CN108248885B - 一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法 - Google Patents

一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法，首先将用于无人机高空航拍的自稳平台安装在现有无人机上，然后在上平台安装高空航拍设备，当无人机高空航拍视角没有达到合适视角需要调整高空航拍设备相对于无人机的高度时，六个传动支链上的六个传动电机同时开始工作，六个传动电机分别带动六个驱动轴转动，六个驱动轴带动六个驱动齿轮转动，六个驱动齿轮带动传动齿轮运动，传动齿轮带动传动轴转动，传动轴带动传动丝杠转动，传动丝杠带动传动滑块运动，由于传动滑块的正六边形结构使得焊接在传动滑块上的六根移动柱在传动丝杠的带动下能在六个直线滑轨上作稳定的升降运动，每根移动柱分别带动与之相连的一个并联支链作升降运动，六个并联支链同步带动上平台上的高空航拍设备作升降运动。

Description

一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法
本发明是申请日为2016年05月22日提交的申请号为2016103434622，发明名称为一种用于无人机高空航拍的自稳平台的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体的说是一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法。
背景技术
云台是监控系统中用于安装和固定摄像设备的支撑设备，并非直接进行图像接收，而是由云台来控制摄像机或其它设备的转动方向。而无人机航拍云台属于云台中的一类，其主要应用于用于建设规划、工程勘察、灾情勘察，抢险救灾、交通状况监视和高空巡航等实用性航拍方面。
在实际应用过程中，由于无人机在飞行过程中自身姿态的不断改变和外界天气因素的影响，给整个无人机机身带来了一定的抖动，从而严重影响了航拍的质量；因此，用来搭载摄像机和照相机的航拍云台自身的稳定性直接决定了拍摄质量的好坏。目前对于航拍云台的增稳措施一般是通过电子设备检测系统来实现，但是电子检测系统均存有一定的滞后性，不能根据无人机在飞行过程中姿态的改变来及时的调整航拍云台的姿态进行补偿，且现有的航拍云台由于升降过程中存在抖动问题导致不能实现刚性升降调节高度，从一定程度降低了高空航拍的视角，降低了工作效率。因此，急需一种自身机械结构稳定性能好、不存在滞后性能和刚性升降性能好的无人机航拍云台。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法，可以解决现有无人机在航拍过程中由于自身机械结构稳定性能差、电子检测系统调整存在滞后性、外界天气因素产生抖动导致航拍效果差、不能刚性升降调节导致航拍视角小和工作效率低的难题，本发明利用6-SPS并联机构动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点来实现无人机的稳定升降航拍功能，具有结构简单、自身机械结构稳定性能好、升降航拍性能好和工作效率高等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：首先将用于无人机高空航拍的自稳平台安装在现有无人机上，然后在上平台安装高空航拍设备，当无人机高空航拍视角没有达到合适视角需要调整高空航拍设备相对于无人机的高度时，六个传动支链上的六个传动电机同时开始工作，六个传动电机分别带动六个驱动轴转动，六个驱动轴带动六个驱动齿轮转动，六个驱动齿轮带动传动齿轮运动，传动齿轮带动传动轴转动，传动轴带动传动丝杠转动，传动丝杠带动传动滑块运动，由于传动滑块的正六边形结构使得焊接在传动滑块上的六根移动柱在传动丝杠的带动下能在六个直线滑轨上作稳定的升降运动，每根移动柱分别带动与之相连的一个并联支链作升降运动，六个并联支链同步带动上平台上的高空航拍设备作升降运动。
作为本发明的一种优选技术方案，用于无人机高空航拍的自稳平台,包括固定机架，所述固定机架包括下平台，所述下平台的上端面中部通过轴承安装有传动轴，传动轴的中部通过键安装有传动齿轮，传动齿轮沿轴向方向分别与六个传动支链相啮合，通过六个传动支链从六个角度同时带动传动齿轮转动的方式增加了传动扭转力，提高了传动的平稳性，传动支链包括底端通过电机座安装在下平台上的传动电机，传动电机的输出端通过联轴器与驱动轴相连，驱动轴的中部通过键安装有驱动齿轮，驱动齿轮与传动齿轮相啮合，且六个传动支链上的六个驱动轴上端通过轴承均与支撑台相连，传动电机带动驱动轴转动，驱动轴带动驱动齿轮转动，从而组成了由六个驱动齿轮带动传动齿轮转动的行星齿轮传动机构，提高了传动的平稳性；所述支撑台的中部通过轴承与传动轴相连，支撑台的下端面沿轴线方向均匀焊接有六根支撑柱，六根支撑柱的下端面均安装在下平台上，六根支撑柱起到均匀固定支撑台的功能，从而使得传动轴在行星齿轮传动机构的带动下可以稳定的在支撑台上转动；所述传动轴的上端通过联轴器与传动丝杠相连，传动丝杠的中部通过螺纹连接方式安装有传动滑块，传动滑块为正六边形结构，传动滑块的六个端面分别焊接有六根移动柱，六根移动柱的末端分别安装在六个直线滑轨上，通过传动滑块的正六边形结构使得焊接在传动滑块上的六根移动柱在传动丝杠的带动下能在六个直线滑轨上作稳定的升降运动，六个直线滑轨通过螺钉分别安装在六块支撑板上，六块支撑板的下端分别焊接在下平台上，六块支撑板起到固定支撑六个直线滑轨的作用，增加了移动柱在对应直线滑轨的稳定性；所述六块支撑板的上端内壁上分别焊接有一根限位支柱，每根限位支柱的中部分别开设有一个方型限位口，六根限位支柱的末端分别焊接在固定台上，固定台的中部通过轴承与传动丝杠的上端相连；所述六根移动柱的上端面分别安装有一个并联支链，六个并联支链的上端均匀安装在上平台上，且每个并联支链的中部均穿设在对应限位支柱的方型限位口中，限位支柱的方型限位口起到限定并联支链运动范围的作用，上平台用于安装高空航拍设备，每根移动柱分别带动与之相连的一个并联支链作升降运动，六个并联支链同步带动上平台上的高空航拍设备作升降运动，从而实现了本发明升降航拍的功能，能调节到最适合的高空航拍视角，提高了航拍效果；所述并联支链包括下端焊接在移动柱上的空心下螺纹轴，空心下螺纹轴上通过螺纹连接方式安装有一号球铰，一号球铰的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒，一号套筒的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸，液压缸的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒，二号套筒的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰，二号球铰的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴，空心上螺纹轴焊接在上平台的下端面上，本发明通过一号球铰工作时形成的球面副S、液压缸伸缩时形成的移动副P和二号球铰工作时形成的球面副S组成了SPS并联支链，而本发明中的固定机架作为定平台、六个SPS并联支链、上平台作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台上的高空航拍设备在航拍过程中能够始终保持平稳状态，消除了机身姿态调整和外界天气因素带来的抖动现象，自身机械结构稳定性能好，且本发明的6-SPS并联机构能够随着外力的影响立马做出相应的航拍姿势调整，不存在任何滞后性，提高了航拍效果。
作为本发明的一种优选技术方案，所述六个传动支链与六根支撑柱之间采用相互交错方式安装在下平台上，既增加了传动的平稳性能，也增加了支撑柱对支撑台的均匀支撑性能。
作为本发明的一种优选技术方案，所述下平台的中心轴线与上平台的中心轴线相重合，借助6-SPS并联机构的刚度高和稳定性能好等优点可以始终使下平台与上平台保持平行，从而使得在无人机飞行过程中高空航拍设备可以始终保持平稳，稳定性能好。
实现了本发明升降航拍的功能，能将本发明调节到最适合的高空航拍视角，提高了航拍效果，且由于本发明中的固定机架作为定平台、六个SPS并联支链、上平台作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台上的高空航拍设备在航拍过程中能够始终保持平稳状态，消除了机身姿态调整和外界天气因素带来的抖动现象，自身机械结构稳定性能好，且本发明的6-SPS并联机构能够随着外力的影响立马做出相应的航拍姿势调整，不存在任何滞后性，提高了航拍效果，最终实现了本发明稳定升降航拍的功能。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过六个驱动齿轮同时带动传动齿轮转动的行星齿轮传动机构，从而带动六个并联支链在六根移动柱上稳定的上下移动，从而实现了本发明升降航拍的功能，能将本发明调节到最适合的高空航拍视角，提高了航拍效果；
2、本发明中的固定机架作为定平台、六个SPS并联支链、上平台作为动平台组成了6-SPS并联机构，借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台上的高空航拍设备在航拍过程中能够始终保持平稳状态，消除了机身姿态调整和外界天气因素带来的抖动现象，自身机械结构稳定性能好，且6-SPS并联机构能够随着外力的影响立马做出相应的航拍姿势调整，不存在任何滞后性，提高了航拍效果；
3、本发明解决了现有无人机在航拍过程中由于自身机械结构稳定性能差、电子检测系统调整存在滞后性、外界天气因素产生抖动导致航拍效果差、不能刚性升降调节导致航拍视角小和工作效率低的难题，利用6-SPS并联机构动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点来实现无人机的稳定升降航拍功能，且具有结构简单、自身机械结构稳定性能好、升降航拍性能好和工作效率高等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是用于无人机高空航拍的自稳平台的结构示意图；
图2是用于无人机高空航拍的自稳平台的全剖视图；
图3是本发明图2的A-A向剖视图；
图4是本发明图2的B-B向剖视图。
具体实施例
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，首先将用于无人机高空航拍的自稳平台安装在现有无人机上，然后在上平台3安装高空航拍设备，当无人机高空航拍视角没有达到合适视角需要调整高空航拍设备相对于无人机的高度时，六个传动支链14上的六个传动电机141同时开始工作，六个传动电机141分别带动六个驱动轴142转动，六个驱动轴142带动六个驱动齿轮143转动，六个驱动齿轮143带动传动齿轮13运动，传动齿轮13带动传动轴12转动，传动轴12带动传动丝杠17转动，传动丝杠17带动传动滑块18运动，由于传动滑块18的正六边形结构使得焊接在传动滑块18上的六根移动柱19在传动丝杠17的带动下能在六个直线滑轨110上作稳定的升降运动，六根移动柱19分别带动六个并联支链2作升降运动，六个并联支链2同步带动上平台3上的高空航拍设备作升降运动。
用于无人机高空航拍的自稳平台,包括固定机架1，所述固定机架1包括下平台11，所述下平台11的上端面中部通过轴承安装有传动轴12，传动轴12的中部通过键安装有传动齿轮13，传动齿轮13沿轴向方向分别与六个传动支链14相啮合，通过六个传动支链14从六个角度同时带动传动齿轮13转动的方式增加了传动扭转力，提高了传动的平稳性，传动支链14包括底端通过电机座安装在下平台11上的传动电机141，传动电机141的输出端通过联轴器与驱动轴142相连，驱动轴142的中部通过键安装有驱动齿轮143，驱动齿轮143与传动齿轮13相啮合，且六个传动支链14上的六个驱动轴142上端通过轴承均与支撑台15相连，传动电机41带动驱动轴142转动，驱动轴142带动驱动齿轮143转动，从而组成了由六个驱动齿轮143带动传动齿轮13转动的行星齿轮传动机构，提高了传动的平稳性；所述支撑台15的中部通过轴承与传动轴12相连，支撑台15的下端面沿轴线方向均匀焊接有六根支撑柱16，六根支撑柱16的下端面均安装在下平台11上，六根支撑柱16起到均匀固定支撑台15的功能，从而使得传动轴12在行星齿轮传动机构的带动下可以稳定的在支撑台15上转动；所述传动轴12的上端通过联轴器与传动丝杠17相连，传动丝杠17的中部通过螺纹连接方式安装有传动滑块18，传动滑块18为正六边形结构，传动滑块18的六个端面分别焊接有六根移动柱19，六根移动柱19的末端分别安装在六个直线滑轨110上，通过传动滑块18的正六边形结构使得焊接在传动滑块18上的六根移动柱19在传动丝杠17的带动下能在六个直线滑轨110上作稳定的升降运动，六个直线滑轨110通过螺钉分别安装在六块支撑板111上，六块支撑板111的下端分别焊接在下平台11上，六块支撑板111起到固定支撑六个直线滑轨110的作用，增加了移动柱19在对应直线滑轨110的稳定性；所述六块支撑板111的上端内壁上分别焊接有一根限位支柱112，每根限位支柱112的中部分别开设有一个方型限位口，六根限位支柱112的末端分别焊接在固定台113上，固定台113的中部通过轴承与传动丝杠17的上端相连；所述六根移动柱19的上端面分别安装有一个并联支链2，六个并联支链2的上端均匀安装在上平台3上，且每个并联支链2的中部均穿设在对应限位支柱112的方型限位口中，限位支柱112的方型限位口起到限定并联支链2运动范围的作用，上平台3用于安装高空航拍设备，每根移动柱19分别带动与之相连的一个并联支链2作升降运动，六个并联支链2同步带动上平台3上的高空航拍设备作升降运动，从而实现了本发明升降航拍的功能，能调节到最适合的高空航拍视角，提高了航拍效果；所述并联支链2包括下端焊接在移动柱19上的空心下螺纹轴21，空心下螺纹轴21上通过螺纹连接方式安装有一号球铰22，一号球铰22的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒23，一号套筒23的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸24，液压缸24的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒25，二号套筒25的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰26，二号球铰26的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴27，空心上螺纹轴27焊接在上平台3的下端面上，本发明通过一号球铰22工作时形成的球面副S、液压缸24伸缩时形成的移动副P和二号球铰26工作时形成的球面副S组成了SPS并联支链2，而本发明中的固定机架1作为定平台、六个SPS并联支链2、上平台3作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台3上的高空航拍设备在航拍过程中能够始终保持平稳状态，消除了机身姿态调整和外界天气因素带来的抖动现象，自身机械结构稳定性能好，且本发明的6-SPS并联机构能够随着外力的影响立马做出相应的航拍姿势调整，不存在任何滞后性，提高了航拍效果。
所述六个传动支链14与六根支撑柱16之间采用相互交错方式安装在下平台11上，既增加了传动的平稳性能，也增加了支撑柱16对支撑台15的均匀支撑性能。
所述下平台11的中心轴线与上平台3的中心轴线相重合，借助6-SPS并联机构的刚度高和稳定性能好等优点可以始终使下平台11与上平台3保持平行，从而使得在无人机飞行过程中高空航拍设备可以始终保持平稳，稳定性能好。
实现了本发明升降航拍的功能，能将本发明调节到最适合的高空航拍视角，提高了航拍效果，且由于本发明中的固定机架1作为定平台、六个SPS并联支链2、上平台3作为动平台组成了6-SPS并联机构，6-SPS并联机构具有动态响应好、刚度高、承载能力大、稳定性好和运动精度高等优点，本发明借助6-SPS并联机构的优良性能使得安装在上平台3上的高空航拍设备在航拍过程中能够始终保持平稳状态，消除了机身姿态调整和外界天气因素带来的抖动现象，自身机械结构稳定性能好，且本发明的6-SPS并联机构能够随着外力的影响立马做出相应的航拍姿势调整，不存在任何滞后性，提高了航拍效果，最终实现了本发明稳定升降航拍的功能，解决了现有无人机在航拍过程中由于自身机械结构稳定性能差、电子检测系统调整存在滞后性、外界天气因素产生抖动导致航拍效果差、不能刚性升降调节导致航拍视角小和工作效率低的难题，达到了目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种提高无人机在航拍过程中结构稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将用于无人机高空航拍的自稳平台安装在现有无人机上；然后在上平台(3)安装高空航拍设备，当无人机高空航拍视角没有达到合适视角需要调整高空航拍设备相对于无人机的高度时，六个传动支链(14)上的六个传动电机(141)同时开始工作，六个传动电机(141)分别带动六个驱动轴(142)转动，六个驱动轴(142)带动六个驱动齿轮(143)转动，六个驱动齿轮(143)带动传动齿轮(13)运动，传动齿轮(13)带动传动轴(12)转动，传动轴(12)带动传动丝杠(17)转动，传动丝杠(17)带动传动滑块(18)运动，由于传动滑块(18)的正六边形结构使得焊接在传动滑块(18)上的六根移动柱(19)在传动丝杠(17)的带动下能在六个直线滑轨(110)上作稳定的升降运动，每根移动柱(19)分别带动与之相连的一个并联支链(2)作升降运动，六个并联支链(2)同步带动上平台(3)上的高空航拍设备作升降运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述用于无人机高空航拍的自稳平台包括固定机架(1)，所述固定机架(1)包括下平台(11)，所述下平台(11)的上端面中部通过轴承安装有传动轴(12)，传动轴(12)的中部通过键安装有传动齿轮(13)，传动齿轮(13)沿轴向方向分别与六个传动支链(14)相啮合，传动支链(14)包括底端通过电机座安装在下平台(11)上的传动电机(141)，传动电机(141)的输出端通过联轴器与驱动轴(142)相连，驱动轴(142)的中部通过键安装有驱动齿轮(143)，驱动齿轮(143)与传动齿轮(13)相啮合，且六个传动支链(14)上的六个驱动轴(142)上端通过轴承均与支撑台(15)相连；所述支撑台(15)的中部通过轴承与传动轴(12)相连，支撑台(15)的下端面沿轴线方向均匀焊接有六根支撑柱(16)，六根支撑柱(16)的下端面均安装在下平台(11)上；所述传动轴(12)的上端通过联轴器与传动丝杠(17)相连，传动丝杠(17)的中部通过螺纹连接方式安装有传动滑块(18)，传动滑块(18)为正六边形结构，传动滑块(18)的六个端面分别焊接有六根移动柱(19)，六根移动柱(19)的末端分别安装在六个直线滑轨(110)上，六个直线滑轨(110)通过螺钉分别安装在六块支撑板(111)上，六块支撑板(111)的下端分别焊接在下平台(11)上；所述六块支撑板(111)的上端内壁上分别焊接有一根限位支柱(112)，每根限位支柱(112)的中部分别开设有一个方型限位口，六根限位支柱(112)的末端分别焊接在固定台(113)上，固定台(113)的中部通过轴承与传动丝杠(17)的上端相连；所述六根移动柱(19)的上端面分别安装有一个并联支链(2)，六个并联支链(2)的上端均匀安装在上平台(3)上，且每个并联支链(2)的中部均穿设在对应限位支柱(112)的方型限位口中；
所述并联支链(2)包括下端焊接在移动柱(19)上的空心下螺纹轴(21)，空心下螺纹轴(21)上通过螺纹连接方式安装有一号球铰(22)，一号球铰(22)的上端通过螺纹连接方式安装有一号套筒(23)，一号套筒(23)的上端通过螺纹连接方式安装有液压缸(24)，液压缸(24)的上端通过螺纹连接方式安装有二号套筒(25)，二号套筒(25)的上端通过螺纹连接方式安装有二号球铰(26)，二号球铰(26)的上端通过螺纹连接方式安装有空心上螺纹轴(27)，空心上螺纹轴(27)焊接在上平台(3)的下端面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述六个传动支链(14)与六根支撑柱(16)之间采用相互交错方式安装在下平台(11)上；所述下平台(11)的中心轴线与上平台(3)的中心轴线相重合。
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