CN108249231A - 系留无人机用的变扭矩线缆收放装置及其收放线缆方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种系留无人机用的变扭矩线缆收放装置及其收放线缆方法。其中，收放包括：驱动机构，包括：电动机和磁粉离合器，其用于驱动和控制绕线盘的转动；和驱动器，其与磁粉离合器电连接，以通过控制电流变化来调节磁粉离合器的扭矩；以及绕线机构，包括：用于供绕线盘绕于其上的绕线盘，绕线盘与驱动机构共轴设置并连接至驱动机构的输出端，往复连杆，其与绕线盘相互平行地安置，并与驱动机构的输出端相连，往复连杆上设置有螺纹槽，滑块，其设置于往复连杆的螺纹槽内并能够沿螺纹槽运动，和排线架，其设置于往复连杆并能够在滑块的作用下沿往复连杆进行往复运动，线缆穿过排线架连接至系留无人机主体。

Description

系留无人机用的变扭矩线缆收放装置及其收放线缆方法

[0001]

技术领域

[0002]本发明属于系留无人机技术领域。特别地，本发明涉及一种系留无人机用的变扭 矩线缆收放装置及其收放线缆方法，其中特别涉及一种利用往复连杆和滑块的配合对线缆 进行规则缠绕和释放的装置及使用该装置的方法。

[0003]

背景技术

[0004] 系留无人机主要应用于长时间不间断的空中监视和应急通讯。线缆作为光纤信号 传输和电流传导的载体，不能承受较大的拉力和扭矩。已有的线缆收放装置构造简单，常常 导致线缆收放过程中线缆的缠绕杂乱。例如，在绕线盘转动过程中，线缆缠绕单层形状不规 贝U，截面直径过大或过小等。这种不规则缠绕的线缆很容易产生不可控的（例如，较大或较 小的)拉力和/或扭矩，影响系留无人机的飞行效果。特别是，当线缆产生的拉力或扭矩过大 时，可能损伤甚至拉断线缆内部的光纤或电导体，进而有产生炸机的危险。或者，当线缆产 生的拉力或扭矩较小时，无法精确地监控和导航系留无人机的飞行，可能出现系留无人机 已经降落而线缆仍然继续盘绕的情况，这也可能损伤甚至拉断线缆内部的光纤或电导体， 埋藏炸机的危险。

[0005] 所以，本领域需要一种能够规则缠绕线缆的系留无人机用的线缆收放装置，以解 决上述技术问题。

[0006]

发明内容

[0007]本发明的目的之一是提供一种用于系留无人机升降过程中线缆收放装置，针对线 缆收放过程中，电动机带动绕线盘转动，绕线盘带动线缆通过往复连杆上的排线架，对无人 机起降过程进行的更为精确地控制，往复连杆通过链传动与绕线盘相连，从而带动往复连 杆上的排线架进行往复平滑运动使线缆自动规则排线。

[0008]本发明解决技术问题所采取的方案是： 系留无人机起降过程中，电动机带动绕线盘转动，绕线盘收放线缆时对线缆产生拉力， 绕线盘带动线缆通过往复连杆上的排线架，对无人机起降过程进行的控制，往复连杆通过 链传动与绕线盘相连，从而带动往复连杆上的排线架进行往复平滑运动使线缆自动规则排 线。

[0009] 更具体地，在一个实施例中，本发明提供一种系留无人机用的变扭矩线缆收放装 置，包括:驱动机构，包括：电动机和磁粉离合器，其用于驱动和控制绕线盘的转动，和驱动 器，其与所述磁粉离合器电连接，以通过控制电流变化来调节所述磁粉离合器的扭矩；以及 绕线机构，包括:用于供所述绕线盘绕于其上的绕线盘，所述绕线盘与所述驱动机构共轴设 置并连接至所述驱动机构的输出端，往复连杆，其与所述绕线盘相互平行地安置，并与所述 驱动机构的所述输出端相连，所述往复连杆上设置有螺纹槽，滑块，其设置于所述往复连杆 的所述螺纹槽内并能够沿所述螺纹槽运动，和排线架，其设置于所述往复连杆并能够在所 述滑块的作用下沿所述往复连杆进行往复运动，所述线缆穿过所述排线架连接至所述系留 无人机主体。

[0010] 进一步地，所述驱动机构进一步包括共轴的第一联轴器和第二联轴器，所述第一 联轴器位于所述电动机和所述磁粉离合器之间，且所述第二联轴器位于所述磁粉离合器和 所述绕线盘之间。

[0011] 进一步地，所述第一联轴器和所述第二联轴器中的至少一者是爪型的。

[0012] 进一步地，进一步包括:光杆，其与所述往复连杆相互平行地安置，和光杆滑块，其 设置于所述光杆并与所述滑块连接。

[0013] 进一步地，所述往复连杆与所述驱动机构的所述输出端相连包括使所述往复连杆 与所述绕线盘同步运动的结构。

[0014] 进一步地，所述结构包括设置在所述驱动机构的所述输出端上的第一齿轮、设置 在所述往复连杆一端上的第二齿轮、以及连接所述第一齿轮和所述第二齿轮的连接件。

[0015] 进一步地，所述连接件是链条或皮带。

[0016] 进一步地，所述第一齿轮和所述第二齒轮的大小的范围设置为〇• 5-2。

[0017] 进一步地，所述螺纹槽包括螺距相同且旋向相反的两条螺纹槽，该两条螺纹槽的 两端各自通过圆滑过渡曲线相互连接，所述滑块被设置为能够沿着所述螺纹槽中的至少一 者沿着所述往复连杆做往复移动。

[0018] 进一步地，所述排线架包括两个排线孔，所述线缆穿过所述排线孔中的至少一者。

[0019] 进一步地，所述驱动机构和所述绕线机构共同设置在一底座上。

[0020] 在另一实施例中，本发明提供一种利用前述变扭矩线缆收放装置收放线缆方法， 在所述系留无人机起飞的过程中，所述系留无人机通过所述线缆将拉力传递给所述绕线 盘，使得所述绕线盘按第一方向转动进而释放所述线缆，所述绕线盘的转动产生扭矩，所述 扭矩被传递给所述磁粉离合器并驱动所述磁粉离合器转动，当所述拉力增大至使得所述绕 线盘产生的所述扭矩超过所述磁粉离合器的预设扭矩时，所述磁粉离合器自动打滑以使所 述绕线盘上的扭矩保持恒定，进而保证所述线缆不会对所述系留无人机产生较大的拖拽 力；在所述系留无人机降落的过程中，所述电动机被驱动以按与所述第一方向相反的第二 方向转动并带动所述磁粉离合器按所述第二方向转动，所述磁粉离合器进而带动所述绕线 盘按所述第二方向转动，所述驱动器通过控制电流大小来自动调节所述磁粉离合器上的扭 矩以使得所述绕线盘上的扭矩恒定，进而保证所述绕线盘随着所述系留无人机的下降而收 回所述线缆而不会在所述系留无人机上产生较大的拖拽力。

[0021] 进一步地，在所述系留无人机起飞的过程中，所述扭矩通过所述第二联轴器被传 递给所述磁粉离合器。

[0022] 进一步地，在所述系留无人机降落的过程中，所述电动机被驱动以按与所述第一 方向相反的第二方向转动并通过所述第一联轴器带动所述磁粉离合器按所述第二方向转 动。

[0023] 进一步地，进一步包括当所述系留无人机完全降落且停稳后，所述电动机停止转 动，进而所述磁粉离合器和所述绕线盘也相应停止转动。

[0024] 进一步地，本发明提供一种系留无人机系统，包括无人机主体和前述变扭矩线缆 收放装置。

[0025] 本发明的有益效果是： 对于系留无人机升降过程中，电动机带动绕线盘转动，绕线盘收放线缆时对线缆产生 拉力，绕线盘带动线缆通过往复连杆上的排线架，通过往复连杆，排线架往复直线运动使线 缆层级排列，缠绕形状规则和紧凑，系留无人机和绕线盘对线缆拉力和扭矩均匀，有益于保 护线缆内部光纤或电导体，避免其产生损伤，进而避免炸机的危险。

[0026]

附图说明

[0027] 仅通过示例的方式，参考附图来描述本发明。具体参考附图，强调的是，所示的细 节仅仅是示例性的，并且仅用于说明性地讨论本发明的优选实施例，并且出于提供被认为 是有用和容易理解的对本发明的原理和概念方面的描述。在这方面，没有尝试更详细地示 出本发明的结构细节，而不是为了对本发明的基本理解所需要的细节，对附图的描述使得 本领域技术人员明白本发明的几种形式可以在实践中体现。

[0028] 本发明能够具有其他实施例或者以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文中 使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。

[0029]图1为根据本发明一个示例性实施例的系留无人机线缆拉力控制装置结构示意 图。

[0030]

具体实施方式

[0031] 在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在其应用上不限于 在下面的描述中阐述或在附图中示出的部件的结构和布置的细节。本发明能够具有其他实 施例或者以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文中使用的措辞和术语是为了描述的 目的，而不应被认为是限制性的。

[0032]在下面描述的各个附图的讨论中，相同的附图标记表示相同的部分。

[0033] 为了清楚起见，在一些附图中省略了非必要的元件。

[0034]下面结合附图和实例对本发明一种系留无人机收放线线缆排线装置做进一步说 明。本申请公开的系留无人机一般泛指通过系留线缆传输电力和/或其它通信信号的无人 机。

[0035] 如图1所示，在该实施例中，示出了 一种系留无人机用的变扭矩线缆收放装置，其 大体包括驱动机构和绕线机构。其中，驱动机构大体包括用于驱动和控制绕线盘转动的电 动机2和磁粉离合器4,以及驱动器。该驱动器与磁粉离合器4电连接，以通过控制电流变化 来调节磁粉离合器4的扭矩。优选地，电动机2和磁粉离合器4共轴设置。

[0036] 在一个实施例中，绕线机构包括绕线盘12、往复连杆17、滑块18和排线架14。

[0037]其中，绕线盘I2与所述驱动机构共轴设置并连接至所述驱动机构的输出端，例如， 绕线盘12与电动机2和磁粉离合器4共轴设置，并连接在磁粉离合器4的输出端处。本发明中 的线缆2〇能够按顺序由内圈至外圈依次规则地盘绕于绕线盘12。优选地，该驱动机构进一 步包括共轴的第一联轴器3和第二联轴器6,其中第一联轴器3位于所述电动机2和磁粉离合 器4之间，且第二联轴器6位于磁粉离合器4和绕线盘12之间。更优选地，第一联轴器3和所述 第二联轴器6中的至少一者是爪型的，例如是爪型联轴器3、6。

[0038] 在一个实施例中，往复连杆17与绕线盘12相互平行地安置，并同样与驱动机构的 输出端(例如第二联轴器6的输出端)相连，使得驱动机构的输出能够控制往复连杆17的转 动。优选地，往复连杆17上设置有螺纹槽。优选地，螺纹槽包括螺距相同且旋向相反的两条 螺纹槽，该两条螺纹槽的两端各自通过圆滑过渡曲线相互连接，滑块18 (下文详细描述的） 能够沿着螺纹槽中的至少一者沿着往复连杆17做往复移动。

[0039] 在一个实施例中，滑块18设置于往复连杆17的螺纹槽内并能够沿螺纹槽运动。 [0040]在一个实施例中，排线架14被设置于往复连杆17并能够在滑块18的作用下沿往复 连杆17进行往复运动，线缆20穿过排线架14连接至系留无人机主体。

[0041] 优选地，该绕线机构还进一步包括光杆16和光杆滑块19。例如，光杆16与往复连杆 17相互平行地安置，例如可安置在往复连杆17的下方。光杆滑块19设置在光杆16上并与滑 块18连接，起到控制滑块18运动方向的作用。

[0042] 在优选实施例中，往复连杆17与驱动机构的输出端(例如，第二联轴器6的输出端， 或在没有设置第二联轴器6的情况下是磁粉离合器4的输出端)相连包括使往复连杆17与绕 线盘12同步运动的结构。该结构例如可以包括设置在驱动机构的输出端上的第一齿轮11、 设置在往复连杆17—端上的第二齿轮10、以及连接第一齿轮11和所述第二齿轮10的连接件 9。该连接件9例如可以是链条或皮带。根据绕线盘12的大小以及绕线盘12与往复连杆17之 间的距离，第一齿轮11和第二齿轮10的大小可以被设置，例如这两个齿轮的齿轮比的范围 设置为0.5-2,优选的，第二齿轮10与第一齿轮11的齿轮比为2:1。

[0043] 排线架14包括两个排线孔，线缆20穿过排线孔中的至少一者。

[0044] 驱动机构和绕线机构共同设置在一底座1上。

[0045] 除了上述的结构元素之外，本发明的变扭矩线缆收放装置还可以包括磁粉离合器 安装座5,支撑座7、8,绕线盘支撑座13,排线机构支撑座15等结构或元件。这些支撑座或安 装座有利于将各个结构牢固地安装到底座1上，以确保各结构或元件之间的平行或共轴。 [0046] 根据另一实施例，利用前述变扭矩线缆收放装置收放线缆方法包括放线方法和绕 线方法。

[0047] 关于放线方法，其通常是指在系留无人机起飞的过程中。首先接通电源，电动机2 启动，电动机2通过爪型联轴器3带动磁粉离合器4转动，并将转矩传给磁粉离合器4，磁粉离 合器4主动轴转动，输出轴不输出扭矩，通过爪型联轴器6与绕线盘12连接。系留无人机通过 线缆将拉力传递给绕线盘，使得绕线盘按第一方向（顺时针或逆时针)转动进而释放线缆， 绕线盘的转动产生扭矩，扭矩通过第二联轴器被传递给磁粉离合器并驱动磁粉离合器随着 所述第二联轴器转动，当拉力增大至使得绕线盘产生的扭矩超过磁粉离合器的预设扭矩 时。磁粉离合器自动打滑以使绕线盘上的扭矩保持恒定，进而保证线缆不会对系留无人机 产生较大的拖拽力。例如，当扭矩达到设定值时，爪型联轴器2将扭矩传给磁粉离合器4,磁 粉离合器4跟着爪型联轴器6随动，绕线盘12转动时，将绕线盘12的圆周运动转化为线缆20 跟随无人机的直线运动，并带动排线架14在往复连杆上做往复运动。

[0048] 关于收线方法的原理，其通常是指在系留无人机降落的过程中，电动机被驱动以 按与第一方向相反的第二方向（逆时针或顺时针)转动并通过第一联轴器带动磁粉离合器 按第二方向转动，磁粉离合器进而带动绕线盘按第二方向转动，驱动器通过控制电流大小 来自动调节磁粉离合器上的扭矩以使得绕线盘上的扭矩恒定，进而保证绕线盘随着系留无 人机的下降而缓慢收回线缆而不会在系留无人机上产生较大的拖拽力。当所述系留无人机 完全降落且停稳后，所述电动机停止转动，进而所述磁粉离合器和所述绕线盘也相应停止 转动。

[0049] 在一个具体实施例中，当无人机降落时，电动机2反转，通过爪型联轴器3带动磁粉 离合器4转动，将转矩传给磁粉离合器4，磁粉离合器4通过爪型联轴器6带动绕线盘12转动， 并随着无人机降落，绕线盘I2缓慢收回线缆2〇,线缆20穿过排线架14,排线架14在线缆20的 压力下，将滑块18直线运动转换为往复连杆的旋转运动，并根据往复连杆17的特性，拥有两 条螺距相同旋向相反的螺纹槽，两端通过圆滑过渡曲线连接，通过往复连杆17的旋转，使螺 旋槽侧面推动位于螺旋槽的滑块18做轴向的往复运动，滑块18与滑块19相连，通过在光杆 16上的滑动，除了完成换向动作外，还做匀速直线运动，因而线缆20才能规则的缠绕于绕线 盘12上，直到无人机安全降落，断开电源，电动机2停止转动，磁粉离合器4也停止转动。

Claims (16)

1. 一种系留无人机用的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，包括： 驱动机构，包括： 电动机和磁粉离合器，其用于驱动和控制绕线盘的转动，和 驱动器，其与所述磁粉离合器电连接，以通过控制电流变化来调节所述磁粉离合器的 扭矩；以及 绕线机构，包括： 用于供所述绕线盘绕于其上的绕线盘，所述绕线盘与所述驱动机构共轴设置并连接至 所述驱动机构的输出端， 往复连杆，其与所述绕线盘相互平行地安置，并与所述驱动机构的所述输出端相连，所 述往复连杆上设置有螺纹槽， 滑块，其设置于所述往复连杆的所述螺纹槽内并能够沿所述螺纹槽运动，和 排线架，其设置于所述往复连杆并能够在所述滑块的作用下沿所述往复连杆进行往复 运动，所述线缆穿过所述排线架连接至所述系留无人机主体。

2. 根据权利要求1所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述驱动机构进一步包括 共轴的第一联轴器和第二联轴器，所述第一联轴器位于所述电动机和所述磁粉离合器之 间，且所述第二联轴器位于所述磁粉离合器和所述绕线盘之间。

3. 根据权利要求2所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述第一联轴器和所述第 二联轴器中的至少一者是爪型的。

4. 根据权利要求1所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，进一步包括： 光杆，其与所述往复连杆相互平行地安置，和 光杆滑块，其设置于所述光杆并与所述滑块连接。

5. 根据权利要求1所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述往复连杆与所述驱动 机构的所述输出端相连包括使所述往复连杆与所述绕线盘同步运动的结构。

6. 根据权利要求5所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述结构包括设置在所述 驱动机构的所述输出端上的第一齿轮、设置在所述往复连杆一端上的第二齿轮、以及连接 所述第一齿轮和所述第二齿轮的连接件。

7. 根据权利要求6所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述连接件是链条或皮 带。

8. 根据权利要求6所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述第一齿轮和所述第二 齿轮的大小的范围设置为0.5-2。

9. 根据权利要求1所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述螺纹槽包括螺距相同 且旋向相反的两条螺纹槽，该两条螺纹槽的两端各自通过圆滑过渡曲线相互连接，所述滑 块被设置为能够沿着所述螺纹槽中的至少一者沿着所述往复连杆做往复移动。

10. 根据权利要求1所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述排线架包括两个排 线孔，所述线缆穿过所述排线孔中的至少一者。

11. 根据权利要求1所述的变扭矩线缆收放装置，其特征在于，所述驱动机构和所述绕 线机构共同设置在一底座上。

12. —种利用前述任一项权利要求所述的变扭矩线缆收放装置收放线缆方法，其特征 在于， 在所述系留无人机起飞的过程中，所述系留无人机通过所述线缆将拉力传递给所述绕 线盘，使得所述绕线盘按第一方向转动进而释放所述线缆，所述绕线盘的转动产生扭矩，所 述扭矩被传递给所述磁粉离合器并驱动所述磁粉离合器转动，当所述拉力增大至使得所述 绕线盘产生的所述扭矩超过所述磁粉离合器的预设扭矩时，所述磁粉离合器自动打滑以使 所述绕线盘上的扭矩保持恒定，进而保证所述线缆不会对所述系留无人机产生较大的拖拽 力； 在所述系留无人机降落的过程中，所述电动机被驱动以按与所述第一方向相反的第二 方向转动并带动所述磁粉离合器按所述第二方向转动，所述磁粉离合器进而带动所述绕线 盘按所述第二方向转动，所述驱动器通过控制电流大小来自动调节所述磁粉离合器上的扭 矩以使得所述绕线盘上的扭矩恒定，进而保证所述绕线盘随着所述系留无人机的下降而收 回所述线缆而不会在所述系留无人机上产生较大的拖拽力。

13. 根据权利要求12所述的收放线缆方法，其特征在于，在所述系留无人机起飞的过程 中，所述扭矩通过所述第二联轴器被传递给所述磁粉离合器。

14. 根据权利要求12所述的收放线缆方法，其特征在于，在所述系留无人机降落的过程 中，所述电动机被驱动以按与所述第一方向相反的第二方向转动并通过所述第一联轴器带 动所述磁粉离合器按所述第二方向转动。

15. 根据权利要求12所述的收放线缆方法，其特征在于，进一步包括当所述系留无人机 完全降落且停稳后，所述电动机停止转动，进而所述磁粉离合器和所述绕线盘也相应停止 转动。

16. —种系留无人机系统，包括无人机主体和前述任一项权利要求所述的变扭矩线缆 收放装置。