[发明专利]一种无人机空中自动收放拖拽线缆的装置及其操作方法

权利要求书

1.一种无人机空中自动收放拖拽线缆的装置，其特征在于，包括：线缆绞盘，线缆，收放电机模块，支架，编码器模块，收放控制器模块，机载端无线通信模块，地面端无线控制设备和电源模块；

所述的装置中收放电机的转轴与线缆绞盘的中轴连接，编码器模块安装于线缆绞盘外围孔洞位置，支架将电机模块和线缆绞盘固定于无人机机身内部或外部，收放控制器接收编码器信号以计算线缆收放的长度和收放速度，收放控制器模块连接收放电机模块控制线缆绞盘的转速、转动时间和转动方向，线缆一端固定在线缆绞盘上，线缆末端安装有挂接拖拽设备的挂钩，收放控制器连接机载端无线通信模块与地面端无线控制设备进行无线通信。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，线缆绞盘为垂直固定安装的有一定强度的轻质量绞缆筒，绞盘顺时针或逆时针方向的旋转实现线缆的收放。根据无人机的内部空间的大小，线缆绞盘的直径可做调整；绞盘外围有排列均匀的孔洞，孔洞的疏密可以控制收放线缆长度的精度，孔洞越密收放线的精度越高，反之，则精度越低。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，线缆为套管套住的具有承重能力的拉绳和拖拽设备所需电源线或电线(光纤)的数据线。套管中的电源线或数据线可以有，也可以不穿有，具体根据拖拽设备的需求而定，线缆一端固定在线缆绞盘上，线缆末端安装有挂钩，用于挂接拖拽设备。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，收放电机的转轴与线缆绞盘的中轴连接，连接方式可以是直接连接于线缆绞盘的中轴，也可以通过齿轮或皮带链条传动连接于线缆绞盘中轴。收放电机的正转或反转控制线缆绞盘顺时针或逆时针的转动。收放电机模块包括电机驱动和电机两个部分，电机驱动为电机提供合适的驱动电信号，电机部分带动线缆绞盘转动，收放电机可以是伺服电机或步进电机等，电机驱动为与电机匹配的驱动电路。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，支架将电机模块和线缆绞盘固定于无人机机身内部，利用具有一定强度的轻便材料制作支架。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，编码器模块安装于线缆绞盘外围孔洞位置，可以利用光电编码器，检测绞盘外围孔洞的转动，将绞盘的转动编码转换为电信号输出给收放控制器模块。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，收放控制器是带有处理器的控制电路。收放控制器输出控制信号对收放电机模块的控制实现对线缆绞盘的转动方向、转动速度的控制。收放控制器可以接收编码器信号计算线缆收放的长度和收放速度，以判断线缆的收放是否达到拖拽设备的需求；收放控制器与机载端无线通信模块进行连接，可以与地面端无线控制设备进行通信。地面端无线控制设备发送信号给收放控制器实现控制线缆的收放，收放控制器发送信号给地面端无线控制设备实现地面端无线控制设备查看线缆的实际收放情况的功能。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，机载端无线通信模块实现收发控制器与地面端无线控制设备的无线通信；各种无线通信方式的控制距离不同，地面端无线控制设备需要在通信方式覆盖的距离内发出控制收放线缆的信号。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，地面端无线控制设备是包含无线通信模块的控制电路。地面端无线控制设备为带有处理器构成的控制器。发出控制收放线缆的长度和速度的控制信号，接收收放控制器发出的线缆的长度和速度的数据；电源模块为收放控制器模块，机载端无线通信模块和收放电机模块提供所需电源。同时电源模块提供预留接口，可以通过线缆中的电缆为拖拽设备供电。电源模块可以用锂电池作为电源，可以输出24V，12V，5V等不同电压等级的直流电源。

10.一种权利要求1至9任一所述装置的操作方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

步骤1：根据拖拽设备的需求，在无人机起飞前通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机将拖拽线缆收短安全起飞的长度；

步骤2：无人机起飞前，将拖拽设备挂接到线缆上。根据拖拽设备的需求可以为拖拽设备连接线缆内的电源线或数据线，为拖拽设备提供电源或信号传输的数据线。

步骤3：无人机在空中时，在无线通信覆盖的距离范围内，根据拖拽设备对收放速度和所需的线缆长度的需求，通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机以所需的收放速度将线缆放长到拖拽设备需求的长度；

步骤4：无人机降落前，在无线通信覆盖的距离范围内，根据拖拽设备的需求，通过地面端无线控制设备发出控制指令给收放控制器，由收放控制器控制收放电机以拖拽设备所需的收放速度将线缆收短到安全降落的长度；

步骤5：无人机降落后，将拖拽设备从线缆上取下。