CN105035312A - 用于旋翼无人机的通用安装板 - Google Patents

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Abstract

无人机机身(10)包括：构架(12)，其与用于连接到各推进单元(16)的各臂(14)构成整体；电子电路板(24)，其上安装有电子元器件以及加速度计、惯性仪传感器和高度计传感器；支承物，用于支承电子电路板；以及弹性界面(26)，其界于构架和电路板支承物之间，能够滤除和吸收机械振动。电路板支承物是用导电金属材料制成的板件(22)。板件的背面上有几个传热部位，它们所在之处正对着安装在这个背面上的电子电路板上的散热电子元器件。板件还电连接于电子电路板的地电位，而形成电磁屏蔽幕。板件是借助于夹置在板件和构架之间的弹性界面(26)以可解离的方式机械地连接于构架。

Description

用于旋翼无人机的通用安装板
技术领域
本发明涉及旋翼无人机,诸如四旋翼直升机。
背景技术
这种无人机包括一个无人机机身和多个推进单元，每个推进单元有一个由各自的马达驱动的推进器。每个推进单元是安装在各自的用于连接于无人机机身的臂的端部。这样的无人机的典型的例子是巴黎鹦鹉公司的四轴直升机2.0(theAR.Drone2.0ofParrotSA,Paris)。
这种无人机机身包括：构架，其与用于连接于各推进单元的各臂构成整体；以及电子电路板，其上装有各种元器件和传感器，特别是能够随时确定无人机的确切飞行高度及其在空间的位置的惯性仪单元，用于以有差别的方式控制各不同的马达，以遵循使用者想要的或由自动驾驶仪控制的飞行轨迹。
这个电子电路板是安装在一个支承物上，而支承物是通过弹性界面连接于无人机的构架，弹性界面包括用于滤除和吸收由马达和推进器引起的机械振动的材料，借以使那些振动不会干扰各传感器尤其是惯性仪单元的工作。
WO2001/058255A1(Parrot)更清楚地描述了这样的电子电路板支承物结构，其中弹性界面呈泡沫环的形状，泡沫环被加装在无人机构架的一个对应的肩部上。导航电子电路板是通过连接脚悬挂于固定部分，与无人机的振动部分没有直接的机械接触。因此，可借助吸收机械界面消除由各推进单元产生的干扰振动，而能避免这些振动干扰导航传感器的工作，又无需对那些传感器收集的信号进行低通滤波。
近来，这类无人机方面的诸多改进导致其线路的复杂性增大，也使其对不同外部干扰的敏感性增大，不管是机械干扰(振动、无人机飞行高度突变、等等)，还是电子干扰(由周围环境的电磁场特别是各种运转中的马达产生的电磁场引起的干扰)。
这些干扰现象不仅会影响电子线路的工作，而且会影响由无人机上的摄像机拍摄的图像，因为振动会使无人机进而摄像机的轴线产生低幅高频振荡。摄像机的传感器进行扫描之后，这些振荡会转变成所获得图像的所谓抖动现象，图像上的直线看上去像是断开的而形成锯齿状线条。即使这种变形的幅度不是很高，其也很可能是看得出的而降低图像的最终质量，尤其是在以高分辨率、典型地以HD分辨率(1920x1080像素)获取图像时。
最后，按照另一方面，以高时钟频度使用能够执行越来越多的复杂功能的数字化元器件会导致这类元器件的明显升温，而易于引起热飘移，必须对这种热飘移进行检测和补偿。
最后，对任何飞行器都有苛刻的轻重量约束，这要求把设备的机械结构和各零部件的重量限制到严格的最小值，但又不能因此而改变它们的刚度和牢固度。
US2012/0083945A1和WO2013/053475A2描述了其它的支承结构，但它们都不能解决前文提出的问题。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种新的无人机机身内部结构来解决所有上述难题。
更确切地说，本发明可应用于旋翼无人机，诸如上述WO2011/058255A1披露的那种，就是这样一种无人机，它以众所周知的方式包括无人机机身和多个安装在各自的连接臂的端部的推进单元。无人机机身包括：构架，其与用于连接于各推进单元的各臂构成整体；电子电路板，其上装有电子元器件、以及加速度计、惯性仪传感器和高度计传感器；电子电路板支承物；以及构架和电路板支承物之间的弹性界面，其包括构造成能够滤除和吸收来自各推进单元的机械振动的材料。
本发明的特征在于，这种无人机机身包括用导电的金属材料制成的板件，这个板件构成所述电子电路板支承物，电子电路板固定于这个板件的背面。该板件的背面有多个传热部位，它们所在之处正对着安装在位于背面的电子电路板上的至少一个散热电子元器件，并且板件是电连接于电子电路板的地电位，而为这个电子电路板形成一个电磁屏蔽件。该板件通过夹置于该板件和所述构架之间的所述弹性界面以可拆开的方式机械地连接于所述构架。
根据各有利的附加特征：
－板件的导电金属材料包括镁及其合金；
－弹性界面包括多个夹置于板件和构架之间的支承间隔件，每个间隔件包括用弹性体材料制成的立柱，其第一端连接于板件，而相反的第二端连接于构架；
－板件是连续的整体板，只是有一些通孔，供电子电路板的连接线和/或传感器信号线穿过；
－板件还包括纵向边缘，其为安装在电子电路板背面的电子元器件构成侧向屏蔽；
－板件包括在背面的用于连接器的进入腔所述连接器用于连接于辅助电子电路，特别是包括至少一个射频天线元器件的电路；
－这种无人机还包括与电子电路板机械地集装成一体的摄像机；
－安装在电子电路板背面的至少一个散热电子元器件是微控制器、存储元器件、摄像机之一；
－无人机机身承载着可取下充电的无人机电源电池，并且板件还包括至少一个环，用于可取下电池的固定带穿过。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的实例性实施例，各附图中，相同的标号标示相同的或功能上类似的构件。
图1是本发明的无人机的分解立体图，表示出无人机机身的被互相解离的各不同内部构件；
图2是按照本发明制造的具体的金属板件的俯视立体图；
图3以仰视立体图表示出同一个板件；以及
图4是图2和3的板件的纵向剖视图，带有安装在其上的电子电路板及其元器件。
具体实施方式
图1表示出有无人机机身10的四旋翼型无人机，无人机机身包括位于机身下部的构架12，构架与从构架辐射的四个单件式连接臂14构成整体。每个连接臂在其末端装有推进单元16，推进单元包括可驱动推进器18旋转的马达，推进器伸展于位于臂14之上的近似水平的平面内。在下部推进单元16通过立足蹬(即支承脚)20而延续，在无人机停飞时其可依靠支承脚20立足于地面。
无人机机身10包括支承物22，其用于安装无人机的主电子电路板24。这个支承物22呈板件的形状，下面将参照图2-4对其作更详细的描述。
板件22不是固定于构架12，而是通过弹性界面连接于后者，弹性界面包括多个夹置于构架12和板件22之间的支承间隔件26。每个间隔件26包括用弹性体材料制成的立柱28，立柱的上端30通过非刚性连接关系连接于板件22，例如通过使弹性体立柱28的上部的肩部伸进成形在板件22的下部的对应凹部32(图3和4)。立柱28的相反的下端设有肩部34，其可被插进构架12。构架12和立柱28之间的连接可例如通过销子36来实现，销子的上部在块状件50的中心以螺纹拧入板件22，销子自由地穿过立柱28，销子的下部包括螺纹杆，螺纹杆可穿过构架12，在构架12下面，宽的内螺纹零件37螺旋到螺纹杆上，这堪比螺栓。这种螺纹杆/宽螺纹系统必须在任何情况都不连接于构架12，否则振动可能传递到板件22，而且它还有防止弹性体材料界面26被拉出的作用。
下面将更详细地描述支承板件22的构造。前已提及，这个板件用于安装电子电路板24，电子电路板24是借助于诸如各螺钉38(图1)固定于板件22，各螺钉38容纳在开在板件上部的内螺纹容纳部40(图2)。
图2和3分别图示出板件22的上表面42和下表面44。
该板件22是一个用重量轻的金属材料制成的单体构件，例如从重量轻和机械牢度考虑可选用镁或镁合金。它呈板的形状，有两个纵向侧边缘46和诸如48的各种样子的内部肋条。
特点是，形成板件22的金属板包括诸如52(图2)的上部平的表面，其构造成接触安装在电子电路板24的下表面上的元器件，诸如54(图4)。那些表面52将用作传热构件，用以把由接触于这些表面的元器件产生的过多热量传输到冷却翅片，诸如成形在板件22下部的56(图3和4)，它们正对着成形在上部的各接触表面52。诸如微控制器、存储元器件、甚至摄像机等元器件视情况较容易发热，那么这些元器件过热就可避免。
成形板件22的板是制成为不间断的、连续的单提构件，只是有一些小尺度的开孔，诸如58、59或60。窗口58用作安装在电子电路板24的下表面上的超声波高度计传感器的窗口，窗口59用作安装在电子电路板24的下表面上的同一传感器的变压器的窗口，以节省厚度。窗口60允许用于连接到垂直视觉摄像机65的扁平电缆63(图1)穿过其中，该摄像机安装在板件22下面，并且其机身靠在成形在板件22的下表面上的座台67(图3)上。
形成板件22的板在一旦连接于电子电路板24的大量电路之后，就可针对周围的干扰辐射，特别是由各推进单元16的马达产生的那些干扰，而将用作这一电子电路板的电磁屏蔽件，由于纵向侧边缘46的存在，安装在电子电路板24的下表面上的最敏感的元器件得到保护而免遭这些干扰。那些相对板件22根植于电子电路板24上的敏感元器件所在的部位(动力部分的元器件是在无人机的前部，而逻辑部分的元器件是在其后部)被安排在区域61。这些部位的侧壁、前壁或后壁都没有任何开口。
板件22在其下表面设有宽敞的窗口诸如62，以允许各电缆穿过其中，这些电缆包括用于把电子电路板24连接于各推进单元16的马达的电缆以及用于连接于辅助电子电路板、特别是装有一个或几个Wi-Fi天线元器件的电路板的电缆，这些天线元器件将不受电磁屏蔽作用的影响。简言之，这个宽敞的窗口62将是位于电子电路板24的下表面上的各连接器的上方，从而能够连接不需要板件22屏蔽的不同的元器件(垂向摄像机、朝向天线电路板的同轴电缆、朝向其它辅助电路板的各连接器、马达电缆、……)。
最后，板件22可在其侧表面46之一上设置环或眼孔64，以便容纳围住无人机电源的可取下充电电池68的带子66(图1)。
再说一说把摄像机70搭载在无人机上的那一块(图1)，摄像机70例如借助于拧入板件22的各螺纹孔74(图2)的螺钉72和拧入各孔78的螺钉76固定于板件22。以这种方式，摄像机70是可机械地从构架12拆下，由于中间的弹性间隔件26能够抑制由各马达产生的几乎所有振动，因而可消除上述抖动现象。
还应注意到，以上描述的支承物，对固定于板件22的电子电路板24和所有构件，在无人机着陆时还起缓冲器的作用，特别是可避免布置在电子电路板24上的各元器件、连接器、等等，以及摄像机70受到损伤和损坏。

Claims (10)

1.一种旋翼无人机，包括无人机机身(10)和多个安装在各自的连接臂(14)的端部的推进单元(16)，所述无人机机身(10)包括：
－构架(12)，其与连接到所述各推进单元的各臂集成一体；
－电子电路板(24)，其上安装有电子元器件以及加速度计、惯性仪传感器和高度计传感器；
－支承物，用于所述电子电路板，以及
－弹性界面(26)，其界于所述构架和所述电路板支承物之间，包括构造成能滤除和吸收来自所述各推进单元的机械振动的材料，
其特征在于：
－所述无人机机身包括用导电金属材料制成的板件(22)，所述板件构成所述电子电路板支承物，所述电子电路板(24)固定于所述板件的背面；
－所述板件在其背面有传热部位(52)，它们所在之处对着在所述背面安装在所述电子电路板上的至少一个散热电子元器件(54)；
－所述板件是电连接于所述电子电路板的地电位，从而为所述电子电路板形成电磁屏蔽件；以及
－所述板件是借助于夹置在所述板件和所述构架之间的所述弹性界面(26)以可拆开的方式机械地连接于所述构架。
2.如权利要求1所述的无人机，其中，所述板件的导电金属材料包括镁及其合金。
3.如权利要求1所述的无人机，其中，所述弹性界面包括多个夹置在所述板件和所述构架之间的支承间隔件(26)，每个间隔件包括用弹性体材料制成的立柱(28)，其第一端(30)连接于所述板件，而其相反的第二端(34)连接于所述构架。
4.如权利要求1所述的无人机，其中，所述板件(22)是连续的单件板件，只是其上有通孔(58、95、60)，供所述电子电路板的连接线和/或传感器信号穿过。
5.如权利要求4所述的无人机，其中，所述板件(22)还包括纵向边缘(46)，其构成安装在所述电子电路板的背面的电子元器件的侧向屏蔽。
6.如权利要求1所述的无人机，其中，所述板件在其背面包括用于连接器的进入腔(62)，这些连接器用于连接于辅助电子电路。
7.如权利要求6所述的无人机，其中，所述辅助电子电路包括至少一个射频天线元器件。
8.如权利要求1所述的无人机，还包括一个摄像机(70)，其与所述电子电路板机械地集成一体。
9.如权利要求1所述的无人机，其中，安装在所述电子电路板的背面上的至少一个散热电子元器件(54)是微控制器、存储元器件、摄像机之一。
10.如权利要求1所述的无人机，其中，所述无人机机身承载着无人机电源的可取出充电电池(68)，并且所述板件还包括至少一个环(64)，用于围住所述可取出充电电池的固定带穿过。
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