CN211108063U - 一种系留无人机用地面控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种系留无人机用地面控制系统，包括控制箱，控制箱包括箱体和盖体，箱体上安装有操作面板和一体式地面站且箱体上形成有系留线缆出口；箱体内安装有主控板、系留绳收放机构及地面电源，操作面板、系留绳收放机构及地面电源均与主控板信号连接，地面电源由控制箱通过空气开关配电。本实用新型的系留无人机用地面控制系统集成于一控制箱内，便于运输和使用，降低控制系统受损的风险；同时，绞车的绕线盘表面设置有一层热敏电阻，避免线缆温度过高，确保飞行器的使用寿命和飞行效果。

Description

一种系留无人机用地面控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种无人机用地面控制系统，具体涉及一种系留无人机用地面控制系统，属于无人机技术领域。

背景技术

系留无人机产品发源于2016年，主要目的旨在改善电动多旋翼无人机续航时间不足的缺陷。随着技术和市场工作的开展，系留无人机在侦查监控、警用安防、广电、通讯和消防行业都得到了越来越多的应用。

整个系留无人机系统可分为飞行平台、机载电源、系留电缆、地面控制箱四大部分，其中，飞行平台技术较为成熟，机载电源是系留无人机的核心组件，其安装在无人机机身上，将地面电源输出的高压电转化为低压电，供给无人机使用。地面控制系统包括地面地缘，能够将输入的220V电压增压输出至系留电缆，实现对线缆电压损耗的补偿，为系留无人机提供飞行动力。

目前，系留无人机的供电模式存在以下缺陷：

1、电压波动范围大：现有电源产品输出电压不可控，随着输出电流的改变，电压波动范围极大。在轻载时，输出电压超过51V，显著超出锂电池的安全电压上限；在重载时，输出电压仅49V，造成锂电池存储电量不足，影响紧急备降时间。

2、线缆温度高：现有线缆内阻较高、耐高温性能一般，线缆收纳在线缆箱内部时散热较差，温度可超过155℃，因而必须全部拉出线缆箱散热，使用既不便捷也影响美观和用户体验；如果收纳在箱内线缆温度又过高，有降低寿命和起火烧坏线缆的风险。

3、线缆收纳不便：现有线缆绞车绞盘边缘半径过小，在收线和运输过程中容易造成线缆最外层脱出绞盘、缠绕打结，必须人工打开线缆箱整理线缆。

4、380V供电不便：现有地面电源所需供电电压为380V，而配套使用的地面设备为220V供电，因此需要同时准备380V和220V发电机或电源，使用便捷性不佳。且380V发电机体积、重量均较大，运输、使用都需要至少三人配套，影响作业效率。

5、飞行器与线缆协同性不佳：现在飞行器与线缆收放无法做到协同控制，需要两个操作员手动配合，整体性不佳。且地面设备与飞行器之间没有通讯，在出现地面设备断电等紧急情况时，无法直接控制飞行器降落或报警，只能由操作员人工观察，影响安全性。

鉴于上述原因，有必要对系留无人机的地面控制系统进行研发和改进。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种系留无人机用地面控制系统。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种系留无人机用地面控制系统，包括控制箱，所述控制箱包括箱体和盖体，所述箱体上安装有操作面板和一体式地面站且箱体上形成有系留线缆出口；所述箱体内安装有主控板、系留绳收放机构及地面电源，所述操作面板、系留绳收放机构及地面电源均与主控板信号连接，所述地面电源由控制箱通过空气开关配电。

优选地，前述系留绳收放机构包括：绞车、伺服电机及驱动器，所述伺服电机控制绞车的收放线缆操作，所述驱动器与伺服电机连接以控制伺服电机动作，所述箱体侧面设置有锁止机构以将绞车转轴锁死。通过系留绳收放机构能够配合飞行器的运动收放线缆，避免线缆张力过大或线缆松弛、打结等问题。

更优选地，前述锁止机构包括一锁定杆，所述锁定杆在朝向转轴的一端形成有十字形凸台，所述转轴端部形成有与十字形凸台配合的凹槽结构。平时使用的时候把锁止机构拔出来，转轴可以自由转动；运输的时候锁止机构在弹簧作用下会往内伸，十字形的凸台卡住转轴上的凹槽，转轴就不能动了，能够防止线缆松动。

再优选地，前述地面电源垂直安装于箱体内部，且其散热风扇朝向箱体的出风口，这样能够节省占用空间，同时确保地面电源有效散热。

进一步优选地，前述主控板包括：电源模块、MCU模块、通讯模块及人机交互模块；其中，所述电源模块输入220V交流电，输出合适的电压至一体式地面站和其他用电部件；所述MCU模块调节地面电源的输出电压，同时控制伺服电机的动作进行线缆的收放操作；所述通讯模块负责传输和接受MCU模块的指令；所述人机交互模块包括用户接口和显示屏。

更进一步优选地，前述操作面板上设置有指示灯、显示屏和控制旋钮，并且操作面板与所述人机交互模块的用户接口相连接。

再进一步优选地，前述绞车的绕线盘表面设置有一层热敏电阻，热敏电阻检测线缆温度并输入MCU模块，避免线缆过热影响产品使用寿命。

再优选地，前述系留绳收放机构还包括一系留线缆，所述系留线缆从箱体上的系留线缆出口伸出。

更优选地，前述系留线缆为同轴电缆，由内至外依次为：内导体层、绝缘层、外导体层、芳纶加强层及外护套层，该线缆具有抗干扰能力强，绝缘电压高的优点，同时，在护套内部嵌入芳纶加强层，能够进一步提高抗拉强度，避免线缆被因高度而产生的自重拉断。

进一步优选地，前述一体式地面站通过一折叠支架安装于箱体上表面，方便用户使用。

本实用新型的有益之处在于：

（1）本实用新型的系留无人机用地面控制系统集成于一控制箱内，便于运输和使用，降低控制系统受损的风险；同时，绞车的绕线盘表面设置有一层热敏电阻，避免线缆温度过高；

（2）通过该控制系统能够控制线缆张力，协同飞行器的上升和下降自动收放线缆，使用过程中无需人工干预调节，极大地提高了操作的便利性；

（3）该控制系统还可灵活调节地面电源的输出电压，从而补偿线损，保证飞行器供电稳定，确保飞行效果。

附图说明

图1是本实用新型的一种系留无人机用地面控制系统的结构示意图；

图2是图1中箱体内部的结构示意图；

图3是本实用新型的一种系留无人机用地面控制系统的主控板的结构框图；

图4是本实用新型中绞车的绕线盘的结构示意图；

图5是本实用新型中系留线缆的截面结构示意图。

图中附图标记的含义：1、控制箱，2、箱体，3、盖体，4、操作面板，5、一体式地面站，6、折叠支架，7、地面电源，8、空气开关，9、出风口，10、绞车，11、绕线盘，12、热敏电阻，13、伺服电机，14、驱动器，15、锁止机构，16、线缆，17、内导体层，18、绝缘层，19、外导体层，20、芳纶加强层，21、外护套层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，本实用新型的系留无人机用地面控制系统，集成于一控制箱1内，该控制箱1包括铰接的箱体2和盖体3，在箱体2上安装有操作面板4和一体式地面站5，且箱体2上形成有系留线缆出口，系留线缆16从箱体2上的系留线缆出口伸出连接至飞行器。控制箱1采用滚塑箱制造，底部配有脚轮，侧面配有拉杆和提手，便于运输。当盖体3关闭时，控制箱1为密封状态，能够提高运输的安全性；盖体3打开时，则露出操作面板4，在操作面板4上配有指示灯、显示屏和控制旋钮，作为用户操作和交互的接口。为了安装一体式电站，箱体2的上表面安装有折叠支架6用于架设一体式地面站5。

如图2所示，在箱体2内安装有主控板、系留绳收放机构及地面电源7，操作面板4、系留绳收放机构及地面电源7均与主控板信号连接，地面电源7安装于控制箱1内部并由控制箱1通过空气开关8配电，输入220V电压，其输出电压在750-880V之间可调。该地面电源7垂直安装于箱体2内部，且其散热风扇朝向箱体2的出风口9，这样能够节省占用空间，同时确保地面电源7有效散热。飞行过程中，通过主控板控制系留绳收放机构的动作，能够配合飞行器的运动收放线缆16，避免线缆16张力过大或线缆16松弛、打结等问题。

如图3所示，主控板包括：电源模块、MCU模块、通讯模块及人机交互模块。其中，电源模块输入220V交流电，输出合适的电压至一体式地面站5和其他用电部件，在本实施例中，电源模块输出一路12V、45W的电源给一体化地面站供电，输出一路12V小功率电源给其他模块供电。MCU模块是核心控制模块，运行控制策略并协调各模块工作。MCU根据压降的大小，调节控制地面电源7电压的模拟量接口，自动提升地面电源7的输出电压，补偿线缆16压降，保证无人机端电压稳定，同时MCU模块可以自动调节伺服电机13的扭矩和转速，伺服电机13控制器内部的闭环控制回路可自动保证电机扭矩输出等于MCU的扭矩指令，从而使线缆16张力保持稳定，实现自动根据飞行器的上升下降收放线缆16。

人机交互模块提高了用户操作的便利性和直观性，具体包括用户接口和显示屏，可以输入用户指令，并通过直观的方式显示电源的工作状态和监控数据，如电压、电流和温度等。

具体地，本实施例的系留绳收放机构包括：绞车10、伺服电机13及驱动器14，驱动器14经5A断路器供电，以提供短路保护，且驱动器14与MCU模块通过串口连接，受其输出信号的控制。伺服电机13控制绞车10的收放线缆16操作，驱动器14与伺服电机13连接以控制伺服电机13动作，绞车10工作于扭矩控制模式，扭矩输出指令由MCU模块按照预先编程的控制策略给出，自动跟随飞行平台上升或下降收放线缆16，并维持一定的张紧力，降低风对线缆16的影响，无人机飞行过程中无需操纵人员手工干预。

作为一种改进，在箱体2侧面设置有锁止机构15以将绞车10转轴锁死。参见图1，锁止机构15包括一锁定杆，该锁定杆在朝向转轴的一端形成有十字形凸台，绞车10的转轴端部形成有与十字形凸台配合的凹槽结构。平时使用的时候把锁止机构15拔出来，转轴可以自由转动；运输的时候锁止机构15在弹簧作用下会往内伸，十字形的凸台卡住转轴上的凹槽，转轴就不能动了，能够防止线缆16松动。

为了提高设备的使用寿命，如图4所示，在绞车10的绕线盘11表面设置有一层热敏电阻12，热敏电阻12检测线缆16温度并输入MCU模块，避免线缆16过热影响产品使用寿命。

在本实施例中，系留线缆16为同轴电缆，如图5所示，其截面结构由内至外依次为：内导体层17、绝缘层18、外导体层19、芳纶加强层20及外护套层21，该线缆16具有抗干扰能力强，绝缘电压高的优点。线缆16内芯（内导体层17）采用高质量的铜导体，电阻率低、发热量小，护套采用ETFE四氟乙烯材料，该材料具有耐磨性好、抗高温的优点。同时，在护套内部嵌入芳纶加强层20，进一步提高抗拉强度，避免线缆16被因高度而产生的自重拉断。

综上，本实用新型的系留无人机用地面控制系统集成于一控制箱1内，便于运输和使用，降低控制系统受损的风险；同时，绞车10的绕线盘11表面设置有一层热敏电阻12，避免线缆16温度过高；通过该控制系统能够控制线缆16张力，协同飞行器的上升和下降自动收放线缆16，使用过程中无需人工干预调节，极大地提高了操作的便利性；而且，该控制系统还可灵活调节地面电源7的输出电压，从而补偿线损，保证飞行器供电稳定，确保飞行效果。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种系留无人机用地面控制系统，包括控制箱，所述控制箱包括箱体和盖体，其特征在于，所述箱体上安装有操作面板和一体式地面站且箱体上形成有系留线缆出口；所述箱体内安装有主控板、系留绳收放机构及地面电源，所述操作面板、系留绳收放机构及地面电源均与主控板信号连接，所述地面电源由控制箱通过空气开关配电。

2.根据权利要求1所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述系留绳收放机构包括：绞车、伺服电机及驱动器，所述伺服电机控制绞车的收放线缆操作，所述驱动器与伺服电机连接以控制伺服电机动作，所述箱体侧面设置有锁止机构以将绞车转轴锁死。

3.根据权利要求2所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述锁止机构包括一锁定杆，所述锁定杆在朝向转轴的一端形成有十字形凸台，所述转轴端部形成有与十字形凸台配合的凹槽结构。

4.根据权利要求1所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述地面电源垂直安装于箱体内部，且其散热风扇朝向箱体的出风口。

5.根据权利要求1所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述主控板包括：电源模块、MCU模块、通讯模块及人机交互模块；

所述电源模块输入220V交流电，输出电压至一体式地面站和其他用电部件；

所述MCU模块调节地面电源的输出电压，同时控制伺服电机的动作进行线缆的收放操作；

所述通讯模块负责传输和接受MCU模块的指令；

所述人机交互模块包括用户接口和显示屏。

6.根据权利要求5所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述操作面板上设置有指示灯、显示屏和控制旋钮，并且操作面板与所述人机交互模块的用户接口相连接。

7.根据权利要求2所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述绞车的绕线盘表面设置有一层热敏电阻，热敏电阻检测线缆温度并输入MCU模块。

8.根据权利要求2所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述系留绳收放机构还包括一系留线缆，所述系留线缆从箱体上的系留线缆出口伸出。

9.根据权利要求8所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述系留线缆为同轴电缆，由内至外依次为：内导体层、绝缘层、外导体层、芳纶加强层及外护套层。

10.根据权利要求1~9任一项所述的一种系留无人机用地面控制系统，其特征在于，所述一体式地面站通过一折叠支架安装于箱体上表面。

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