阅读说明：本技术 收放线张力独立调节组件、收放线装置及系留无人机系统 (Receive and release line tension independent control assembly, receive and release line device and tie unmanned aerial vehicle system ) 是由 梁雄杰 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种收放线张力独立调节组件、收放线装置及系留无人机系统,调节组件包括传动杆、第一阻尼组件、弹性件和感应器,传动杆用于连接线缆,传动杆的外周壁设置有第一齿部；第一阻尼组件包括第一单向传动件和第一驱动器,第一单向传动件包括第一外圈连接环和第一内圈转动件,第一外圈连接环套接在第一内圈转动件的外侧,第一外圈连接环驱动第一内圈转动件单向转动,第一外圈连接环的外侧壁设置有第二齿部,第一齿部与第二齿部啮合,第一驱动器与第一内圈转动件；弹性件驱动传动杆在张力调节方向上移动；感应器用于检测传动杆在张力调节方向上的位移,采用以上结构,感应器检测到收放线两个过程不同的张力大小,实现收放线过程的张力独立调节。(The invention provides a take-up and pay-off tension independent adjusting assembly, a take-up and pay-off device and a mooring unmanned aerial vehicle system, wherein the adjusting assembly comprises a transmission rod, a first damping assembly, an elastic piece and an inductor, the transmission rod is used for connecting a cable, and the peripheral wall of the transmission rod is provided with a first tooth part; the first damping assembly comprises a first one-way transmission piece and a first driver, the first one-way transmission piece comprises a first outer ring connecting ring and a first inner ring rotating piece, the first outer ring connecting ring is sleeved on the outer side of the first inner ring rotating piece and drives the first inner ring rotating piece to rotate in a one-way mode, a second tooth part is arranged on the outer side wall of the first outer ring connecting ring, the first tooth part is meshed with the second tooth part, and the first driver is meshed with the first inner ring rotating piece; the elastic piece drives the transmission rod to move in the tension adjusting direction; the sensor is used for detecting the displacement of the transmission rod in the tension adjusting direction, and by adopting the structure, the sensor detects the different tension in the two processes of winding and unwinding, so that the tension independent adjustment in the winding and unwinding processes is realized.)

收放线张力独立调节组件、收放线装置及系留无人机系统

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体是涉及一种收放线张力独立调节组件、收放线装置及系留无人机系统。

背景技术

收放线装置是利用张力传感器把线材的张力大小转换成收线动作和放线动作的一种装置。传统的收放线装置的主要原理是利用一系列机械连杆机构带动与其连接的张力传感器，张力传感器内板簧产生微位移，从而产生相应位置信号，实现感应张力的目的。

在上述的收放线过程中，传统的张力传感器由于内部结构使得无论收线过程或放线过程张力传感器都是靠同一个板簧的力量感受线材施加在张力传感器的压力，使得在收放线两个过程中，张力传感器中的板簧受到的压力相同，从而传感器输出收线信号时在压力作用下产生的位移与张力传感器在输出放线信号时在压力作用下产生的位移是相同的，那么在一些特殊环境下需要实现收线和放线不同的速度和力度的时候就无法满足相应的需求。如该系留无人机是应用于消防救援方面，该种系留无人机上设置有水箱，上升时可缓慢上升的同时移动至着火处，当水箱内的水用完时，需急速下降，尽快补充水分继续救援，若是无人机上升速度和下降速度相同，难以提升无人机的工作效率。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种实现收放线不同张力的收放线张力独立调节组件。

本发明的第二目的是提供一种具有上述收放线张力独立调节组件的收放线装置。

本发明的第三目的的提供一种具有上述收放线张力独立调节组件的系留无人机系统。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的收放线张力独立调节组件包括传动杆、第一阻尼组件、弹性件和感应器，传动杆用于连接线缆，传动杆的外周壁设置有第一齿部；第一阻尼组件包括第一单向传动件和第一驱动器，第一单向传动件包括第一外圈连接环和第一内圈转动件,第一外圈连接环套接在第一内圈转动件的外侧,第一外圈连接环驱动第一内圈转动件单向转动,第一外圈连接环的外侧壁设置有第二齿部,第一齿部与第二齿部啮合,第一驱动器与第一内圈转动件；弹性件驱动传动杆在张力调节方向上移动；感应器用于检测传动杆在张力调节方向上的位移。

由上述方案可见，传动杆连接线缆，线缆为传动杆提供支撑力，当线缆处于放线过程中，线缆的张力变大，传动杆在线缆的支撑力下克服弹性件的弹力移动，感应器检测传动杆的位移大小，感应器输出放线信号，由于第一齿部与第二齿部的啮合，传动杆的移动带动第一单向传动件的第一外圈连接环转动，而内圈转动件不发生转动；当线缆进入收线过程时，线缆的张力变小，线缆施加在传动杆的支撑力变小，在弹性件的弹力作用下，传动杆反向移动，感应器检测传动杆的位移大小，感应器输出收线信号，传动杆的移动带动外圈连接环转动，从而带动内圈转动件转动，内圈转动件的转动启动驱动器，驱动器启动后驱动内圈转动件反向转动，但是驱动器的驱动力小于传动杆的驱动力，从而驱动器提供一个阻力施加至单向传动件上，此时传动杆受力大小为弹性件的弹力与驱动器输出的阻力之间的差，使得传动杆反向移动的速度变小，感应器检测到传动杆更小的位移，从而感应器检测到在收放线两个过程中传动杆所产生的不同的位移大小，感应器能够检测到收放线两个过程不同的张力大小，实现收放线过程的张力调节。

进一步的方案是，感应器为电位器、编码器，转动传感器或角度传感器，感应器的驱动轴与第一齿部啮合。

可见，传动杆在收放线过程中不同方向的移动带动感应器朝不同放线转动，使感应器对应输出收放线信号。

进一步的方案是，第一外圈连接环的内侧壁上设置有第一单向棘齿，第一内圈转动件上设置有第一棘爪，第一棘爪与第一单向棘齿啮合。

可见，单向棘齿设置在第一外圈连接环的内侧壁上，第一棘爪设置在内圈转动件上，使得传动杆在收放线过程中两个方向的移动均可带动外圈连接环朝不同方向转动，但是外圈连接环的转动只能能够内环转动件单向转动，从而实现收放线过程独立的张力调节。

进一步的方案是，第一驱动器为磁粉离合器、阻尼器或制动器。

进一步的方案是，感应器为位移传感器或光杆。

进一步的方案是，收放线张力独立调节组件包括滑轮组件，滑轮组件包括第一定轮和动轮，动轮与传动杆连接，线缆分别与第一定轮和动轮连接，动轮沿张力调节方向朝向或远离第一定轮移动。

可见，滑轮组件用于对线缆进行导向，使收放线张力独立调节组件能够准确检测线缆的张力变化。

进一步的方案是，收放线张力独立调节组件包括第二阻尼组件，第二阻尼组件包括第二单向传动件与第二驱动器，第二单向传动件包括第二外圈连接环和第二内圈转动件，第二外圈连接环套接在第二内圈转动件，第二外圈连接环驱动第二内圈转动件单向转动，第二外圈连接环的外侧壁上设置有第三齿部，第三齿部与第一齿部啮合，第二内圈转动件与第二驱动器连接；第一内圈转动件的转动方向与第二内圈转动件的转动方向相反。

可见，第一内圈转动件和第二内圈转动件的转动方向相反，分别对应收放线过程，控制第一驱动器和第二驱动器的输出驱动力的大小，从而调节阻尼组件施加在传动杆阻力的大小，从而实现收放线进行独立张力调节。

进一步的方案是，沿张力调节方向，感应器位于第一阻尼组件与第二阻尼组件之间。

可见，感应器位于单向传动件第一单向传动件与第二单向传动件之间，保证有足够的进程适应感应器的转动到位。

为实现本发明的第二目的，本发明的收放线装置包括如上述的收放线张力独立调节组件、控制单元、绞线盘和绞线驱动装置，控制单元接收感应器输出的收线信号和放线信号，绞线驱动装置接收控制单元的控制信号，绞线驱动装置驱动绞线盘转动。

为实现本发明的第三目的，本发明的系留无人机系统包括无人机、线缆和如上述的收放线张力独立调节组件，线缆与传动杆连接，线缆与无人机连接。

附图说明

图1是本发明系留无人机系统实施例的结构图。

图2是图1A处的放大图。

图3是图1B处的放大图。

图4是本发明系留无人机系统实施例中无人机工作前收放线张力独立调节组件的结构图。

图5是本发明系留无人机系统实施例放线状态下收放线张力独立调节组件的结构图。

图6是本发明系留无人机系统实施例收线状态下收放线张力独立调节组件的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的收放线张力独立调节组件应用于系留无人机系统，参见图1，系留无人机系统包括无人机1、线缆2和收放线装置3，线缆2的第一端与无人机1连接，线缆2卷放在收放线装置3的绞线盘31上，线缆2的第二端连接地面的电源。收放线装置3包括绞线盘31、绞线盘驱动器、控制单元和收放线张力独立调节组件4，绞线盘驱动器驱动绞线盘31转动，进行卷线或放线，通过收放线张力独立调节组4检测线缆2的张力大小，并且输出收放线信号至控制单元，控制单元输出控制信号至绞线盘驱动器，绞线盘驱动器不同速度和方向驱动绞线盘31转动。

参见图1，收放线张力独立调节组件4包括传动杆5、滑轮组件6、第一阻尼组件7、第二阻尼组件8、感应器9和弹性件10，滑轮组件6包括第一定轮61，线缆2从绞线盘31出发，绕过第一定轮61后与传动杆5连接，然后与无人机1连接，传动杆5沿张力调节方向朝向或远离第一定轮61移动,在本实施例中,随着无人机的上升和下降,张力调节方向对应地包括两个方向,两个方向共线反向。滑轮组件还包括第二定轮62、动轮63和第三定轮64，动轮63安装在第一定轮61与第二定轮62之间，第二定轮62设置在动轮63与第三定轮64之间。线缆2同时绕过第一定轮61、第二定轮62、动轮63和第三定轮64，线缆2分别与上述的四个轮子邻接，线缆2为动轮63提供支撑力，使动轮63相对第一定轮61、第二定轮62和第三定轮64沿张力调节方向移动。

传动杆5沿传动杆5的轴向的第一端连接动轮63，传动杆5沿传动杆5的轴向的第二端连接弹性件10沿弹力方向的第一端，弹性件10沿弹力方向的第二端固定设置，在本实施例中，弹性件10为弹簧。传动杆5的轴向、弹性件10的弹力方向和张力调节方向平行。

传动杆5上设置有第一齿部51，第一齿部51可布满传动沿传动杆5的轴向的外周壁，或多个第一齿部51沿传动杆5的轴向排列成齿条。

参见图2，第一阻尼组件7包括第一单向传动件71和第一驱动器72，在本实施例中，第一单向传动件71是一种单向传动齿轮，第一单向传动件71包括第一外圈连接环711和第一内圈转动件712，第一外圈连接环711套接在第一内圈转动件712的外侧，第一内圈转动件712与第一驱动器72连接。第一外圈连接环711的外侧壁设置有第二齿部713，第一齿部51与第二齿部713啮合，传动杆5在张力调节方向上的正反向移动带动第一外圈连接环711发生顺时针或逆时针的转动，但第一内圈转动件712为单向转动件，第一外圈连接环711在逆时针转动时，可带动第一内圈转动件712沿逆时针转动，反之，第一外圈连接环711顺时针转动时，无法带动第一内圈转动件712转动。

在本实施例中，第一外圈连接环711的内侧壁上设置有第一单向棘齿714，第一内圈转动件712上设置有第一棘爪715，第一棘爪715与第一单向棘齿714啮合。本实施例中的第一单向传动件71的结构可参考公开号为“CN201714944U”、名称为“一种单向传动齿轮”的中国实用新型专利；或参考自行车上的单向棘轮机构。

第一内圈转动件712可通过传动带73与第一驱动器72连接，作为另一实施方式，第一内圈转动件712上设置有连接孔，第一驱动器72的驱动轴位于连接孔内。

在本实施例中，第一驱动器72为磁粉连接器。第一驱动器72还可为阻尼器或制动器。第一阻尼组件7包括第一电位器74，第一电位器74与第一驱动器72连接，第一电位器74用于调节第一驱动器72的电压，使第一驱动器72输出不同的驱动力。

参见图3，第二阻尼组件8包括第二单向传动件81、第二驱动器82和第二电位器83，第二单向传动件81是一种单向传动齿轮，第二单向传动件81包括第二外圈连接环811和第二内圈转动件812，第二外圈连接环811套接在第二内圈转动件812的外侧，第二内圈转动件812与第二驱动器82连接。第二外圈连接环811的外侧壁设置有第三齿部813，第一齿部51与第三齿部813啮合，传动杆5在张力调节方向上的正反向移动带动第二外圈连接环811发生顺时针或逆时针的转动，但第二内圈转动件812为单向转动件，第一内圈转动件712和第二内圈转动件812的转动方向为反向。当第二外圈连接环811在顺时针转动时，可带动第二内圈转动件812沿顺时针转动，反之，第二外圈连接环811逆时针转动时，无法带动第二内圈转动件812转动。在本实施例中，第一单向传动件71与第二单向传动件81的结构大致相同，不同之处在于：两个单向传动件的外圈连接环的内侧壁上的单向棘齿和内圈转动件上的棘爪的方向相反。

在本实施例中，第二内圈转动件812通过传动带84与第二驱动器82连接，第二驱动器82为磁粉离合器。第二驱动器82连接第二电位器84，第二电位器84用于调节第二驱动器82的电压，使第二驱动器82输出不同的驱动力。

弹性件10用于驱动传动杆5在张力调节方向移动，在本实施例中，弹性件10、张力调节方向和传动杆5的轴向相互平行。弹性件10为弹簧，弹性件10沿弹力方向的第一端为固定端，弹性件10沿弹力方向的第二端与传动杆5的轴向的第二端连接。

感应器9用于检测传动杆5在张力调节方向上的位移，感应器9可为位移传感器、光杆、电位器、编码器，转动传感器或角度传感器。在本实施例中，感应器9为电位器，可选用B线性10K电位器。感应器9的驱动轴上设置有第四齿部91，第一齿部51与第四齿部91啮合，传动杆5在张力调节方向的正反向上的移动带动感应器9顺时针或逆时针的转动，相对地感应器9输出收线信号或放线信号。

在本实施例中，传动杆5的外周壁上布满第一齿部51，感应器9、第一单向传动件71和第二单向传动件81可位于传动杆5沿径向的不同侧上，沿传动杆5的轴向，感应器9位于第一阻尼组件7和第二阻尼组件8之间。

参见图4，当系留无人机系统开始工作前，感应器9内的摇杆位于收线信号区域92与放线信号区域93的中间位置，并且可设置初始阈值为0。

参见图5，在无人机上升的过程中，线缆2收紧，线缆2张力变大，线缆2为传动杆5提供支撑力F1，该支撑力驱动感应器9朝向张力调节方向的第一方向X移动，在该过程中，传动杆5的移动克服弹性件10的弹力F的同时，传动杆5的移动驱动第一阻尼组件7中的第一单向传动件71的第一外圈连接环711和第二外圈连接环811顺时针转动，第一外圈连接环711的转动带动第一内圈转动件712顺时针转动，从而驱动第一驱动器72启动，但第二内圈转动件812不发生转动。第一驱动器72驱动第一内圈转动件712逆时针转动，但传动杆5移动的驱动力大于第一驱动器72的驱动力，使第一内圈转动件712继续顺时针转动，从而实现第一驱动器72施加的第一单向传动件上的阻力F2，使得在传动杆5移动不仅需克服弹性件10的弹力，还需克服第一阻尼组件7施加的阻力F2，因此传动杆5的上升力为Fa，上升力Fa＝F1-F-F2。传动杆5沿X方向的移动带动感应器9转动，使感应器9内的摇杆移动至放线信号区域92，此时感应器9阈值大于0，控制单元根据该放线信号向绞线盘输出控制信号，绞线盘31接收控制信号后开始放线，并且可根据阈值大小控制放线速度。

参见图6，在无人机下降时，线缆2的张力变小，传动杆5不再受到线缆2的支撑力，在弹性件10的弹力F下，传动杆5沿张力调节方向的第二方向Y方向移动，第一方向X与第二方向Y为共线反向。传动杆5的移动带动第一外圈连接环711和第二外圈连接环811逆时针转动，第二外圈连接环811的转动带动第二内圈转动件812转动，从而带动第二驱动器8242启动，但此时第一外圈连接环711无法带动第一内圈转动件转动。第二驱动器82驱动第二内圈转动件812顺时针转动，但传动杆5移动的驱动力大于第二驱动器82的驱动力，使第二内圈转动件812继续逆时针转动，从而实现第二驱动器82施加的第二单向传动件81上的阻力F2，使得在传动杆5在Y方向的移动需克服第二阻尼组件83施加的阻力F2，因此传动杆5的下降力为F，下降力Fb＝F-F2。传动杆5沿第二方向的移动带动感应器9转动，使感应器9内的摇杆移动至收线信号区域93，此时感应器9阈值小于0，控制单元根据该收线信号向绞线盘输出控制信号，绞线盘31接收控制信号后开始收线，并且可根据阈值大小控制收线速度。

在上述的两个过程中，通过分别对两个单向传动件施加不同大小的阻尼，以控制传动杆5张力调节方向上两个方向X和Y上的不同受力大小，感应器检测到在收放线两个过程中传动杆所产生的不同的位移大小，从而实现收放线两个过程的张力调节。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。