收放线控制装置及收放线装置的制作方法

本申请涉及系留无人机的技术领域，特别是涉及一种可用于系留无人机的收放线控制装置及收放线装置。

背景技术：

系留无人机主要应用于长时间不间断的空中监控和应急通讯，可以搭载特制可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备。目前系留无人机已经在军事、消防、石油、海洋、测绘、交通、科研等多个专业领域广泛应用。系留无人机可以很好解决无人机的供电和长航时问题，以此为开端，完全可以开辟起庞大的工业级无人机市场。

然而，目前的系留无人机收放线控制只能粗略实现收放线，系统可靠性不强，准确度不高。比如，系留无人机在执行任务过程中，由人工将电源线从沉重的电缆盘上放出来不但需要大量的人力，而且无法准确输出需要长度的电线，准确度有限；当无人机下降时，也无法按时、准确收线，极有可能导致电源线混乱散落在地上，从而造成电源线的破损和妨碍无人机的作业，可靠性不强。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可靠性强、准确度高的收放线控制装置及收放线装置。

一种收放线控制装置，包括相互连接的微处理器和力传感器；

所述力传感器获取线缆的受力参数，并将所述受力参数发送至所述微处理器；所述微处理器接收外部控制信号及所述受力参数，并根据pid算法生成转速调节指令，所述转速调节指令用于线缆收放控制。

一种收放线装置，包括电机、卷筒和如上所述的收放线控制装置，所述收放线控制装置中的所述微处理器与所述电机连接，所述电机与所述卷筒连接；

所述微处理器将所述转速调节指令发送至所述电机以控制所述电机转动，所述电机驱动所述卷筒运转进行线缆收放。

在一个实施例中，还包括发送控制信号的控制端装置，所述控制端装置与所述微处理器连接。

在一个实施例中，还包括通信装置，所述控制端装置通过所述通信装置与所述微处理器连接。

在一个实施例中，所述控制端装置包括移动终端，所述移动终端包括手机、平板电脑和个人数字助理中的至少一种。

在一个实施例中，还包括设于所述卷筒一侧的排线机构，所述排线机构用于调节线缆在所述卷筒上收放时的排布。

在一个实施例中，还包括与所述电机连接的紧急开关，所述紧急开关控制所述电机紧急制动。

在一个实施例中，还包括散热装置，所述散热装置设于所述卷筒的一侧。

在一个实施例中，还包括警报装置，所述报警装置与所述微处理器连接。

在一个实施例中，还包括底座，所述底座包括箱体、滚轮和拉杆；

其中，所述箱体用于固定所述微处理器、所述力传感器、所述电机和所述卷筒，所述滚轮设于所述箱体的底部，所述拉杆设于所述箱体的一侧。

上述收放线控制装置及收放线装置，包括相互连接的微处理器和力传感器，其中，力传感器获取线缆的受力参数，并将受力参数发送至微处理器，微处理器根据接收的外部控制信号及受力参数，通过pid算法生成用于控制收放线的转速调节指令，从而实现对线缆收放的控制。在进行收放线操作时，由力传感器实时获取线缆的受力参数，微处理器根据该受力参数判断当前线缆收放速度与线缆另一端设备移动速度的匹配程度，当不匹配时，及时通过转速调节指令调节驱动卷筒运转的电机的转速，从而使得在放线时能准确输出需要长度的电线，准确度高，在收线时能避免卷筒拉扯影响线缆另一端设备的正常工作，可靠性强。

附图说明

图1为本申请一实施例中收放线控制装置的结构示意图；

图2为本申请一实施例中收放线装置的结构示意图；

图3为本申请一实施例中收放线装置的结构示意图；

图4为本申请一实施例中收放线装置的结构示意图；

图5为图4中收放线装置进行收放线操作的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本申请，并不限定本申请的保护范围。

图1为本申请一实施例中收放线控制装置的结构示意图。如图1所示，收放线控制装置100包括相互连接的微处理器110和力传感器120；

所述力传感器120获取线缆的受力参数，并将所述受力参数发送至所述微处理器110；所述微处理器110接收外部控制信号及所述受力参数，并根据pid算法生成转速调节指令，所述转速调节指令用于线缆收放控制。

收放线控制装置100用于调控线缆收放，其包括相互连接的微处理器110和力传感器120。其中，力传感器120用于获取线缆的受力参数，具体的，力传感器120可以包括拉力传感器、张力传感器和压力传感器等可用于实时检测对应的拉力、张力和压力等力学参数的传感器。力传感器120将实时获取的线缆的受力参数发送至微处理器110，微处理器110接收外部控制信号及该受力参数，并根据pid算法(proportionintegraldifferential)生成转速调节指令，该转速调节指令用于线缆收放控制。进一步地，微处理器110可以为单片机、fpga(field－programmablegatearray，现场可编程门阵列)或dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)。微处理器110根据接收的外部控制信号及力传感器120发送的受力参数，根据pid算法生成转速调节指令，从而实现对线缆收放的控制，从而保证线缆不过度拉伸与过度松弛。其中，pid算法是指比例-积分-微分算法，pid算法是一个闭环控制算法，因此要实现pid算法，需实现硬件上的闭环控制。具体应用时，微处理器110根据接收到的受力参数，如线缆拉力值，通过pid算法得到相应的目标速度值及加速度值，再进一步生成得到转速调节指令，用于及时调节电机转速。比如控制一个电机的转速，通过测速传感器将电机转速测量结果反馈到控制路线上，根据与目标转速的对比结果对电机进行加速或减速，从而实现对电机的转速控制。

上述收放线控制装置，包括相互连接的微处理器和力传感器，其中，力传感器获取线缆的受力参数，并将受力参数发送至微处理器，微处理器根据接收的外部控制信号及受力参数，通过pid算法生成用于控制收放线的转速调节指令，从而实现对线缆收放的控制。在进行收放线操作时，由力传感器实时获取线缆的受力参数，微处理器根据该受力参数判断当前线缆收放速度与线缆另一端设备移动速度的匹配程度，当不匹配时，及时通过转速调节指令调节驱动卷筒运转的电机的转速，从而使得在放线时能准确输出需要长度的电线，准确度高，在收线时能避免卷筒拉扯影响线缆另一端设备的正常工作，可靠性强。

基于上述收放线控制装置100，本申请还提供一种收放线装置。

图2为本申请一实施例中收放线装置的结构示意图。如图2所示，收放线装置包括电机200、卷筒300和如上所述的收放线控制装置100，所述收放线控制装置100中的所述微处理器110与所述电机200连接，所述电机200与所述卷筒300连接；

所述微处理器110将所述转速调节指令发送至所述电机200以控制所述电机200转动，所述电机200驱动所述卷筒300运转进行线缆收放。

收放线装置包括电机200、卷筒300和收放线控制装置100，其中，收放线控制装置100控制电机200转动，电机200驱动卷筒300运转，卷筒300通过正向和反向转动进行线缆收放。具体的，收放线控制装置100包括相互连接的微处理器110和力传感器120，微处理器110与电机200连接。力传感器120将实时检测的线缆的受力参数发送至微处理器110，微处理器根据接收的外部控制信号及力传感器120发送的受力参数，采用pid算法生成转速调节指令并发送至电机200，电机200在转速调节指令控制下调节转速，驱动卷筒300改变运转速度，从而实现了对线缆收放速度的调控。

上述收放线装置，在进行收放线操作时，由力传感器实时获取线缆的受力参数，微处理器根据该受力参数通过pid算法判断当前线缆收放速度与线缆另一端设备移动速度的匹配程度，当不匹配时，及时通过转速调节指令调节驱动卷筒运转的电机的转速，从而使得在放线时能准确输出需要长度的电线，准确度高，在收线时能避免卷筒拉扯影响线缆另一端设备的正常工作，可靠性强。

进一步地，收放线装置还包括发送控制信号的控制端装置，所述控制端装置与所述微处理器连接。控制端装置与微处理器110连接，可以直接将外部控制信号发送至微处理器，控制收放线装置启动或停止收放线操作以及调节收放线的速度。在具体应用时，力传感器120用于实时检测线缆受力参数，并根据该受力参数由微处理器110实时对电机转速进行调控；另一方面，通过控制端装置启动/关闭装置工作和调节收放线速度。在具体实现时，控制端装置可以包括按钮组件，如启动开关、调速开关，还可以包括显示设备，通过启动开关实现装置的启动及关闭，如当开启放线的开关按钮后，微处理器发出放线控制信号至电机进一步驱动卷筒自动送线；通过调速开关调节装置收放线速度，通过显示设备实时获取装置的工作状态，如收放线的长度、速度等工作状态信息。

进一步地，收放线装置还包括通信装置，所述控制端装置通过所述通信装置与所述微处理器110连接。控制端装置通过通信装置与微处理器110连接，通信装置外部控制信号的收发，将控制端装置发出的外部控制信号传递至微处理器110中，同时将微处理器110返回的装置工作状态信息传递至控制端装置。具体的，通信装置可以包括有线通信模块或无线通信模块，无线通信模块可以为蓝牙模块、3g/4g模块、wifi模块等。

进一步地，所述控制端装置包括移动终端，所述移动终端包括手机、平板电脑和个人数字助理中的至少一种。控制端装置可以为移动终端，移动终端通过通信装置向微处理器发出控制信号，从而实现对装置启动/关闭及收放线速度的控制。更进一步地，移动终端还可以显示微处理器返回的卷筒运转速度和收线、放线的长度等工作状态信息，以便控制端装置可以及时了解装置运行状态。

进一步地，收放线装置还包括设于所述卷筒300一侧的排线机构，所述排线机构用于调节线缆在所述卷筒300上收放时的排布。排线机构可以用于调节线缆在卷筒300上收放时的排布，可以确保线缆在卷筒300上均匀分布，避免了线缆可能出现交叉重叠等情况，从而对线缆另一端设备的作业产生不良影响的问题。具体应用时，排线机构可以为丝杠，通过丝杠对线缆收放时的调节，可以将线缆有序地、均匀地排布在卷筒上，以有效解决现有收放线系统不能收放适当长度的线，电源线排布混乱、工作效率低，可靠性不高等问题。

进一步地，收放线装置还包括与所述电机200连接的紧急开关，所述紧急开关控制所述电机200紧急制动。紧急开关与电机200连接，当发生紧急情况，如系统出现故障或者需要立刻停止工作时，通过紧急开关可以及时对电机200实现制动，确保系统的安全停止。

进一步地，收放线装置还包括散热装置，所述散热装置设于所述卷筒300的一侧。卷筒300进行收放线时，通过在卷筒300一侧设置散热装置来对线缆及卷筒300进行散热降温，可以保证装置在高温环境中稳定运行，也能避免温度过高对线缆造成损害。在具体应用时，散热装置可以为风扇，可以在卷筒的周边设置一定角度的风扇，对线缆及卷筒进行散热降温。

进一步地，收放线装置还包括警报装置，所述报警装置与所述微处理器110连接。报警装置与微处理器110连接，当线缆收放完成时，微处理器110发出提示信号，由报警装置接收该提示信号后发出报警信号，以提示收线或放线已完成或发生故障，从而可以确保操作人员能够及时了解装置的工作情况。进一步地，报警装置可以为信号灯，如led灯或蜂鸣器等。

进一步地，收放线装置还包括底座，所述底座包括箱体、滚轮和拉杆；其中，所述箱体用于固定所述微处理器110、所述力传感器120、所述电机200和所述卷筒300，所述滚轮设于所述箱体的底部，所述拉杆设于所述箱体的一侧。底座用于固定整个装置，具体的，底座包括箱体、滚轮和拉杆。其中，箱体的空腔结构设放各模块器件，如微处理器、力传感器、电机和卷筒，进一步地，还可以设放通信装置、报警装置、紧急开关、散热装置和排线机构等；滚轮设置在箱体底部，拉杆设在箱体的一侧，便于整个收放线装置的携带及运输。

图3为本申请一实施例中收放线装置的结构示意图。如图3所示，收放线装置包括收放线控制装置100、电机200、卷筒300、报警装置、控制端设备、通信装置、紧急开关、散热装置和排线机构，其中，收放线控制装置100包括相互连接的微处理器110和力传感器120；进一步地，微处理器110还与报警装置、通信装置和电机200连接，控制端装置与通信装置连接，电机200与卷筒300以及紧急开关连接，散热装置和排线机构均设于卷筒300的一侧。

上述收放线装置，微处理器110接收控制端装置通过通信装置发送的控制信号以及力传感器检测的线缆的受力参数，通过pid算法生成转速调节指令并发送至电机200，电机200在转速调节指令的控制下调节转速并驱动卷筒300改变转速，从而实现对线缆收放线速度的实时调控。在进行收放线操作时，由力传感器实时获取线缆的受力参数，微处理器根据该受力参数通过pid算法判断当前线缆收放速度与线缆另一端设备移动速度的匹配程度，当不匹配时，及时通过转速调节指令调节驱动卷筒运转的电机的转速，从而使得在放线时能准确输出需要长度的电线，准确度高，在收线时能避免卷筒拉扯影响线缆另一端设备的正常工作，可靠性强。

此外，装置具有有序排线功能，微处理器110在收放线的过程会根据装置工作状态是处于收线还是放线状态来驱动排线机构的来往运动，确保电线在卷筒上的有序，避免了电线可能出现交叉重叠等情况，从而对无人机的作业产生不良影响的问题；报警装置及时发出提示信号已提醒装置工作情况；紧急开关可用于电机的紧急制动；散热装置对线缆及卷筒实时散热降温；确保装置在高温环境下稳定运行。

图4为本申请一实施例中收放线装置的结构示意图。如图4所示，本实施例中，收放线装置包括微处理器(图未示)、力传感器120、卷筒200、电机300、丝杠400、风扇500、底座盘600。其中，电机300转动驱动卷筒200运转，通过正反向运转控制，实现对线缆的收放线缠绕；卷筒200与电机300同轴设置，卷筒200设于电机300的外侧，用于线缆的缠绕；丝杠400设于卷筒上方，固定在底座盘600上，用于实现线缆收放时在卷筒200上的均匀分布；力传感器120固设与丝杠400上，用于检测线缆上的受力参数，具体的，力传感器120为拉力传感器，可以实时检测线缆上的拉力值；风扇500固设于卷筒200两侧的底座盘600上，用于对装置散热降温；底座盘600固定各部分器件；微处理器(图未示)设放与底座盘600内，具体的，微处理器为单片机。

进一步地，收放线装置还包括控制端模块和蓝牙模块，控制端模块为移动终端，如手机。具体的，手机通过该蓝牙模块与微处理器实现通信，一方面，手机通过蓝牙模块向微处理器发送控制信号，如启动装置或关闭装置以及转速调节；另一方面，微处理器也实时返回装置的工作状态，如卷筒200的运转速度、收线或放线长度等工作状态信息，以便控制端实时掌握装置工作情况。上述收放线装置能够自主收线和放线，电缆卷筒能够根据无人机的飞行高度和速度主动调节收放速度，可做到与无人机的同步配合，且可以通过控制端装置调节速度，速度最大可以达到2米每秒。

图5为利用图4中收放线装置进行收放线操作的流程示意图。如图5所示，装置启动初始化后，移动终端与收放线控制装置通过蓝牙模块连接，移动终端打开收/放线开关，并设定收/放线速度，生成控制信号并下发至收放线控制装置中的微处理器，即单片机，单片机根据该控制信号控制电机正/反向转动，实现收/放线操作。在收/放线操作进行的同时，拉力传感器实时检测线缆上的拉力值并发送至单片机，单片机根据拉力值通过pid闭环控制算法生成用于调节收放速度的转速调节指令，电机根据接收到的转速调节指令实时调节转速，从而驱动卷筒运转速度实时调节，以匹配线缆另一端设备当前的所需的收/放线速度。进一步地，可以通过存储器记录最后一次装置的工作状态信息，在装置启动初始化之后，读取上一次的状态信息，进行装置配置。具体的，将上述收放线装置应用于系留无人机，当无人机的上升速度大于卷筒的放线速度的时候，拉力传感器受到向外的拉力，并且将检测的拉力值交给微处理器，即单片机进行处理，单片机采集到相应的压力值后采用pid算法得到相应的加速度，从而加快电机的转速，使卷筒的转速达到与无人机一致。在无人机下降的过程中，如果无人机的下降速度小于卷筒的转速，拉力传感器会受到向外的拉力，此时单片机根据拉力值通过pid算法得到相应加速度，从而自动降低电机的转速，使预留在卷筒外部的线有充足的余量，保证在收线时候，不会因为卷筒的拉扯而使无人机的飞行受到影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。