CN109795710B - 系留无人机同步控制的全自动收放线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系留无人机同步控制的全自动收放线系统,包括绕线系统、上升系统、下降系统、控制系统以及悬停系统；控制系统与绕线系统、上升系统、下降系统和悬停系统无线连接，接收不同状态下的速度信息，控制系统向系留无人机发送指令信息后，绕线系统接收系留无人机的反馈信息，绕线系统根据反馈信息作出对应的动作，从而实现全自动收放。因此系留无人机无论是上升、下降还是悬停状态都同时被绕线系统所获知，从而使得绕线系统能根据系留无人机的状态进行调整，根据系留无人机的飞行速度调整绕线单元的转动速度，使得两个速度保持一致，实现对缆绳的全自动收放线，确保整个系留无人机的活动自由度达到最大。

Description

系留无人机同步控制的全自动收放线系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种系留无人机同步控制的全自动收放线系统。

背景技术

无人机作为负载视频采集传输系统的设备，在影视拍摄、新闻采访、现场取证、空中巡逻等场合具有广泛的应用。现有的无人机一般存在如下两种方式，一种是自携带动力电池的无人机，其通过携带的动力电池提供动力驱动电机旋转螺旋桨产生动力飞行，另一种是重型无人机，即是系留无人机，其供电电源在地面，通过供电线缆连接无人机为无人机提供动力。前一种方式对应的无人机受限于载重、体积和飞行时间等因素，无法满足长时间运行的需求，系留无人机采用地面上设置的供电电源供电，具备长时间运行的优势。

相关技术中的系留无人机普遍采用一根光电复合缆绳作为系留绳，其中，上述光电复合缆集成了电力供给以及光纤通信等功能。但是因为有了缆绳的牵扯，系留无人机在空中飞行的时候会受到缆绳的影响，飞行的自由度大大降低。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种系留无人机同步控制的全自动收放线系统，采用绕线系统、上升系统、下降系统、控制系统以及悬停系统之间相互配合，使得绕线系统针对系留无人机的当前状态能及时进行调整，从而保证系留无人机在飞行过程中不会受到缆绳的干扰。

为实现上述目的，本发明公开了一种系留无人机同步控制的全自动收放线系统，包括绕线系统、上升系统、下降系统、控制系统以及悬停系统；

绕线系统：接收系留无人机的反馈指令，针对无人机在上升或下降过程中，对固定在无人机上的缆线进行收纳或展开；

上升系统：与控制系统进行数据传输，控制系留无人机在上升阶段时按照所述控制系统的指令进行运动；

下降系统：与控制系统进行数据传输，控制系留无人机在下降阶段时按照所述控制系统的指令进行运动

悬停系统：与控制系统连接，并进行数据传输，控制系留无人机在悬停时按照所述控制系统进行运动；

所述控制系统与绕线系统、上升系统、下降系统和悬停系统无线连接，接收不同状态下的速度信息，控制系统首先向系留无人机发送指令信息，系留无人机接收到后发出反馈信息至绕线系统，所述绕线系统根据指令信息作出对应的动作，从而实现全自动收放。

作为优选，所述绕线系统中包括绕线单元和卡线单元，所述卡线单元位于绕线单元的出线口位置，缆线从卡线单元穿过，所述卡线单元用于对缆线进行限位和整理，使得穿过的缆线缠绕在绕线单元上。

作为优选，所述上升系统中包括变速上升单元和匀速上升单元，所述变速上升单元用于对系留无人机采用非匀速上升时进行控制，当系留无人机采用变速运动进行上升时，变速上升单元记录当前系留无人机的加速度以及运动速度，并且根据系留无人机的运行时间计算出系留无人机的上升速度，同时反馈给控制系统。

作为优选，当系留无人机选择匀速进行上升时，匀速上升单元记录系留无人机的上升速度，并将该速度传输至控制系统。

作为优选，所述下降系统中包括变速下降单元和匀速下降单元，所述变速下降单元用于对系留无人机采用非匀速下降时进行控制，当系留无人机采用变速运动进行下降时，变速下降单元记录当前系留无人机的加速度以及运动速度，根据系留无人机的运行时间计算出系留无人机的下降速度，同时反馈给控制系统。

作为优选，当系留无人机选择匀速进行下降时，匀速下降单元记录系留无人机的下降速度，并将该速度传输至控制系统。

作为优选，所述悬停系统设置在系留无人机上，所述悬停系统设置在系留无人机上，所述悬停系统中设置有感应单元，当感应单元检测到系留无人机的速度为零时，反馈给控制系统。

作为优选，当控制系统向系留无人机发出速度改变指令后，系留无人机接收该指令后进行数据处理和反馈，将反馈指令发送给所述绕线系统，所述绕线系统接收指令信息后，结合绕线单元的参数信息，计算出绕线单元的转动速度，并且控制绕线单元以该转动速度进行工作，同时将该转动速度回传至控制系统；当处于悬停状态时，绕线单元的转动速度为零。

作为优选，当所述控制系统接收绕线系统的运转速度和系留无人机的运动速度不一致时，控制系统发出预警指令，系留无人机采用悬停系统进行工作，同时绕线系统停止工作。

本发明的有益效果是：本发明采用多个系统之间的相互配合，控制系统先发出的指令给系留无人机，绕线系统接收的是系留无人机的反馈指令，反馈指令中包括了系留无人机的速度、方向等信息，因此系留无人机无论是上升、下降还是悬停状态都同时被绕线系统所获知，从而使得绕线系统能根据系留无人机的状态进行调整，根据系留无人机的飞行速度调整绕线单元的转动速度，使得两个速度一致，实现对缆绳的全自动收放线，保证整个系留无人机的活动自由度达到最大，同时保证缆绳在收纳过程中能整齐排列在绕线单元上；当两者的速度不一致时，控制系统发出预警，使得系留无人机采用悬停系统进行工作，绕线系统停止工作，这样保证了系留无人机和绕线系统的安全，便于专业人员进行检修。

附图说明

图1为本发明的系统连接图。

主要元件符号说明如下：

1、控制系统 2、绕线系统

3、上升系统 4、下降系统

5、悬停系统 21、绕线单元

22、卡绳单元 31、变速上升单元

32、匀速上升单元 41、变速下降单元

42、匀速下降单元。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步地描述。

本发明提供一种系留无人机同步控制的全自动收放线系统，包括绕线系统2、上升系统3、下降系统4、控制系统1以及悬停系统5；

绕线系统1：用于接收控制系统1的指令，针对无人机在上升或下降过程中，对固定在无人机上的缆线进行收纳或展开；上升系统3：与控制系统1进行数据传输，控制系留无人机在上升阶段时按照控制系统1的指令进行运动；下降系统4：与控制系统1进行数据传输，控制系留无人机在下降阶段时按照控制系统1的指令进行运动；悬停系统5：与控制系统1连接，并进行数据传输，控制系留无人机在悬停时按照控制系统1进行运动；控制系统1与绕线系统2、上升系统3、下降系统4和悬停系统5无线连接，接收不同状态下的速度信息，控制系统1在系留无人机发送指令信息后，绕线系统2接收系留无人机针对指令信息作出的反馈信息，反馈信息中就包括系留无人机的速度、方向等，绕线系统2根据指令信息作出对应的动作，从而实现全自动收放。在本实施例中，因为绕线系统是直接接收系留无人机的反馈信息而进行工作，因此两者的工作状态是完全一致的，两者就相当于是一体式结构，无论系留无人机采用何种状态进行工作，绕线系统也采用的同样的系统进行工作，从而使得系留无人机的自由度更高，这些指令信息中包括速度、加速度、运动时间等信息。

在具体应用中，绕线系统2中包括绕线单元21和卡线单元22，卡线单元22位于绕线单元21的出线口位置，缆线从卡线单元22穿过，卡线单元22用于对缆线进行限位和整理，使得穿过的缆线缠绕在绕线单元21上。在本实施例中，卡线单元对穿过的缆线进行一定程度的调整，在进行缆绳的收放过程中，采用特定的收纳方式进行收纳：从绕线单元的一端朝向另一端运动，运动至顶端后反向运动。

上升系统3中包括变速上升单元31和匀速上升单元32，变速上升单元31用于对系留无人机采用非匀速上升时进行控制，当系留无人机接收到控制系统的指令使其采用变速运动进行上升时，变速上升单元31记录当前系留无人机的加速度以及运动速度，根据系留无人机的运行时间计算出系留无人机的上升速度，同时将上升速度传输给控制系统2。更为具体的是，当系留无人机收到控制系统发送加速上升的指令后，获得的运动加速度为a、运动速度为b，系留无人机根据运行时间t计算出系留无人机的上升速度V₁=b+at；然后将该速度信息和运动方向传输给绕线单元，绕线单元结合半径计算出绕线单元的转动角速度Ω₁，然后控制绕线单元以该角速度进行转动进行放线。

当系留无人机接收控制系统的指令选择匀速进行上升时，匀速上升单元采用指令信息中的速度V₂进行上升；然后将该速度信息和运动方向传输给绕线单元，绕线单元结合半径计算出绕线单元的转动角速度Ω₂，然后控制绕线单元以该速度进行转动，对缆线进行放线操作。

当系留无人机进行下降时，下降系统4中包括变速下降单元41和匀速下降单元42，变速下降单元41用于对系留无人机采用非匀速下降时进行控制，当系留无人机接收控制系统的指令采用变速运动进行下降时，变速下降单元记录当前系留无人机的加速度c以及运动速度d，并且根据系留无人机的运行时间t和公式V₃=d-ct计算出系留无人机的下降速度V₃，将该速度反馈给绕线单元，然后绕线单元根据自身的半径结合指令信息计算出绕线单元的转动角速度Ω₃，然后控制绕线单元以该速度进行转动；

当控制系统发送指令信息使得系留无人机选择匀速进行下降时，匀速下降单元采用指令信息中的速度使得系留无人机的下降速度为V₄，并将该速度信息传输至绕线单元，结合绕线单元的半径计算出绕线单元的转动角速度Ω₄，然后控制绕线单元以该速度进行转动，对缆线进行收线操作。

当需要采用悬停状态进行工作时，控制系统发生指令给设置在系留无人机上的悬停系统5，悬停系统中设置有感应单元，当感应单元检测到系留无人机的速度为零时，确定此时处于悬停状态，反馈给控制系统和绕线系统，绕线系统控制绕线单元不发生转动，此时绕线单元的转动速度为零。

控制系统还接收系留无人机和绕线系统的反馈速度，当两者不一致时，控制系统进入预警状态，分别发送不同的指令信息给系留无人机和绕线系统：发送悬停指令给系留无人机，使得系留无人机进行悬停模式进行工作；发送停止指令给绕线系统，此时绕线系统停止工作，不再进行放线或者收线。

本发明的优势在于：

1）针对系留无人机所处的状态能对缆绳进行调整，从而保证在各个情况下都能及时对缆绳进行自动收放控制，提高了系留无人机的自由度；

2）根据系留无人机的速度调整绕线系统的转动速度，使得两者之间的速率相同，从而保证系留无人机运行更加自由。

以上公开的仅为本发明的实施方式，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种系留无人机同步控制的全自动收放线系统，其特征在于，包括绕线系统、上升系统、下降系统、控制系统以及悬停系统；

绕线系统：接收系留无人机的反馈指令，针对系留无人机在上升或下降过程中，对固定在系留无人机上的缆线进行收纳或展开；绕线系统中包括绕线单元和卡线单元；卡线单元位于绕线单元的出线口位置，缆线从卡线单元穿过，卡线单元用于对缆线进行限位和整理，使得穿过的缆线缠绕在绕线单元上；卡线单元进行缆绳的收放过程中，采用特定的收纳方式进行收纳：从绕线单元的一端朝向另一端运动，运动至顶端后反向运动；

上升系统：与控制系统进行数据传输，控制系留无人机在上升阶段时按照所述控制系统的指令进行运动；

下降系统：与控制系统进行数据传输，控制系留无人机在下降阶段时按照所述控制系统的指令进行运动；

悬停系统：与控制系统连接，并进行数据传输，控制系留无人机在悬停时按照所述控制系统进行运动；

所述控制系统与绕线系统、上升系统、下降系统和悬停系统无线连接，接收不同状态下的速度信息，控制系统首先向系留无人机发送指令信息，系留无人机接收到后发出反馈信息至绕线系统，所述绕线系统根据反馈信息作出对应的动作，从而实现全自动收放；

当控制系统向系留无人机发出速度改变指令后，系留无人机接收该指令后进行数据处理和反馈，将反馈指令发送给所述绕线系统，所述绕线系统接收指令信息后，结合绕线单元的参数信息，计算出绕线单元的转动速度，并且控制绕线单元以该转动速度进行工作，同时将该转动速度回传至控制系统；当处于悬停状态时，绕线单元的转动速度为零；

当所述控制系统接收绕线系统的运转速度和系留无人机的运动速度不一致时，控制系统发出预警指令，系留无人机采用悬停系统进行工作，同时绕线系统停止工作；

绕线系统接收系留无人机针对指令信息作出的反馈信息，反馈信息中就包括系留无人机的速度、方向等，绕线系统根据指令信息作出对应的动作，从而实现全自动收放。

2.根据权利要求1所述的系留无人机同步控制的全自动收放线系统，其特征在于，所述上升系统中包括变速上升单元和匀速上升单元，所述变速上升单元用于对系留无人机采用非匀速上升时进行控制，当系留无人机采用变速运动进行上升时，变速上升单元记录当前系留无人机的加速度以及运动速度，并且根据系留无人机的运行时间计算出系留无人机的上升速度，同时反馈给控制系统。

3.根据权利要求2所述的系留无人机同步控制的全自动收放线系统，其特征在于，当系留无人机选择匀速进行上升时，匀速上升单元记录系留无人机的上升速度，并将该速度传输至控制系统。

4.根据权利要求1所述的系留无人机同步控制的全自动收放线系统，其特征在于，所述下降系统中包括变速下降单元和匀速下降单元，所述变速下降单元用于对系留无人机采用非匀速下降时进行控制，当系留无人机采用变速运动进行下降时，变速下降单元记录当前系留无人机的加速度以及运动速度，根据系留无人机的运行时间计算出系留无人机的下降速度，同时反馈给控制系统。

5.根据权利要求4所述的系留无人机同步控制的全自动收放线系统，其特征在于，当系留无人机选择匀速进行下降时，匀速下降单元记录系留无人机的下降速度，并将该速度传输至控制系统。

6.根据权利要求1所述的系留无人机同步控制的全自动收放线系统，其特征在于，所述悬停系统设置在系留无人机上，所述悬停系统中设置有感应单元，当感应单元检测到系留无人机的速度为零时，反馈给控制系统。