一種機載負載控制系統及控制方法
1.本發明涉及無人機控制技術領域，具體為一種機載負載控制系統及控制方法。
背景技術：
2.無人機技術近年來獲得極大的發展，當前的無人機具有飛行穩定，操控靈活的特點。無人機的發展，除了飛控技術之外，還結合了gps定位技術，遠程通信技術，以及高容量電池技術，視覺分析技術，圖像編解碼技術等。隨著這些技術的不斷進步，無人機的后續市場空間廣闊。
3.目前，針對不同行業應用的解決方案，其無人機技術實現都有所不同，包括實現視距內的遙控飛行，并利用gps，圖像技術，數據采集技術和控制電路等實現視頻監控功能，視距內的數據監測功能，以及一些航點任務飛行。
4.當前基本上都是基于無人機飛行平臺，在其上搭載基于行業應用的負載設備，解決特定的行業技術問題。無人機飛行器的機載負載設備都是基于各個行業的特點進行的定制性方案，其具有部分的共同點，也有行業的一些特殊性，如使用不同的特定的負載設備，定制性強，不具有適用性。因此從目前來看，當前無人機仍存在一些缺點：
5.(1)只能實現在視距內進行控制或自主飛行，無法進行超視距自主飛行的功能。
6.(2)機載負載通用性不夠，無法大規模推廣，不能有效降低硬件成本。
技術實現要素：
7.為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種機載負載控制系統及控制方法，能夠實現在視覺和聲學探測范圍之外的負載控制，完成無人機移動狀態下的負載收回、固定或移動。
8.為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
9.一種機載負載控制系統，包括飛行器和負載線路，所述飛行器上設置有絞盤系統，所述絞盤系統上設置有控制器，所述負載線路的一端連接至絞盤系統，另一端連接有負載，所述負載線路上設置有線路傳感器，所述線路傳感器的控制端與控制器的輸出端連接；
10.所述絞盤系統包括主卷軸，所述主卷軸上繞有全部或者部分的負載線路，所述主卷軸的兩端分別連接有第一電機和第二電機，第一電機和第二電機的控制端均連接至所述控制器，所述第一電機用于控制主卷軸朝一方向轉動，所述第二電機用于控制主卷軸朝相反方向轉動。
11.優選地，所述第二電機一側設置有夾送輪組，所述夾送輪組包括第一夾送輪和第二夾送輪，所述負載線路從第一夾送輪和第二夾送輪之間穿過纏繞在主卷軸上。
12.優選地，所述第一電機和第二電機均匹配設置有一個或多個光學編碼器，所述光學編碼器用于檢測主卷軸上負載線路的信息。
13.優選地，所述絞盤系統還包括第一伺服電機，所述第一伺服電機連接有與所述主卷軸位置配合設置的鎖定桿。
14.優選地，所述絞盤系統還包括第二伺服電機，所述第二伺服電機通過電機臂連接有移動軸，所述移動軸設置在主卷軸連接負載的一側，所述移動軸上開設有通孔，負載線路穿過通孔連接負載。
15.優選地，所述絞盤系統設置在飛行器內或者所述絞盤系統通過安裝板設置在飛行器的外墻上。
16.優選地，所述負載線路的一端通過磁鐵、掛鉤或吸盤與負載連接。
17.優選地，所述負載路線采用單股或編織的合成繩合或者魚線。
18.一種機載負載控制系統的控制方法，包括如下步驟：
19.所述線路傳感器監測飛機飛行信息和負載信息；
20.所述控制器根據所述線路傳感器的監測結果計算控制因素；
21.所述控制器根據計算獲得的控制因素向飛行器和絞盤系統發出指令，改變所述飛行器的飛行路線、速度和高度以及改變或維持負載路線的距離、速度、加速度和抖動；
22.所述負載路線對負載進行收回、固定或移動，實現機載負載控制。
23.優選地，所述控制器根據計算獲得的控制因素向飛行器和絞盤系統發出指令中，所述控制器向絞盤系統發出指令的操作步驟包括：
24.所述控制器通過絞盤系統的第一電機或者第二電機以設定速度運行，并控制夾送輪組調整負載線路的張力，控制負載線路卷進或卷出至設定位置。
25.與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
26.本發明提供了一種機載負載控制系統，通過在負載線路上設置有線路傳感器，能夠接收監測關于負載線路的相關信息，并反饋至控制器中實時進行調整控制，同時負載線路包括纏繞在絞盤系統的主卷軸上的第一端和與其構成一對的連接負載的第二端，通過控制器接收到的相關信息向飛行器和絞盤系統提供指令，控制絞盤系統中第一電機和第二電機對負載線路進行調節，以便控制負載線路的第二端的位置。本發明所述的機載負載控制系統實現了一架移動的飛機能夠控制一個負載在空間的任意位置，使得執行各種任務成為可能，完成在一個移動的飛機上做到收回、固定或移動負載。例如將使一架移動的飛機能夠輕松小心地將一個易碎物體放在地面上。或者飛機在視覺和聲學探測范圍之外飛行時，也能將使一架正在飛行的飛機在地面上抓起一個傳感器或其他負載物體等，實現機載負載控制。
附圖說明
27.圖1是本發明某一實例中的機載負載控制系統示意圖；
28.圖2是本發明某一實例中的絞盤系統的剖視圖；
29.圖3是本發明某一實例中的絞盤系統的后視圖；
30.圖4是圖1中機載負載控制系統的操作方法流程圖；
31.圖5是圖2中絞盤系統的操作方法流程圖；
32.圖6是本發明某一實例中的計算機系統框圖。
33.圖中，機載負載控制系統100，飛行器110，絞盤系統120，負載線路130，第一端130a，第二端130b，線路傳感器140，控制器150，負載160，控制系統170，主卷軸210，第一電機220，夾送輪組230，第一夾送輪230a，第二夾送輪230b，第二電機240，安裝板250，安裝孔
252，安裝眼260，第一伺服電機270，鎖定桿272，第二伺服電機310，移動軸320，電機臂312，通孔330，計算機系統600，處理器610，內存620，存儲器630，i/o接口640，通信接口650，總線660。
具體實施方式
34.下面結合附圖對本發明的原理和特征做進一步的詳細說明，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
35.需要說明的是，當組件被稱為“固定于”另一個組件，它可以直接在另一個組件上或者也可以存在居中的組件。當一個組件被認為是“連接”另一個組件，它可以是直接連接到另一個組件或者可能同時存在居中組件。當一個組件被認為是“設置于”另一個組件，它可以是直接設置在另一個組件上或者可能同時存在居中組件。
36.除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
37.本發明提供一種機載負載控制系統，如圖1和2所示，包括飛行器110和負載線路130，所述飛行器110上設置有絞盤系統120，所述絞盤系統120上設置有控制器150，所述負載線路130的一端連接至絞盤系統120，另一端連接有負載160，所述負載線路130上設置有線路傳感器140，所述線路傳感器140的控制端與控制器150的輸出端連接；
38.所述絞盤系統120包括主卷軸210，所述主卷軸210上繞有全部或者部分的負載線路130，所述主卷軸210的兩端分別連接有第一電機220和第二電機240，第一電機220和第二電機240的控制端均連接至所述控制器150，所述第一電機220用于控制主卷軸210朝一方向轉動，所述第二電機240用于控制主卷軸210朝相反方向轉動。
39.本發明設計了一種機載負載控制系統，通過在負載線路130上設置有線路傳感器140，能夠接收監測關于負載線路130的相關信息，并反饋至控制器150中實時進行調整控制，同時負載線路130包括纏繞在絞盤系統120的主卷軸210上的第一端和與其構成一對的連接負載160的第二端，通過控制器150接收到的相關信息向飛行器110和絞盤系統120提供指令，控制絞盤系統120中第一電機220和第二電機240對負載線路130進行調節，以便控制負載線路130的第二端的位置。本發明所述的機載負載控制系統實現了一架移動的飛機能夠控制一個負載在空間的任意位置，使得執行各種任務成為可能，完成在一個移動的飛機上做到收回、固定或移動負載。例如將使一架移動的飛機能夠輕松小心地將一個易碎物體放在地面上。或者飛機在視覺和聲學探測范圍之外飛行時，也能將使一架正在飛行的飛機在地面上抓起一個傳感器或其他負載物體等，實現機載負載控制。
40.為了便于更好地理解本專利，給出了在特定情況下的示例。以下示例不用于限制或定義專利的范圍。本發明的實例及其優點可通過參考圖1至圖6來理解，其中使用相似的數字來表示相似和相應的部分。
41.本發明所述的實例使用一個集成系統的方法支持負荷釋放和拉取。本發明采用的控制方法可以允許固定翼飛機對負載線路進行類似直升機的控制。該控制方法還可以允許
自主無人駕駛飛機在飛行期間保持負載不動。將本發明描述的多個負載釋放和回收系統集成在一起，可以允許機載負載控制系統在位置和高度上的穩定和控制負載線路的末端。
42.圖1示出可用于維持負載線路末端的位置和高度的機載負載控制系統100。在一些實例中，機載負載控制系統100可包括飛行器110、絞盤系統120、負載線路130、線路傳感器140和一個或多個控制器150。機載負載控制系統100的一個或多個組件以可通信的方式組合以確保對負載線路130的控制，負載線路130可用于釋放、拉取和運輸負載160。
43.其中，飛行器110可以是任何可以在空中飛行的飛行器。在一些實例中，飛行器110可以是一種無人駕駛飛行器，飛行器110也可以是任何固定翼飛機。本發明在某些實例中，飛行器110可能機外運輸負載160，在一些實例中，負載160在飛行器110的機身內運輸。在其他實例中，負載160可通過負載線路130傳送。例如，負載160可以組合到負載線路130的一端，并且可以放入或取出飛行器110。
44.本實施例中飛行器110以飛機為例。
45.飛機可包括機載航空電子系統。在一些實例中，機載航空電子系統的特征可由一個或多個控制器(例如圖1的控制器150)控制。例如，為響應從控制器150接收的指令，機載航空電子系統可調整或維持飛機的一個或多個飛行路徑、速度、軌道和高度。在一些實例中，控制器150指示機載航空電子系統調整或維持飛機的一個或多個飛行路徑、速度、軌道和/或高度，以便控制負載線路130末端的位置和高度。通過控制負載線路130末端的位置和高度，可以控制負載160的位置和高度。
46.維持對負載160的控制可能使執行各種任務成為可能，例如控制、回收、固定或移動負載。另一個例子是，維持對負載160的控制可以使在控制下釋放負載成為可能(例如，小心地將脆弱的負載放在地面上)。又如，維持對負160的控制可以會使對不顯眼的數據的獲取成為可能(例如，當飛機在視覺和聲學上無法探測到的高度飛行時，將傳感器或攝像機等負載放在地面上)。
47.如上所述，機載負荷控制系統100也可以包括絞盤系統120和負載線路130。在一些實例中，絞盤系統120可能位于飛機110上(例如，在飛機110的機身內)。在其他實例中，絞盤系統120組合到飛機110的外墻。例如，如圖1所示，絞盤系統120耦合到飛機110的下面。絞盤系統120可對負載線路130做線軸操作。因此，絞盤系統120是機載負載控制系統100的組成部分，負責絞入和絞出負載線路130。在一些實例中，負載線路130的第一端130a組合到絞盤系統120，負載線路130末端的第二端130b組合到絞盤系統120。例如，負載線路130的第一端130a可被固定至主卷軸210，負載線路130的第二端130b最初可能纏繞在主卷軸210上，然后主卷軸210朝向或遠離飛機110。絞盤系統120的其他詳細信息如上圖2所示。
48.負載線路130末端的第二端130b組合到且可操作負載160。在一些實例中，負載160使用特定的組合機構(未描述)組合到負載線路130末端的第二端130b。在一些實例中，組合機構是磁鐵、掛鉤或吸盤。盡管該專利描述了特定類型的組合機構，但本專利識別了可用于組合有效負載160的任何合適的組合機構。在其他實例中，負載160組合到負載線路130末端的第二端130b，而不借助額外的組件。例如，負載線路130末端的第二端130b可以與移動的負載160一體化。
49.負載線路130可以包含任何合適的材料。例如，負載線路130可以包括單股或編織、成或非合成繩合、魚線。建議負載線路130優先選擇具有所需拉伸強度、直徑、拉力和可形狀
記憶的材料。
50.機載負載控制系統100也可包括如上所述的線路傳感器140。在一些實例中，線路傳感器140定位在負載線路130上。線路傳感器140可用于檢測關于負載線路130的信息。例如，線路傳感器140可用于檢測關于負載線路的一個或多個位置的信息(例如，空間中的負載線路130末端的第二端130b的位置)、負載線路的速度(例如，負載線路130的第二端130b的速度)和負載線路130的第二端130b的姿態。盡管本發明說明了線傳感器140可能檢測到的某些類型的信息，但本發明指出線傳感器140可以檢測到任何合適的信息。在本發明中，線路傳感器140可以檢測的合適信息包括機載負載系統150中的一個或多個控制器150需要使用的任何信息。在一些實例中，由線路傳感器140檢測到的信息被傳遞到機載負載控制系統100的其它組件。例如，線路傳感器140檢測到的信息可以發送到機載負載控制系統100的一個或多個控制器150。在一些實例中，控制器150可根據線路傳感器140檢測到的信息向飛機110和絞盤系統120提供指令。例如，為了響應線路傳感器140檢測到負載線路130的第二端130b的速度在向下增加，機載負載系統100的一個或多個控制器150可以指示絞盤系統120以相應的速度卷繞負載線路130，以校正向下運動。又如，響應線路傳感器140檢測到負載線路130的第二端130b正在下降的情況下，機載負載系統100的一個或多個控制器150可以指示飛機110增加飛機110的高度以維持期望的負載線路130的第二端130b的高度。
51.線傳感器140可以連續或定期地檢測關于負載線路130的信息。例如，線路傳感器140可以連續檢測關于負載線路130的信息，并將這種實時信息提供給機載負載控制系統100的一個或多個組件。作為另一個例子，線傳感器140可以定期(例如，每一秒)檢測關于負載線路130的信息。線傳感器140檢測并傳遞實時信息，與使用定期信息相比，對有效負載線路130和有效負載160的控制更加精確。
52.在一些實例中，線路傳感器140在控制器150的控制下。例如，控制器150可以控制線路傳感器140的操作。在這種實例中，控制器150可指示線路傳感器140何時開始檢測關于負載線路130的信息。例如，當負載160與飛行器110之間的達到特定距離時，控制器150可指示線路傳感器140開始檢測關于負載線路130的信息。控制器150還可以指示線路傳感器何時或使用什么組件共享檢測到的信息。例如，控制器150可以指示線路傳感器140使用絞盤系統120連接的數據線路連續共享實時信息。
53.機載負載控制系統100也可包括如上所述的一個或多個控制器150。如圖1所示，機載負載控制系統100包括單個控制器150。本發明承認機載負載控制系統100的一個或多個組件可以包括控制器150。例如，飛機11可與第一控制器150相關聯，絞盤系統120可與第二控制器150相關聯。在這樣的示例中，第一控制器150和第二控制器150可以配置為從機載負載控制系統100的一個或多個其他組件接收數據。例如，第一控制器150和第二控制器150可以從線路傳感器140接收關于負載線路130的信息，并且可以從跟蹤和控制系統170接收關于負載160的信息。在一些實例中，一個或多個控制器150可被配置為彼此交換信息(例如，第一控制器將關于飛機的位置、飛行軌跡、速度、軌道和高度的信息傳遞給第二控制器)。在其他實例中，飛機110和/或絞盤系統120可通過數據線路相關聯，所述數據線路可被配置為與一個或多個控制器150共享數據。
54.在一些實例中，控制器150包括計算機系統，例如下文所述的計算機系統600，參考圖6。控制器150可用于從線路傳感器140與跟蹤和控制系統170中的一個或多個接收信息，
并為飛機110和絞盤系統120中的一個或多個提供操作說明。在一些實例中，配置一個或多個控制器150以分析接收到的信息并計算可以穩定負載線路130的第二端130b的各種因素。例如，最優航向，飛行路徑，飛行速度，卷軸速度，卷軸方向，負載線路長度，和負載線路張力。在一些實例中，用于計算這些因子的邏輯存儲在控制器150的存儲器中(例如，圖6的存儲器620)。
55.機載負載控制系統100也可以包括其它組件，例如用于負載160的跟蹤和控制系統170。負載160的跟蹤和控制系統170可以配置為感知關于負載160的位置的信息，并將感知到的信息中繼到機載負載控制系統100的其它組件。例如，跟蹤和控制系統170可以向機載負載控制系統100的控制器150發送關于負載160的位置的信息。機載負載控制系統100可以反過來使用這些信息來指示飛機110和/絞盤系統120。盡管該發明描述了特定的機載負載控制系統100，包括某些組件，但機載負載控制系統100可能包括任何合適的組件。例如，該發明承認機載負載控制系統100可以包括可能與負載的跟蹤、控制和運輸聯合使用的組件。
56.在運行中，絞盤系統120在控制器150的指示下，可能卷出負載線路130，按照期望拉取或釋放負載160。舉例來說，控制器150在確定需要拾取的負載160在一英里之外之后向絞盤系統120發送指令，絞盤系統120卷出負載線路130，以響應從控制器150接收到的指令，將負載線路130的長度增加300英尺。這種決策可能是基于從負載160的跟蹤和控制系統170收到的信息。絞盤系統120根據控制器150的指令卷出負載線路130后，控制器150可以開始從線路傳感器140接收關于負載線路130的數據。例如，控制器150可以從線路傳感器140接收3d速度信息和3d位置信息。除了從線路傳感器140接收信息外，控制器150還可以從負載160的跟蹤和控制系統170接收或中繼信息。例如，控制器150可能從跟蹤和控制系統170接收3d速度信息和3d位置信息。控制器150可以使用收到的信息提供操作命令給一個或多個飛機110和絞盤系統120。例如，根據控制器150接收到的信息，控制器150可以指示絞盤系統調整負載線路130的長度。又如，控制器150可指示飛機110調整其飛行軌跡。在一些實例中，控制器150通過向機載航空電子系統提供指令來指示飛機110的操作。在一些實例中，控制器150通過向絞盤系統120的一個或多個組件(例如，第一電機220、第二電機240等)提供指令來指示絞盤系統120的操作。控制器150可以使用從線路傳感器140和跟蹤控制系統170中的一個或多個接收到的實時信息來計算各種因素，如最佳航向、飛行路徑、飛行速度、卷軸速度、卷軸方向、負載線路長度和負載線路張力。然后，控制器150可以指示飛機110和絞盤系統120中的一個或多個根據命令進行操作調整。例如，控制器150可能指示飛機110根據命令改變其飛行路線。作為另一個例子，控制器150可以指示絞盤系統120在負載線路130上增加張力。在一些實例中，執行控制器150的指令可穩定負載線路130的第二端130b。例如，執行控制器150的指令可允許負載線路130的第二端130b在飛機110在空中飛行時維持特定的高度(例如，1000英尺msl)和特定的位置(例如，北緯35.3度，西經120.8度)。
57.現在對圖2進行說明，絞盤系統120可包括主卷軸210、第一電機220、一組夾送輪組230(即第一夾送輪230a和第二夾送輪230b)和第二電機240。如上所述，絞盤系統120是負責負載線路130進出的組件。在本發明中，卷出負載線路130是指增加從飛機110上延伸的負載線路130的長度，卷入負載線路130是指縮短從飛機110上延伸的負載線路130的長度。主卷軸210是繞有負載線路130的卷軸。如上所述，負載線路130可以在第一端130a處連接至主卷軸210，并且負載線路130的全部或部分可以繞至主卷軸210。負載線路130的第二端130b可
被配置為放置在主卷軸210上。這在圖3中得到了最好的說明，其中負載線路130的第二端130b穿過移動軸320中的通孔330。
58.在一些實例中，通過轉動主卷軸210將負載線路130繞到主卷軸210上或從中取出。例如，在第一方向轉動主卷軸210可能將負載線路130卷出，在第二方向轉動主卷軸210可能將負載線路130卷入。在一些實例中，第一電機220可操作以在第一方向和第二方向上轉動主卷軸210。第一電機220可接收來自機載負載控制系統100的一個或多個控制器的指令來轉動主卷軸210。作為示例，圖1中的控制器150可以向第一電機220發送指令，以便在第一方向轉動主卷軸210，并且作為響應，第一電機220在第一方向轉動主卷軸210。
59.如上所述，絞盤系統120可包括夾送輪組230。在一些實例中，負載線路130可以在第一夾送輪230a和第二夾送輪230b之間穿過。夾送輪組230可配置為維持有效負載線路130上的張力。在一些實例中，通過在主卷軸210和夾送輪組230之間保持傳授有效負載線路維持有效負載線路130上的張力。這可以通過在第一和/或第二方向上轉動夾送輪組230來實現。在一些實例中，一個或多個夾送輪組230由第二電機240旋轉。
60.第二電機240可配置為轉動一個或多個夾送輪組230。例如，可將第二電機240配置為轉動第一夾送輪230a而非第二夾送輪230b。第二電機240可以配置為在第一方向和第二方向上轉動一個或多個夾送輪組230。在一些實例中，第二電機240接收來自機載負載控制系統100的一個或多個控制器的指令。例如，圖1的控制器150可以向第二電機240發送指令，以便在第一方向上轉動第一夾送輪230a，并且作為響應，第二電機240可以在第一方向上轉動第一夾送輪230a。
61.在一些實例中，機載負載控制系統100的一個或多個控制器可以向第一電機220和第二電機240的一個或多個發送指令。例如，為了將負載線路130卷出，圖1的控制器150可指示第二電機240將一個或多個夾送輪組230轉向第一方向(以將負載線路130送出)。作為另一個例子，為了將負載線路130卷入，圖1的控制器150可指示第一電機220向著第二方向轉動主卷軸210。除指示第一電機220和第二電機240的旋轉方向外，控制器150還可指示第一電機220和第二電機240分別以特定速率旋轉主卷軸210和夾送輪組230。在一些實例中，控制器150能夠控制負載線路130的速度和長度和負載線路130上的張力。
62.控制器150可以向第一電機220和第二電機240發送指令，使主卷軸210和夾送輪組230能夠配合卷入和卷出負載線路130。例如，為了卷進給負載線路，圖1的控制器150可指示第一電機230在第二方向上轉動主卷軸210并指示第二電機240不動。作為另一個例子，為了將負載線路130卷出，圖1的控制器150可指示第二電機240在第二方向上轉動一個或多個夾送輪組230并指示第一電機220不動。這樣可允許負載線路130卷入卷出，同時保持負載線路130在主卷軸210和夾送輪組230之間傳動，從而防止負載線路130纏繞(例如，當負載線路130高速卷入卷出時，可能發生這種情況，并且沒有保持負載線路130傳動)。在一些實例中，控制器150至第一電機220和第二電機240的指令可允許絞盤系統120將負載線路130的第二端130b維持在特定位置(例如，緯度、經度和高度)。
63.每個電機220和240可與一個或多個光學編碼器(未說明)相關聯。所述一個或多個光學編碼器可以配置為檢測關于負載線路130的信息并將該信息中繼到機載負載控制系100的一個或多個控制器(例如控制器150)。例如，光學編碼器檢測到的信息可用于確定主卷軸210上負載線路130的長度。控制器150可以依次使用這些信息向機載負載控制系統100
的一個或多個組件(例如，第一電機220、第二電機240等)提供指令。例如，根據與第一電機220相關的光學編碼器的信息，確定主卷軸210上的負載線路130幾乎是空的，控制器150發送指令以降低第二電機240的速度，同時卷出負載線路130。
64.如上所述，來自控制器150的指令可以基于從線路傳感器140收到的信息。例如，為了響應從線路傳感器140接收的信息，控制器150可以向第一電機220和第二電機240中的一個或多個電機發送指令。通過這種方式，控制器150可以使用來自線路傳感器140的反饋來控制負載線路130上的距離、速度、加速度和抖動。在一些實例中，控制有效負載線路130的距離、速度、加速度和抖動，在飛機110飛行期間以維持負載線路130的第二端130b的特定位置。
65.在一些實例中，絞盤系統120包含附加組件。例如，如圖2所示，絞盤系統120包括安裝板250。安裝板250可配置為將絞盤系統120安裝到飛機110上的構件。在一些實例中，安裝板250包括為緊固件準備的安裝孔252。緊固件可用于連接絞盤系統120和飛機110。絞盤系統120也可包括安裝眼260。在一些實例中，負載線路130的第二端130b穿過安裝眼260。可以配置安裝眼260以限制負載線路130的移動。當限制負載線路130被絞盤系統120卷入和卷出時，這是合乎需要的。
66.絞盤系統120也可包括一個或多個伺服電機(例如，第一伺服電機270和第二伺服電機310)，以提供額外的功能。伺服電機270和310及其功能的最佳說明見圖3。伺服電動機270可用于將鎖定桿272從第一位置移動到第二位置。在一些實例中，當鎖定桿272處于第一位置(未鎖定位置)時，可以在第一或第二方向轉動主卷軸210，當鎖定桿272處于第二位置(鎖定位置)時，可以防止主卷軸210轉動。在一些實例中，第一伺服電機270配置為從機載負載控制系統100的一個或多個控制器(例如，圖1的控制器150)接收指令，并在接收指令時將鎖定桿272從第一位置移動到第二位置(或從第二位置移動到第一位置)。例如，在從控制器150處收到將鎖定桿272移動到第二個位置的指令時，第一伺服電機270可將鎖定桿272推入主卷軸210，從而防止主卷軸210轉動。
67.第二伺服電機310可用于移動所述移動軸320。例如，第二伺服電機310可以將移動軸320從第一位置移動到第二位置。在一些實例中，通過組合到第二伺服電機310的電機臂312用于移動移動軸320。如上所述，移動軸320可包括通孔330，負載線路130的第二端130b穿過通孔330。在一些實例中，將移動軸320從第一位置移動到第二位置使負載線路130以基本均勻的方式分布在主卷軸210上。以“基本上均勻的方式”分布負載線路130以防止負載線路130集結在主卷軸210的側面或中心。本發明認識到以基本均勻的方式跨主卷軸210分布負載線路130的某些益處。例如，這種分布可能降低纏結或卡住的可能性。盡管本發明描述和描繪了包含特定組件的絞盤系統120，但本發明承認絞盤系統120可以包含任何合適的組件。
68.圖4展示了用于機載負載控制系統100的操作方法400。操作方法400可由機載負載控制系統100的一個或多個控制器執行。例如，圖1中的控制器150可執行方法400。如上所述，可執行操作方法400的控制器可以是例如圖6的計算機600。方法400可存儲在控制器的存儲器中(例如圖6的存儲器630)。
69.方法400可以從步驟405開始，進入步驟410。在步驟410，控制器150可以接收關于負載線路130的信息。如上所述，控制器150可以從線路傳感器140接收關于負載線路130的
信息。控制器150接收到的信息可以包括一個或多個關于負載線路130的信息：負載線路130的速度、位置和負載線路130的第二端130b的高度。盡管本專利描述了線路傳感器140可能感知到的特定類型的信息，但本發明認為線路傳感器140可以檢測到任何合適的信息(例如，有助于保持負載線路130的第二端130b位置的信息)。在一些實例中，在接收到關于負載線路130的信息后，方法400繼續執行步驟420。
70.在步驟420，控制器150根據在步驟410收到的信息為飛機110和絞盤系統120提供指令。在一些實例中，控制器150在步驟420提供指令以維持負載線路130的第二端130b的位置。如上所述，控制器150可以向機載航空電子系統提供指令，所述機載航空電子系統可用于控制飛機110的飛行路徑、速度、高度。控制器150也可以為第一電機220和第二電機240中的一個或多個提供指示。如上所述，第一電機220的指令可能包括旋轉主卷軸210的方向、速度、調整有效負載線路130上的張力和制動的指令。對第二電機220的指示可包括轉動一個或多個夾送輪130的一個或多個方向、速度、調整對負載線路130的張力和制動的指令。控制器150還可以為絞盤系統120的一個或多個伺服電機提供指令。例如，控制器150可以指示第一伺服電機270將鎖定桿272從第一位置移動到第二位置。作為另一個例子，控制器150可以指示第二伺服電機310將移動軸320從第一位置移動到第二位置。在一些實例中，在進行步驟420后，方法400繼續進行到結束步驟425。
71.圖5舉例說明絞盤系統120的操作方法500。方法500可由機載負載控制系統100的一個或多個控制器執行。例如，圖1中的控制器150可執行方法500。如上所述，可操作以執行方法500的控制器可以是例如圖6的計算機系統600的計算機。方法500可存儲在控制器的存儲器中(例如圖6的存儲器630)。
72.方法500可從步驟505開始，進入步驟510。在步驟510，第一電機220和第二電機240中的一個或多個接收到卷動負載線路130的指令。在一些實例中，接收到的指令指示第一電機220或第二電機240將負載線路130卷進或卷出。如上所述，負載線路130可通過在第一方向轉動一個或多個主卷軸210或夾送輪組230進行繞線，負載線路130可通過在第二方向轉動一個或多個主卷軸210或夾送輪組230進行繞線。
73.在一些實例中，通過指示第一電機220執行制動功能和指示第二電機240向第一方向轉動將負載線路130繞出。在一些其它實例中，通過指示第一電機220沿第二方向轉動和指示第二電機240施加制動功能將有效負載線路130繞入。在一些實例中，接收到的指令指示第一電機220或第二電機240以特定速度運行。在其它實例中，所述接收到的指令指示第一電機220或第二電機240拉動負載線路130。盡管本發明描述了可能從機載負載控制系統100的一個或多個控制器處收到的特定類型的指令，但本發明認識到所收到的指令可能包括可使絞盤系統120能夠控制負載線路130的第二端130b位置的任何適當信息。在一些實例中，第一電機220或第二電機240接收到卷動負載線路130的指令后，方法500繼續進行步驟520。
74.在第520步，第一電機220和/或第二電機240根據第510步收到的說明運行。例如，第一電機220可應用制動功能以響應于接收指令來執行制動功能。作為另一個例子，第二電機240可以在第一方向上以特定的速率(例如，150rpm)開始轉動第一夾送輪230a，以增加負載線路130的長度。說明書可以串行執行，也可以同時執行。在一些實例中，執行在步驟510所接收到的指令將維持負載線路130的第二端130b的位置(例如，緯度、經度和高度)。
75.圖6說明計算機系統600。圖1的機載負載控制系統100可以使用計算機系統600。例如，圖1的控制器150可以是計算機系統600。在具體實例中，一個或多個計算機系統600執行本文描述或說明的一個或多個方法的一個或多個步驟。在具體實例中，一個或多個計算機系統600提供了本文中描述或說明的功能。在具體實例中，在一個或多個計算機系統600上運行的軟件執行本文描述或說明的一個或多個方法的一個或多個步驟，或提供本文描述或說明的功能。具體實例包括一個或多個計算機系統600的一個或多個部分。在此，對計算機系統的引用可以包括計算設備，反之亦然。此外，在適當的情況下，對計算機系統的引用可以包括一個或多個計算機系統。
76.該專利考慮了任何適當數量的計算機系統600。該專利設想計算機系統600可采取任何適當的物理形式。例如，計算機系統600可以是嵌入式計算機系統、單板計算機系統(sbc)、臺式計算機系統、筆記本電腦或筆記本電腦系統、主機、計算機系統網格、移動電話、服務器、平板計算機系統或其中兩種或兩種以上系統的組合。在適當情況下，計算機系統600可包括一個或多個計算機系統600；單一或分散；跨越多個位置；跨越多臺機器；跨越多個數據中心；或使用數據云。在適當的情況下，一個或多個計算機系統600可以在沒有實質性的空間或時間限制的情況下執行本文描述或說明的一個或多個方法的一個或多個步驟。例如，一個或多個計算機系統600可以在實時或批量模式下執行本文描述或圖示的一個或多個方法的一個或多個步驟，但不受限制。在適當的情況下，一個或多個計算機系統600可以在不同的時間或在不同的地點執行本文描述或說明的一種或多種方法的一個或多個步驟。
77.在具體實例中，計算機系統600包括處理器610、內存620、存儲器630、輸入/輸出(i/o)接口640、通信接口650和總線660。盡管本發明描述和說明了在特定的布置中具有特定數量的特定組件的特定計算機系統，但是該發明考慮了在任何合適的布置中具有任何合適數量的任何合適的組件的任何合適的計算機系統。
78.在具體實例中，處理器610包括用于執行指令的硬件，例如組成計算機程序的硬件。例如，為了執行指令，處理器610可以從內部寄存器、內部緩存、內存620或存儲器630中檢索(或提取)指令；解碼并執行；然后將一個或多個結果寫入內部寄存器、內部緩存、內存620或存儲器630。在具體實例中，處理器610可包括用于數據、指令或地址的一個或多個內部緩存。該專利考慮了處理器610，包括任何合適數量的合適的內部緩存(如適用)。例如，處理器610可以包括一個或多個指令緩存、一個或多個數據緩存和一個或多個轉換后備緩沖區(tlb)。指令緩存中的指令可以是內存620或存儲器630中指令的副本，并且指令緩存可以通過處理器610加速這些指令的檢索。數據緩存中的數據可以是內存620或存儲器630中的數據副本，用于在處理器610上運行的指令；在處理器610執行的、供后續指令訪問的、在處理器610執行的、或寫入內存620或存儲器630的先前指令的結果；或其他合適的數據。數據緩存可以加速處理器610的讀寫操作。tlb可以加快處理器610的虛擬地址轉換。在具體實例中，處理器610可包括用于數據、指令或地址的一個或多個內部寄存器。本專利規定了處理器610，包括任何適當數量的適當的內部寄存器(如適用)。在適當的情況下，處理器610可以包括一個或多個算術邏輯單元(alu)；是一個多核處理器；或包含一個或多個處理器610。雖然本專利描述和說明了一個特定的處理器，但是本專利考慮了任何合適的處理器。
79.在具體實例中，內存620用于存儲處理器610執行的指令或處理器610操作的數據。
例如，計算機系統600可以將指令從存儲器630或另一個源(例如，另一個計算機系統600)加載到內存620。然后，處理器610可以將內存620中的指令加載到內部寄存器或內部緩存中。為了執行指令，處理器610可以從內部寄存器或內部緩存中檢索指令并解碼它們。在執行指令期間或之后，處理器610可以將一個或多個結果(可能是中間結果或最終結果)寫入內部寄存器或內部緩存。處理器610然后可以將所述結果中的一個或多個寫入內存620。在具體實例中，處理器610僅在一個或多個內部寄存器或內部緩存中或在內存620中(相對于存儲器630或其它地方)執行指令，并且僅在一個或多個內部寄存器或內部緩存中或在內存620中(相對于存儲器630或其它地方)操作數據。一個或多個總線(可以分別包括地址總線和數據總線)可以將處理器610耦合到內存620。總線660可以包括一個或多個內存總線，如下所述。在具體實例中，一個或多個內存管理單元(mmu)駐留在處理器610和內存620之間，并便于訪問處理器610請求的內存620。在具體實例中，內存620包括隨機存取內存(ram)。該ram可以是易失性內存，在適當的情況下，該ram可以是動態ram(dram)或靜態ram(sram)。此外，在適當的情況下，該ram可以是單端口或多端口ram。該專利考慮了任何合適的ram。如適用，內存620可包括一個或多個內存620。盡管本專利描述和說明了特定的內存，但本專利考慮了任何合適的內存。
80.在具體實例中，存儲器630是數據或指令的大容量存儲。例如，存儲器630可能包括硬盤驅動器(hdd)、軟盤驅動器、閃存、光盤、磁光盤、磁帶或usb驅動器，或者這兩種或多種驅動器的組合。存儲器630可能包括可移動或不可移動(或固定)的介質(如適用)。如適用，存儲器630可以在計算機系統600的內部或外部。在具體實例中，存儲器630是非揮發性、固態存儲器。在具體實例中，存儲器630包括只讀存儲器(rom)。在適當的情況下，該rom可以是掩模編程rom、可編程rom(prom)、可擦除prom(eprom)、電可擦prom(eeprom)、電可變rom(earom)或閃存或其中兩種或多種的組合。本發明設想了采用任何合適的物理形式的大量存儲器630。存儲器630可包括一個或多個存儲控制單元，以便于處理器610和存儲器630之間的通信(如適用)。在適當情況下，存儲器630可包括一個或多個存儲器630。盡管本發明描述和說明了特定的存儲器，但是本發明考慮了任何合適的存儲器。
81.在具體實例中，i/o接口640包括硬件、軟件或兩者都有，提供一個或多個接口用于計算機系統600與一個或多個i/o設備之間的通信。在具體實例中，通信接口650包括硬件、軟件或兩者都有提供用于通信的一個或多個接口(例如，計算機系統600與一個或多個其他計算機系統600或一個或多個網絡之間的通信。)在具體實例中，總線660包括計算機系統600的硬件、軟件或兩者相互耦合組件。
82.以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制；凡本行業的普通技術人員均可按說明書附圖所示和以上所述而順暢地實施本發明；但是，凡熟悉本專業的技術人員在不脫離本發明技術方案范圍內，利用以上所揭示的技術內容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發明的等效實施例；同時，凡依據本發明的實質技術對以上實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變等，均仍屬于本發明的技術方案的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種機載負載控制系統，其特征在于，包括飛行器(110)和負載線路(130)，所述飛行器(110)上設置有絞盤系統(120)，所述絞盤系統(120)上設置有控制器(150)，所述負載線路(130)的一端連接至絞盤系統(120)，另一端連接有負載(160)，所述負載線路(130)上設置有線路傳感器(140)，所述線路傳感器(140)的控制端與控制器(150)的輸出端連接；所述絞盤系統(120)包括主卷軸(210)，所述主卷軸(210)上繞有全部或者部分的負載線路(130)，所述主卷軸(210)的兩端分別連接有第一電機(220)和第二電機(240)，第一電機(220)和第二電機(240)的控制端均連接至所述控制器(150)，所述第一電機(220)用于控制主卷軸(210)朝一方向轉動，所述第二電機(240)用于控制主卷軸(210)朝相反方向轉動。2.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述第二電機(240)一側設置有夾送輪組(230)，所述夾送輪組(230)包括第一夾送輪(230a)和第二夾送輪(230b)，所述負載線路(130)從第一夾送輪(230a)和第二夾送輪(230b)之間穿過纏繞在主卷軸(210)上。3.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述第一電機(220)和第二電機(240)均匹配設置有一個或多個光學編碼器，所述光學編碼器用于檢測主卷軸(210)上負載線路(130)的信息。4.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述絞盤系統(120)還包括第一伺服電機(270)，所述第一伺服電機(270)連接有與所述主卷軸(210)位置配合設置的鎖定桿(272)。5.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述絞盤系統(120)還包括第二伺服電機(310)，所述第二伺服電機(410)通過電機臂(312)連接有移動軸(320)，所述移動軸(320)設置在主卷軸(210)連接負載(160)的一側，所述移動軸(320)上開設有通孔(330)，負載線路(130)穿過通孔(330)連接負載(160)。6.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述絞盤系統(120)設置在飛行器(110)內或者所述絞盤系統(120)通過安裝板(250)設置在飛行器(110)的外墻上。7.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述負載線路(130)的一端通過磁鐵、掛鉤或吸盤與負載(160)連接。8.根據權利要求1所述的一種機載負載控制系統，其特征在于，所述負載路線(130)采用單股或編織的合成繩合或者魚線。9.一種機載負載控制系統的控制方法，其特征在于，基于權利要求1-8任一項的機載負載控制系統，包括如下步驟：所述線路傳感器(140)監測飛機飛行信息和負載信息；所述控制器(150)根據所述線路傳感器(140)的監測結果計算控制因素；所述控制器(150)根據計算獲得的控制因素向飛行器(110)和絞盤系統(120)發出指令，改變所述飛行器(110)的飛行路線、速度和高度以及改變或維持負載路線(130)的距離、速度、加速度和抖動；所述負載路線(130)對負載(160)進行收回、固定或移動，實現機載負載控制。10.根據權利要求9所述的一種機載負載控制系統的控制方法，其特征在于，所述控制器(150)根據計算獲得的控制因素向飛行器(110)和絞盤系統(120)發出指令中，所述控制
器(150)向絞盤系統(120)發出指令的操作步驟包括：所述控制器(150)通過絞盤系統(120)的第一電機(220)或者第二電機(240)以設定速度運行，并控制夾送輪組(230)調整負載線路(130)的張力，控制負載線路(130)卷進或卷出至設定位置。
技術總結
本發明公開了一種機載負載控制系統及控制方法，能夠實現在視覺和聲學探測范圍之外的負載控制，完成無人機移動狀態下的負載收回、固定或移動。系統包括飛行器和負載線路，所述飛行器上設置有絞盤系統，所述絞盤系統上設置有控制器，所述負載線路的一端連接至絞盤系統，另一端連接有負載，所述負載線路上設置有線路傳感器，所述線路傳感器的控制端與控制器的輸出端連接；所述絞盤系統包括主卷軸，所述主卷軸上繞有全部或者部分的負載線路，所述主卷軸的兩端分別連接有第一電機和第二電機，第一電機和第二電機的控制端均連接至所述控制器，所述第一電機用于控制主卷軸朝一方向轉動，所述第二電機用于控制主卷軸朝相反方向轉動。動。動。
