CN209870774U - 系留无人机用的张力调整装置及绞盘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及系留无人机用的张力调整装置及绞盘装置，张力调整装置包括张力感应臂、检测元件、控制元件以及弹性件；检测元件与张力感应臂连接并根据张力感应臂的转动输出检测信号；控制元件接收检测信号并根据检测信号输出控制信号；弹性件第一端与张力感应臂连接；系留无人机用的张力调整装置还包括舵机；舵机包括摆臂，摆臂与弹性件第二端连接；舵机接收控制信号并根据控制信号驱动摆臂摆动；当张力感应臂向使弹性件拉伸的方向转动时，摆臂向使弹性件收缩的方向摆动；当张力感应臂向使弹性件收缩的方向转动时，摆臂向使弹性件拉伸的方向摆动。本实用新型能够减少无人机上升时的负载并促进无人机下降时收线。

Description

系留无人机用的张力调整装置及绞盘装置

技术领域

本实用新型涉及系留无人机技术领域，具体涉及系留无人机用的张力调整装置、绞盘装置及张力调整方法。

背景技术

系留无人机是无人机的一种。系留无人机一般通过系留线缆与地面上的绞盘装置连接，由地面工作站供应系留无人机飞行时所需的电能。系留无人机具有其他无人机所具备的定点定高飞行稳定的性能外，还具有长航飞行的功能。理论上来说，只要地面工作站提供足够的电能，系留无人机就能长期定高定点地持续飞行，这样的无人机飞行器可广泛应用在通讯应急中继，实况转播及空中监控等情况中。

目前，系留无人机用绞盘装置常常使用弹簧来控制回弹张力，弹簧的一端通常固定在绞盘装置上，弹簧的另一端由张力感应臂带动移动。系留无人机升降时导致张力变化，张力感应臂摆动，弹簧随之拉伸或收缩。然而随着弹簧拉伸长度的增大，拉伸弹簧所需的拉力也增大，随着弹簧拉伸长度的缩小，弹簧所提供的回弹作用力也变小。因此，当系留无人机上升的时候，需要额外的负载来克服弹簧的拉力，足够大的拉力会造成飞机负载加大，功率消耗大，飞机有效载荷小。而当系留无人机下降的时候，由于弹簧的回弹拉力是越来越小，不能达到合适的回弹张力，可能会出现系留线无法收回的现象。如果加大弹簧粗细，虽然回弹张力足够，但是拉伸负载过大，如果减少弹簧粗细，拉伸负载变小了，但是回弹张力不够，通过调整弹簧粗细无法解决这一矛盾的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的第一目的是提供一种能够在系留无人机上升时减少无人机的负载并且在系留无人机下降时增加张力感应臂的回弹力的张力调整装置。

本实用新型的第二目的是提供一种能够在系留无人机上升时减少无人机的负载并且在系留无人机下降时增加张力感应臂的回弹力的绞盘装置。

为实现本实用新型的第一目的，本实用新型提供了一种系留无人机用的张力调整装置，包括张力感应臂、检测元件、控制元件以及弹性件；张力感应臂可绕轴线转动，张力感应臂的末端为可供系留线经过的接触端；检测元件与张力感应臂连接并根据张力感应臂的转动输出检测信号；控制元件接收检测信号并根据检测信号输出控制信号；弹性件第一端在偏离于轴线的位置与张力感应臂连接；系留无人机用的张力调整装置还包括舵机，舵机相对于轴线位置固定；舵机包括摆臂，摆臂与弹性件第二端连接；舵机接收控制信号并根据控制信号驱动摆臂摆动；当张力感应臂向使弹性件拉伸的方向转动时，摆臂向使弹性件收缩的方向摆动；当张力感应臂向使弹性件收缩的方向转动时，摆臂向使弹性件拉伸的方向摆动。

由上可见，本实用新型的张力感应臂连接弹性件和检测元件，检测元件根据张力感应臂的转动得到转动角度的检测信号，检测信号传输到控制元件，控制元件根据检测信号生成控制信号，控制信号用于控制舵机的摆臂来回摆动。当系留无人机上升时，无人机对系留线的拉力增大，张力感应臂的接触端受到系留线的作用力而转动一定角度，此时张力感应臂拉伸弹性件的第一端，检测单元对角度的检测信号传输到控制元件，控制元件生成的控制信号传输到舵机，舵机驱动摆臂在弹性件的第二端向使弹性件收缩的方向摆动，即朝向弹性件的第一端摆动促使弹性件收缩，减少弹性件的拉伸长度，减少拉伸弹性件所需的拉力，从而降低无人机的负载。当系留无人机下降时，无人机对系留线的拉力减少或减为零，张力感应臂在弹性件的作用下回转，此时张力感应臂向使弹性件收缩的方向转动，检测单元检测回转角度，控制单元输出控制信号，舵机驱动摆臂在弹性件的第二端向使弹性件拉伸的方向摆动，即远离弹性件的第一端摆动促使弹性件拉伸，增加弹性件的拉伸长度，增大弹性件的回弹力，有利于驱动收线。

进一步的技术方案是，检测元件与控制元件电连接，控制元件与舵机电连接；检测元件为旋转电位器，控制元件为PWM发生器，弹性件为弹簧。

由上可见，本实用新型的检测元件可以是旋转电位器，旋转电位器用于检测张力感应臂的转动角度。控制元件可以是PWM发生器，PWM发生器用于生成控制信号控制舵机的摆臂朝两个方向摆动。检测信号和控制信号可以通过电信号传输。

为实现本实用新型的第二目的，本实用新型提供了一种系留无人机用的绞盘装置，包括支架、电机、双向电调和滚筒，电机固定在支架上，电机与双向电调连接，滚筒可转动地支撑在支架内，滚筒用于缠绕系留线，电机带动滚筒转动；系留无人机用的绞盘装置还包括上述任一方案中的系留无人机用的张力调整装置；检测元件、控制元件以及舵机固定在所述支架上，轴线相对于支架位置固定；双向电调接收控制信号并根据控制信号驱动电机带动滚筒转动；当张力感应臂向使弹性件拉伸的方向转动时，滚筒向使系留线放出的方向转动；当张力感应臂向使弹性件收缩的方向转动时，滚筒向使系留线收回的方向转动。

由上可见，本实用新型提供了一种包括上述张力调整装置的绞盘装置，通过舵机对弹性件的拉力和回弹力进行调整，在系留无人机起飞或上升时能够有效减少无人机的负载，在下降或降落时能够增加回弹力从而有效地快速地收线。其中张力调整装置的控制元件可以发出多组信号，控制舵机的摆臂向弹性件拉伸或压缩的方向摆动，也通过双向电调控制电机驱动滚筒向系留线放出或收回的方向转动。本实用新型使用同一的检测元件和控制元件发出同样的信号来控制舵机和双向电调两个设备。

进一步的技术方案是，滚筒通过第一齿轮组与电机连接。

由上可见，本实用新型的滚筒与电机通过第一齿轮组连接，通过对第一齿轮组的设计，可以灵活地调整电机相对于滚筒的位置，优化绞盘装置中各部件的布局，也可以灵活地调整传动比进而调整滚筒的转速。

进一步的技术方案是，张力感应臂包括分别设置在滚筒的两侧的第一臂和第二臂，第一臂和第二臂与滚筒连接并可相对于滚筒转动，轴线穿过滚筒的中心；第一臂和第二臂在远离滚筒的位置连接，形成接触端。

由上可见，本实用新型的张力感应臂与滚筒的两侧连接，可以在位于滚筒两侧的张力感应臂分别布置绞盘装置的部件，第一臂和第二臂连接接触端，接触端能够承受更大的负载。

进一步的技术方案是，第一臂设置在支架内侧，第一臂固定连接有摆杆，摆杆的末端与弹性件第一端连接；支架包括靠近第一臂的第一支撑板；舵机包括舵机主体以及从舵机主体伸出的舵机转轴，舵机主体设置在第一支撑板外侧，舵机转轴穿过第一支撑板在第一支撑板内侧与摆臂连接。

由上可见，本实用新型的弹性件和舵机靠近第一臂设置，弹性件第一端通过摆杆连接到第一臂上，弹性件第二端与支架内的舵机的摆臂连接，舵机主体设置在支架的外侧，进一步优化了绞盘装置的结构。

进一步的技术方案是，第一支撑板内侧还设有两个限位柱，两个限位柱分别设置在摆杆的末端的两侧，摆杆的末端可在两个限位柱之间移动。

由上可见，本实用新型在摆杆的末端设置限位柱，防止摆杆向使弹性件拉伸的方向过度摆动超过了弹性件的拉伸极限，也防止摆杆向使弹性件收缩的方向过度摆动压向弹性件和舵机摆臂。

进一步的技术方案是，第二臂设置在支架内侧；第二臂固定连接有第二齿轮组件；支架包括靠近第二臂的第二支撑板，检测元件包括检测元件主体以及与检测元件主体连接的检测元件转轴，检测元件主体设置在第二支撑板外侧，检测元件转轴穿过第二支撑板并在第二支撑板内侧与第二齿轮组件连接。

由上可见，本实用新型的检测元件靠近第二臂设置，检测元件主体设置在支架外侧，检测元件通过第二齿轮组与第二臂连接，进一步优化了绞盘装置的结构。

进一步的技术方案是，接触端包括两个横向滚轴，两个横向滚轴相互平行且形成间隙；接触端还包括两个与横向滚轴垂直的纵向滚轴，两个纵向滚轴相互平行且形成间隙。

由上可见，本实用新型的接触端通过横向滚轴和纵向滚轴可以对系留线的方向进行限定，防止系留线脱离接触端。

在上述任一技术方案中的绞盘装置上实现的张力调整方法包括以下步骤：系留线带动张力感应臂转动；张力感应臂的转动触发检测元件输出检测信号；控制元件接收检测信号并根据检测信号输出控制信号；舵机接收控制信号并驱动摆臂摆动，双向电调接收控制信号并驱动电机带动滚筒转动。

由上可见，本实用新型的绞盘装置上可以实现调整张力的方法，通过舵机摆臂的摆动调整弹簧的拉力和回弹力，从而在系留无人机上升时减少无人机的负载，在系留无人机下降时促进收线。

附图说明

图1是本实用新型张力调整装置实施例的原理框图。

图2是本实用新型张力调整装置实施例的连接示意图。

图3是本实用新型绞盘装置实施例的结构示意图。

图4是本实用新型绞盘装置实施例除去支架后在第一视角下的结构示意图。

图5是本实用新型绞盘装置实施例除去支架后在第二视角下的结构示意图。

图6是本实用新型绞盘装置实施例除去支架后在第三视角下的结构示意图。

以下结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

具体实施方式

张力调整装置实施例

本实施例的张力调整装置用于系留无人机。如图1和图2所示，本实施例的张力调整装置张力感应臂10、检测元件20、控制元件30、弹性件40以及舵机50。在本实施例中，检测元件20为旋转电位器，控制元件30为PWM发生器，弹性件40为弹簧，舵机50为大扭力舵机。

张力感应臂10可绕轴线转动，张力感应臂10的末端为可供系留线经过的接触端11。收放线时，系留线带动接触端11移动，进而带动张力感应臂10绕轴线转动。

检测元件20与张力感应臂10连接，用于检测张力感应臂10的转动角度，并输出转动角度的检测信号。

控制单元30与检测单元20电连接，控制单元30接收检测信号，并根据检测信号输出控制信号。

舵机50与控制单元30电连接，舵机50接收控制信号，舵机50包括摆臂51，舵机50根据控制信号驱动摆臂51摆动。

弹性件40的第一端在偏离于张力感应臂10转动的轴线的位置与张力感应臂10连接，张力感应臂10转动时带动弹性件40拉伸或收缩。弹性件40的第二端与舵机50的摆臂51的末端连接，摆臂51摆动时带动弹性件40拉伸或收缩。

通过上述设置，使得当无人机上升时，系留线带动接触端11移动，张力感应臂10向使弹性件40拉伸的方向转动，检测元件20检测到转动的角度，检测信号传输到控制元件30，控制元件30生成控制信号，控制信号传输到舵机50，控制舵机50的摆臂51向使弹性件40 收缩的方向摆动，即摆臂51带动弹性件40的第二端朝向弹性件40的第一端移动，此时张力感应臂10使弹性件40拉伸、摆臂51使弹性件40收缩，弹性件40整体被拉伸，但相对于现有技术中弹性件第二端被固定的情况，本实施例的弹性件40的拉伸长度减少，从而降低了无人机的负载。当无人机下降时，张力感应臂10在弹性件40的回弹力作用下向使弹性件40收缩的方向转动，检测元件20的检测信号传输到控制元件30，控制元件30的控制信号传输到舵机50，控制舵机50的摆臂51向使弹性件40 拉伸的方向摆动，即摆臂51带动弹性件40的第二端远离弹性件40的第一端移动，此时张力感应臂10使弹性件40收缩、摆臂51使弹性件40拉伸，弹性件40整体收缩，但相对于现有技术中弹性件第二端被固定的情况，本实施例的弹性件40的拉伸长度增加，从而提供了更大的回弹力促使收线。通过改动舵机50的摆臂51的长度，可以有效地改变张力调整的大小量度。

绞盘装置实施例

本实施例的绞盘装置用于系留无人机，如图3至图6所示，本实施例的绞盘装置包括上述实施例中的张力调整装置以及支架60、电机70和滚筒80。滚筒80用于缠绕系留线。

支架60包括第一支撑板61和第二支撑板62，第一支撑板61和第二支撑板62相对设置。电机70和舵机50安装在第一支撑板61上，检测元件30安装在第二支撑板62上，滚筒80可转动地支撑在第一支撑板61和第二支撑板62之间。

张力感应臂10包括分别设置在滚筒80的两侧的第一臂12和第二臂13，第一臂12靠近第一支撑板61，第二臂13靠近第二支撑板62。第一臂12和第二臂13与滚筒80的两侧连接并可相对于滚筒80转动。张力感应臂10转动的轴线也是滚筒80转动的轴线。第一臂12和第二臂13在远离滚筒80的位置连接，形成接触端11。第一臂12固定连接有摆杆14，摆杆14的末端连接弹性件40的第一端。

电机70与双向电调连接，双向电调接收控制元件30的控制信号，进而驱动电机70转动。电机70的主体设置在第一支撑板61外侧，电机70的转轴穿过第一支撑板61并在第一支撑板61的内侧通过第一齿轮组件63与滚筒80连接。

舵机50的主体设置在第一支撑板61外侧，舵机50的转轴穿过第一支撑板61并在第一支撑板61的内侧与舵机50的摆臂51连接。摆臂51的末端连接弹性件40的第二端。

检测元件30的主体设置在第二支撑板62的外侧，检测元件30通过第二齿轮组件64与第二臂13固定连接。

第一支撑板61内侧还设有两个限位柱65，两个限位柱65分别设置在摆杆14的末端的两侧，摆杆14的末端可在两个限位柱65之间移动。

接触端11包括两个横向滚轴15和两个纵向滚轴16，横向滚轴15和纵向滚轴16相互垂直。两个横向滚轴15相互平行且形成间隙，两个纵向滚轴16相互平行且形成间隙，供系留线通过。

本实施例的绞盘装置工作时，系留线缠绕放置在滚筒80上，系留线从滚筒80伸出后经过接触端11后与系留无人机连接。当无人机上升或下降时，系留线带动接触端11移动，张力感应臂10向使弹性件40拉伸的方向转动，检测元件20检测到转动的角度，检测信号传输到控制元件30，控制元件30生成控制信号，控制信号传输到舵机50，控制舵机50的摆臂51摆动，控制信号也传输到双向电调，双向电调驱动电机70带动滚筒80转动。控制元件30可以发出多组同样的信号同时控制舵机50与双向电调。当张力感应臂10向使弹性件40拉伸的方向转动时，摆臂51向使弹性件40收缩的方向摆动，滚筒80向使系留线放出的方向转动。当张力感应臂10向使弹性件40收缩的方向转动时，摆臂51向使弹性件40拉伸的方向摆动，滚筒80向使系留线收回的方向转动。

在本实施例的绞盘装置上进行张力调整的方法包括以下步骤：

步骤一：系留线带动张力感应臂10转动。其中系留线一端连接滚筒80，另一端连接无人机，系留线经过接触端11从而带动张力感应臂10转动。

步骤二：张力感应臂10的转动触发检测元件20输出检测信号。检测元件20可以将张力感应臂10的转动角度信息转换为电信号。

步骤三：控制元件30接收检测信号并根据检测信号输出控制信号。

步骤四：舵机50接收控制信号并驱动摆臂51摆动，双向电调接收控制信号并驱动电机70带动滚筒80转动。

由上可见，本实用新型提供了系留无人机用的张力调整装置、绞盘装置及张力调整方法，通过舵机摆臂的摆动调整弹性件的拉力和回弹力，从而在系留无人机上升时减少无人机的负载，在系留无人机下降时促进收线。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.系留无人机用的张力调整装置，包括张力感应臂、检测元件、控制元件以及弹性件；所述张力感应臂可绕轴线转动，所述张力感应臂的末端为可供系留线经过的接触端；所述检测元件与所述张力感应臂连接，并根据所述张力感应臂的转动输出检测信号；所述控制元件接收所述检测信号，并根据所述检测信号输出控制信号；所述弹性件第一端在偏离于所述轴线的位置与所述张力感应臂连接；其特征在于：

所述系留无人机用的张力调整装置还包括舵机，所述舵机包括摆臂，所述摆臂与所述弹性件第二端连接；所述舵机接收所述控制信号，并根据所述控制信号驱动所述摆臂摆动；当所述张力感应臂向使所述弹性件拉伸的方向转动时，所述摆臂向使所述弹性件收缩的方向摆动；当所述张力感应臂向使所述弹性件收缩的方向转动时，所述摆臂向使所述弹性件拉伸的方向摆动。

2.根据权利要求1所述的系留无人机用的张力调整装置，其特征在于：

所述检测元件与所述控制元件电连接，所述控制元件与所述舵机电连接；

所述检测元件为旋转电位器，所述控制元件为PWM发生器，所述弹性件为弹簧。

3.系留无人机用的绞盘装置，包括支架、电机、双向电调和滚筒，所述电机固定在所述支架上，所述电机与所述双向电调连接，所述滚筒可转动地支撑在所述支架内，所述滚筒用于缠绕所述系留线，所述电机带动所述滚筒转动；其特征在于：

所述系留无人机用的绞盘装置还包括权利要求1或2所述的系留无人机用的张力调整装置；所述检测元件、所述控制元件以及所述舵机固定在所述支架上，所述轴线相对于所述支架位置固定；

所述双向电调接收所述控制信号，并根据所述控制信号驱动所述电机带动所述滚筒转动；当所述张力感应臂向使所述弹性件拉伸的方向转动时，所述滚筒向使所述系留线放出的方向转动；当所述张力感应臂向使所述弹性件收缩的方向转动时，所述滚筒向使所述系留线收回的方向转动。

4.根据权利要求3所述的系留无人机用的绞盘装置，其特征在于：

所述滚筒通过第一齿轮组与所述电机连接。

5.根据权利要求3或4所述的系留无人机用的绞盘装置，其特征在于：

所述张力感应臂包括分别设置在所述滚筒的两侧的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂分别与所述滚筒连接并可相对于所述滚筒转动，所述轴线穿过所述滚筒的中心；所述第一臂和所述第二臂在远离所述滚筒的位置连接，形成所述接触端。

6.根据权利要求5所述的系留无人机用的绞盘装置，其特征在于：

所述第一臂设置在所述支架内侧，所述第一臂固定连接有摆杆，所述摆杆的末端与所述弹性件第一端连接；

所述支架包括靠近所述第一臂的第一支撑板；

所述舵机包括舵机主体以及从所述舵机主体伸出的舵机转轴，所述舵机主体设置在所述第一支撑板外侧，所述舵机转轴穿过所述第一支撑板在所述第一支撑板内侧与所述摆臂连接。

7.根据权利要求6所述的系留无人机用的绞盘装置，其特征在于：

所述第一支撑板内侧还设有两个限位柱，两个所述限位柱分别设置在所述摆杆的末端的两侧，所述摆杆的末端可在两个所述限位柱之间移动。

8.根据权利要求5所述的系留无人机用的绞盘装置，其特征在于：

所述第二臂设置在所述支架内侧；第二臂固定连接有第二齿轮组件；

所述支架包括靠近所述第二臂的第二支撑板，所述检测元件包括检测元件主体以及与所述检测元件主体连接的检测元件转轴，所述检测元件主体设置在所述第二支撑板外侧，所述检测元件转轴穿过所述第二支撑板并在所述第二支撑板内侧与所述第二齿轮组件连接。

9.根据权利要求5所述的系留无人机用的绞盘装置，其特征在于：

所述接触端包括两个横向滚轴，两个所述横向滚轴相互平行且形成间隙；

所述接触端还包括两个与所述横向滚轴垂直的纵向滚轴，两个所述纵向滚轴相互平行且形成间隙。