CN108248880A - 用于系留无人机的两轴光电吊舱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于系留无人机的两轴光电吊舱，所述两轴光电吊舱能够通过其顶部的吊舱安装座组件紧固至所述系留无人机，所述两轴光电吊舱包括：方位调节部件，俯仰调节部件，以及位于所述方位调节部件和所述俯仰调节部件之间并连接所述方位调节部件和所述俯仰调节部件的方位框架；所述方位调节部件位于所述两轴光电吊舱的上部并可旋转地连接至所述吊舱安装座组件，所述方位调节部件能够相对于所述吊舱安装座组件在水平方向上进行360°旋转；所述俯仰调节部件位于所述两轴光电吊舱的下部，并能够相对于所述方位调节部件在俯仰方向上进行一定角度的旋转。
Description
技术领域
本发明属于无人机领域，具体涉及一种用于系留无人机的两轴光电吊舱。
背景技术
光电吊舱是无人机载相机的载体，用于隔离无人机姿态变化及其它外部扰动（例如机械振动、风力）对光电设备（例如相机）指向的影响，从而保证视轴的稳定和拍摄的清晰度。
随着无人机在各个行业的广泛应用，对光电吊舱在拍摄方位范围、拍摄照片成像的精度和清晰度要求、机械结构稳定性、控制系统的可靠性、总质量、总体积等提出了更高的要求，要求的范围越来越大，要求的精度、稳定性和可靠性越来越高，而要求的总质量、总体积越来越小。
但现有技术中的光电吊舱还无法达到或兼顾上述各方面的要求，有的范围、精度、稳定性和可靠性能够达到要求，但质量重、体积大；有的质量轻、体积小，但达不到范围、精度、稳定性和可靠性的要求。
发明内容
为了解决上述不足，本发明提供了一种用于系留无人机的两轴光电吊舱，所述两轴光电吊舱能够通过其顶部的吊舱安装座组件紧固至所述系留无人机，所述两轴光电吊舱包括：方位调节部件，俯仰调节部件，以及位于所述方位调节部件和所述俯仰调节部件之间并连接所述方位调节部件和所述俯仰调节部件的方位框架；所述方位调节部件位于所述两轴光电吊舱的上部并可旋转地连接至所述吊舱安装座组件，所述方位调节部件能够相对于所述吊舱安装座组件在水平方向上进行360°旋转；所述俯仰调节部件位于所述两轴光电吊舱的下部，并能够相对于所述方位调节部件在俯仰方向上进行一定角度的旋转。
进一步的，所述一定角度的范围取值为-120º～+90º。
进一步的，所述俯仰调节部件包括：俯仰框架，所述俯仰框架安装在所述方位框架上并可相对于所述方位框架转动；位于所述俯仰框架相对侧的两个对称设置的电机俯仰组件，其每一个均包括俯仰轴、俯仰轴承和电机俯仰轴承座，其中，所述俯仰轴安装在所述俯仰框架上，所述俯仰轴承座安装在所述方位框架上，所述俯仰轴承安装在所述俯仰轴和所述俯仰轴承座之间；位于所述俯仰框架相对侧的、用于驱动所述俯仰轴转动的两个对称设置的电机组件，其每一个均包括俯仰电机，所述俯仰电机安装在俯仰轴、俯仰轴承座、方位框架上；位于所述俯仰框架相对侧的、用于测量俯仰方向上的旋转角度的两个对称设置的俯仰旋变组件（本文中所述“旋变”是“旋转变压器”的本领域简称），其每一个均包括旋变俯仰轴、旋变俯仰轴承座和俯仰旋变压圈，其中旋变俯仰轴安装在俯仰框架上，所述旋变俯仰轴承座安装在方位框架上，所述的俯仰旋变安装在旋变俯仰轴、旋变俯仰轴承座、方位框架上并用俯仰旋变压圈进行轴向固定；及位于俯仰调节部件内部的相机组件，其包括可见光相机和/或红外相机。
进一步的，所述方位调节部件包括：方位内轴、方位外轴、方位轴承、方位电机、方位旋变、滑环、方位内轴安装座、轴承挡圈、轴承压块、旋变压圈和线压盖，其中，所述方位外轴安装在方位框架上；所述方位内轴、方位内轴安装座安装在吊舱安装座组件上；所述滑环安装在方位内轴安装座上；所述方位轴承安装在方位内轴、方位外轴上，并通过轴承挡圈、轴承压块进行轴向固定；所述方位电机用于驱动方位外轴的转动，包括安装在方位外轴上的内圈且安装在吊舱安装座组件、电机安装座上的外圈；所述方位旋变用于测量方位方向上的角度，其安装在方位内轴、方位外轴上并经由旋变压圈进行轴向固定。
进一步的，所述俯仰轴承、所述方位轴承均为角接触球轴承。
进一步的，所述俯仰电机、所述方位电机均为正步激励的永磁无刷直流电机。
进一步的，所述俯仰框架大致呈圆环状结构，且所述圆环状结构的在径向的长度大于该圆环状结构在轴向上的长度；所述方位框架呈向下开口的半圆弧形状，且所述半圆弧形状的朝向所述俯仰调节部件的部分具有与所述俯仰框架的形状匹配的内凹部。
进一步的，所述相机组件进一步包括设置在所述可见光相机和/或红外相机前方的可见光玻璃和/或红外玻璃。
进一步的，所述相机组件进一步包括安装在所述俯仰框架上的相机连接板、伺服控制板、伺服板支撑块和陀螺控制板支撑块。
进一步的，所述吊舱安装座组件包含吊舱安装座本体、电机安装座、底盖、连接器；所述电机安装座用于固定和支撑方位电机；所述吊舱安装座本体用于安装方位内轴、方位内轴安装座和连接器，通过其与无人机进行连接。
进一步的，所述两轴光电吊舱还包括陀螺仪，所述陀螺仪为双系统陀螺仪，其安装于所述相机组件底部的陀螺控制板上。
进一步的，所述俯仰框架、方位框架的材质均选用碳纤维。
本发明的有益效果是：本发明采用两轴稳定技术，具有两轴调节功能，可实现方位、俯仰两个方向的转动，补偿无人机的方位、俯仰运动，使得拍摄的照片清晰、稳定；本发明采用可见光摄像仪、红外机芯及镜头，能够进行可见光、红外的拍照、录像功能，适用于航拍、侦查、森林防火、反恐、线路管道巡检、勘测、环境监测等；本发明采用永磁无刷直流力矩电机，不会出现滑停，精度可以达到50urad；本发明采用双系统的微型陀螺仪，其可靠性高。体积小、质量轻、精度高、输出力矩大；本发明中方位轴、俯仰轴的驱动电机均为永磁无刷直流电机，相比普通电机具有效率高、功耗低、体积小、重量轻、扭矩大等特点；本发明中俯仰轴承为两对面对面精密角接触球轴承，方位轴承为一对精密角接触球轴承，轴承成对使用可以尽可能的较小轴系的径向跳动、减小径向、轴向压力，尽可能的提高轴承的寿命，提高轴系的精度。因此，本发明拍摄方位范围大、拍摄照片成像的精度和清晰度高、机械结构稳定、系统可靠性高，但总质量轻、总体积小，可以说兼顾了各个方面的要求。
附图说明
附图1所示为本发明一种轻型无人机用两轴光电吊舱的外形结构图。
附图2所示为本发明一种轻型无人机用两轴光电吊舱的水平剖面图。
附图3所示为本发明一种轻型无人机用两轴光电吊舱的相机组件剖面图。
附图4所示为本发明一种轻型无人机用两轴光电吊舱方位组件及吊舱安装座组件剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种系留无人机用两轴光电吊舱做进一步说明。
如附图1-4所示，一种系留无人机用两轴光电吊舱，包含提供方位方向360×nº旋转的方位调节部件200、能够提供俯仰方向-120º～+90º旋转的俯仰调节部件300、用于拍摄照片或录像的相机组件400及用于安装前述组件的吊舱安装座组件（也称“附属组件”）100，以及位于所述方位调节部件200和所述俯仰调节部件300之间并连接所述方位调节部件和所述俯仰调节部件的方位框架203；所述方位调节部件200位于所述两轴光电吊舱的上部并可旋转地连接至所述吊舱安装座组件100，所述方位调节部件200能够相对于所述吊舱安装座组件100在水平方向上进行360°旋转；所述俯仰调节部件300位于所述两轴光电吊舱的下部，并能够相对于所述方位调节部件200在俯仰方向上进行一定角度的旋转。
其中，方位调节部件200，其位于吊舱的头部，包含方位内轴206、方位外轴202、方位轴承207、方位电机201、方位旋变210、滑环205、方位内轴安装座204、轴承挡圈208、轴承压块209、旋变压圈211、线压盖212。所述的方位外轴202安装在方位框架203上；所述的方位内轴206、方位内轴安装座204安装在吊舱安装座102上；所述的滑环205安装在方位内轴安装座204上；所述的方位轴承207安装在方位内轴206、方位外轴212上，并用轴承挡圈208、轴承压块209进行轴向固定；方位电机201内圈安装在方位外轴202上，外圈安装在吊舱安装座102、电机安装座104上，驱动方位外轴202的转动；所述的方位旋变210安装在方位内轴206、方位外轴202上，用旋变压圈211进行轴向固定，测量方位方向上的角度。进一步的，所述的方位轴承207采用角接触球轴承，其为一对精密角接触球轴承，轴承成对使用可以尽可能的较小轴系的径向跳动、减小径向、轴向压力，尽可能的提高轴承的寿命，提高轴系的精度。进一步的，所述方位电机201为永磁无刷直流电机，正步激励，相比普通电机具有效率高、功耗低、体积小、重量轻、扭矩大等特点。
俯仰调节部件300，其位于吊舱的底部，所述的俯仰组件包含俯仰框架301、旋变俯仰轴305、电机俯仰轴309、旋变俯仰轴承座302、电机俯仰轴承座307、俯仰电机308、俯仰旋变303、俯仰旋变压圈304、俯仰轴承306、上壳体311、下壳体310、可见光玻璃312、红外玻璃313。具体的，俯仰调节部件300包括：俯仰框架301，所述俯仰框架301安装在所述方位框架203上并可相对于所述方位框架203转动；位于所述俯仰框架301相对侧的两个对称设置的电机俯仰组件，其每一个均包括电机俯仰轴309、电机俯仰轴承和电机俯仰轴承座307，其中，所述电机俯仰轴309安装在所述俯仰框架301上，所述电机俯仰轴承座307安装在所述方位框架203上，所述俯仰轴承306安装在所述电机俯仰轴309和所述电机俯仰轴承座307之间；位于所述俯仰框架301相对侧的、用于驱动所述旋变俯仰轴305转动的两个对称设置的电机组件，其每一个均包括俯仰电机，所述俯仰电机308安装在电机俯仰轴309、电机俯仰轴承座307、方位框架203上；位于所述俯仰框架301相对侧的、用于测量俯仰方向上的旋转角度的两个对称设置的俯仰旋变组件，其每一个均包括旋变俯仰轴305、旋变俯仰轴承座302和俯仰旋变压圈304，其中旋变俯仰轴305安装在俯仰框架301上，所述旋变俯仰轴承座302安装在方位框架203上，所述的俯仰旋变303安装在旋变俯仰轴305、旋变俯仰轴承座302、方位框架201上并用俯仰旋变压圈304进行轴向固定，测量俯仰方向的上的旋转角度。进一步的，所述俯仰框301架大致呈圆环状结构，且所述圆环状结构的在径向的长度大于该圆环状结构在轴向上的长度；所述方位框架呈向下开口的半圆弧形状，且所述半圆弧形状的朝向所述俯仰调节部件的部分具有与所述俯仰框架的形状匹配的内凹部。进一步的，所述的俯仰轴承306采用角接触球轴承，为两对面对面精密角接触球轴承，轴承成对使用可以尽可能的较小轴系的径向跳动、减小径向、轴向压力，尽可能的提高轴承的寿命，提高轴系的精度。进一步的，所述俯仰电机308为永磁无刷直流电机，正步激励，相比普通电机具有效率高、功耗低、体积小、重量轻、扭矩大等特点。
相机组件400，位于俯仰调节部件300内部，包含可见光相机403、相机连接板404、红外相机405、伺服控制板402、陀螺控制板406、伺服板支撑块401、陀螺控制板支撑块407，安装在俯仰框架301上。相机组件400进一步包括设置在所述可见光相机和/或红外相机前方的可见光玻璃313和/或红外玻璃313。具体的，可见光玻璃312、红外玻璃313安装在上外壳311上，上外壳311通过下外壳310安装在俯仰框架301上，并随俯仰框架301运动；所述的俯仰框架301与电机俯仰轴承座307之间有限位凸台，控制俯仰组件在-120º～+90º之间进行转动。进一步的，其还包括陀螺仪，其微型陀螺仪，并为双系统陀螺仪，其安装于所述相机组件底部的陀螺控制板406上，其与所有的电气零部件进行电性连接，控制整个吊舱的工作。其采用双系统设置，增加了冗余设置，大大地提高了系统的可靠性，提高了安全性。吊舱安装座组件100，即附属组件，包含吊舱安装座本体102、电机安装座104、底盖101、连接器103；所述的电机安装座104用于固定、支撑方位电机201；所述的吊舱安装座102用于安装方位内轴206、方位内轴安装座204、连接器103，通过其与无人机进行连接。
Claims (11)
1.一种用于系留无人机的两轴光电吊舱，所述两轴光电吊舱能够通过其顶部的吊舱安装座组件紧固至所述系留无人机，其特征在于，所述两轴光电吊舱包括：方位调节部件，俯仰调节部件，以及位于所述方位调节部件和所述俯仰调节部件之间并连接所述方位调节部件和所述俯仰调节部件的方位框架；
所述方位调节部件位于所述两轴光电吊舱的上部并可旋转地连接至所述吊舱安装座组件，所述方位调节部件能够相对于所述吊舱安装座组件在水平方向上进行360°旋转；
所述俯仰调节部件位于所述两轴光电吊舱的下部，并能够相对于所述方位调节部件在俯仰方向上进行一定角度的旋转。
2.根据权利要求1所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述一定角度的范围取值为-120º～+90º。
3.根据权利要求1或2所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述俯仰调节部件包括：
俯仰框架，所述俯仰框架安装在所述方位框架上并可相对于所述方位框架转动；
位于所述俯仰框架相对侧的两个对称设置的电机俯仰组件，其每一个均包括俯仰轴、俯仰轴承和电机俯仰轴承座，其中，所述俯仰轴安装在所述俯仰框架上，所述俯仰轴承座安装在所述方位框架上，所述俯仰轴承安装在所述俯仰轴和所述俯仰轴承座之间；
位于所述俯仰框架相对侧的、用于驱动所述俯仰轴转动的两个对称设置的电机组件，其每一个均包括俯仰电机，所述俯仰电机安装在俯仰轴、俯仰轴承座、方位框架上；
位于所述俯仰框架相对侧的、用于测量俯仰方向上的旋转角度的两个对称设置的俯仰旋变组件，其每一个均包括旋变俯仰轴、旋变俯仰轴承座和俯仰旋变压圈，其中旋变俯仰轴安装在俯仰框架上，所述旋变俯仰轴承座安装在方位框架上，所述的俯仰旋变安装在旋变俯仰轴、旋变俯仰轴承座、方位框架上并用俯仰旋变压圈进行轴向固定；及
位于俯仰调节部件内部的相机组件，其包括可见光相机和/或红外相机。
4.根据权利要求3所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述方位调节部件包括：方位内轴、方位外轴、方位轴承、方位电机、方位旋变、滑环、方位内轴安装座、轴承挡圈、轴承压块、旋变压圈和线压盖，
其中，所述方位外轴安装在方位框架上；所述方位内轴、方位内轴安装座安装在吊舱安装座组件上；所述滑环安装在方位内轴安装座上；所述方位轴承安装在方位内轴、方位外轴上，并通过轴承挡圈、轴承压块进行轴向固定；
所述方位电机用于驱动方位外轴的转动，包括安装在方位外轴上的内圈且安装在吊舱安装座组件、电机安装座上的外圈；
所述方位旋变用于测量方位方向上的角度，其安装在方位内轴、方位外轴上并经由旋变压圈进行轴向固定。
5.根据权利要求3或4所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述俯仰轴承、所述方位轴承均为角接触球轴承。
6.根据权利要求3或4所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述俯仰电机、所述方位电机均为正步激励的永磁无刷直流电机。
7.根据权利要求3或4所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述俯仰框架大致呈圆环状结构，且所述圆环状结构的在径向的长度大于该圆环状结构在轴向上的长度；所述方位框架呈向下开口的半圆弧形状，且所述半圆弧形状的朝向所述俯仰调节部件的部分具有与所述俯仰框架的形状匹配的内凹部。
8.根据权利要求3-7任一项所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述相机组件进一步包括设置在所述可见光相机和/或红外相机前方的可见光玻璃和/或红外玻璃。
9.根据权利要求3-7任一项所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述相机组件进一步包括安装在所述俯仰框架上的相机连接板、伺服控制板、伺服板支撑块和陀螺控制板支撑块。
10.根据权利要求1所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述吊舱安装座组件包含吊舱安装座本体、电机安装座、底盖、连接器；所述电机安装座用于固定和支撑方位电机；所述吊舱安装座本体用于安装方位内轴、方位内轴安装座和连接器，通过其与无人机进行连接。
11.根据权利要求1所述的两轴光电吊舱，其特征在于，所述两轴光电吊舱还包括陀螺仪，所述陀螺仪为双系统陀螺仪，其安装于所述相机组件底部的陀螺控制板上。
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