CN211496714U

CN211496714U - 无人机卷扬控制装置

Info

Publication number: CN211496714U
Application number: CN202020038179.0U
Authority: CN
Inventors: 黄静雯; 陶浩; 吕展坤; 孙建桥
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2030-01-08

Abstract

本实用新型涉及一种无人机卷扬控制装置，其包括无人机机体、与无人机机体固接的飞行电机以及与飞行电机电连接并控制飞行电机工作状态的飞控模块，所述无人机机体底部固设有卷扬装置，所述卷扬器连接有与待吊装货物相钩挂的负载钩挂件，所述负载钩挂件设有用于采集负载摆角的负载摆角数据信号采集模块；所述卷扬装置包括与无人机机体固接的卷扬器以及与卷扬器电连接并控制卷扬器动作的卷扬控制模块，所述卷扬控制模块与负载摆角数据信号采集模块无线通信连接，所述卷扬控制模块与飞控模块通过有线串口通信连接。本实用新型具有能够使卷扬器提拉释放负载过程中，保持吊绳摆角最小，使负载上升下降过程中保持快速、准确、稳定的效果。

Description

无人机卷扬控制装置

技术领域

本实用新型涉及无人机卷扬机控制的技术领域，尤其是涉及一种无人机卷扬控制装置。

背景技术

目前随着无人机的广泛普及，无人机吊运被逐步应用，搭载卷扬的无人机技术也逐步成熟。

现有申请号为201711266291 .9的中国发明，该发明公开了一种可以运用于农田等生长有作物的非平整表面进行土壤或水体进行取样的多旋翼无人机。它包括机架、旋翼、旋翼电机和支脚；机架下方还设有伸缩装置，伸缩装置上连接有取样探头，取样探头上安装有取样机构；伸缩装置包括机箱、卷扬电机、联轴器、卷线筒和缆绳；机箱在机架的下部；卷扬电机和卷线筒安装于机箱内，卷扬电机通过联轴器与卷线筒相连；缆绳圈绕于卷线筒上，缆绳与取样探头相连

上述方案存在以下缺陷：卷扬吊运通常由人工遥控，控制效果依赖于操作人员的经验。由于人类视觉和感知系统的主观性，不能保证吊运和卷扬收放稳定效果，负载提拉过程中容易出现摆动，影响负载升降过程的稳定性。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的之一是提供一种无人机卷扬控制装置，能够使卷扬器提拉释放负载过程中，保持吊绳摆角最小，使负载快速准确地运行至指定位置，并在上升下降过程中保持稳定。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种无人机卷扬控制装置，包括无人机机体、与无人机机体固接的飞行电机以及与飞行电机电连接并控制飞行电机工作状态的飞控模块，所述无人机机体底部固设有卷扬装置，所述卷扬器连接有与待吊装货物相钩挂的负载钩挂件，所述负载钩挂件设有用于采集负载摆角并输出响应于负载摆角变化的负载摆角数据信号采集模块；所述卷扬装置包括与无人机机体固接并与负载钩挂件绳连接的卷扬器以及与卷扬器电连接并控制卷扬器动作的卷扬控制模块，所述卷扬控制模块与负载摆角数据信号采集模块无线通信连接并输出响应于吊绳长度变化的电机电压控制信号，所述飞控模块与卷扬控制模块有线串口通信连接并与负载摆角数据信号采集模块无线通信连接且输出响应于负载摆角数据的飞行控制信号。

通过采用上述技术方案，当对待吊装货物进行吊装时，负载摆角数据信号采集模块对负载摆角变化进行测量采集并形成负载摆角数据；负载摆角数据信号采集模块采集到负载摆角变化时，将负载摆角数据传输至飞控模块和卷扬控制模块，随后卷扬控制模块输出响应于响应于吊绳长度变化的电机电压控制信号以控制卷扬器动作，同时飞控模块输出响应于负载摆角数据的飞行控制信号以控制无人机机体的飞行位置和飞行姿态，从而使负载摆角减小。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述负载摆角数据信号采集模块包括：

摆角采集单元，用于检测负载钩挂件的摆角；当检测到负载钩挂件的摆角变化时，输出响应于负载摆角变化的负载摆角信号；

摆角处理单元，连接于摆角采集单元，用于接收负载摆角信号；当接收到负载摆角信号时，输出响应于负载摆角数据的姿态处理信号，实现对负载摆角的检测处理；

第二通信单元，连接于摆角处理单元，用于接收姿态处理信号；当接收到姿态处理信号时，输出响应于姿态处理信号的第二通信信号，实现对负载摆角数据的信号传输。

通过采用上述技术方案，当摆角采集单元检测到负载钩挂件的摆角时，输出负载摆角信号；当摆角处理单元接收到负载摆角信号时，输出姿态处理信号，即负载摆角数据，实现对负载摆角变化的检测；当第二通信单元接收到姿态处理信号时，第二通信单元输出第二通信信号，实现对负载摆角数据的传输。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述摆角采集单元设置为陀螺仪，并将陀螺仪与卷扬器的绳摆垂直连接。

通过采用上述技术方案，陀螺仪能够提高摆角检测的敏感度，从而提高摆角检测的精确度。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述卷扬控制模块包括：

第一通信单元，无线通信连接于第二通信单元，接收第二通信信号和负载摆角数据；当接收到第二通信信号和负载摆角数据时，将负载摆角数据进行传输；

吊绳检测单元，固设于卷扬器与直流电机，用于检测吊绳伸缩长度；当检测到吊绳伸缩变化时，输出吊绳伸缩长度信号；

卷扬控制单元，连接于第一通信单元和吊绳检测单元，用于接收负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号；当接收到负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号时，输出响应于吊绳伸缩长度信号的电机电压控制信号；

信号放大单元，连接于卷扬控制单元，用于接收电机电压控制信号；当接收到电机电压控制信号时，对电机电压控制信号进行放大；

直流电机，连接于信号放大单元，用于接收电机电压控制信号；当接收到电机电压控制信号时，直流电机响应于电机电压控制信号使卷扬器的绳摆伸缩。

通过采用上述技术方案，当第一通信单元接收到第二通信信号和负载摆角数据时，第一通信单元将负载摆角数据传输至卷扬控制单元；同时当吊绳检测单元检测到吊绳伸缩长度时，输出吊绳伸缩长度信号；当卷扬控制单元接收到负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号时，卷扬控制单元根据吊绳伸缩长度和吊绳摆角进行直流电机占空比及输出电压计算，随后输出电机电压控制信号；当直流电机接收到电机电压控制信号时，直流电机响应于电机电压控制信号并进行正转或反转或改变转速使卷扬器的绳摆伸缩。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述吊绳检测单元设置为光电编码器。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述信号放大单元设置为功率放大器。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述飞控模块包括：

飞控单元，与卷扬控制单元相连接，用于接收吊绳伸缩长度信号；

第三通信单元，无线通信连接于第二通信单元，用于接收响应于负载摆角变化的负载摆角信号；当接收到负载摆角信号时，将负载摆角信号输出至飞控单元；当飞控单元接收到吊绳伸缩长度信号和负载摆角信号时，输出响应于负载摆角信号的飞行控制信号；当飞行电机接收到飞行控制信号时，飞行电机工作状态变化实现飞行位置和飞行姿态的调整。

通过采用上述技术方案，当第三通信单元接收到负载摆角信号时，第三通信单元将负载摆角信号输出至飞控单元；当飞控单元接收到吊绳伸缩长度信号和负载摆角信号时，对飞行电机占空比及输出电压进行计算并输出飞行控制信号；当飞行电机接收到飞行控制信号时，飞行电机工作状态变化实现飞行位置和姿态的调整，以保持吊绳摆角最小。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置卷扬控制模块和负载摆角数据信号采集模块，能够对负载升降过程进行控制，从而保证负载快速、准确地升降至指定位置，提高升降过程的准确性、快速性；

2.通过设置飞控模块，能够对无人机飞行位置和姿态进行调整，从而减少摆角，保证负载在升降过程中的稳定性。

附图说明

图1是本实用型的结构示意图。

图2是本实用型飞控系统的结构示意图。

图中，1、无人机机体；2、卷扬器；3、负载钩挂件；4、飞控模块；41、飞控单元；42、飞行电机；43、第三通信单元；5、卷扬控制模块；51、第一通信单元；52、吊绳检测单元；53、卷扬控制单元；54、信号放大单元；55、直流电机；6、负载摆角数据信号采集模块；61、摆角采集单元；62、摆角处理单元；63、第二通信单元。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1及图2，为本实用新型公开的一种无人机卷扬控制装置，包括无人机机体1、固设在无人机机体1底部的卷扬装置以及与卷扬装置相连接的负载钩挂件3，负载钩挂件3底部设有与待吊装的货物相钩挂的挂钩；无人机机体1上设有至少四个飞行电机42，飞行电机42电连接有控制飞行电机42工作状态的飞控模块4；卷扬装置包括缠绕有绳摆的卷扬器2以及与卷扬器2电连接并控制卷扬器2转动的卷扬控制模块5，卷扬器2通过绳摆与负载钩挂件3相连接；负载钩挂件3上设有用于采集负载摆角情况并输出响应于负载摆角变化的负载摆角数据信号采集模块6，负载摆角数据信号采集模块6与卷扬控制模块5无线通信连接，且卷扬控制模块5输出响应于吊绳长度变化的电机电压控制信号；飞控模块4与卷扬控制模块5有线串口通信连接并与负载摆角数据信号采集模块6无线通信连接，且飞控模块4输出响应于负载摆角数据的飞行控制信号。

当对待吊装货物进行吊装时，负载摆角数据信号采集模块6对负载摆角变化进行测量采集并生成负载摆角数据；当负载摆角数据信号采集模块6采集到负载摆角变化时，负载摆角数据信号采集模块6分别将负载摆角数据传输至飞控模块4和卷扬控制模块5，随后卷扬控制模块5输出电机电压控制信号以控制卷扬器2的动作，同时飞控模块4输出飞行控制信号以控制无人机机体1的飞行姿态和位置，从而使吊装摆角减小，并保证负载升降过程的准确性、快速性和稳定性。

参照图2，负载摆角数据信号采集模块6包括：

摆角采集单元61，用于检测负载钩挂件3的摆角变化；当检测到负载钩挂件的摆角变化时，输出响应于负载摆角变化的负载摆角信号；

摆角处理单元62，连接于摆角采集单元61，用于接收负载摆角信号；当接收到负载摆角信号时，输出响应于负载摆角数据的姿态处理信号，实现对负载摆角的检测处理；

第二通信单元63，连接于摆角处理单元62，用于接收姿态处理信号；当接收到姿态处理信号时，输出响应于姿态处理信号的第二通信信号，实现对负载摆角数据的信号传输。

当摆角采集单元61检测到负载钩挂件3的摆角变化时，输出负载摆角信号；当摆角处理单元62接收到负载摆角信号时，输出响应于负载摆角信号的姿态处理信号，即负载摆角数据，实现对负载摆角信号的检测；当第二通信单元63接收到姿态处理信号时，第二通信单元63输出响应于姿态处理信号的第二通信信号，实现对负载摆角的检测和负载摆角数据的传输；其中，摆角采集单元61设置为陀螺仪且陀螺仪与卷扬器2绳摆垂直设置，摆角处理单元62设置为型号为STM32的单片机，第二通信单元63设置为一对多蓝牙模块。

参照图2，卷扬控制模块5包括：

第一通信单元51，无线通信连接于第二通信单元63，接收第二通信信号和负载摆角数据；当接收到第二通信信号和负载摆角数据时，将负载摆角数据进行传输；

吊绳检测单元52，固设于卷扬器2，用于检测吊绳伸缩长度；当检测到吊绳伸缩变化时，输出吊绳伸缩长度信号；

卷扬控制单元53，连接于第一通信单元51和吊绳检测单元52，用于接收负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号；当接收到负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号时，输出响应于吊绳伸缩长度信号的电机电压控制信号；

信号放大单元54，连接于卷扬控制单元53，用于接收电机电压控制信号；当接收到电机电压控制信号时，对电机电压控制信号进行放大；

直流电机55，连接于信号放大单元54并位于吊绳检测单元52远离卷扬器2的一侧，用于接收电机电压控制信号；当接收到电机电压控制信号时，直流电机55响应于电机电压控制信号使卷扬器2的绳摆伸缩。

当第一通信单元51接收到第二通信信号和负载摆角数据时，第一通信单元51将负载摆角数据传输至卷扬控制单元53；同时当吊绳检测单元52检测到吊绳伸缩变化时，输出吊绳伸缩长度信号；当卷扬控制单元53接收到负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号时，根据吊绳伸缩长度和吊绳摆角数据进行直流电机55占空比及输出电压计算，随后输出电机电压控制信号；当信号放大单元54接收到电机电压控制信号时，对电机电压控制信号进行信号放大；随后当直流电机55接收到放大后的电机电压控制信号时，直流电机55响应于电机电压控制信号并进行正转或反转或改变转速使卷扬器2的绳摆伸缩，实现对负载钩挂件3升降过程的控制；其中，第一通信单元51设置为蓝牙模块；吊绳检测单元52设置为光电编码器，卷扬控制单元53设置为型号为STM32的单片机，信号放大单元54设置为功率放大器。

参照图2，飞控模块4包括：

飞控单元41，与卷扬控制单元53有线串口通信连接并与飞行电机42电连接，用于接收吊绳伸缩长度信号；

第三通信单元43，无线通信连接于第二通信单元63，用于接收响应于负载摆角变化的负载摆角信号；当第三通信单元43接收到负载摆角信号时，第三通信单元43将负载摆角信号输出至飞控单元41；当飞控单元41接收到吊绳伸缩长度信号和负载摆角信号时，根据吊绳伸缩长度和负载摆角数据对飞行电机42占空比及输出电压进行计算并输出飞行控制信号；当飞行电机42接收到飞行控制信号时，飞行电机42工作状态变化以实现飞行状态和飞行位置的调整；其中，飞控单元41设置为型号为STM32的单片机。

本实施例的实施原理为：当对待吊装货物进行吊装时，摆角采集单元61对负载的摆角进行检测；当摆角采集单元61检测到负载钩挂件3的摆角变化时，生成负载摆角数据并输出负载摆角信号；当摆角处理单元62接收到负载摆角信号时，输出姿态处理信号；当第二通信单元63接收到姿态处理信号时，第二通信单元63输出第二通信信号，实现负载摆角数据的传输；

当第一通信单元51接收到第二通信信号和负载摆角数据时，将负载摆角数据传输至卷扬控制单元53；同时当吊绳检测单元52检测到吊绳伸缩长度时，输出吊绳伸缩长度信号；当卷扬控制单元53接收到负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号时，根据吊绳伸缩长度和吊绳摆角进行计算，并输出电机电压控制信号；当信号放大单元54接收到电机电压控制信号时，对电机电压控制信号进行信号放大；随后当直流电机55接收到放大后的电机电压控制信号时，直流电机55正转或反转或改变转速使卷扬器的绳摆伸缩，实现对负载钩挂件3摆角的调整；

同时，当飞控单元41接收到吊绳伸缩长度信号和负载摆角信号时，根据吊绳伸缩长度和负载摆角数据进行计算并输出飞行控制信号；当飞行电机42接收到飞行控制信号时，飞行电机42工作状态变化实现飞行角度的调整，从而使吊装摆角减小，保证负载升降过程的稳定性。

本实用新型通过设置卷扬控制模块5和负载摆角数据信号采集模块6，能够对吊绳伸缩长度进行控制，从而保证负载升降过程中保持快速、准确、稳定；通过设置飞控模块4，能够对无人机飞行位置和姿态进行调整，从而减少卷扬器2绳摆的摆角，保证负载在升降过程保持稳定。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种无人机卷扬控制装置，包括无人机机体(1)、与无人机机体(1)固接的飞行电机(42)以及与飞行电机(42)电连接并控制飞行电机(42)工作状态的飞控模块(4)，其特征在于：所述无人机机体(1)底部固设有卷扬装置，所述卷扬装置连接有与待吊装货物相钩挂的负载钩挂件(3)，所述负载钩挂件(3)设有用于采集负载摆角并输出响应于采集负载摆角变化的负载摆角数据信号采集模块(6)；所述卷扬装置包括与无人机机体(1)固接并与负载钩挂件(3)绳连接的卷扬器(2)以及与卷扬器(2)电连接并控制卷扬器(2)动作的卷扬控制模块(5)，所述卷扬控制模块(5)与负载摆角数据信号采集模块(6)无线通信连接并输出响应于吊绳长度变化的电机电压控制信号，所述飞控模块(4)与卷扬控制模块(5)有线串口通信连接并与负载摆角数据信号采集模块(6)无线通信连接且输出响应于负载摆角数据的飞行控制信号。

2.根据权利要求1所述的无人机卷扬控制装置，其特征在于：所述负载摆角数据信号采集模块(6)包括：

摆角采集单元(61)，用于检测负载钩挂件(3)的摆角；当检测到负载钩挂件(3)的摆角变化时，输出响应于负载摆角变化的负载摆角信号；

摆角处理单元(62)，连接于摆角采集单元(61)，用于接收负载摆角信号；当接收到负载摆角信号时，输出响应于负载摆角数据的姿态处理信号，实现对负载摆角的检测处理；

第二通信单元(63)，连接于摆角处理单元(62)，用于接收姿态处理信号；当接收到姿态处理信号时，输出响应于姿态处理信号的第二通信信号，实现对负载摆角数据的信号传输。

3.根据权利要求2所述的无人机卷扬控制装置，其特征在于：所述摆角采集单元(61)设置为陀螺仪，并将陀螺仪与卷扬器(2)的绳摆垂直连接。

4.根据权利要求2所述的无人机卷扬控制装置，其特征在于：所述卷扬控制模块(5)包括：

第一通信单元(51)，无线通信连接于第二通信单元(63)，接收第二通信信号和负载摆角数据；当接收到第二通信信号和负载摆角数据时，将负载摆角数据进行传输；

吊绳检测单元(52)，固设于卷扬器(2)与直流电机(55)，用于检测吊绳伸缩长度；当检测到吊绳伸缩变化时，输出吊绳伸缩长度信号；

卷扬控制单元(53)，连接于第一通信单元(51)和吊绳检测单元(52)，用于接收负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号；当接收到负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号时，输出响应于负载摆角数据和吊绳伸缩长度信号的电机电压控制信号；

信号放大单元(54)，连接于卷扬控制单元(53)，用于接收电机电压控制信号；当接收到电机电压控制信号时，对电机电压控制信号进行放大；

直流电机(55)，连接于信号放大单元(54)，用于接收电机电压控制信号；当接收到电机电压控制信号时，直流电机(55)响应于电机电压控制信号使卷扬器(2)的绳摆伸缩。

5.根据权利要求4所述的无人机卷扬控制装置，其特征在于：所述吊绳检测单元(52)设置为光电编码器。

6.根据权利要求4所述的无人机卷扬控制装置，其特征在于：所述信号放大单元(54)设置为功率放大器。

7.根据权利要求1所述的无人机卷扬控制装置，其特征在于：所述飞控模块(4)包括：

飞控单元(41)，与卷扬控制单元(53)相连接，用于接收吊绳伸缩长度信号；

第三通信单元(43)，无线通信连接于第二通信单元(63)，用于接收响应于负载摆角变化的负载摆角信号；当接收到负载摆角信号时，将负载摆角信号输出至飞控单元(41)；当飞控单元(41)接收到吊绳伸缩长度信号和负载摆角信号时，输出响应于负载摆角信号的飞行控制信号；当飞行电机(42)接收到飞行控制信号时，飞行电机(42)工作状态变化实现飞行位置和飞行姿态的调整。