无人机系留线缆收放结构的制作方法

本实用新型属于无人机系留技术领域，具体涉及一种无人机系留线缆收放结构。

背景技术：

系留无人机系统由多旋翼无人机、系留线缆、地面起降平台组成，无人机使用地面供电长时间滞空悬停，同时，机载设备采集的高清视频等数据可以通过系留线缆内置的光纤回传到地面，具有空中长时间作业、数据传输带宽大的优势，整个系统可独立式安装，也可以车载安装，并能自动同步跟随车辆移动。系留旋翼无人机的市场需求来源于系留升空平台系统。

系留多旋翼无人机的最关键改进是增加了系留供电系统，其基本原理是地面电源将地面220v交流电变换为高压后通过系缆传输到机载电源，再变换为飞行器及任务载荷的供电电源。系缆中除了供电导线，还有两条单模光纤，可用于机载任务载荷与地面设备之间的宽带信号通信。

系留旋翼平台主要是在定点周围悬停，不会有过多复杂的飞行动作，但系留旋翼的飞控需要充分考虑系缆对其飞行的影响，特别是在各种风场条件下，系缆随风产生的摆动会使平台失去控制，一般来说，民用系留旋翼无人机至少要达到恒风6级阵风8级的要求，才能有实际使用意义。在6～8级的风场的应用时，系缆并没有固定的运动规律可言，要靠飞控对旋翼平台控制的鲁棒性来调整，其操控难度不低于固定翼，为匹配系统旋翼平台要在强风中的作业场景，平台的气动力设计尤其重要。系统旋翼平台在风场中悬停，实际上相当于平台在沿来风方向做平面飞行。6～8级风速为10.8～20.7米/秒，相当于旋翼平台要有最高时速不小于75千米的能力。

在现有技术中，如公开号为cn108248888a，公开日为2018年7月6日，名称为“用于系留无人机飞行器的自动收放线装置”的发明专利文献，公开了一种用于系留无人机飞行器的自动收放线装置，包括旋转臂和线缆盘，所述的旋转臂一端连接驱动装置，旋转臂的外侧端部具有走线套筒，电缆线通过走线套筒从线缆盘连接飞行器，所述的走线套筒包括套筒环，套筒环具有多个安装滚珠的滚珠槽，滚珠安装在滚珠槽内，滚珠在滚珠槽的开口处呈半裸露状态。本发明中，旋转臂通过驱动装置带动旋转，来完成线缆盘中电缆线的收放，臂旋转的线盘效率高，而且效果好，电缆线与套筒环内的滚珠能够处于滑动接触，防止电缆线出现打卷或者卡死现象，而且提升的电缆线的收放速度；但是这种系留结构的技术方案中缺乏针对但是这种系留结构的技术方案中缺乏针对系留状态下突发升降、偏移等动作的有效、便捷处理应对结构，调整结构的动作始终要慢过突发动作的行程。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于系留无人机的自动收放、稳定、且带有一定的缓冲功能的收放结构。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

无人机系留线缆收放结构，其特征在于：包括定滑轮组和动滑轮组，以及带有排线装置、用于卷放系留线缆的线缆滚筒，所述线缆滚筒上的系留线缆通过排线装置绕过所述定滑轮组和动滑轮组后连接无人机；所述动滑轮组通过系留线缆悬吊在所述定滑轮组之下，且所述定滑轮组和动滑轮组之间设置有测距装置，该结构保证了定滑轮组和动滑轮组之间可以有一定程度的相向运动空间。即无人机上升时系留线缆自线缆滚筒开始放出，经过排线装置、定滑轮组和动滑轮组随着无人机上升到达指定系留高度后线缆滚筒停止放线，无人机遇到气流等影响时，发生偏移或上升，就会通过系留线缆将动滑轮向上拉，定滑轮组和动滑轮组之间的相向运动空间就成为了缓冲行程；

并且通过检测无人机将动滑轮向上拉的距离可以对应得知出无人机现在的状态，并具体作为控制卷缆机动作和收放速度的控制信号，如将动滑轮组升高行程分为上、中、下三段区域：

当动滑轮组升高至上段区域时，即可以判断无人机在上升状态中，需要控制线缆滚筒启动放线，并且根据动滑轮组升高的速度来对应控制线缆滚筒的放线速度；

而当动滑轮组位于中段区域时，可以判断无人机在稳定系留状态，卷缆机不放缆也不收揽；

当动滑轮组下降至下段区域时，即可以判断无人机在下降状态中，需要控制线缆滚筒启动收线，并且根据动滑轮组下降的速度来对应控制线缆滚筒的收线速度。

进一步的，所述定滑轮组和动滑轮组均包括带有系留线缆进出口的轮组壳体和设置在轮组壳体中的滑轮组，作为转动和运动件，设置有外壳定位和保护有利于装置运行的稳定性。

优选地，所述定滑轮组和动滑轮组之间还设置有直线型的导向轨道，所述定滑轮组固定设置所述导向轨道的一端，所述动滑轮组通过其轮组壳体可滑动的设置在所述导向轨道上；即，所述定滑轮组和动滑轮组之间的相对滑动被所述导向轨道限定在直线上，这样可以保证避免相对滑动的偏移使得线缆搅乱，也可以确保过测距装置只需要检测直线距离的变化即可确定缓冲程度的变化，同时保证缓冲撞击位置相对固定便于设置保护。

对应的，所述测距装置为设置在定滑轮组轮组壳体上、且朝向所述动滑轮组轮组壳体的光学测距装置，即通过光测距的方式直接的、持续的测量动滑轮组轮组与定滑轮组之间的距离，准确、高效，还可以通过测量值的变化快速得到升降速度，并且所述定滑轮组轮组壳体上还设置有用于保护所述测距装置的防撞缓冲卡，避免突发状况下定滑轮组和动滑轮组相撞对测距装置造成损坏。

优选地，所述排线装置设置在所述定滑轮组轮组壳体上，且其排线通道指向定滑轮组轮组壳体的系留线缆进出口，排线装置的作用就是对线缆进行引导，避免打结、卡滞等情况，有利于装置的流畅运转。

所述动滑轮组包括6组并列设置的滑轮组，且每组滑轮组都由系留线缆单股绕过。多组均匀受力有利于提高承受能力，对于旋转运动部件来说很有必要，每根线上所受的力=m（动滑轮）g/12-f（滑轮组摩擦力）-f（轴承阻力）。

所述线缆滚筒上设置有旋转驱动单元，还带有能够切断所述旋转驱动单元驱动连接的手动旋转把手，即可以在手动自动状态下切换，自动控制故障时可以切换为手动进行机械隔离，实现纯手动优先的操作。

优选地，所述旋转驱动单元为步进减速行星电机，步进减速行星电机启动响应很快，可以不考虑缓冲装置启动冲量。

附图说明

本实用新型的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1是本实用新型一种优选方案的立体结构示意图；

图2是本实用新型定滑轮组和动滑轮组一种优选方案的连接结构示意图；

图3是本实用新型定滑轮组和动滑轮组一种优选方案的组成结构示意图；

图中：

1、定滑轮组；2、动滑轮组；3、排线装置；4、线缆滚筒；5、测距装置；6、导向轨道。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本实用新型目的技术方案，需要说明的是，本实用新型要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

作为本实用新型一种最基本的实施方案，公开了无人机系留线缆收放结构，如图1，包括定滑轮组1和动滑轮组2，以及带有排线装置3、用于卷放系留线缆的线缆滚筒4，所述线缆滚筒4上的系留线缆通过排线装置3绕过所述定滑轮组1和动滑轮组2后连接无人机；所述动滑轮组2通过系留线缆悬吊在所述定滑轮组1之下，且所述定滑轮组1和动滑轮组2之间设置有测距装置5，该结构保证了定滑轮组1和动滑轮组2之间可以有一定程度的相向运动空间。即无人机上升时系留线缆自线缆滚筒4开始放出，经过排线装置3、定滑轮组1和动滑轮组2随着无人机上升到达指定系留高度后线缆滚筒4停止放线，无人机遇到气流等影响时，发生偏移或上升，就会通过系留线缆将动滑轮向上拉，定滑轮组1和动滑轮组2之间的相向运动空间就成为了缓冲行程；

并且通过检测无人机将动滑轮向上拉的距离可以对应得知出无人机现在的状态，并具体作为控制卷缆机动作和收放速度的控制信号，如将动滑轮组2升高行程分为上、中、下三段区域：

当动滑轮组2升高至上段区域时，即可以判断无人机在上升状态中，需要控制线缆滚筒4启动放线，并且根据动滑轮组2升高的速度来对应控制线缆滚筒4的放线速度；

而当动滑轮组2位于中段区域时，可以判断无人机在稳定系留状态，卷缆机不放缆也不收揽；

当动滑轮组2下降至下段区域时，即可以判断无人机在下降状态中，需要控制线缆滚筒4启动收线，并且根据动滑轮组2下降的速度来对应控制线缆滚筒4的收线速度。

实施例2

作为本实用新型一种优选地实施方案，在实施例1的基础上，进一步的，公开了，所述定滑轮组1和动滑轮组2均包括带有系留线缆进出口的轮组壳体和设置在轮组壳体中的滑轮组，作为转动和运动件，设置有外壳定位和保护有利于装置运行的稳定性。

优选地，所述定滑轮组1和动滑轮组2之间还设置有直线型的导向轨道6，所述定滑轮组1固定设置所述导向轨道6的一端，所述动滑轮组2通过其轮组壳体可滑动的设置在所述导向轨道6上；即，所述定滑轮组1和动滑轮组2之间的相对滑动被所述导向轨道6限定在直线上，这样可以保证避免相对滑动的偏移使得线缆搅乱，也可以确保过测距装置5只需要检测直线距离的变化即可确定缓冲程度的变化，同时保证缓冲撞击位置相对固定便于设置保护。

对应的，所述测距装置5为设置在定滑轮组1轮组壳体上、且朝向所述动滑轮组2轮组壳体的光学测距装置5，即通过光测距的方式直接的、持续的测量动滑轮组2轮组与定滑轮组1之间的距离，准确、高效，还可以通过测量值的变化快速得到升降速度，并且所述定滑轮组1轮组壳体上还设置有用于保护所述测距装置5的防撞缓冲卡，避免突发状况下定滑轮组1和动滑轮组2相撞对测距装置5造成损坏。

优选地，所述排线装置3设置在所述定滑轮组1轮组壳体上，且其排线通道指向定滑轮组1轮组壳体的系留线缆进出口，排线装置3的作用就是对线缆进行引导，避免打结、卡滞等情况，有利于装置的流畅运转。

所述动滑轮组2包括6组并列设置的滑轮组，且每组滑轮组都由系留线缆单股绕过。多组均匀受力有利于提高承受能力，对于旋转运动部件来说很有必要，每根线上所受的力=m（动滑轮）g/12-f（滑轮组摩擦力）-f（轴承阻力）。

所述线缆滚筒4上设置有旋转驱动单元，还带有能够切断所述旋转驱动单元驱动连接的手动旋转把手，即可以在手动自动状态下切换，自动控制故障时可以切换为手动进行机械隔离，实现纯手动优先的操作。

优选地，所述旋转驱动单元为步进减速行星电机，步进减速行星电机启动响应很快，可以不考虑缓冲装置启动冲量。