CN106005462A - 用于系留无人机的收放系统及用其收放系留无人机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于系留无人机的收放系统，包括用于容置系留无人机的收放舱，该收放舱包括：升降台，其设置在收放舱的内部空间且用于供系留无人机停留于其上；可滑动舱盖；其设置在收放舱的顶部以用于打开和关闭收放舱的内部空间；用于通信和电力传输的电缆；以及用于收放电缆的线缆收放设备，其设置在收放舱的所述内部空间并通过电缆与系留无人机连接。本发明还提供了一种利用前述收放系统收放系留无人机的方法，其包括释放步骤和收回步骤。该系统及方法能够有效解决系留无人机收放问题。

Description

用于系留无人机的收放系统及用其收放系留无人机的方法

技术领域

本发明涉及飞行器领域。更具体地，本发明涉及一种用于系留无人机的收放系统及用其收放系留无人机的方法。

背景技术

系留无人机是现今发展迅速的一种无人机。由于系留无人机的飞行和控制要求负载高电压和大电流，因此，大部分系留无人机本身并不配置有供电单元，或其供电单元的供电量非常小。通常，系留无人机依靠一或多根电缆与地面供电系统进行连接并依靠地面供电系统为其提供续航所需的电量。因此，系留无人机在飞行过程中总会拖拽着电缆，系留无人机也因此得名。

而系留无人机的收放技术是系留无人机技术的重要组成部分，对系留无人机的起降和停放保护等起着重要的保障作用。而现有技术中还没有能够有效解决系留无人机收放问题，实现系留无人机起降、回收、停放、保护等相对应要求的系统、装置及方法。

发明内容

为了解决了上述系留无人机的收放问题，本发明提供一种用于系留无人机的收放系统，其包括用于容置所述系留无人机的收放舱装置；用于供所述系留无人机通信和为所述系留无人机传输电力的电缆；用于收放所述电缆的线缆收放设备；其中，所述线缆收放设备设置在所述收放舱装置的内部空间，并通过所述电缆与所述系留无人机连接。

进一步的，所述收放舱装置包括：升降台，其设置在所述收放舱装置的内部空间且用于供所述系留无人机停留于其上；可滑动舱盖；其设置在所述收放舱装置的顶部以用于打开和关闭所述收放舱的内部空间。

进一步的，所述升降台包括：升降台本体，其顶表面用于安置所述系留无人机；升降台支架，其用于支撑所述升降台本体；和导向件，其位于所述收放舱装置的内部空间的底部。

进一步的，所述导向件包括：轨滑台、导轨滑块和驱动电机，所述导轨滑块连接至所述升降台支架，所述驱动电机驱动所述导轨滑块在所述导轨滑台中做升降运动，从而带动所述升降台支架做升降运动。

进一步的，所述升降台本体设置有通孔，所述通孔用于供所述电缆穿过；所述通孔下方设置有电缆导线器，所述电缆导线器用于控制所述电缆的方向。

进一步的，所述可滑动舱盖包括舱盖本体、舱盖滑轨和滑动电机，所述滑动电机驱动所述舱盖本体在所述舱盖滑轨中滑动以打开和关闭所述收放舱装置。

进一步的，所述电缆为航空系留电缆，其包括一根以上的合金导线和一根以上的光纤线。

进一步的，所述线缆收放设备包括：绕线盘，其用于使所述电缆缠绕在其上；步进电机，其连接至所述绕线盘并控制所述电缆的收放线速度；编码器，其与所述绕线盘同轴安装以用于检测绕线长度；扭矩传感器，其一端连接至所述绕线盘且另一端连接至所述步进电机，以用于监测所述步进电机相对于所述绕线盘产生的扭矩值；以及控制器，其与所述步进电机、所述编码器和所述扭矩传感器电连接，以用于控制所述步进电机和接收所述绕线长度和扭矩值，其中，所述控制器与地面控制设备通信。

进一步的，所述线缆收放设备进一步包括与所述电缆连接的光电一体式滑环，所述光电一体式滑环包括一根以上用于负载高电压和大电流的电气导线和一根以上用于数据通信的光电芯。

进一步的，所述系统还包括用于在所述系留无人机起飞、返航、悬停和随动时对所述系留无人机进行定位的定位装置。

进一步的，所述定位装置包括位置测量设备，所述位置测量设备用于获取所述系留无人机相对于所述升降台本体的相对位置信息。

进一步的，所述位置测量设备包括用于获取所述升降台本体的中心定位坐标信息的差分GPS定位器。

进一步的，所述系统还包括用于为所述系留无人机、所述收放舱装置、所述线缆收放设备及所述定位装置供电的供电装置。

本发明还提供了一种利用前述收放系统收放系留无人机的方法，其包括释放步骤和收回步骤，其中所述释放步骤包括：（a）滑动电机驱动可滑动舱盖的舱盖本体使其在舱盖滑轨中滑动，以开放所述收放舱装置的内部空间；（b）驱动电机驱动导轨滑块使其在导轨滑台中向上运动，从而带动升降台本体上升至所述系留无人机达到指定高度；（c）在步骤（b）进行的同时，线缆收放设备随着升降台本体的上升运动而释放电缆；（d）所述系留无人机拖邑所述电缆向上运动离开所述升降台本体。

进一步的，所述收回步骤包括：（e）系留无人机拖邑电缆朝着升降台本体运动，并在定位装置的引导下着陆于升降台本体上的指定位置；（f）驱动电机驱动导轨滑块在导轨滑台中做下降运动，从而带动所述升降台本体向着收放舱装置的内部空间内下移，在所述系留无人机完全低于舱盖本体的下表面之后，制动所述导轨滑块；（g）在步骤（f）进行的同时，所述线缆收放设备随着所述升降台本体的下降运动而收回电缆；（h）滑动电机驱动舱盖本体在舱盖滑轨中滑动从而关闭收放舱装置。

进一步的，所述指定高度是指所述升降台本体的上表面与所述舱盖本体的上表面基本平齐的位置。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

一、本系统及方法能够在系留无人机在不执行任务时，为能供其长期停放储藏，而且通过可关闭的舱体装置对其进行保护；

二、在系留无人机需要起飞时，该装置能够及时打开，并通过升降装置将其托举到预定位置，使其方便地从原停位置飞出；

三、在系留无人机需要返航降落时，该装置能够及时打开，并通过定位装置精确制导保证其准确返航到指定位置，完成回收工作；

四、在起降过程中，还能通过收放线装置实现对系留无人机所带电缆的自动收放，以保障了系留无人机的起降、悬停和自动跟随。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于系留无人机的收放系统的关闭状态示意图。

图2是根据本发明另一个实施例的收放系统打开且升降台将系留无人机托出状态的示意图。

图3是根据本发明又一实施例中的线缆收放设备的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1和2所示，本发明的用于系留无人机的收放系统包括用于容置系留无人机10的收放舱20，其包括一内部空间。具体地，该收放舱20包括：升降台210，可滑动舱盖220、电缆230及用于收放电缆230的线缆收放设备240。

其中，升降台210设置在收放舱20的内部空间中以用于使系留无人机10停留于其上。具体地，升降台210包括：升降台本体211，其顶表面用于安置系留无人机10；升降台支架212，其用于支撑升降台本体211；导向件，其位于所述收放舱的内部空间的底部，该导向件包括导轨滑台213、导轨滑块214和驱动电机，导轨滑台213中设置沿其滑动的导轨滑块214，升降台支架212的一端连接至导轨滑块214、而另一端连接至升降台本体211，驱动电机驱动导轨滑块214在导轨滑台213中进行的升降运动可带动升降台支架212做升降运动，进而可带动升降台本体211及其上的系留无人机10做升降运动。优选地，升降台本体211可上升至与可滑动舱盖220基本平行的高度，甚至可比可滑动舱盖220上表面高出一定高度，以有利于系留无人机10的起飞与降落。

进一步的，由于电缆230会一直跟随着系留无人机10，所以为避免电缆230的缠结和保证电缆230具有正确的出线方向，升降台本体211上还设置有通孔211a和设置于该通孔211a下方的电缆导线器211b（如图3所示），电缆230穿过通孔211a和电缆导线器211b并连接至系留无人机10。

进一步的，可滑动舱盖220设置在收放舱20的顶部以用于打开和关闭收放舱20的内部空间。具体地，可滑动舱盖220包括舱盖本体221、舱盖滑轨222和滑动电机223，滑动电机223驱动舱盖本体221在舱盖滑轨222中水平滑动以打开和关闭内部空间。

进一步的，优选地，电缆230可为航空系留电缆，其包括两根合金导线和一根光纤线，其具有抗大拉力，柔软、可盘绕回收、抗高压和抗大电流的特性，单模光纤芯可用于通信。

进一步，如图3所示，线缆收放设备240也设置在收放舱20的内部空间中，其用于缠绕和释放电缆230，主要包括：使电缆230缠绕在其上的绕线盘241；连接至所述绕线盘241并控制电缆230的收放线速度的步进电机242；与绕线盘241同轴安装以用于检测绕线长度的编码器243；用于监测步进电机242相对于绕线盘241产生的扭矩值的扭矩传感器244；以及控制器245。

更具体地，绕线盘241应当重量轻，惯量小，方便步进电气242启动。因此，绕线盘241的绕线轴径选择为20-40cm，优选为30cm。扭矩传感器244的一端连接至绕线盘241且另一端连接至步进电机242的电机轴，用以实时监测步进电机242相对于绕线盘241产生的扭矩值，并将该数值提供给控制器245。当扭矩值过大而超过预定值时，说明系留无人机10的绕线速度过快，这导致电缆230承受的拉力过大或说明系留无人机10正在受到极强外力，如风力，的作用，此时应控制并调整电缆230的收放速度。

在一个实施例中，编码器243和扭矩传感器244采集的数据可通过，例如RS485接口或控制器245，传输至地面控制设备（包括供电系统30），地面控制设备同时获取系留无人机10的状态数据，例如飞行数据和位置数据，并对这些数据进行综合计算获得控制数据，该控制数据会被反馈至线缆收放设备240的控制器245，来调整和控制收放线速度，进而配合系留无人机10的起飞和回落。

进一步的，线缆收放设备240进一步包括光电一体式滑环246，其包括一根以上用于负载高电压和大电流的电气导线和一根以上用于数据通信的光电芯。

控制器245与上述步进电机242、编码器243、扭矩传感器244、滑环246中的一者或多者电连接。控制器245可用于控制步进电机242的启动和停止。控制器245还可用于接收绕线长度和扭矩值。进一步地，控制器245与地面控制设备进行通信和/或电连接，其将绕线长度和扭矩值等传输至地面控制设备，并从地面控制设备获得控制数据以控制系留无人机10的飞行。优选地，控制器245还可以采集无人机的飞行数据和位置数据，以及升降台本体211的中心定位坐标数据，并将其传送至地面控制设备。本领域技术人员理解，线缆收放设备240还进一步包括驱动步进电机242的电机驱动器247、转换电源等。

进一步的，该收放系统中还包括有在所述系留无人机起飞、返航、悬停和随动时对所述系留无人机进行定位的定位装置，在一优选的实施例中，该定位装置安装在收放舱20中。

进一步的，该定位装置包括一差分GPS定位器（未示出），其用于获取升降台本体211的与中心定位坐标有关的数据，这些数据会被传送至线缆收放设备240的控制器（如后所述），从而有助于控制系留无人机10精确地停降到升降台本体211上。

本发明还提供了一种利用前述收放系统收放系留无人机的方法，其包括释放步骤和收回步骤，其中所述释放步骤包括：（a）滑动电机驱动可滑动舱盖的舱盖本体使其在舱盖滑轨中滑动，以开放所述收放舱装置的内部空间；（b）驱动电机驱动导轨滑块使其在导轨滑台中向上运动，从而带动升降台本体上升至所述系留无人机达到指定高度；（c）在步骤（b）进行的同时，线缆收放设备随着升降台本体的上升运动而释放电缆；（d）所述系留无人机拖邑所述电缆向上运动离开所述升降台本体。

进一步的，所述收回步骤包括：（e）系留无人机拖邑电缆朝着升降台本体运动，并在定位装置的引导下着陆于升降台本体上的指定位置；（f）驱动电机驱动导轨滑块在导轨滑台中做下降运动，从而带动所述升降台本体向着收放舱装置的内部空间内下移，在所述系留无人机完全低于舱盖本体的下表面之后，制动所述导轨滑块；（g）在步骤（f）进行的同时，所述线缆收放设备随着所述升降台本体的下降运动而收回电缆；（h）滑动电机驱动舱盖本体在舱盖滑轨中滑动从而关闭收放舱装置。

进一步的，上述释放步骤中的指定高度是指所述升降台本体的上表面与所述舱盖本体的上表面基本平齐的位置。

在不执行任务的情况下，舱盖本体221处于封闭收放舱20的内部容置空间的状态，如图1所示。系留无人机10位于内部空间中并停留在升降台本体211的顶表面上。这样，回收舱20用于保护整套无人机系统和机构。当接到执行飞行任务的指令后，滑动电机223启动舱盖本体221向两侧滑动以打开内部空间，同时或随后升降台本体211被驱动以优选地上升到与舱盖本体221基本平行的高度，完成飞行准备动作，如图2所示。然后，系留无人机10拖邑电缆230起飞至设定高度执行任务。任务完成后，系留无人机返航到升降台本体211，升降台本体211带动系留无人机10下降至收放舱20的内部空间，然后或随之舱盖本体221向中部滑动以关闭该内部空间，从而完成本次飞行任务。

在一个实施例中，系留无人机10包括多旋翼无人机本体，飞控单元、IMU单元、通信单元、第二差分GPS单元、电源模块、任务单元等。通信单元可配置有光端机、通过航空电缆光纤将位置和飞行数据等信息传回至地面控制设备，第二差分GPS单元获取所述系留无人机10的位置数据从而实现精确定位，实现无人机起飞、返航、悬停和自动跟随。

如上所述，本发明公开了一种用于系留无人机的收放系统。当不执行任务时，如图1所示，系留无人机被封装在收放舱内；当需要执行任务时，如图2所示通过控制升降台和可滑动舱盖将系留无人机从收放舱内托出，系留无人机即可离开收放舱升起并执行系留任务，任务完成后借助于其自身的差分GPS单元和获取的升降台本体的中心定位坐标实现精确地降落于升降台本体，进而升降台本体自动缩回到收放舱内，完成无人机的回收动作。整个过程可经由地面控制设备和设置在线缆收放设备中的控制器来控制，无需手动操作。因此，本发明解决了系留无人机精准起飞和降落的问题，精确制导返航的问题，无人机长期保护、储藏的问题，和长时间向系留无人机供电的问题。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的一种实施方案，仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以变化的，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进修饰以及等同变换和改进均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (16)

1.一种用于系留无人机的收放系统，其特征在于，其包括用于容置所述系留无人机的收放舱装置；

用于供所述系留无人机通信和为所述系留无人机传输电力的电缆；

用于收放所述电缆的线缆收放设备；

其中，所述线缆收放设备设置在所述收放舱装置的内部空间，并通过所述电缆与所述系留无人机连接。

2.根据权利要求1所述的收放系统，其特征在于，所述收放舱装置包括：

升降台，其设置在所述收放舱装置的内部空间且用于供所述系留无人机停留于其上；

可滑动舱盖；其设置在所述收放舱装置的顶部以用于打开和关闭所述收放舱的内部空间。

3.根据权利要求2所述的收放系统，其特征在于，所述升降台包括：

升降台本体，其顶表面用于安置所述系留无人机；

升降台支架，其用于支撑所述升降台本体；和

导向件，其位于所述收放舱装置的内部空间的底部。

4.根据权利要求3所述的收放系统，其特征在于，所述导向件包括：

导轨滑台、导轨滑块和驱动电机，所述导轨滑块连接至所述升降台支架，所述驱动电机驱动所述导轨滑块在所述导轨滑台中做升降运动，从而带动所述升降台支架做升降运动。

5.根据权利要求4所述的收放系统，其特征在于，所述升降台本体设置有通孔，所述通孔用于供所述电缆穿过；所述通孔下方设置有电缆导线器，所述电缆导线器用于控制所述电缆的方向。

6.根据权利要求2所述的收放系统，其特征在于，所述可滑动舱盖包括舱盖本体、舱盖滑轨和滑动电机，所述滑动电机驱动所述舱盖本体在所述舱盖滑轨中滑动以打开和关闭所述收放舱装置。

7.根据权利要求1所述的收放系统，其特征在于，所述电缆为航空系留电缆，其包括一根以上的合金导线和一根以上的光纤线。

8.根据前述任一项权利要求所述的收放系统，其特征在于，所述线缆收放设备包括：

绕线盘，其用于使所述电缆缠绕在其上；

步进电机，其连接至所述绕线盘并控制所述电缆的收放线速度；

编码器，其与所述绕线盘同轴安装以用于检测绕线长度；

扭矩传感器，其一端连接至所述绕线盘且另一端连接至所述步进电机，以用于监测所述步进电机相对于所述绕线盘产生的扭矩值；以及

控制器，其与所述步进电机、所述编码器和所述扭矩传感器电连接，以用于控制所述步进电机和接收所述绕线长度和扭矩值，其中，所述控制器与地面控制设备通信。

9.根据权利要求8所述的收放系统，其特征在于，所述线缆收放设备进一步包括与所述电缆连接的光电一体式滑环，所述光电一体式滑环包括一根以上用于负载高电压和大电流的电气导线和一根以上用于数据通信的光电芯。

10.根据权利要求1所述的收放系统，其特征在于，所述系统还包括用于在所述系留无人机起飞、返航、悬停和随动时对所述系留无人机进行定位的定位装置。

11.根据权利要求10所述的收放系统，其特征在于，所述定位装置包括位置测量设备，所述位置测量设备用于获取所述系留无人机相对于所述升降台本体的相对位置信息。

12.根据权利要求11所述的收放系统，其特征在于，所述位置测量设备包括用于获取所述升降台本体的中心定位坐标信息的差分GPS定位器。

13.根据前述任一项权利要求所述的收放系统，其特征在于，所述系统还包括用于为所述系留无人机、所述收放舱装置、所述线缆收放设备及所述定位装置供电的供电装置。

14.一种利用前述任一项权利要求中所述的收放系统收放系留无人机的方法，其特征在于，包括释放步骤和收回步骤，其中所述释放步骤包括：

（a）滑动电机驱动可滑动舱盖的舱盖本体使其在舱盖滑轨中滑动，以开放所述收放舱装置的内部空间；

（b）驱动电机驱动导轨滑块使其在导轨滑台中向上运动，从而带动升降台本体上升至所述系留无人机达到指定高度；

（c）在步骤（b）进行的同时，线缆收放设备随着升降台本体的上升运动而释放电缆；

（d）所述系留无人机拖邑所述电缆向上运动离开所述升降台本体。

15.根据权利要求14所述的收放系留无人机的方法，其特征在于，其中所述收回步骤包括：

（e）系留无人机拖邑电缆朝着升降台本体运动，并在定位装置的引导下着陆于升降台本体上的指定位置；

（f）驱动电机驱动导轨滑块在导轨滑台中做下降运动，从而带动所述升降台本体向着收放舱装置的内部空间内下移，在所述系留无人机完全低于舱盖本体的下表面之后，制动所述导轨滑块；

（g）在步骤（f）进行的同时，所述线缆收放设备随着所述升降台本体的下降运动而收回电缆；

（h）滑动电机驱动舱盖本体在舱盖滑轨中滑动从而关闭收放舱装置。

16.根据权利要求14所述的收放系留无人机的方法，其特征在于，所述指定高度是指所述升降台本体的上表面与所述舱盖本体的上表面基本平齐的位置。