CN106005460B - 一种无人机用三轴稳定光电吊舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机用三轴稳定光电吊舱，包含：壳体，及设置在壳体内的提供方位方向‑180°～+180°旋转的方位轴组件、提供俯仰方向‑180°～+180°旋转的俯仰轴组件、提供横滚方向‑30°～+30°旋转的横滚轴组件及用于拍摄照片的影像部件。本发明体积小、重量轻，具有三轴调节功能，拍摄的照片清晰且无扭曲旋转。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种无人机用三轴稳定光电吊舱。
背景技术
随着无人机在侦查监视、搜索营救、目标定位、识别跟踪等方面的广泛应用，对光电吊舱的要求也越来越高。在采用高分辨率相机时，由于在拍摄时无人机平台的振动、偏航、俯仰及横滚等因素，所拍摄的照片会产生模糊、扭曲及旋转等现象，严重影响拍摄效果，增加后期处理难度，如何克服上述不利因素，成为需要解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机用三轴稳定光电吊舱，体积小、重量轻，具有三轴调节功能，拍摄的照片清晰且无扭曲旋转。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种无人机用三轴稳定光电吊舱，其特点是，包含：
壳体，及设置在壳体内的提供方位方向-180°～+180°旋转的方位轴组件、提供俯仰方向-180°～+180°旋转的俯仰轴组件、提供横滚方向-30°～+30°旋转的横滚轴组件及用于拍摄照片的影像部件；
所述的方位轴组件设置在壳体内的上部空间，所述的方位轴组件包含方位轴支架及设置在其上的方位轴驱动电机、方位轴传动机构、方位轴控制板及方位轴系，所述的方位轴系包含方位轴轴承座，安装在方位轴轴承座内的方位轴轴承及安装在方位轴轴承内的方位轴，所述的方位轴驱动电机与所述方位轴控制板电性连接，所述的方位轴驱动电机通过方位轴传动机构驱动方位轴转动；
所述的俯仰轴组件设置在壳体内的下部空间，所述的俯仰轴组件包含俯仰轴支架及设置在其上的俯仰轴驱动电机、俯仰轴控制板、绝对式光电码盘及俯仰轴轴承，所述的俯仰轴驱动电机与所述的俯仰轴控制板电性连接，所述的俯仰轴驱动电机与所述的绝对式光电码盘通过安装在俯仰轴轴承内的码盘轴同轴连接；
所述的横滚轴组件设置在壳体内的下部空间，所述的横滚轴组件包含横滚轴支架及设置在其上的横滚轴驱动电机、横滚轴传动机构、横滚轴控制板及横滚轴系，所述的横滚轴系包含横滚轴轴承座，安装在横滚轴轴承座内的横滚轴轴承及安装在横滚轴轴承内的横滚轴，所述的横滚轴驱动电机与所述横滚轴控制板电性连接，所述的横滚轴驱动电机通过横滚轴传动机构驱动横滚轴转动，所述的横滚轴与所述码盘轴相互交叉垂直设置；
所述的影像部件，安装在所述的横滚轴支架上。
所述的壳体包含顶盖、颈盖、前密封罩、后密封罩、左侧板及右侧板，所述的颈盖与所述俯仰轴支架连接；所述的顶盖和颈盖构成吊舱的上部，并围成一容纳方位轴组件的空间；所述的俯仰轴支架、横滚轴支架、前密封罩、后密封罩、左侧板及右侧板构成吊舱的下部，并围成一容纳俯仰轴组件和横滚轴组件的空间；所述的前密封罩及后密封罩分别与所述的横滚轴支架连接，所述的左侧板及右侧板分别与所述的俯仰轴支架连接，所述的横滚轴支架内嵌于所述俯仰轴支架。
所述的方位轴驱动电机为直流无刷电机；所述的俯仰轴驱动电机为低速力矩电机；所述的横滚轴驱动电机为直流无刷电机。
所述的方位轴传动机构包含依次连接的方位轴主动齿轮及方位轴从动齿轮，所述的方位轴主动齿轮安装在所述方位轴驱动电机的轴上，所述的方位轴从动齿轮分别与所述方位轴及俯仰轴支架连接；所述的横滚轴传动机构包含依次连接的横滚轴主动齿轮及横滚轴从动齿轮，所述的横滚轴主动齿轮安装在所述横滚轴驱动电机的轴上，所述的横滚轴从动齿轮与所述横滚轴连接。
所述的方位轴组件还包含一方位轴测角装置，所述的方位轴测角装置包含一安装在所述方位轴支架上的方位轴霍尔限位开关，一安装在所述方位轴从动齿轮上的方位轴永磁块，还包含一方位轴相对式码盘，所述的方位轴相对式码盘集成于所述方位轴驱动电机的端部。
所述的横滚轴组件还包含一横滚轴测角装置，所述的横滚轴测角装置包含两个对称安装在所述横滚轴支架上的横滚轴霍尔限位开关，一安装在所述横滚轴从动齿轮中心线上的横滚轴永磁块，还包含一横滚轴相对式码盘，所述的横滚轴相对式码盘集成于所述横滚轴驱动电机的端部。
所述的方位轴系还包含一方位轴锁紧螺母，所述的方位轴锁紧螺母设置在方位轴上与所述方位轴从动齿轮相对的端部；所述的横滚轴系还包含一横滚轴锁紧螺母及一横滚轴转接板，所述的横滚轴锁紧螺母设置在横滚轴上与所述横滚轴从动齿轮相对的端部，所述的横滚轴转接板设置在横滚轴上靠近所述横滚轴从动齿轮的端部。
所述的方位轴主动齿轮通过一对方位轴紧定螺钉与所述方位轴驱动电机的轴连接，一对方位轴紧定螺钉的夹角为120°；所述的横滚轴主动齿轮通过一对横滚轴紧定螺钉与所述横滚轴驱动电机的轴连接，一对横滚轴紧定螺钉的夹角为120°。
所述的影像部件包含可见光相机组件和红外相机组件中的一种或其组合，所述的可见光相机组件包含可见光相机支架、可见光相机罩及设置在所述可见光相机支架上的可见光相机本体，所述的可见光相机支架安装在横滚轴转接板上，所述的可见光相机罩通过一可见光相机罩压板与所述前密封罩连接，所述的前密封罩上开设有可见光相机通孔；所述的红外相机组件包含红外相机支架、红外相机罩及设置在所述红外相机支架上的红外相机本体，所述的红外相机支架安装在可见光相机支架上，所述的红外相机罩通过一红外相机罩压板与所述前密封罩连接，所述的前密封罩上开设有红外相机通孔。
所述的影像部件还包含可见光相机控制线路板、红外相机控制线路板及陀螺传感器，所述的可见光相机控制线路板、红外相机控制线路板及陀螺传感器集成在可见光相机上端的一集成线路板上。
本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱与现有技术相比具有以下优点：本发明采用三轴稳定技术，具有三轴调节功能，体积小、重量轻，可实现方位、俯仰及横滚三个方向的转动，可补偿无人机平台的偏航、俯仰及横滚，拍摄的照片清晰、无扭曲旋转现象，适用于军民两用机载环境下对目标的搜索、拍照；方位轴及横滚轴采用微小型直流无刷电机，附带绝对式光电码盘及减速器，具有尺寸小、重量轻、精度高、输出力矩大的特点；本发明可根据需要选择安装可见光相机、红外相机中的一种或其组合，通过支架固定，拆卸方便。
附图说明
图1为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的结构外形示意图；
图2为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的左右半剖面图；
图3为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的前后半剖面图；
图4为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的方位轴俯视图；
图5为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的俯仰支架零件图；
图6为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的吊舱横滚支架零件图；
图7为本发明一种无人机用三轴稳定光电吊舱的横滚轴从动齿轮零件图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1并结合图2～图7所示，一种无人机用三轴稳定光电吊舱，包含：壳体，及设置在壳体内的提供方位方向-180°～+180°旋转的方位轴组件100、提供俯仰方向-180°～+180°旋转的俯仰轴组件200、提供横滚方向-30°～+30°旋转的横滚轴组件300及用于拍摄照片的影像部件400；所述的方位轴组件100设置在壳体内的上部空间，所述的方位轴组件100包含方位轴支架104及设置在其上的方位轴驱动电机109、方位轴传动机构、方位轴控制板103及方位轴系，所述的方位轴系包含方位轴轴承座106，安装在方位轴轴承座106内的方位轴轴承102及安装在方位轴轴承102内的方位轴101，所述的方位轴驱动电机109与所述方位轴控制板103电性连接，所述的方位轴驱动电机109通过方位轴传动机构驱动方位轴101转动；所述的俯仰轴组件200设置在壳体内的下部空间，所述的俯仰轴组件200包含俯仰轴支架201及设置在其上的俯仰轴驱动电机207、俯仰轴控制板203、绝对式光电码盘204及俯仰轴轴承206，所述的俯仰轴驱动电机207与所述的俯仰轴控制板203电性连接，所述的俯仰轴驱动电机207与所述的绝对式光电码盘204通过安装在俯仰轴轴承206内的码盘轴205同轴连接；所述的横滚轴组件300设置在壳体内的下部空间，所述的横滚轴组件300包含横滚轴支架308及设置在其上的横滚轴驱动电机309、横滚轴传动机构、横滚轴控制板301及横滚轴系，所述的横滚轴系包含横滚轴轴承座303，安装在横滚轴轴承座303内的横滚轴轴承304及安装在横滚轴轴承304内的横滚轴305，所述的横滚轴驱动电机309与所述横滚轴控制板301电性连接，所述的横滚轴驱动电机309通过横滚轴传动机构驱动横滚轴305转动，所述的横滚轴305与所述码盘轴205相互交叉垂直设置；所述的影像部件400，安装在所述的横滚轴支架308上。
在本实施例中，较佳地，如图2及图3所示，所述的壳体包含顶盖108、颈盖111、前密封罩401、后密封罩409、左侧板202及右侧板208，所述的颈盖111与所述俯仰轴支架201连接；所述的顶盖108和颈盖111构成吊舱的上部，并围成一容纳方位轴组件100的空间；所述的俯仰轴支架201、横滚轴支架308、前密封罩401、后密封罩409、左侧板202及右侧板208构成吊舱的下部，并围成一容纳俯仰轴组件200和横滚轴组件300的空间；所述的前密封罩401及后密封罩409分别与所述的横滚轴支架308连接，所述的左侧板202及右侧板208分别与所述的俯仰轴支架201连接，所述的横滚轴支架308内嵌于所述俯仰轴支架201；优选地，前密封罩401和后密封罩409均呈半圆状，颈盖111与俯仰轴支架201连接的面为静止部分(相对于无人机而言，方位轴支架104安装在顶盖108与颈盖111连接的面上，方位轴支架104与无人机连接)与旋转部分(相对于无人机而言)的分离面；颈盖111与俯仰轴支架201连接的面采用弓型密封方式，能有效防止雨水、灰尘的进入。
在本实施例中，较佳地，所述的方位轴驱动电机109为直流无刷电机；所述的俯仰轴驱动电机207为低速力矩电机；所述的横滚轴驱动电机309为直流无刷电机。
在本实施例中，较佳地，如图2及图3所示，所述的方位轴传动机构包含依次连接的方位轴主动齿轮110及方位轴从动齿轮105，所述的方位轴主动齿轮110安装在所述方位轴驱动电机109的轴上，所述的方位轴从动齿轮105分别与所述方位轴101及俯仰轴支架201连接；所述的横滚轴传动机构包含依次连接的横滚轴主动齿轮310及横滚轴从动齿轮307，所述的横滚轴主动齿轮310安装在所述横滚轴驱动电机309的轴上，所述的横滚轴从动齿轮307与所述横滚轴305连接；优选地，所述的方位轴主动齿轮110通过一对方位轴紧定螺钉112与所述方位轴驱动电机109的轴连接，一对方位轴紧定螺钉112的夹角为120°，方位轴主动齿轮110为直齿轮；所述的横滚轴主动齿轮310通过一对横滚轴紧定螺钉311与所述横滚轴驱动电机309的轴连接，一对横滚轴紧定螺钉311的夹角为120°。
在本实施例中，较佳地，如图2所示，所述的方位轴系还包含一方位轴锁紧螺母107，所述的方位轴锁紧螺母107设置在方位轴101上与所述方位轴从动齿轮105相对的端部，可实现方位轴轴承102预紧及端部螺纹锁紧；所述的横滚轴系还包含一横滚轴锁紧螺母306及一横滚轴转接板302，所述的横滚轴锁紧螺母306设置在横滚轴305上与所述横滚轴从动齿轮307相对的端部，可实现横滚轴轴承304预紧及端部螺纹锁紧，所述的横滚轴转接板302设置在横滚轴304上靠近所述横滚轴从动齿轮307的端部。
在本实施例中，较佳地，所述的方位轴组件100还包含一方位轴测角装置，所述的方位轴测角装置包含一安装在所述方位轴支架104上的方位轴霍尔限位开关114，一安装在所述方位轴从动齿轮105上的方位轴永磁块113(圆形)，还包含一方位轴相对式码盘，所述的方位轴相对式码盘集成于所述方位轴驱动电机109的端部；优选地，当方位轴霍尔限位开关114与方位轴永磁块113相交时，方位角为0°。
在本实施例中，较佳地，所述的横滚轴组件300还包含一横滚轴测角装置，所述的横滚轴测角装置包含两个对称安装在所述横滚轴支架308上的横滚轴霍尔限位开关312，一安装在所述横滚轴从动齿轮307中心线上的横滚轴永磁块313，还包含一横滚轴相对式码盘，所述的横滚轴相对式码盘集成于所述横滚轴驱动电机309的端部；优选地，当横滚轴霍尔限位开关312与横滚轴永磁块313相交时，横滚角度为30°，即为横滚轴的极限位置。
在本实施例中，较佳地，如图2所示，所述的影像部件400包含可见光相机组件和红外相机组件中的一种或其组合，二者根据需要进行选择性安装，所述的可见光相机组件包含可见光相机支架410、可见光相机罩404及设置在所述可见光相机支架410上的可见光相机本体402，所述的可见光相机支架410安装在横滚轴转接板302上，所述的可见光相机罩404通过一可见光相机罩压板403与所述前密封罩401连接，所述的前密封罩401上开设有可见光相机通孔；所述的红外相机组件包含红外相机支架411、红外相机罩406及设置在所述红外相机支架411上的红外相机本体405，所述的红外相机支架411安装在可见光相机支架410上，所述的红外相机罩401通过一红外相机罩压板407与所述前密封罩401连接，所述的前密封罩401上开设有红外相机通孔。
在本实施例中，较佳地，如图2所示，所述的影像部件还包含可见光相机控制线路板、红外相机控制线路板及陀螺传感器，所述的可见光相机控制线路板、红外相机控制线路板及陀螺传感器集成在可见光相机上端的一集成线路板408上。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，包含：
壳体，及设置在壳体内的提供方位方向-180°~+180°旋转的方位轴组件、提供俯仰方向-180°~+180°旋转的俯仰轴组件、提供横滚方向-30°~+30°旋转的横滚轴组件及用于拍摄照片的影像部件；
所述的方位轴组件设置在壳体内的上部空间，所述的方位轴组件包含方位轴支架及设置在其上的方位轴驱动电机、方位轴传动机构、方位轴控制板及方位轴系，所述的方位轴系包含方位轴轴承座，安装在方位轴轴承座内的方位轴轴承及安装在方位轴轴承内的方位轴，所述的方位轴驱动电机与所述方位轴控制板电性连接，所述的方位轴驱动电机通过方位轴传动机构驱动方位轴转动；
所述的俯仰轴组件设置在壳体内的下部空间，所述的俯仰轴组件包含俯仰轴支架及均设置在其上的俯仰轴驱动电机、俯仰轴控制板、绝对式光电码盘及俯仰轴轴承，所述的俯仰轴驱动电机与所述的俯仰轴控制板电性连接，所述的俯仰轴驱动电机与所述的绝对式光电码盘通过安装在俯仰轴轴承内的码盘轴同轴连接；
所述的横滚轴组件设置在壳体内的下部空间，所述的横滚轴组件包含横滚轴支架及均设置在其上的横滚轴驱动电机、横滚轴传动机构、横滚轴控制板及横滚轴系，所述的横滚轴系包含横滚轴轴承座，安装在横滚轴轴承座内的横滚轴轴承及安装在横滚轴轴承内的横滚轴，所述的横滚轴驱动电机与所述横滚轴控制板电性连接，所述的横滚轴驱动电机通过横滚轴传动机构驱动横滚轴转动，所述的横滚轴与所述码盘轴相互交叉垂直设置；
所述的影像部件，安装在所述的横滚轴支架上；
所述的壳体包含顶盖、颈盖、前密封罩、后密封罩、左侧板及右侧板，所述的颈盖与所述俯仰轴支架连接；所述的顶盖和颈盖构成吊舱的上部，并围成一容纳方位轴组件的空间；所述的俯仰轴支架、横滚轴支架、前密封罩、后密封罩、左侧板及右侧板构成吊舱的下部，并围成一容纳俯仰轴组件和横滚轴组件的空间；所述的前密封罩及后密封罩分别与所述的横滚轴支架连接，所述的左侧板及右侧板分别与所述的俯仰轴支架连接，所述的横滚轴支架内嵌于所述俯仰轴支架。
2.如权利要求1所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的方位轴驱动电机为直流无刷电机；所述的俯仰轴驱动电机为低速力矩电机；所述的横滚轴驱动电机为直流无刷电机。
3.如权利要求1所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的方位轴传动机构包含依次连接的方位轴主动齿轮及方位轴从动齿轮，所述的方位轴主动齿轮安装在所述方位轴驱动电机的轴上，所述的方位轴从动齿轮分别与所述方位轴及俯仰轴支架连接；所述的横滚轴传动机构包含依次连接的横滚轴主动齿轮及横滚轴从动齿轮，所述的横滚轴主动齿轮安装在所述横滚轴驱动电机的轴上，所述的横滚轴从动齿轮与所述横滚轴连接。
4.如权利要求3所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的方位轴组件还包含一方位轴测角装置，所述的方位轴测角装置包含一安装在所述方位轴支架上的方位轴霍尔限位开关，一安装在所述方位轴从动齿轮上的方位轴永磁块，还包含一方位轴相对式码盘，所述的方位轴相对式码盘集成于所述方位轴驱动电机的端部。
5.如权利要求3所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的横滚轴组件还包含一横滚轴测角装置，所述的横滚轴测角装置包含两个对称安装在所述横滚轴支架上的横滚轴霍尔限位开关，一安装在所述横滚轴从动齿轮中心线上的横滚轴永磁块，还包含一横滚轴相对式码盘，所述的横滚轴相对式码盘集成于所述横滚轴驱动电机的端部。
6.如权利要求3所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的方位轴系还包含一方位轴锁紧螺母，所述的方位轴锁紧螺母设置在方位轴上与所述方位轴从动齿轮相对的端部；所述的横滚轴系还包含一横滚轴锁紧螺母及一横滚轴转接板，所述的横滚轴锁紧螺母设置在横滚轴上与所述横滚轴从动齿轮相对的端部，所述的横滚轴转接板设置在横滚轴上靠近所述横滚轴从动齿轮的端部。
7.如权利要求3所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的方位轴主动齿轮通过一对方位轴紧定螺钉与所述方位轴驱动电机的轴连接，一对方位轴紧定螺钉的夹角为120°；所述的横滚轴主动齿轮通过一对横滚轴紧定螺钉与所述横滚轴驱动电机的轴连接，一对横滚轴紧定螺钉的夹角为120°。
8.如权利要求6所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的影像部件包含可见光相机组件和红外相机组件中的一种或其组合，所述的可见光相机组件包含可见光相机支架、可见光相机罩及设置在所述可见光相机支架上的可见光相机本体，所述的可见光相机支架安装在横滚轴转接板上，所述的可见光相机罩通过一可见光相机罩压板与所述前密封罩连接，所述的前密封罩上开设有可见光相机通孔；所述的红外相机组件包含红外相机支架、红外相机罩及设置在所述红外相机支架上的红外相机本体，所述的红外相机支架安装在可见光相机支架上，所述的红外相机罩通过一红外相机罩压板与所述前密封罩连接，所述的前密封罩上开设有红外相机通孔。
9.如权利要求8所述的无人机用三轴稳定光电吊舱，其特征在于，所述的影像部件还包含可见光相机控制线路板、红外相机控制线路板及陀螺传感器，所述的可见光相机控制线路板、红外相机控制线路板及陀螺传感器集成在可见光相机上端的一集成线路板上。
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2016
- 2016-07-28 CN CN201610605411.2A patent/CN106005460B/zh active Active
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