滑块、同步带、旋转编码器、两个同步轮以及线缆，所述导轨套设于所述滑块上，所述同步带设于所述导轨上，两个所述同步轮分别设于所述同步带的两端，所述同步带绕设于两个同步轮，所述滑块与同步带的一条长边固定连接，所述旋转编码器设于其中一个所述同步轮上，所述旋转编码器用于向所述控制系统发送脉冲信号，所述滑块内设有走线槽，所述线缆穿设于所述走线槽中，所述线缆一端与飞行器连接，所述线缆的另一端与设于地面的电机连接，所述控制系统控制所述电机。

作为优选，所述走线槽内设有两个导轮，所述线缆位于两个导轮之间。

作为优选，所述滑块上设有两根光纤，两个所述光纤的同一端均设有光纤镜头，两个所述光纤镜头均突伸入走线槽内，所述线缆的两端均设有薄膜套管，所述线缆颜色为黑色，所述薄膜套管为红色，所述两个光纤镜头共同连接有光纤处理模块。

作为优选，所述导轨分为三部分，分别为上端部分、中间部分以及下端部分设下端部分的最低点为行程最低点，设上端部分的顶点为行程最高点，设中间部分为零位移位置，设下端部分为负位移位置，设上端部分为正位移位置。

作为优选，所述导轨的行程最低点的位置设有第一传感器，所述第一传感器和控制系统共同与电源正极电连接，所述滑块设有第二传感器，所述第二传感器与电源负极连接。

一种自适应收放飞行器线缆的方法，包括如下步骤：

步骤a：控制系统初始化；

步骤b：控制系统根据第二传感器的电平变化判断滑块是否处于行程最低点，若滑块处于行程最低点，则进入步骤c；若滑块(2)不是处于行程最低点，则进入步骤d；

步骤c：控制系统清零脉冲计数值；

步骤d：控制系统检测是否有脉冲信号，如果检测到脉冲信号，则进入步骤e；如果没有检测到脉冲信号，则进入步骤f；

步骤e：控制系统累加脉冲计数值；

步骤f：控制系统根据脉冲计数值判断滑块是否处于零位移位置，如果滑块处于零位移位置，则回到步骤b；如果滑块不是处于零位移位置，则进入步骤g；

步骤g：控制系统根据脉冲计数值判断滑块是否处于正位移位置，如果处于正位移位置，则进入步骤h；如果不是处于正位移位置，则处于负位移位置，此时进入步骤i；

步骤h：电机正转，然后放线缆，然后回到步骤b；

步骤i：电机反转，然后收线缆，然后回到步骤b。

作为优选，控制系统对脉冲进行计数，然后根据脉冲计数范围判断滑块处于负位移位置、零位移位置或正位移位置。

本发明的有益效果：本发明可以自动检测飞行器的上升和下降，并对应做出放线和收线动作，即自适应飞行器的动作，无需人工干预，节省人力资源，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的整体原理图；

图2为检测组件的整体结构示意图；

图3为检测组件的整体结构另一角度的示意图；

图4为本发明的方法原理图。

附图标记分别为：1、导轨；2、滑块；3、同步带；4、旋转编码器；5、同步轮；6、线缆；7、导轮；8、光纤；9、光纤镜头；10、薄膜套管；11、第一传感器；12、第二传感器。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1-图3所示，一种自适应收放飞行器线缆的方法，包括检测组件与控制系统，所述检测组件包括导轨1、滑块2、同步带3、旋转编码器4、两个同步轮5以及线缆6，所述导轨1套设于所述滑块2上，所述同步带3设于所述导轨1上，两个所述同步轮5分别设于所述同步带3的两端，所述同步带3绕设于两个同步轮5，所述滑块2与同步带3的一条长边固定连接，所述旋转编码器4设于其中一个所述同步轮5上，所述旋转编码器用于向所述控制系统发送脉冲信号，所述滑块2内设有走线槽，所述线缆6穿设于所述走线槽中，所述线缆6一端与飞行器连接，所述线缆6的另一端与设于地面的电机连接，所述控制系统控制所述电机。所述控制系统为plc控制系统。图1说明：检测部分包括导轨1、滑块2、同步带3、旋转编码器4、两个同步轮5以及线缆6，动力部分包括电机，而电机将动力传动到检测部分的线缆6，线缆6拉动飞行器。

当飞行器上升时，线缆6会被拉紧，滑块2向上移动，滑块2转动带动同步带3转动，同步带3带动两个同步轮5转动，其中一个同步轮5带动旋转编码器4转动，旋转编码器4向控制系统发送脉冲信号，然后控制系统便会控制电机转动，电机转动释放线缆6。当飞行器下降时，线缆6会松弛，滑块2由于自身的重量会向下移动，电机转动收紧线缆6。当飞行器悬停时，滑块2所受的线缆6拉力与其自身重力相等，电机不转动。这样不管飞行器的状态如何变化，线缆6都会自动跟随着收放，保持适度的张弛状态，本发明可以自动检测飞行器的上升和下降，并对应做出放线和收线动作，即自适应飞行器的动作，无需人工干预，节省人力资源，提高工作效率。

如图2和图3所示，所述走线槽内设有两个导轮7，所述线缆6位于两个导轮7之间，设置导轮7，可以减少线缆6与滑块2的摩擦，可以提高收放线的效率，同时对线缆6进行保护。

如图2所示，所述滑块上设有两根光纤8，两个所述光纤8的同一端均设有光纤镜头9，两个所述光纤镜头9均突伸入走线槽内，所述线缆的两端均设有薄膜套管10，所述线缆6颜色为黑色，所述薄膜套管10为红色，所述两个光纤镜头(9)共同连接有光纤处理模块，光纤处理模块为光纤放大器，型号为fs-v31，该型号的光纤放大器反应灵敏，有利于本发明提高工作效率。在飞行器降落到地面后，本发明应该自动停止收线，在飞行器上升导最大高度时，本发明应该停止放线，以避免反方向缠绕，导致飞行器下降，为实现上述功能，可以在线缆的首末两端缠上黑色的薄膜套管10。由于线缆本身是红色的，所以相对于黑色的薄膜套管10，两者对外界光线的反射率不同，黑色反射的光线强度比红色的小，光纤处理模块发出的光线经过其中一根光纤8的传输照射到线缆上，然后反射的光线通过另一根光纤8传输回来，光纤8处理模块可以感应反射回来的光线的强度并转换为电信号传递给plc控制系统。当plc控制系统检测到光线强度明显变小时，便会判断此时光纤镜头9观察到了黑色，从而停止收线或放线。为了避免误判，薄膜套管10需要有一定的长度，让观察到黑色的过程持续一定的时间。线缆的速度越快，黑色持续的时间越短，所以为了保证可靠性。

所述导轨1分为三部分，分别为上端部分、中间部分以及下端部分设下端部分的最低点为行程最低点，设上端部分的顶点为行程最高点，设中间部分为零位移位置，设下端部分为负位移位置，设上端部分为正位移位置

导轨1高度为10cm，导轨1高度为0cm的部分为行程最低点，导轨1高度为10cm的部分为行程最高点，导轨1高度为4cm～6cm的部分为零位移位置，导轨1高度为0cm～4cm的部分为负位移位置，导轨1高度为6cm～10cm的部分为正位移位置。

所述导轨1的行程最低点的位置设有第一传感器11，所述第一传感器11和控制系统共同与电源正极电连接，所述滑块2设有第二传感器12，所述第二传感器12与电源负极连接，在第一传感器11与第二传感器12接触前，第二传感器12为低电平，第二传感器12为高电平，第二传感器12随滑块2上下运动，当第二传感器12与第一传感器11接触时，第一电平便会变成为低电平，此时控制系统检测到第一传感器11的电平变化，便会判断滑块2位于行程最低点。

控制系统用于对脉冲进行计数，脉冲计数范围为0-9999个，当脉冲计数范围为0-3999个，控制系统判断滑块2处于负位移位置，当脉冲计数范围为4000-5999个，控制系统判断滑块2处于零位移位置，当脉冲计数范围为6000-9999个，控制系统判断滑块2处于正位移位置。

如图4所示，一种自适应收放飞行器线缆的方法，该方法使用上述自适应收放飞行器线缆的装置，包括如下步骤：

步骤a：plc控制系统初始化；

步骤b：控制系统根据第二传感器的电平变化判断滑块2是否处于行程最低点，若滑2处于行程最低点，则进入步骤c；若滑块2不是处于行程最低点，则进入步骤d；

步骤c：控制系统清零脉冲计数值；

步骤d：控制系统检测是否有脉冲信号，如果检测到脉冲信号，则进入步骤e；如果没有检测到脉冲信号，则进入步骤f；

步骤e：控制系统累加脉冲计数值；

步骤f：控制系统根据脉冲计数值判断滑块2是否处于零位移位置，如果滑块2处于零位移位置，则回到步骤b；如果滑块2不是处于零位移位置，则进入步骤g；

步骤g：控制系统根据脉冲计数值判断滑块2是否处于正位移位置，如果处于正位移位置，则进入步骤h；如果不是处于正位移位置，则处于负位移位置，此时进入步骤i；

步骤h：电机正转，然后放线缆6，然后回到步骤b；

步骤i：电机反转，然后收线缆6，然后回到步骤b。

当飞行器在空中悬停时，滑块2处于零位移位置时。当飞行器发生轻微的上下抖动，线缆6带动滑块2，滑块2会相应地在零位移位置的范围内上下移动，但是电机不会做出收放线动作。

当飞行器从悬停状态开始加速上升时，滑块2从零位移位置往上移动，开始进入正位移位置的范围，控制系统控制电机进行放线动作，放线的速度与正位移的大小成正比，最大速度为70m/min。当滑块2位于10cm处时，放线速度为最大速度70m/min。当滑块2位于8cm处时，放线速度为35m/min。

当飞行器匀速上升时，滑块2会固定停留在一个位置，此时对应的放线速度刚好等于匀速上升的速度。

当飞行器上升到一定高度之后，开始减速并逐渐停止上升。此时因为飞行器上升的速度在减小，滑块2如果再保持原来的位置以一个更高的速度匀速放线的话，线缆6会松弛，导致滑块2往下移动，放线速度也随之减小，刚好达到一种平衡状态。随着上升速度的逐渐减小，滑块2的正位移的大小也逐渐减小。最后飞行器停止上升，滑块2又进入了零位移。

当飞行器从悬停状态开始加速下降然后减速悬停的过程可以根据以上的上升过程类推。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。