RU2819974C1 - System for automatic winding-unwinding of cable of tethered uav - Google Patents

System for automatic winding-unwinding of cable of tethered uav Download PDF

Info

Publication number
RU2819974C1
RU2819974C1 RU2023130532A RU2023130532A RU2819974C1 RU 2819974 C1 RU2819974 C1 RU 2819974C1 RU 2023130532 A RU2023130532 A RU 2023130532A RU 2023130532 A RU2023130532 A RU 2023130532A RU 2819974 C1 RU2819974 C1 RU 2819974C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cable
drum
unwinding
uav
frame
Prior art date
Application number
RU2023130532A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анастасия Алексеевна Новикова
Сергей Павлович Караульных
Араик Вазгенович Артенян
Александр Александрович Бомбизов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники"
Application granted granted Critical
Publication of RU2819974C1 publication Critical patent/RU2819974C1/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to process equipment for automatic winding-unwinding of a cable on a drum with further use of the cable for unmanned aerial vehicle tether. System for automatic winding-unwinding of cable of tethered UAVs comprises an encoder which reads the angle of cable feed; frequency converter regulating motor operation; a rotation sensor with a flag, which counts the drum revolutions; stepper motor driver, which reads the movement of the hawse on the ball-screw transmission and its position relative to the limit switches; computing module, which receives and processes incoming signals coming from an encoder, a frequency converter, a rotation sensor, a stepper motor driver, and based on the obtained information, correcting the operation of the system, correcting the cable tension; pulley located on metal frame and supply cable to UAV. System comprises a current collector which supplies power to a cable wound on a drum and supplied to the UAV without rotation of the supply wire of the external power supply during rotation of the drum.
EFFECT: providing smooth automated winding-unwinding of the cable and its correction during operation, preventing tangling, ensuring stable operation of the cable without movement of the supply wire when the drum moves.
6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому оборудованию для автоматической намотки-размотки кабеля на барабан с дальнейшим использованием кабеля для привязи беспилотных летательных аппаратов.The invention relates to technological equipment for automatic winding and unwinding of a cable on a drum with further use of the cable for tethering unmanned aerial vehicles.

Аналогом выделено техническое решение № PCT/KR2019/016431 Наземная станция для поддержки привязанного дрона и системы привязанного дрона. Заявитель Manmullab, Южная Корея. Наземная станция для поддержки привязанного беспилотного летательного аппарата и система привязанного беспилотного летательного аппарата содержат: блок питания для подачи питания на привязанный беспилотный летательный аппарат через кабель; блок управления натяжением для регулировки натяжения троса путем наматывания или разматывания троса; направляющею для направления кабеля до заданной точки; наземный блок связи с привязанным дроном по кабелю; и блок управления, который управляет блоком питания, чтобы управлять подачей энергии на привязной беспилотный летательный аппарат через кабель, и который контролирует натяжение кабеля через блок управления натяжением, при этом направляющая кабеля включает в себя направляющий вал для направления троса до заданной высоты с помощью блока управления натяжением. Содержит блок управления натяжением, который может наматывать или разматывать трос с катушки и может быть реализован в форме цилиндрического стержня, который соединяет привязанный дрон и наземную станцию.The analogue highlighted technical solution No. PCT/KR2019/016431 Ground station to support a tethered drone and a tethered drone system. Applicant Manmullab, South Korea. The ground station for supporting the tethered unmanned aerial vehicle and the tethered unmanned aerial vehicle system comprise: a power supply for supplying power to the tethered unmanned aerial vehicle through a cable; a tension control unit for adjusting the cable tension by winding or unwinding the cable; guide for guiding the cable to a given point; ground communication unit with a tethered drone via cable; and a control unit that controls the power unit to control the supply of power to the tethered unmanned aerial vehicle through the cable, and which controls the tension of the cable through the tension control unit, wherein the cable guide includes a guide shaft for guiding the cable to a predetermined height by the control unit by tension. Contains a tension control unit that can wind or unwind the cable from a reel and can be implemented in the form of a cylindrical rod that connects the tethered drone and the ground station.

Недостатком является, несмотря на блок управления натяжением, отсутствие датчика натяжения кабеля, подающегося к БПЛА, и не допускающего провисаний или рывков кабеля. Недостатком является неподвижность катушки, отвечающей за намотку-размотку кабеля на барабан, из-за чего существует вероятность отклонения от заявленной послойной намотки, а также износ кабеля ввиду постоянного изменения угла намотки. The disadvantage is, despite the tension control unit, there is no cable tension sensor supplied to the UAV, which does not allow the cable to sag or jerk. The disadvantage is the immobility of the coil responsible for winding and unwinding the cable onto the drum, which is why there is a possibility of deviation from the declared layer-by-layer winding, as well as wear of the cable due to the constant change in the winding angle.

Известно техническое решение RU 183808 U1 Устройство для намотки-размотки на барабан кабеля-привязи беспилотного летательного аппарата. Устройство расширяет арсенал технических средств, используемых для намотки-размотки на барабан, путем расширения их функциональных возможностей и обеспечения в процессе размотки-намотки передачу по кабелю-привязи напряжения питания, а также передачу и получение информационных сигналов, которые, связаны со свободной длиной кабеля-привязи (высотой подъема беспилотного летательного аппарата и программой его использования). Устройство для намотки-размотки на барабан кабеля-привязи беспилотного летательного аппарата совместно с барабаном содержит привод (мотор и муфту) вращения оси барабана, выполненной с возможностью закрепления на ней барабана, имеющего параллельные боковые ограничители, между которыми выполнена цилиндрическую часть, предназначенная для размотки с нее и намотки на нее кабеля-привязи. Содержит также привод вращения оси укладчика кабеля-привязи на барабан, установленной параллельно оси барабана и выполненной с возможностью закрепления на ней укладчика кабеля-привязи в виде каретки, выполненной с возможностью двунаправленного перемещения по оси укладчика и равномерной послойной подачи кабеля-привязи на цилиндрическую часть барабана. Устройство имеет контактное кольцо, установленное неподвижно на оси барабана, выходные контакты силовых и сигнальных жил располагаются на параллельных боковых ограничителях барабана.A known technical solution is RU 183808 U1 Device for winding and unwinding the tether cable of an unmanned aerial vehicle onto a drum. The device expands the arsenal of technical means used for winding and unwinding on a drum, by expanding their functionality and ensuring, during the process of unwinding and winding, the transmission of supply voltage through the cable-tether, as well as the transmission and receipt of information signals that are associated with the free length of the cable - tether (the lifting height of the unmanned aerial vehicle and the program for its use). A device for winding and unwinding a tether cable of an unmanned aerial vehicle onto a drum, together with the drum, contains a drive (motor and coupling) for rotating the drum axis, configured to attach to it a drum having parallel side stops, between which there is a cylindrical part designed for unwinding with it and winding the tether cable around it. It also contains a rotation drive for the axis of the cable-tether layer on the drum, installed parallel to the axis of the drum and made with the possibility of attaching the cable-tether layer to it in the form of a carriage, made with the possibility of bidirectional movement along the axis of the layer and uniform layer-by-layer supply of the cable-tether to the cylindrical part of the drum . The device has a contact ring mounted motionless on the drum axis; the output contacts of the power and signal wires are located on parallel side stops of the drum.

Недостатком аналога является питание через сигнальные жилы, выведенные на внешнюю сторону бокового ограничителя барабана, соответственно вместе с вращением барабана, будет происходить и вращение жил, что подвергает их износу и запутыванию. Также недостатком является то, что заявленное в техническом результате расширение функциональных возможностей не включает функцию считывания информации о работе устройства для его дальнейшей автоматизации.The disadvantage of the analogue is that it is powered through signal wires brought out to the outside of the side stop of the drum; accordingly, along with the rotation of the drum, the cores will also rotate, which exposes them to wear and entanglement. Another disadvantage is that the expansion of functionality stated in the technical result does not include the function of reading information about the operation of the device for its further automation.

Известно решение JSR-JZ-FE0206-200, доступное для покупки и используемое для автоматизированного управления кабелем для транспортных средств или других целей. Устройство может контролировать скорость и длину выдвижного кабеля с помощью подключенного компьютера и соответствующих команд. Катушка кабеля может непрерывно передавать сигналы, ток при вращении и может автоматически регулироваться напряжением замкнутой петли, когда скорость размотки кабеля не совпадает. Предусмотрена динамическая обратная связь скорости вращения и другой информации на хост-компьютер. Устройство имеет кнопки для экстренного выключения и управления, а также датчик натяжения. The solution JSR-JZ-FE0206-200 is known and is available for purchase and is used for automated cable management for vehicles or other purposes. The device can control the speed and length of the retractable cable using a connected computer and appropriate commands. The cable reel can continuously transmit signals, current when rotating, and can automatically adjust the closed loop voltage when the cable unwinding speed is not the same. Provides dynamic feedback of rotation speed and other information to the host computer. The device has buttons for emergency shutdown and control, as well as a tension sensor.

Недостатком устройства является размещение датчика натяжения, отмеченное неявно в составе устройства – при нахождении на устройстве подачи кабеля такой датчик не обладает достаточным спектром информации, поскольку при взлете-посадке БПЛА кабель может располагаться вертикально и горизонтально, из-за чего корректировка частоты вращения барабана может излишне дергать БПЛА, либо напротив допускать временные провисания кабеля. The disadvantage of the device is the placement of the tension sensor, which is implicitly noted in the device - when located on the cable feed device, such a sensor does not have a sufficient range of information, since during takeoff and landing of the UAV, the cable can be positioned vertically and horizontally, due to which the adjustment of the drum rotation speed may be unnecessary pull the UAV, or, on the contrary, allow temporary sagging of the cable.

Прототипом выделено устройство с полиспастом для подачи силового кабеля на привязной беспилотный летательный аппарат (RU 2791943). В устройство с полиспастом для подачи силового кабеля на привязной БПЛА введены дозированная нагрузка, лебедка с контроллером, клюз вывода кабеля, ремень и преобразователь. Вал электропривода ремнем соединен со шкивом барабана лебедки, осуществляющего смотку/размотку кабеля, закрепленного началом на барабане. Кабель огибает желоба неподвижного и подвижного роликов полиспаста и проходит через отверстие клюза. Конец прошедшего через отверстие клюза кабеля подключен к расположенному на раме БПЛА преобразователю, ось подвижного ролика через дозированную нагрузку соединен с чувствительным элементом датчика, служащего для определения положения подвижного ролика и передачи информации контроллеру лебедки, корпус датчика, клюз и ось неподвижного ролика закреплены на раме лебедки. Когда платформа с беспилотным аппаратом снижается, барабан продолжает вращение, подвижный ролик за счет укорочения ветви кабеля поднимается до максимальной высоты, и датчик дает команду контроллеру о наступлении режима равновесия. Если аппарат из-за дрейфа поднимается выше, кабель натягивается и подвижный ролик полиспаста, преодолевая массу дозированной нагрузки, переходит в зону размотки, и контроллер дает команду лебедке на разматывание кабеля с увеличением скорости в зависимости от изменения амплитуды отклонения от рабочей высоты. Если аппарат спускается вниз из-за дрейфа, кабель ослабляется, и подвижный ролик под действием дозированной нагрузки переходит в зону намотки, и контроллер дает команду лебедке на наматывание кабеля с увеличением скорости в зависимости от изменения амплитуды от рабочей высоты. Заявленное решение компенсирующего рывковую подачу кабеля в момент его сильного послабления/натяжения на основе буферного накопления кабеля на барабан лебедки, компенсирующего рывковую подачу кабеля в момент его сильного послабления/натяжения.The prototype is a device with a pulley for supplying a power cable to a tethered unmanned aerial vehicle (RU 2791943). A device with a pulley for supplying a power cable to a tethered UAV contains a dosed load, a winch with a controller, a cable outlet fairlead, a belt and a converter. The electric drive shaft is connected by a belt to the pulley of the winch drum, which winds/unwinds the cable, which is fixed at the beginning on the drum. The cable goes around the grooves of the fixed and movable pulley rollers and passes through the hawse hole. The end of the cable passing through the fairlead hole is connected to a transducer located on the UAV frame, the axis of the moving roller is connected through a dosed load to the sensitive element of the sensor, which serves to determine the position of the moving roller and transmit information to the winch controller, the sensor body, the fairlead and the axis of the fixed roller are fixed to the winch frame . When the platform with the unmanned vehicle decreases, the drum continues to rotate, the movable roller rises to its maximum height due to the shortening of the cable branch, and the sensor commands the controller to enter the equilibrium mode. If the device rises higher due to drift, the cable is tensioned and the movable pulley roller, overcoming the mass of the dosed load, moves into the unwinding zone, and the controller commands the winch to unwind the cable with an increase in speed depending on the change in the amplitude of the deviation from the working height. If the device goes down due to drift, the cable is weakened, and the movable roller, under the influence of a dosed load, moves into the winding zone, and the controller commands the winch to wind the cable with increasing speed depending on the change in amplitude from the working height. The declared solution compensates for the jerky supply of the cable at the moment of its strong loosening/tension based on the buffer accumulation of the cable on the winch drum, compensating for the jerky feeding of the cable at the moment of its strong loosening/tension.

Недостатком является осуществление работы полиспаста и дозированной нагрузки, для которых нужно жесткое вертикальное и горизонтальное основание; в условиях работы с БПЛА для осуществления данного решения потребуется дополнительная конструкция и ее реализация в условиях открытого пространства для работы с БПЛА. Питание барабана осуществляется через разъем контактного кольца и наземного источника питания посредством кабеля на барабане, что является недостатком, т.к. при вращении барабана нет гарантий сохранности кабеля.The disadvantage is the implementation of the pulley system and dosed load, which require a rigid vertical and horizontal base; in conditions of working with UAVs, implementing this solution will require additional design and its implementation in open space conditions for working with UAVs. The drum is powered through the slip ring connector and the ground power supply via a cable on the drum, which is a disadvantage because When the drum rotates, there is no guarantee of cable safety.

Технический результат, заявляемого изобретения, заключается в обеспечении плавной подачи кабеля к БПЛА и его корректировки на протяжении всей работы летательного аппарата, предупреждении запутывания и дестабилизацию БПЛА из-за натяжения кабеля, а также в обеспечении стабильной работы кабеля, без движения питающего провода при движении барабана. The technical result of the claimed invention is to ensure smooth supply of the cable to the UAV and its adjustment throughout the entire operation of the aircraft, to prevent entanglement and destabilization of the UAV due to cable tension, as well as to ensure stable operation of the cable, without movement of the supply wire when the drum moves .

Технический результат достигается тем, что система автоматической намотки-размотки кабеля привязных БПЛА содержит:The technical result is achieved by the fact that the system for automatic cable winding and unwinding of tethered UAVs contains:

- энкодер с помощью которого считывается угол подачи кабеля, и подает эту информацию на вычислительный блок; - an encoder with which the cable feed angle is read and supplies this information to the computing unit;

- частотный преобразователь, регулирующий работу мотора в зависимости от информации на вычислительном модуле; - a frequency converter that regulates the operation of the motor depending on the information on the computing module;

- датчик вращения с флагом, отсчитывающий обороты барабана и передающий соответственную информацию на вычислительный модуль; - a rotation sensor with a flag that counts the drum revolutions and transmits the corresponding information to the computing module;

- драйвер шагового двигателя, считывающий движения клюза на шариковинтовой передаче и его положении относительно концевых выключателей, передающий эту информацию в вычислительный модуль; - a stepper motor driver that reads the movements of the fairlead on the ballscrew and its position relative to the limit switches, transmitting this information to the computing module;

- вычислительный модуль принимающий и обрабатывающий приходящие сигналы, поступающие от энкодера, частотного преобразователя, датчика вращения, драйвера шагового двигателя, и, на основе получаемой информации, корректирует работу системы, осуществляет корректировку натяжения кабеля, тем самым, не допуская дестабилизации БПЛА;- a computing module that receives and processes incoming signals coming from the encoder, frequency converter, rotation sensor, stepper motor driver, and, based on the information received, adjusts the operation of the system, adjusts the cable tension, thereby preventing destabilization of the UAV;

- шкив, расположенный на металлической раме и подающий кабель к БПЛА;- a pulley located on a metal frame and supplying cable to the UAV;

- токосъемник обеспечивающий питанием кабель наматываемый на барабан и подаваемый к БПЛА без вращения питающего провода внешнего источника питания при движении барабана.- a current collector that provides power to the cable wound on the drum and supplied to the UAV without rotating the supply wire of the external power source when the drum moves.

Система автоматической намотки-размотки кабеля привязных БПЛА содержит элементы, обеспечивающие автоматизацию и плавную размотку-смотку кабеля. На фиг. 1 показана структурная схема устройства, содержащая: барабан с боковыми ограничителями 1, токосъемник 2, датчик вращения с флагом 3, мотор с редуктором 4, прижимной ролик 5, шариковинтовая передача (ШВП) – 6, клюз 7, шаговый двигатель 8, драйвер шагового двигателя 9, концевые выключатели 10, частотный преобразователь 11, вычислительный модуль 12, металлическую конструкцию для прижимного ролика 13, пружины для регулировки металлической конструкции 14, металлическое основание 15, раму 16, энкодер 17, шкив 18.The automatic cable winding and unwinding system for tethered UAVs contains elements that ensure automation and smooth cable unwinding and unwinding. In fig. Figure 1 shows a block diagram of the device, containing: a drum with side stops 1, a current collector 2, a rotation sensor with a flag 3, a motor with a gearbox 4, a pressure roller 5, a ball screw (ball screw) - 6, a fairlead 7, a stepper motor 8, a stepper motor driver 9, limit switches 10, frequency converter 11, computing module 12, metal structure for the pressure roller 13, springs for adjusting the metal structure 14, metal base 15, frame 16, encoder 17, pulley 18.

На фиг.2 изображен барабан с боковыми ограничителями 1 в разрезе.Figure 2 shows a sectional view of a drum with side limiters 1.

На фиг.3 изображен барабан 1 на металлическом основании 15 для намотки-размотки кабеля; содержащий драйвер шагового двигателя 9, клюз 7, ШВП 6, концевые выключатели 10, обеспечивающие плавную намотку-размотку кабеля с барабана и на барабан; металлическую конструкцию для прижимного ролика 13, пружины для регулировки металлической конструкции 14, обеспечивающие кладку кабеля на барабан и мотор с редуктором 4.Figure 3 shows a drum 1 on a metal base 15 for winding and unwinding the cable; containing a stepper motor driver 9, a fairlead 7, a ball screw 6, limit switches 10, ensuring smooth winding and unwinding of the cable from and to the drum; metal structure for the pressure roller 13, springs for adjusting the metal structure 14, ensuring laying of the cable on the drum and motor with gearbox 4.

На фиг.4,5 изображена рама 16, для закрепления на ней барабана на металлическом основании 1 (15), шкива 18, энкодера 17. Рама может быть выполнена с дополнительными боковыми стенками 19, прямоугольной конструкцией 21, для дальнейшего размещения на ней площадки для посадки БПЛА 20. Figures 4 and 5 show a frame 16 for attaching a drum on a metal base 1 (15), a pulley 18, an encoder 17. The frame can be made with additional side walls 19, a rectangular structure 21, for further placement of a platform for UAV landing 20.

Система автоматической намотки-размотки кабеля привязных БПЛА содержит: металлическое основание 15 (фиг.3), на котором расположен барабан шириной 375 мм с боковыми ограничителями 1 (фиг.2) (ширина барабана обусловлена тем, что тепловыделение кабеля 175 м, с учетом КПД составит порядка 800 Вт, которые необходимо рассеять во избежание перегрева, деформации и потери работоспособности кабеля); параллельно барабану, сверху, расположен прижимной ролик 5, на металлической конструкции 13 (фиг.3), регулирующийся пружинами 14 и обеспечивающий послойную намотку кабеля, без запутывания и наложения; датчик вращения с флагом 3, находящийся рядом с боковым ограничителем барабана, отсчитывающий обороты и отправляющий соответствующую информацию на вычислительный модуль 12; токосъемник 2 и мотор с редуктором 4 (фиг.3), обеспечивающие питание барабана и системы в целом; частотный преобразователь 11, который в совокупности с вычислительным модулем 12 изменяет частоту вращения барабана и намотки-размотки кабеля соответственно; ШВП 6, между концевыми выключателями 10 перемещается клюз 7 с помощью шагового двигателя 8, клюз перемещается согласно диаметру кабеля и оборотам барабана с помощью драйвера шагового двигателя 9, что в совокупности обеспечивает равномерную подачу кабеля от барабана к энкодеру 17 (фиг.5), а затем к БПЛА через шкив 18; раму 16 на которой с одной стороны закреплено металлическое основание с барабаном 1, 15, а на противоположной – шкив 18, обеспечивающий равномерную подачу кабеля к БПЛА; посередине рамы расположен энкодер 17, контролирующий натяжение кабеля; вычислительный модуль 12 принимает приходящие сигналы от элементов устройства, обрабатывает и корректирует работу мотора с редуктором и барабана 1, 4. The system for automatic winding and unwinding of the cable for tethered UAVs contains: a metal base 15 (Fig. 3), on which a drum 375 mm wide with side limiters 1 (Fig. 2) is located (the width of the drum is due to the fact that the heat dissipation of the cable is 175 m, taking into account the efficiency will be about 800 W, which must be dissipated to avoid overheating, deformation and loss of cable performance); Parallel to the drum, on top, there is a pressure roller 5, on a metal structure 13 (Fig. 3), adjusted by springs 14 and ensuring layer-by-layer winding of the cable, without tangling or overlap; a rotation sensor with a flag 3, located next to the side stop of the drum, counting the revolutions and sending the corresponding information to the computing module 12; current collector 2 and motor with gearbox 4 (Fig. 3), providing power to the drum and the system as a whole; frequency converter 11, which, together with the computing module 12, changes the rotation frequency of the drum and cable winding and unwinding, respectively; Ball screw 6, the fairlead 7 moves between the limit switches 10 using a stepper motor 8, the fairlead moves according to the diameter of the cable and the revolutions of the drum using the stepper motor driver 9, which together ensures uniform supply of the cable from the drum to the encoder 17 (Fig. 5), and then to the UAV through pulley 18; a frame 16 on which a metal base with a drum 1, 15 is fixed on one side, and a pulley 18 on the opposite side, ensuring uniform supply of the cable to the UAV; in the middle of the frame there is an encoder 17 that controls the cable tension; computing module 12 receives incoming signals from the elements of the device, processes and corrects the operation of the motor with gearbox and drum 1, 4.

Изобретение работает следующим образом, система автоматической намотки-размотки кабеля привязных БПЛА с энкодером наматывает на цилиндр барабана 1 (фиг.2) кабель до 200 м, который затем проходит через клюз 7 (фиг.3), энкодер 17 (фиг.5), шкив 18, под соединяясь к БПЛА и обеспечивая его питанием, обеспечивая плавную корректировку длины кабеля и стабильную работу БПЛА соответственно. Вращение барабана 1 происходит с помощью мотора с редуктором 4 (фиг.3); частота мотора и вращение катушки барабана корректируется с помощью частотного преобразователя 11 и вычислительного модуля 12. Над барабаном 1 (фиг.3), параллельно ему, расположен роликовый прижим 5 на металлической конструкции 13, регулирующийся пружинами 14, обеспечивающий послойную укладку кабеля ряд к ряду; роликовый прижим 5 соответствует ширине барабана 1 и расположен между его боковыми ограничителями. Питание кабеля для дальнейшего подключения к БПЛА осуществляется с помощью токосъемника 2; запитываемого проводом от наземного источника питания (на рисунке не показан); провод передает напряжение; токосъемник 2 позволяет не допустить вращение питающего провода вместе с барабаном 1. Кабель намотанный на катушку барабана проходит через клюз 7 (фиг.3), расположенный параллельно барабану на ШВП 6 и перемещающийся на ней, согласно вращению барабана, на диаметр кабеля, от левого крайнего положения, до правого крайнего положения (между концевыми выключателями 10, также регулирующими передвижение клюза); перемещение клюза 7 осуществляется с помощью шагового двигателя 8, управление перемещением клюза по ШВП 6 происходит с помощью концевых выключателей 10 и шагового двигателя 8 в совокупности с драйвером шагового двигателя 9, флагом датчика вращения 3 и вычислительным модулем 12 следующим образом: клюз 7 перемещается по ШВП 6 с помощью шагового двигателя 8, взаимодействующего с драйвером шагового двигателя 9; информация с концевых выключателей 10 поступает в драйвер 9, и, вместе с информацией с флага 3, поступает на вычислительный модуль 12, который корректирует и задает работу шагового двигателя 8 и перемещение клюза 7 соответственно. Когда барабан 1 делает один оборот, датчик вращения с флагом 3 передает информацию на вычислительный модуль 12, вычислительный модуль передает информацию через драйвер шагового двигателя 9 в шаговый двигатель 8 и клюз 7 перемещается по ШВП 6 на диаметр кабеля. От клюза 7 (фиг.3) кабель проходит к энкодеру 17 (фиг.5), контролирующему натяжение кабеля; в энкодере задан нулевой угол, по которому устройство определяет, как корректировать положение посредством обратной связи с вычислительным модулем 12 путем передачи сигналов: при взлете БПЛА кабель будет натягивается, а при посадке или снижении опускаться, соответственно энкодер 17 считывает угол и корректирует натяжение кабеля обеспечивая плавную подачу, смотку кабеля и стабильную работу БПЛА соответственно. От энкодера 17 кабель проходит через шкив 18 (фиг.5), обеспечивая его плавное движение и дальнейшее подключение к БПЛА. Вычислительный модуль 12 представляет собой программируемое реле ПР102-24.2416.06.2, имеющее 40 аналоговых и дискретных выходов; модуль принимает поступающую информацию от датчика вращения с флагом 3, энкодера 17, концевых выключателей 10, драйвера шагового двигателя 9, частотного преобразователя 11, обрабатывает и исходя из получаемой информации корректирует работу системы: скорость вращения барабана 1, перемещение клюза 7, натяжение кабеля. The invention works as follows: the automatic cable winding and unwinding system for tethered UAVs with an encoder winds up to 200 m of cable onto the drum cylinder 1 (Fig. 2), which then passes through the fairlead 7 (Fig. 3), encoder 17 (Fig. 5), pulley 18, connecting to the UAV and providing it with power, ensuring smooth adjustment of the cable length and stable operation of the UAV, respectively. The rotation of the drum 1 occurs using a motor with a gearbox 4 (Fig. 3); the frequency of the motor and the rotation of the drum coil are adjusted using a frequency converter 11 and a computing module 12. Above the drum 1 (Fig. 3), parallel to it, there is a roller clamp 5 on a metal structure 13, regulated by springs 14, ensuring layer-by-layer laying of the cable row to row; roller clamp 5 corresponds to the width of drum 1 and is located between its side stops. The cable is powered for further connection to the UAV using current collector 2; powered by wire from a ground power source (not shown in the figure); the wire transmits voltage; current collector 2 allows you to prevent the rotation of the supply wire together with drum 1. The cable wound on the drum reel passes through the fairlead 7 (Fig. 3), located parallel to the drum on the ball screw 6 and moving on it, according to the rotation of the drum, to the diameter of the cable, from the leftmost position, to the right extreme position (between limit switches 10, which also regulate the movement of the fairlead); the movement of the fairlead 7 is carried out using a stepper motor 8, the movement of the fairlead along the ball screw 6 is controlled using limit switches 10 and a stepper motor 8 in conjunction with the stepper motor driver 9, the rotation sensor flag 3 and the computing module 12 as follows: the fairlead 7 moves along the ball screw 6 using a stepper motor 8 interacting with the stepper motor driver 9; information from the limit switches 10 enters the driver 9, and, together with the information from flag 3, goes to the computing module 12, which adjusts and sets the operation of the stepper motor 8 and the movement of the fairlead 7, respectively. When drum 1 makes one revolution, the rotation sensor with flag 3 transmits information to the computing module 12, the computing module transmits information through the stepper motor driver 9 to the stepper motor 8 and the fairlead 7 moves along the ball screw 6 to the diameter of the cable. From the fairlead 7 (Fig. 3), the cable passes to the encoder 17 (Fig. 5), which controls the cable tension; a zero angle is set in the encoder, at which the device determines how to correct the position through feedback from the computing module 12 by transmitting signals: when the UAV takes off, the cable will be tensioned, and when landing or descending, it will be lowered, respectively, the encoder 17 reads the angle and adjusts the cable tension ensuring a smooth feeding, cable rewinding and stable operation of the UAV, respectively. From the encoder 17, the cable passes through the pulley 18 (Fig. 5), ensuring its smooth movement and further connection to the UAV. Computing module 12 is a programmable relay PR102-24.2416.06.2, which has 40 analog and discrete outputs; the module receives incoming information from the rotation sensor with flag 3, encoder 17, limit switches 10, stepper motor driver 9, frequency converter 11, processes and, based on the information received, adjusts the operation of the system: rotation speed of the drum 1, movement of the fairlead 7, cable tension.

Таким образом, обеспечивается автоматизированная смотка-размотка кабеля БПЛА с системой против запутывания и наложения кабеля, а также дальнейшая плавная корректировка уровня натяжения и подачи кабеля для бесперебойной работы БПЛА и его неограниченного времени зависания в воздухе, а также удобного взлета-посадки и управления. Thus, automated winding and unwinding of the UAV cable is provided with a system against tangling and cable overlapping, as well as further smooth adjustment of the level of tension and cable supply for uninterrupted operation of the UAV and its unlimited hovering time in the air, as well as convenient take-off and landing and control.

Рама 16 (фиг.4) может быть выполнена в виде рельсы, либо в виде металлического основании, на котором закрепляются части системы намотки-размотки кабеля БПЛА. Рама может быть выполнена с дополнительными боковыми стенками 19 (фиг 4,5), для большей надежности и усиления конструкции. Рама может быть выполнена с прямоугольной конструкцией над шкивом 21 (фиг.5), для дальнейшего размещения на ней площадки для посадки БПЛА 20. Frame 16 (Fig. 4) can be made in the form of rails, or in the form of a metal base on which parts of the UAV cable winding and unwinding system are fixed. The frame can be made with additional side walls 19 (Fig. 4.5), for greater reliability and strengthening of the structure. The frame can be made with a rectangular structure above the pulley 21 (Fig. 5), for further placing on it a platform for landing the UAV 20.

К системе может подключаться дисплей для удобного управления и наблюдения оператором через вычислительный модуль.A display can be connected to the system for convenient control and monitoring by the operator through the computing module.

Claims (6)

1. Система автоматической намотки-размотки кабеля привязных БПЛА, включающая цилиндрический барабан с параллельными боковые ограничителями, предназначенный для размотки и намотки кабеля-привязи, выполненный с возможностью закрепления параллельно оси барабана укладчика кабеля с клюзом, с возможностью двунаправленного перемещения оси укладчика и равномерной послойной подачи кабеля-привязи на барабан, отличающаяся тем, что система расположена на раме, на которой с одной стороны закреплено металлическое основание с барабаном, а на противоположной – шкив, обеспечивающий равномерную подачу кабеля к БПЛА, посередине рамы расположен энкодер, контролирующий натяжение кабеля; датчик вращения с флагом, отсчитывающий обороты барабана; также дополнительно содержит драйвер шагового двигателя, считывающий движения клюза на шариковинтовой передаче и его положение относительно концевых выключателей; токосъемник, обеспечивающий питанием кабель, наматываемый на барабан и подаваемый к БПЛА; вычислительный модуль, принимающий и обрабатывающий приходящие сигналы, поступающие от энкодера, частотного преобразователя, датчика вращения, драйвера шагового двигателя, и на основе получаемой информации корректирующий работу системы.1. A system for automatic winding and unwinding of the cable of tethered UAVs, including a cylindrical drum with parallel side stops, designed for unwinding and winding of the tether cable, made with the possibility of fastening parallel to the axis of the drum of the cable layer with a fairlead, with the possibility of bidirectional movement of the axis of the layer and uniform layer-by-layer feeding tether cable to the drum, characterized in that the system is located on a frame on which a metal base with a drum is fixed on one side, and on the opposite side there is a pulley that ensures uniform supply of the cable to the UAV; in the middle of the frame there is an encoder that controls the cable tension; rotation sensor with a flag that counts the drum revolutions; also additionally contains a stepper motor driver that reads the movements of the fairlead on the ballscrew and its position relative to the limit switches; a current collector that provides power to the cable wound on a drum and supplied to the UAV; a computing module that receives and processes incoming signals coming from an encoder, frequency converter, rotation sensor, stepper motor driver, and, based on the received information, corrects the operation of the system. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что рама выполнена в виде рельсы.2. The system according to claim 1, characterized in that the frame is made in the form of rails. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что рама выполнена в виде металлического основания.3. The system according to claim 1, characterized in that the frame is made in the form of a metal base. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что рама выполнена с дополнительными боковыми конструктивными ребрами.4. The system according to claim 1, characterized in that the frame is made with additional lateral structural ribs. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что рама выполнена с размещением посадочной площадки для БПЛА над шкивом.5. The system according to claim 1, characterized in that the frame is designed to place the landing pad for the UAV above the pulley. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что к вычислительному модулю подключен дисплей.6. The system according to claim 1, characterized in that a display is connected to the computing module.
RU2023130532A 2023-11-23 System for automatic winding-unwinding of cable of tethered uav RU2819974C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2819974C1 true RU2819974C1 (en) 2024-05-28

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449927C2 (en) * 2010-08-12 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" Method of fixed balloon power supply and device to this end
RU2779020C1 (en) * 2021-12-06 2022-08-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Aircraft platform

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449927C2 (en) * 2010-08-12 2012-05-10 Открытое акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" Method of fixed balloon power supply and device to this end
RU2779020C1 (en) * 2021-12-06 2022-08-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" Aircraft platform
RU2791943C1 (en) * 2022-09-02 2023-03-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Device with tackle for supplying power cable to tethered unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6524116B2 (en) Flight robot equipment
WO2016121072A1 (en) Flying robot device
RU2441809C2 (en) Method of control unmanned aircraft and unmanned aircraft complex
CN202296593U (en) Automatic regulation winding and unwinding device for cable
JP2010208623A (en) Tether energy feeding system
WO2020164205A1 (en) Take-up and pay-off buffering structure for mooring unmanned aerial vehicle and working method therefor
CN104743129A (en) Automatic lock line winding and unwinding device for mooring unmanned aerial vehicle
CN112249777B (en) Constant tension control device and control method
RU2819974C1 (en) System for automatic winding-unwinding of cable of tethered uav
CN115243995A (en) Rope tying management system and method
CN110630000A (en) Hanging flower basket removes uses steadily device
US11724923B1 (en) Active tether control for a tethered multirotor
CN210366310U (en) Automatic cable feeding device
CN109018420B (en) Unmanned aerial vehicle mooring platform capable of being automatically positioned
CN112830342B (en) Active paying-off control system and method
CN210798254U (en) Hanging basket device
CN109795710A (en) It is tethered at the full-automatic retractable cable system of unmanned plane synchronously control
CN218931570U (en) Rope hoist tension control device
US6588695B1 (en) Method and device for unwinding elongated stock
KR0122327B1 (en) Winding control apparatus
RU222344U1 (en) Automatic device for winding and unwinding cables of tethered UAVs
KR20220054202A (en) Guided lifting system
US20230382695A1 (en) Cable winch
CN114296386A (en) Control method for erecting main cable based on suspension bridge air spinning method
RU2791943C1 (en) Device with tackle for supplying power cable to tethered unmanned aerial vehicle