1.一种基于缆绳拉力控制的系留飞行机械臂的缆绳拉力控制方法,其特征在于,系留飞行机械臂包括飞行器、机械臂、绳索驱动装置、系留控制装置,所述机械臂和系留控制装置分别设置于飞行器底部中心的两侧,所述系留控制装置包括系留缆绳和地面移动平台,系留缆绳一端与飞行器连接,另一端与地面移动平台连接,系留飞行机械臂的供电部分设置于地面移动平台中,地面移动平台通过系留缆绳为飞行器和绳索驱动装置供电,地面移动平台实时获取飞行器的位置,并跟随飞行器同步移动, 使得系留缆绳与地面保持垂直;缆绳拉力控制方法包括以下步骤:(1)对初始状态的飞行器进行力矩布局,使其初始状态合力矩为0;(2)飞行器开始飞行,受系留缆绳重力影响飞行器合力矩变化,通过调节机械臂的角度调整机械臂的转矩,减小飞行器的合力矩;(3)机械臂向外伸出开始作业,机械臂的转矩迅速增大,此时通过增大系留缆绳的拉力,减小飞行器的合力矩;机械臂向外伸出开始作业,但不带负载时,根据机械臂自身参数及机械臂动作时的姿态,估计出机械臂产生的力矩,通过机械臂的力矩得出系留缆绳应该施加的拉力;当机械臂带负载工作时,根据绳索驱动单元伺服电机的电流环得出电机的转矩,从而估计出机械臂产生的力矩,通过机械臂的力矩得出系留缆绳应该施加的拉力。
2.根据权利要求1所述的缆绳拉力控制方法,其特征在于,还包括地面站,所述地面站通过无线控制方式控制飞行器的运动,且所述地面站通过无线控制方式控制绳索驱动装置驱动机械臂运动。
3.根据权利要求2所述的缆绳拉力控制方法,其特征在于,所述飞行器包括机架、动力系统以及传感器系统,所述机械臂设置于机架底部,所述动力系统为飞行器提供升力和扭矩,所述传感器系统测量飞行器的位置和姿态,并将位置和姿态信号传输给地面站。
4.根据权利要求1或2所述的缆绳拉力控制方法,其特征在于,所述飞行器设置备用电源,所述备用电源设置于系留控制装置同侧,备用电源用于在系留缆绳的电力传输出现故障时,对飞行器和绳索驱动装置进行供电。
5.根据权利要求3所述的缆绳拉力控制方法,其特征在于,所述机械臂包括底板、第一关节、第二关节、第三关节和第四关节,所述底板固定于机架底部,第一关节与底板铰接,第二关节与第一关节铰接,第三关节与第二关节铰接,第四关节与第三关节铰接,第四关节末端设置外部接口;所述绳索驱动装置包括四个绳索驱动单元,四个绳索驱动单元分别驱动第一关节、第二关节、第三关节和第四关节的运动,每个绳索驱动单元包括编码器、伺服电机、导向轮、张紧绳和张紧轮,四个绳索驱动单元的伺服电机分别为第一关节伺服电机、第二关节伺服电机、第三关节伺服电机和第四关节伺服电机,所述第一关节伺服电机、第二关节伺服电机和第三关节伺服电机设置于底板上。
6.根据权利要求1所述的缆绳拉力控制方法,其特征在于,所述系留控制装置还包括系留缆绳驱动装置,系留缆绳驱动装置设置于地面移动平台上面,系留缆绳驱动装置包括绕线轮、支架以及系留缆绳伺服电机,所述支架固定于地面移动平台上,绕线轮设置于支架上,系留缆绳缠绕在绕线轮上,系留缆绳伺服电机控制绕线轮的转动从而缩放系留缆绳。
7.根据权利要求6所述的缆绳拉力控制方法,其特征在于,所述步骤(1)中,对初始状态的飞行器力矩布局包括:(1.1)建立坐标系,以飞行器底部中点为原点,以重力的反方向为 轴正方向,机械臂偏离方向为 轴正方向, 轴垂直于 轴和 轴所在平面, 轴正方向在 轴正方向右侧;(1.2)对飞行器的主要受力进行分析,飞行器所受合力方向朝 轴负方向,合力 计算公式如下:其中, 为机械臂的重力, 为备用电源的重力, 为系留缆绳的拉力及重力之和;飞行器所受合力矩方向绕 轴逆时针,合力矩 计算公式如下:其中, 为机械臂作用点与原点的距离, 为备用电源重心与原点的距离, 为系留缆绳拉力作用点与原点的距离, 为机械臂的转矩;(1.3)初始状态时,系留缆绳拉力及重力之和 视为0,机械臂转矩 视为0,布局备用电源和机械臂的位置,满足 。