CN103395496A - 一种无人机三轴正射吊舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机三轴正射吊舱，由俯仰组件、横滚组件、航向组件和电路板组件组成，所述的俯仰组件、横滚组件、航向组件和电路板组件之间通过连接电缆实现信息传递，本发明可搭载全画幅单反相机、可见光摄像机，为地质灾害航空摄影测量提供稳定平台，保证在飞行中不受飞机摇摆振动的影响，传感器光轴能够垂直于地水平面，可应用于无人机航空摄影测量，具有结构紧凑、体积小、重量轻、环境适应性、载荷适装性强的特点，外部机电接口简单，操作维护简便，具有良好的应用推广价值。

Description

一种无人机三轴正射吊舱

技术领域

本发明涉及一种无人机三轴正射吊舱，属于飞行器、航空技术中光电设备技术领域。

背景技术

在遥感航空摄影过程中，要求遥感仪器尽量平稳，特别是航空摄影测量，要求航向重叠率和旁向重叠率均大于一定数值，这需要相机保持近似垂直对地。

当姿态角变化较大时，航空摄影图像易出现重叠率过低或者没有重叠，造成航空摄影漏洞，导致存在漏洞的航线影像数据不能使用，需要重新航空摄影。

因此，必须用稳定平台补偿飞行平台的姿态变化，保证相机摄影质量，方便后续测图。

无人低空航空摄影系统是一种以无人直升机或浮空器为平台，以数码相机为有效载荷，飞行高度在2000米以下，获取规则重叠度影像的航空摄影系统。系统一般由飞行平台、有效载荷、地面监控站、数据链路和应急装置等部分组成，具有成本低、轻便灵活、无需专用机场支持等优点。

无人直升机机载遥感稳定平台在轻型飞行器遥感系统中用于隔离飞行器姿态变化，保持负载姿态角的装置。和大型平台相比，轻型遥感平台体积小，重量轻，动量小，在同等工作条件下更容易受到干扰。

目前国外轻型低空航拍云台虽然正射效果好，但是价格昂贵，动辄几百万，不利于大面积推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重量轻、结构紧凑、模块化的无人机三轴正射吊舱。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人机三轴正射吊舱，由俯仰组件、横滚组件、航向组件和电路板组件组成，所述的俯仰组件、横滚组件、航向组件和电路板组件之间通过连接电缆实现信息传递,所述的俯仰轴组包括与飞机挂架连接的外壳体以及与外壳体连接的俯仰支架, 俯仰支架上固定有第一俯仰侧板、第二俯仰侧板和姿态测量系统, 第一俯仰侧板上设有俯仰电机组, 第二俯仰侧板上设有旋变组, 所述的横滚组件包括横滚环架以及设于横滚环架两端部的第一横滚侧板和第三俯仰侧板，所述的一横滚侧板与旋变组连接，所述的第三俯仰侧板与俯仰电机组连接。

所述的一种无人机三轴正射吊舱，其航向组件包括航向轴支架、固定在航向轴支架上的轴承以及安装在轴承上的航向轴，航向轴上固定有刻度盘和大带轮，刻度盘上连接有光电开关，航向轴支架上还固定有航向电机组、摄录组件和陀螺，航向电机组上固定有小带轮，小带轮通过同步带与大带轮连接。

所述的一种无人机三轴正射吊舱，其电路板组件包括电控盒以及封装在电控盒内的图像板和电源板，图像板上设有第一伺服驱动板和二第伺服驱动板，电源板上设有测角板、系统控制板和隔离电源模块，所述的各个板之间采用线缆的形式连接实现各轴系之间的控制和图像传输。 

本发明的有益效果是：采用模块化设计，具有拍摄并存储数码照片、实时输出可见光视频、快速搜索和摄录检测目标以及陀螺增稳功能，具有三轴正射稳定、振动隔离功能，在飞行中不受飞机摇摆振动的影响，保持传感器光轴垂直于水平面，集成了小型姿态测量系统，不依赖无人机平台，在拍照的同时实现了姿态测量系统数据的记录和存储，为后续的精确摄影测量提供了姿态数据，而且配备了可见光电视摄像机，增强了航拍过程中操作者对地面情况的探测及识别能力，吊舱可现场打开，方便维护或更换内部传感器，结构紧凑、体积小、重量轻、环境适应性、载荷适装性强，外部机电接口简单，操作维护简便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明俯仰组件主视方向的结构示意图；

图3为本发明俯仰组件俯视方向的结构示意图；

图4为本发明横滚组件的结构示意图；

图5为本发明航向组件的结构示意图；

图6为本发明电路板组件的结构示意图。

其中各标记名称为：1—俯仰组件，101—俯仰支架，102—俯仰电机组，103—第一俯仰侧板，104—减震器，105—第二俯仰侧板，106—旋变组，107—姿态测量系统，108—外壳体，2—横滚组件，201—第一横滚侧板，202—横滚环架，203—第三俯仰侧板，3—航向组件，301—陀螺，302—摄录组件，303—小带轮，304—航向电机组，305—同步带，306—大带轮，307—刻度盘，308—光电开关，309—轴承，310—航向轴，311—航向轴支架，4—电路板组件，401一第一伺服驱动板，402一第二伺服驱动板，403一图像板，404一电源板，405一测角板，406一系统控制板，407一隔离电源模块，408一电控盒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1所示，本发明公开了一种无人机三轴正射吊舱，由俯仰组件1、横滚组件2、航向组件3和电路板组件4组成，所述的俯仰组件1、横滚组件2、航向组件3和电路板组件4之间通过连接电缆实现信息传递。

如图2、图3所示，所述的俯仰轴组1包括与飞机挂架连接的外壳体108以及与外壳体108连接的俯仰支架101, 俯仰支架101上固定有第一俯仰侧板103、第二俯仰侧板105和姿态测量系统107, 第一俯仰侧板103上设有俯仰电机组102, 第二俯仰侧板105上设有旋变组106，俯仰支架101通过与俯仰电机组102、旋变组106以及姿态测量系统107固定来实现俯仰方向转动和角度精确测量，俯仰与横滚转动均由力矩电机驱动，航向转动由同步带实现，俯仰支架101上还设有姿态测量系统107。

如图4所示，所述的横滚组件2包括横滚环架202以及设于横滚环架202两端部的第一横滚侧板201和第三俯仰侧板203，所述的一横滚侧板201与旋变组106连接，所述的第三俯仰侧板203与俯仰电机组102连接，横滚轴组2由横滚环架202通过与第一横滚侧板201、第三俯仰侧板203上的俯仰电机组102和旋变组106固定来实现俯仰方向转动和角度精确测量，所述的俯仰支架101与外壳体108连接有四个减震器104实现被动减震。

如图5所示，所述的航向组件3包括航向轴支架311、固定在航向轴支架311上的轴承309以及安装在轴承309上的航向轴310，航向轴310和航向轴支架311通过轴承309由压圈压紧形成轴系，航向轴310上固定有刻度盘307和大带轮306，刻度盘307上连接有光电开关308，刻度盘307与光电开关308实现航向连续旋转的计数，航向轴支架311上还固定有航向电机组304、摄录组件302和陀螺301，通过摄录组件302和陀螺301来实现瞄准线稳定、步进拍照功能，航向电机组304上固定有小带轮303，小带轮303通过同步带305与大带轮306连接，航向电机组304上的伺服驱动电机通过同步带驱动航向轴实现运动。

如图6所示，所述的电路板组件4包括电控盒408以及封装在电控盒408内的图像板403和电源板404，图像板403上设有第一伺服驱动板401和二第伺服驱动板402，电源板404上设有测角板405、系统控制板406和隔离电源模块407，所述的各个板之间采用线缆的形式连接实现各轴系之间的控制和图像传输。 

本发明工作过程如下：

三轴正射吊舱提供机载直流28V电源经过电路板组件4中的隔离电源模块407进行电源隔离及滤波，再经过低压电源板404的电源变换模块转换成+5V、±15V、+7.2V电源，分别输出到系统控制板406、图像板403以及航向组件3上的陀螺301与伺服驱动电机。地面站的控制信息通过无人机测控系统综合无线电双向数据链传送给系统控制板406，吊舱获取的实时图像经图像链传输给地面显控设备，并通过内置编码器及伺服驱动电机，测量传感器图像所处的坐标系的航向、横滚、俯仰方位和高度角，实现传感器组件在航向、横滚、俯仰方向的三轴复合运动。系统控制板406依据目标图像状态通过地面站操作手给出的操作指令，控制吊舱的正常运行，并显示吊舱的工作状态。

稳定过程：安装在吊舱内的陀螺301感应到无人机的摇摆，将信号量输出到第一伺服驱动板401，第二伺服驱动板402将稳定计算后的信号量输出驱动俯仰电机组102和航向组件3，使摄录组件302的瞄准线保持惯性稳定。

正射过程：系统控制板406接收到姿态测量系统107获知的无人机的航向、横滚、俯仰角等信号，然后将信号量输出到第一伺服驱动板401和第二伺服驱动板402，两驱动板将稳定计算后的信号量输出到俯仰电机组102和航向电机组304，使摄录组件302的瞄准线保持正射稳定。

本发明采用模块化设计，具有拍摄并存储数码照片、实时输出可见光视频、快速搜索和摄录检测目标以及陀螺增稳功能，具有三轴正射稳定、振动隔离功能，在飞行中不受飞机摇摆振动的影响，保持传感器光轴垂直于水平面，集成了小型姿态测量系统，不依赖无人机平台，在拍照的同时实现了姿态测量系统数据的记录和存储，为后续的精确摄影测量提供了姿态数据，而且配备了可见光电视摄像机，增强了航拍过程中操作者对地面情况的探测及识别能力，吊舱可现场打开，方便维护或更换内部传感器，结构紧凑、体积小、重量轻、环境适应性、载荷适装性强，外部机电接口简单，操作维护简便。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种无人机三轴正射吊舱，由俯仰组件（1）、横滚组件（2）、航向组件（3）和电路板组件（4）组成，所述的俯仰组件（1）、横滚组件（2）、航向组件（3）和电路板组件（4）之间通过连接电缆实现信息传递,其特征在于：所述的俯仰轴组(1)包括与飞机挂架连接的外壳体（108）以及与外壳体（108）连接的俯仰支架（101）, 俯仰支架（101）上固定有第一俯仰侧板（103）、第二俯仰侧板（105）和姿态测量系统（107）, 第一俯仰侧板（103）上设有俯仰电机组（102）, 第二俯仰侧板（105）上设有旋变组（106）, 所述的横滚组件（2）包括横滚环架（202）以及设于横滚环架（202）两端部的第一横滚侧板（201）和第三俯仰侧板（203），所述的一横滚侧板（201）与旋变组（106）连接，所述的第三俯仰侧板（203）与俯仰电机组（102）连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人机三轴正射吊舱，其特征在于，所述的航向组件（3）包括航向轴支架（311）、固定在航向轴支架（311）上的轴承（309）以及安装在轴承（309）上的航向轴（310），航向轴（310）上固定有刻度盘（307）和大带轮（306），刻度盘（307）上连接有光电开关（308），航向轴支架（311）上还固定有航向电机组（304）、摄录组件（302）和陀螺（301），航向电机组（304）上固定有小带轮（303），小带轮（303）通过同步带（305）与大带轮（306）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人机三轴正射吊舱，其特征在于，所述的电路板组件（4）包括电控盒（408）以及封装在电控盒（408）内的图像板（403）和电源板（404），图像板（403）上设有第一伺服驱动板（401）和二第伺服驱动板（402），电源板（404）上设有测角板（405）、系统控制板(406)和隔离电源模块（407），所述的各个板之间采用线缆的形式连接实现各轴系之间的控制和图像传输。

4.根据权利要求3所述的一种无人机三轴正射吊舱，其特征在于，所述的俯仰支架（101）与外壳体（108）连接有四个减震器（104）实现被动减震。

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