CN106347696B - 一种轻小型光电吊舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻小型光电吊舱，包括水平回转轴系和高低回转轴系，所述的水平回转轴系包括壳体以及第一力矩电机、第一测角编码器和电子线路板组，所述的第一力矩电机的转轴上安装有第一轴承和法兰盘，所述的壳体上设置有上盖板，所述的上盖板上安装有电源模块，所述的高低回转轴系包括U形框架和侧盖，U形框架与侧盖形成的腔体内设置有电机轴系和测角轴系，高低回转轴系上设置有密封的球形腔体，球形腔体内设置有传感器组；本发明采用高精度双轴陀螺稳定和力矩电机无空回设计，嵌套式轴系结构，最大程度地压缩外形尺寸和重量，最大程度地扩展传感器焦距和安装空间，整体外形密封，是一种适合恶劣环境下使用的轻小型高性能光电吊舱装置。

Description

一种轻小型光电吊舱

技术领域

本发明属于光机领域，具体涉及一种轻小型光电吊舱，适合安装于各类有人机或无人机，也可安装于陆基、车载、船载的应用场所，特别适用于遥控飞行视频探测侦察，对目标区域进行高精度、高清晰度视频成像或目标指示。

背景技术

近年来，无人机技术发展迅速，机载光电吊舱是无人机最重要的有效载荷，其性能直接影响无人机的总体作战性能指标，而由于无人机留空时长、载荷能力等的限制，往往要求光电载荷（即光电吊舱）体积小、重量轻、技术指标高、性能好。对于恶劣环境（如海洋环境）下使用的无人机，还特别要求光电吊舱外形流畅、风阻力矩小、防水防盐雾性能优越等。

市面上一些光电吊舱具有作用距离远、稳定精度高的特点，但往往外形尺寸、重量也较大，而一些体积小、重量轻的光电吊舱，又往往稳定精度不够高、作用距离不够远，或结构与外形不满足军用或恶劣环境（如海洋环境）下使用要求。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种体积小、重量轻而作用距离远、稳定精度高、适合恶劣环境下使用的新型光电吊舱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轻小型光电吊舱，包括水平回转轴系和安装在水平回转轴系下方的高低回转轴系，所述的水平回转轴系包括壳体以及设置在壳体内的第一力矩电机、第一测角编码器和电子线路板组，所述的第一力矩电机的转轴上安装有第一轴承和法兰盘，所述的壳体上设置有上盖板，所述的上盖板上安装有电源模块，所述的高低回转轴系包括安装在法兰盘下端面上的U形框架和安装在U形框架两侧的侧盖，U形框架与侧盖形成的腔体内设置有电机轴系和测角轴系，所述的高低回转轴系上设置有密封的球形腔体，所述的球形腔体内设置有传感器组。

所述的一种轻小型光电吊舱，其壳体上设置有一带凸起安装面的圆柱，所述的读数头固定安装在安装面上，所述的壳体内壁上部还设置有四个凸台，所述的电子线路板组固定安装在凸台上，

所述的一种轻小型光电吊舱，其第一轴承采用型号相同的两个轴承，所述的轴承之间设置有隔圈，所述的壳体与法兰盘之间设置有第一密封圈。

所述的一种轻小型光电吊舱，其电机轴系包括安装在U形框架上的双环空心圆柱形电机座、安装在电机座上与电机座同轴的第二力矩电机和安装在第二力矩电机的转轴内壁与电机座内环外壁之间的第二轴承，所述的U形框架和中壳体的相应位置上分别设置有第一通孔和第二通孔，所述的第二力矩电机的转轴穿过第一通孔与中壳体固定连接，所述的第二轴承与中壳体之间紧固连接有第二压圈，所述的第一通孔上设置有第一安装槽，所述的第一安装槽内设置有与第二力矩电机的转轴外壁配合使用的第二密封圈。

所述的一种轻小型光电吊舱，其测角轴系包括安装在U形框架上的双环空心圆柱形读数头座、套设在读数头座内环外壁上并与读数头座同轴的环轴和安装在读数头座内环外壁与环轴内壁之间的第三轴承，所述的U形框架和中壳体的相应位置上分别设置有第三通孔和第四通孔，所述的环轴穿过第三通孔与中壳体固定连接，所述的第三轴承与中壳体之间紧固连接有第三压圈，所述的第三通孔上设置有第三安装槽，所述的第三安装槽内设置有与环轴的外表面配合使用的第三密封圈，所述的环轴远离中壳体的一端端面上安装有第二测角编码器环体，所述的读数头座远离中壳体的一端端面上设置有第二测角编码器读数头。

所述的一种轻小型光电吊舱，其传感器组包括固定安装在中壳体上的传感器支架和分别固定安装在传感器支架上、下端面上的光电传感器和陀螺传感器，所述的前盖端面上设置有与传感器组相匹配的光学保护窗口，所述的光电传感器采用可见光传感器、红外传感器和激光指示器中的任一种或几种的组合。

所述的一种轻小型光电吊舱，其可见光传感器包括标清可见光传感器和高清可见光传感器。

所述的一种轻小型光电吊舱，其电子线路板组包括伺服驱动模块、伺服控制模块、图像采集模块、图像处理模块、陀螺数据处理模块、跟踪控制模块、测偏处理模块、轴系测角模块、综合控制模块和对内对外接口模块。

所述的一种轻小型光电吊舱，其U形框架与侧盖之间以及中壳体与前、后盖端面之间均设置有密封绳。

本发明的有益效果是：

1、本发明的水平回转轴系以及高低回转轴系的轴承与电机之间或轴承与测角编码器之间均采用嵌套式结构布局，最大程度地压缩了水平回转轴系以及高低回转轴系的轴向空间尺寸；本发明的回转半径小于10公分，高度小于25公分，重量小于5.5公斤，高低转动范围为+20度至-110度，水平360度连续无限转动，稳定精度优于0.01度角，对人员的探测距离大于3公里，整体外形密封。

2、本发明水平回转轴系以及高低回转轴系均采用直流力矩电机作为驱动元件，避免了电机传动中的空回存在，内置高精度双轴陀螺，进一步提高稳定精度。

3、本发明最大化地扩展球形腔体的内部空间尺寸，以便允许更大尺寸传感器的安装。

4、本发明内置电源、图像采集、图像输出、伺服驱动、测角解算、跟踪处理、综合控制等功能模块，具有独立自主稳定、跟踪等功能，无需外部附加电气模块。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明水平轴系的结构示意图；

图3是本发明高低电机轴系的结构示意图；

图4是本发明高低测角轴系的结构示意图；

图5是本发明电气系统原理图。

各附图标记为：1—水平回转轴系，1.1—壳体，1.2—法兰盘，1.3—第一轴承，1.4—第一力矩电机，1.5—第一测角编码器，1.6—导电滑环，1.7—电子线路板组，1.8—上盖板，2—高低回转轴系，2.1—U形框架，2.2—电机轴系，2.3—测角轴系，2.4—侧盖，2.5—电机座，2.6—读数头座，2.7—第二力矩电机，2.8—第二轴承，2.9—第三轴承，2.10—环轴，2.11—第二测角编码器环体，2.12—第二测角编码器读数头，3—球形腔体，3.1—中壳体。

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至图4所示，本发明公开了一种轻小型光电吊舱，包括水平回转轴系1和设置在水平回转轴系1下方的高低回转轴系2，所述的水平回转轴系1包括两端开口的壳体1.1以及安装在壳体1.1内的第一力矩电机1.4、第一测角编码器1.5和电子线路板组1.7，所述的第一力矩电机1.4与第一轴承1.3采用嵌套式布局安装，所述的第一力矩电机1.4的转轴内壁沿轴线套设有与其配合使用的第一轴承1.3，所述的第一轴承1.3的上端面紧固连接有第一压圈，所述的第一力矩电机1.4的转轴的下端面上安装有与壳体1.1的内壁相配合的法兰盘1.2，所述的法兰盘1.2的中心设置有一空心圆柱，所述的空心圆柱内套设有可以传输高清视频信号的导电滑环1.6，所述的空心圆柱上端面上设置有一台阶平面，所述的第一测角编码器1.5包括第一测角编码器环体和第一测角编码器读数头，所述的第一测角编码器环体安装在空心圆柱的台阶平面上，所述的壳体1.1的内壁上设置有一带凸起安装面的圆柱，所述的第一测角编码器读数头固定安装在安装面上，该第一测角编码器读数头与第一测角编码器环体配合完成水平回转轴系测角信息读取；所述的壳体1.1的上端面上设置有上盖板1.8，所述的上盖板1.8的下端面安装有电源模块，所述的上盖板1.8上设置有对外接插件。所述的壳体1.1内壁上部还设置有四个凸台及螺纹孔，所述的电子线路板组1.7固定安装在凸台上，所述的电子线路板组1.7包括伺服驱动模块、伺服控制模块、图像采集模块、图像处理模块、陀螺数据处理模块、跟踪控制模块、测偏处理模块、轴系测角模块、综合控制模块和对内对外接口模块等。所述的第一轴承1.3采用两个型号相同的轴承，所述的轴承之间设置有隔圈，所述的壳体1.1与法兰盘1.2之间通过第一密封圈实现回转动密封，所述的壳体1.1与上盖板1.8之间通过密封绳实现端面静密封。

所述的高低回转轴系2包括安装在法兰盘1.2下端面上的U形框架2.1、安装在U形框架2.1两侧的侧盖2.4以及分别设置在U形框架2.1与侧盖2.4形成的腔体内的电机轴系2.2和测角轴系2.3，所述的U形框架2.1与侧盖2.4之间通过密封绳实现端面静密封。

所述的电机轴系2.2和测角轴系2.3也采用嵌套式布局安装。

所述的高低回转轴系2的中间设置有密封的球形腔体3，所述的球形腔体3包括中壳体3.1、安装在中壳体3.1前、后端面上的前盖端面和后盖端面以及设置在中壳体3.1内的传感器组，所述的中壳体3.1与前、后盖端面之间通过密封绳实现端面静密封。

所述的电机轴系2.2包括安装在U形框架2.1上的双环空心圆柱形电机座2.5、采用螺钉安装在电机座2.5端面上与电机座2.5同轴的第二力矩电机2.7和安装在第二力矩电机2.7的转轴内壁与电机座2.5内环外壁之间的第二轴承2.8，所述的U形框架2.1和中壳体3.1的相应位置上分别设置有第一通孔和第二通孔，所述的第二力矩电机2.7的转轴穿过第一通孔与中壳体3.1固定连接，所述的第二轴承2.8与中壳体3.1之间紧固连接有第二压圈，所述的第一通孔上设置有第一安装槽，所述的第一安装槽内设置有与第二力矩电机2.7的转轴外壁配合使用的O形第二密封圈，所述的第二力矩电机2.7与 U形框架2.1通过第二密封圈实现动密封。

所述的测角轴系2.3包括安装在U形框架2.1上的双环空心圆柱形读数头座2.6、套设在读数头座2.6内环外壁上并与读数头座2.6同轴的环轴2.10和设置在读数头座2.6内环外壁与环轴2.10内壁之间的第三轴承2.9，所述的U形框架2.1和中壳体3.1的相应位置上分别设置有第三通孔和第四通孔，所述的环轴2.10穿过第三通孔与中壳体3.1固定连接，所述的第三轴承2.9与中壳体3.1之间紧固连接有第三压圈，所述的第三通孔上设置有第三安装槽，所述的第三安装槽内设置有与环轴2.10的外表面配合使用的O形第三密封圈，所述的环轴2.10与U形框架2.1通过第三密封圈实现动密封，所述的环轴2.10远离中壳体3.1的一端端面上安装有第二测角编码器环体2.11，所述的读数头座2.6远离中壳体3.1的一端端面上设置有第二测角编码器读数头2.12。

所述的传感器组包括固定安装在中壳体3.1上的传感器支架和分别固定安装在传感器支架上、下端面上的光电传感器和陀螺传感器，所述的前盖端面上设置有与传感器组相匹配的光学保护窗口，所述的光电传感器采用可见光传感器、红外传感器和激光指示器（或激光测距器）中的任一种或几种的组合；所述的可见光传感器包括标清可见光传感器和高清可见光传感器。

所述的光电传感器以及陀螺传感器的电信号导线从测角轴系2.3的中心轴孔穿出，与第二测角编码器读数头2.12的电信号导线一起穿过U形框架2.1上部右侧过线孔，再与导电滑环1.6定子导线连接；所述的电机轴系2.2的第二力矩电机2.7的电信号导线穿过U形框架2.1上部左侧过线孔，与导电滑环1.6定子导线连接；所述的水平回转轴系1的各电信号导线分别与导电滑环1.6转子导线以及上盖板1.8上的对外接插件连接。

如图5所示，本发明的工作过程是：外界景物目标经过大气传输进入本装置光电传感器变换为视频图像信号，经图像采集模块处理后，再由图像处理模块对视频图像进行目标识别、提取、位置测偏，将测偏信息输入综合控制模块，由综合控制模块结合外部指令通过伺服控制模块向轴系发送驱动参数，由伺服驱动模块控制力矩电机转动，轴系测角模块及时测量电机转动状态，陀螺传感器及时感应光电传感器光轴姿态，反馈信息发送给综合控制模块，由综合控制模块向伺服控制模块发送指令驱动轴系电机保持轴系姿态稳定；图像采集模块和图像处理模块还输出一路图像至装置外供显示观察。本发明只需要外部提供24V直流电源以及工作方式（手动、自动、跟踪、扫描、开机、关机等）状态指令，即可自主工作，实现稳定、跟踪等功能，同时装置还输出实时视频图像、装置工作状态、传感器光轴指向等参数信息。

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 (6)

1.一种轻小型光电吊舱，其特征在于：包括水平回转轴系（1）和安装在水平回转轴系（1）下方的高低回转轴系（2），所述的水平回转轴系（1）包括壳体（1.1）以及设置在壳体（1.1）内的第一力矩电机（1.4）、第一测角编码器（1.5）和电子线路板组（1.7），所述的第一力矩电机（1.4）的转轴上安装有第一轴承（1.3）和法兰盘（1.2），所述的第一力矩电机（1.4）与第一轴承（1.3）采用嵌套式布局安装，第一轴承（1.3）采用型号相同的两个轴承，所述的轴承之间设置有隔圈，所述的壳体（1.1）与法兰盘（1.2）之间设置有第一密封圈，所述的壳体（1.1）上设置有上盖板（1.8），所述的上盖板（1.8）上安装有电源模块，所述的高低回转轴系（2）包括安装在法兰盘（1.2）下端面上的U形框架（2.1）和安装在U形框架（2.1）两侧的侧盖（2.4），U形框架（2.1）与侧盖（2.4）形成的腔体内设置有电机轴系（2.2）和测角轴系（2.3），所述的电机轴系（2.2）和测角轴系（2.3）采用嵌套式布局安装；所述的电机轴系（2.2）包括安装在U形框架（2.1）上的双环空心圆柱形电机座（2.5）、安装在电机座（2.5）上与电机座（2.5）同轴的第二力矩电机（2.7）和安装在第二力矩电机（2.7）的转轴内壁与电机座（2.5）内环外壁之间的第二轴承（2.8），所述的U形框架（2.1）和中壳体（3.1）的相应位置上分别设置有第一通孔和第二通孔，所述的第二力矩电机（2.7）的转轴穿过第一通孔与中壳体（3.1）固定连接，所述的第二轴承（2.8）与中壳体（3.1）之间紧固连接有第二压圈，所述的第一通孔上设置有第一安装槽，所述的第一安装槽内设置有与第二力矩电机（2.7）的转轴外壁配合使用的第二密封圈；所述的测角轴系（2.3）包括安装在U形框架（2.1）上的双环空心圆柱形读数头座（2.6）、套设在读数头座（2.6）内环外壁上并与读数头座（2.6）同轴的环轴（2.10）和安装在读数头座（2.6）内环外壁与环轴（2.10）内壁之间的第三轴承（2.9），所述的U形框架（2.1）和中壳体（3.1）的相应位置上分别设置有第三通孔和第四通孔，所述的环轴（2.10）穿过第三通孔与中壳体（3.1）固定连接，所述的第三轴承（2.9）与中壳体（3.1）之间紧固连接有第三压圈，所述的第三通孔上设置有第三安装槽，所述的第三安装槽内设置有与环轴（2.10）的外表面配合使用的第三密封圈，所述的环轴（2.10）远离中壳体（3.1）的一端端面上安装有第二测角编码器环体（2.11），所述的读数头座（2.6）远离中壳体（3.1）的一端端面上设置有第二测角编码器读数头（2.12）；所述的高低回转轴系（2）上设置有密封的球形腔体（3），所述的球形腔体（3）内设置有传感器组，所述的传感器组包括固定安装在中壳体（3.1）上的传感器支架和分别固定安装在传感器支架上、下端面上的光电传感器和陀螺传感器，所述的前盖端面上设置有与传感器组相匹配的光学保护窗口，所述的光电传感器采用可见光传感器、红外传感器和激光指示器中的任一种或几种的组合。

2.根据权利要求1所述的一种轻小型光电吊舱，其特征在于，所述的壳体（1.1）上设置有一带凸起安装面的圆柱，所述的读数头固定安装在安装面上，所述的壳体（1.1）内壁上部还设置有四个凸台，所述的电子线路板组（1.7）固定安装在凸台上。

3.根据权利要求1所述的一种轻小型光电吊舱，其特征在于，所述的可见光传感器包括标清可见光传感器和高清可见光传感器。

4.根据权利要求1所述的一种轻小型光电吊舱，其特征在于，所述的电子线路板组（1.7）包括伺服驱动模块、伺服控制模块、图像采集模块、图像处理模块、陀螺数据处理模块、跟踪控制模块、测偏处理模块、轴系测角模块、综合控制模块和对内对外接口模块。

5.根据权利要求1所述的一种轻小型光电吊舱，其特征在于，所述的第一测角编码器（1.5）包括第一测角编码器环体和第一测角编码器读数头，所述的第一测角编码器环体固定安装在空心圆柱的上端面上，所述的第一测角编码器读数头固定安装在壳体（1.1）上。

6.根据权利要求1所述的一种轻小型光电吊舱，其特征在于，所述的壳体（1.1）的上端面与上盖板（1.8）之间、U形框架（2.1）与侧盖（2.4）之间以及中壳体（3.1）与前、后盖端面之间均设置有密封绳。