CN108341056B - 一种农情监测无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农情监测无人机，包括机身主体和安装在机身主体周围的机臂，机身主体的顶部设有用于安装电池的电池架，底部通过快换装置安装有双轴舵机云台，双轴舵机云台可以根据农业无人机遥感技术要求，同时搭载红外相机和多光谱相机，并且可以灵活调整俯仰轴和横滚轴的位置，使内框架的重心与俯仰轴的轴线重合以及外框架的重心与横滚轴的轴线重合，旋转外框和旋转内框分别通过相互垂直的横滚轴和俯仰轴实现在横向和纵向的旋转调整，角度传感器检测到相机的角度发生了偏移后将信号传递给控制器，以控制驱动机构作为动力来进行调整，使相机角度保持平稳状态，达到农业遥感作业中两种相机的光轴与旋转轴位于同一轴线的要求。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械自动化技术领域，具体地说，涉及一种农情监测无人机。
背景技术
近几年来，无人机作为一种农业机械开始越来越广泛地应用到农业生产中，而农业无人机在国内精准农业方面应用包括了许多方面，主要有土壤湿度监测、农药喷洒、农业预警和作物遥感信息的提取，其中无人机农情监测将会是未来农业无人机最重要的应用方向之一。
无人机云台是安装在无人机上用来挂载相机的机械构件，与云台的“稳定”道理一样，一般无人机云台都能满足相机的三个活动自由度：绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，同样会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动。但由于现有云台通用性差和相机工作环境要求等原因，严重限制了其在农业应用的推广。
公布号为CN106005461A的中国专利文献公开了一种模块化舵机驱动两轴多拼相机航拍云台，其云台模块具有偏航和滚转两个旋转轴，来修正无人机发生偏航和滚转带来的偏差，但该设计没有考虑到相机实际使用过程中，要保持搭载的两种相机的光轴与旋转轴位于同一轴线上，导致偏航轴和滚转轴无法灵活调整。
发明内容
本发明的目的为提供一种农情监测无人机，该无人机的云台可以根据农业无人机遥感技术要求，同时搭载红外相机和多光谱相机，并且可以灵活调整俯仰轴和横滚轴的位置，以达到农业遥感作业中两种相机的光轴与旋转轴位于同一轴线的要求。
为了实现上述目的，本发明提供的农情监测无人机包括机身主体和安装在机身主体周围的机臂，机身主体的顶部设有用于安装电池的电池架，底部通过快换装置安装有双轴舵机云台，双轴舵机云台包括：
连接板，与快换装置相连，其上安装有控制器和云台电池；
减震板，与连接板之间通过减震装置相连；
悬臂，包括相对固定在减震板下方两侧的第一悬臂和第二悬臂；
旋转外框，通过横滚轴活动安装在第一悬臂和第二悬臂之间；
旋转内框，通过俯仰轴活动安装在旋转外框内，旋转内框内安装有多光谱相机和红外相机，俯仰轴与横滚轴的轴线相互垂直；
驱动机构，包括驱动旋转外框绕横滚轴旋转的第一驱动机构和驱动旋转内框绕俯仰轴旋转的第二驱动机构；
角度传感器，检测无人机飞行过程中的角度信息，并将该信息传送给控制器，控制驱动机构运行。
上述技术方案中，旋转外框和旋转内框分别通过相互垂直的横转轴和俯仰轴实现在横向和纵向的旋转调整，角度传感器检测到相机的角度发生了偏移后将信号传递给控制器，以控制驱动机构作为动力来进行调整，使相机角度保持平稳状态，达到农业遥感作业中两种相机的光轴与旋转轴位于同一轴线的要求。
具体的方案为横滚轴和俯仰轴均包括同轴设置的两根，横滚轴的一端固定在旋转外框上，另一端通过第一轴承安装在悬臂上，俯仰轴的一端固定在旋转内框上，另一端通过第二轴承安装在旋转外框上。
另一个具体的方案为旋转外框包括第一横梁和第二横梁，两个相对设置的第一横梁上设有用于固定所述横滚轴的第一安装槽，两个相对设置的第二横梁上设有用于安装第二轴承的安装孔；旋转内框包括相对设置的两根第三横梁、用于固定多光谱相机的第四横梁和用于固定红外相机的第五横梁，第四横梁和第五横梁安装在两根第三横梁之间。
更具体的方案为第三横梁上设有俯仰轴安装孔，第四横梁上设有用于固定多光谱相机且横向设置的第三安装槽，第五横梁上设有用于固定红外相机且竖向设置的第四安装槽。
另一个更具体的方案为第一横梁与第二横梁通过螺钉固定；第三横梁上设有用于安装第四横梁和第五横梁的第二安装槽，第四横梁和第五横梁的端部设有螺纹孔，螺钉穿过第二安装槽并拧入螺纹孔内。
另一个具体的方案为第一驱动机构包括固定在第一悬臂或第二悬臂上的第一舵机、安装于第一舵机的输出端的第一摆臂以及平行安装于第一摆臂两侧的两个第一连杆，两个第一连杆的两端分别与第一摆臂和旋转外框旋转连接；第二驱动机构包括固定在旋转外框上的第二舵机、安装于第二舵机的输出端的第二摆臂以及安装于第二摆臂上的两根第二连杆，两个第二连杆的两端分别与第二摆臂和旋转内框旋转连接。
另一个具体的方案为快换装置包括固定在机身主体的底部的悬块和固定在连接块的顶部的楔块，悬块上设有与楔块配合的滑槽，悬块的侧面设有紧固螺钉。
另一个具体的方案为减震装置包括固定在连接板的四角处的圆盘形悬板以及两端分别与圆盘形悬板和减震板固定的减震球。
再一个具体的方案为横滚轴和俯仰轴的端部安装有旋转阻尼器。
优选的方案为横滚轴和俯仰轴与旋转阻尼器连接的端部设有沿轴向的安装孔，安装孔具有防转平面，旋转阻尼器设有与安装孔配合的插轴，该插轴具有与防转平面对应的平面。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的农情监测无人机的云台可以根据农业无人机遥感技术要求，同时搭载红外相机和多光谱相机，并且可以灵活调整俯仰轴和横滚轴的位置，达到内框架的重心与俯仰轴的轴线重合，外框架的重心与横滚轴的轴线重合的要求，同样达到农业遥感作业中两种相机的光轴与旋转轴位于同一轴线的要求。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构轴测图；
图2为本发明实施例的整体结构主视图；
图3为本发明实施例的旋转外框及旋转内框与驱动机构的爆炸图；
图4为本发明实施例的旋转外框示意图；
图5为本发明实施例的旋转内框示意图；
图6为本发明实施例的旋转内框与相机的安装示意图；
图7为本发明实施例的第一固定块的结构示意图；
图8为本发明实施例的快换装置的结构示意图。
其中，01、机身主体；011、连接件；1、云台；2、电池架；3、快换装置；31、悬块；32、楔块；33、滑槽；34、通孔；35、凹孔；4、连接板；41、控制器；42、云台电池；5、减震板；51、第一悬臂；52、第二悬臂；6、旋转外框；61、第一横梁；611、第一安装槽；612、第一固定块；613、第二固定块；614、卡台；62、第二横梁；621、轴承安装孔；7、旋转内框；71、第三横梁；711、俯仰轴安装孔；712、第二安装槽；72、第四横梁；721、第三安装槽；722、固定板；73、第五横梁；731、第四安装槽；74、安装板；8、减震装置；81、圆盘形悬板；82、减震球；9、支架；10、横滚轴；11、俯仰轴；12、多光谱相机；13、第一驱动机构；14、第二驱动机构；15、第一轴承；16、旋转阻尼器；17、第二轴承；18、红外相机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1至图8，本实施例的农情监测无人机包括机身主体01和机臂，机身主体01的周围设有用于安装机臂的连接件011，机身主体01的顶部设有用于安装电池的电池架2，底部通过快换装置3安装有双轴舵机云台1。双轴舵机云台1包括从上至下布置的连接板4、减震板5、悬臂、旋转外框6和旋转内框7。
连接板4与快换装置3相连，连接板4的底部安装有控制器41和云台电池42，云台电池42为整个双轴舵机云台1的工作提供电能。本实施例的快换装置3包括固定在机身主体01的底部的悬块31和固定在连接块4的顶部的楔块32，悬块31上设有与楔块32配合的滑槽33，悬块31的侧面设有用于安装紧固螺钉的通孔34，紧固螺钉穿过通孔34并顶紧楔块32一侧，防止楔块32在滑槽33内滑动。在楔块32的侧面对应开设用于容纳紧固螺钉的顶部的凹孔35，使得紧固螺钉的紧固效果更好。
减震板5与连接板4之间通过减震装置8相连。减震装置8包括固定在连接板4的四角处的圆盘形悬板81以及两端分别与圆盘形悬板81和减震板5固定的减震球82。每个圆盘形悬板81底部安装三个减震球82，以增强连接强度。在连接板4和圆盘形悬板81上还设有用于安装云台罩的支架9。
悬臂包括相对固定在减震板5下方两侧的第一悬臂51和第二悬臂52。第一悬臂51和第二悬臂52均通过螺钉固定在减震板5的两相对的侧边下方。
旋转外框6通过横滚轴10活动安装在所述第一悬臂51和第二悬臂52之间，旋转内框7通过俯仰轴11活动安装在旋转外框6内，旋转内框7内安装有多光谱相机12和红外相机18，俯仰轴11与横滚轴10的轴线相互垂直。在旋转外框6与悬臂间设有第一驱动机构13，旋转内框7与旋转外框6间设有第二驱动机构14。
旋转外框6包括两个相对设置的第一横梁61和两个相对设置的第二横梁62。第一横梁61上设有第一安装槽611，第一安装槽611的两侧分别设有第一固定块612和第二固定块613，第一固定块612上设有与第一安装槽611配合的卡台614，横滚轴10的一端进行防转处理，依次穿过第二固定块613和第一固定块612并进行固定。在第一悬臂51和第二悬臂52上安装有第一轴承15，横滚轴10的另一端固定在第一轴承15的内圈中，同时，在该端连接有旋转阻尼器16，旋转阻尼器16与横滚轴10之间进行防转处理。第二横梁62上设有轴承安装孔621，第一横梁61和第二横梁62之间通过螺钉固定连接。
旋转内框7包括连个相对设置的第三横梁71、用于固定多光谱相机12的第四横梁72和用于固定红外相机18的第五横梁73，第四横梁72和第五横梁73安装在两根第三横梁71之间。在第二横梁62的轴承安装孔621内安装有第二轴承17，俯仰轴11一端固定在俯仰轴安装孔711内，另一端固定在第二轴承17的内圈中，同时，在该端连接有旋转阻尼器16，旋转阻尼器16与俯仰轴11之间进行防转处理。
第三横梁71上设有俯仰轴安装孔711以及用于安装第四横梁72和第五横梁73的第二安装槽712，第四横梁72和第五横梁73的端部设有螺纹孔，螺钉穿过第二安装槽712并拧入螺纹孔内，实现固定的作用。同时，可以通过第二安装槽712调节第四横梁72和第五横梁73的位置，从而调整多光谱相机12和红外相机18的纵向位置。第四横梁72上设有用于固定多光谱相机12且横向设置的第三安装槽721，通过第三安装槽721安装有固定板722，多光谱相机12固定在固定板722上，通过调节固定板722在第三安装槽721的位置可以调整多光谱相机12的横向位置。第五横梁73上设有竖向设置的第四安装槽731，可以调整红外相机18的竖向位置。
在旋转内框7中通过安装板74固定有角度传感器，用于检测无人机飞行过程中的角度信息，并将该信息传送给控制器41，控制第一驱动机构13和第二驱动机构14分别带动旋转外框6和旋转内框7旋转，以使两种相机的光轴与旋转轴位于的同一轴线上。
本实施例中，第一驱动机构13包括固定在第一悬臂51上的第一舵机131、安装于第一舵机131的输出端的第一摆臂132以及平行安装于第一摆臂132两侧的两个第一连杆133，两个第一连杆133的两端分别与第一摆臂132和旋转外框6的第一横梁61旋转连接。第二驱动机构14包括固定在旋转外框6的第二横梁62上的第二舵机141、安装于第二舵机141的输出端的第二摆臂142以及安装于第二摆臂142上的两根第二连杆143，两个第二连杆143的两端分别与第二摆臂142和旋转内框7的第三横梁71旋转连接。
Claims (7)
1.一种农情监测无人机，包括机身主体和安装在所述机身主体周围的机臂，其特征在于，所述机身主体的顶部设有用于安装电池的电池架，底部通过快换装置安装有双轴舵机云台，所述双轴舵机云台包括：
连接板，与所述快换装置相连，其上安装有控制器和云台电池；
减震板，与所述连接板之间通过减震装置相连；
悬臂，包括相对固定在所述减震板下方两侧的第一悬臂和第二悬臂；
旋转外框，通过横滚轴活动安装在所述第一悬臂和第二悬臂之间；
旋转内框，通过俯仰轴活动安装在所述旋转外框内，旋转内框内安装有多光谱相机和红外相机，所述俯仰轴与所述横滚轴的轴线相互垂直；
所述的横滚轴和俯仰轴均包括同轴设置的两根，横滚轴的一端固定在所述旋转外框上，另一端通过第一轴承安装在所述的悬臂上，俯仰轴的一端固定在所述旋转内框上，另一端通过第二轴承安装在所述旋转外框上，所述的旋转外框包括第一横梁和第二横梁，两个相对设置的第一横梁上设有用于固定所述横滚轴的第一安装槽，两个相对设置的第二横梁上设有用于安装第二轴承的安装孔；
所述的旋转内框包括相对设置的两根第三横梁、用于固定所述的多光谱相机的第四横梁和用于固定所述的红外相机的第五横梁，所述第四横梁和第五横梁安装在两根第三横梁之间；
所述的第三横梁上设有俯仰轴安装孔，所述的第四横梁上设有用于固定多光谱相机且横向设置的第三安装槽，所述第三安装槽安装有用于固定多光谱相机的固定板，所述的第五横梁上设有用于固定红外相机且竖向设置的第四安装槽，所述的第三横梁上设有用于安装第四横梁和第五横梁的第二安装槽，所述第四横梁和第五横梁的端部设有螺纹孔，螺钉穿过第二安装槽并拧入螺纹孔内；
通过所述第二安装槽调节第四横梁和第五横梁的位置，从而调整多光谱相机和红外相机的纵向位置；通过调节所述固定板在第三安装槽的位置可以调整多光谱相机的横向位置；
驱动机构，包括驱动所述旋转外框绕所述横滚轴旋转的第一驱动机构和驱动所述旋转内框绕所述俯仰轴旋转的第二驱动机构；
角度传感器，检测无人机飞行过程中的角度信息，并将该信息传送给所述控制器，控制所述驱动机构运行。
2.根据权利要求1所述的农情监测无人机，其特征在于：
所述的第一横梁与所述的第二横梁通过螺钉固定。
3.根据权利要求1所述的农情监测无人机，其特征在于：
所述的第一驱动机构包括固定在所述第一悬臂或第二悬臂上的第一舵机、安装于所述第一舵机的输出端的第一摆臂以及平行安装于所述第一摆臂两侧的两个第一连杆，两个第一连杆的两端分别与第一摆臂和旋转外框旋转连接；
所述的第二驱动机构包括固定在所述旋转外框上的第二舵机、安装于所述第二舵机的输出端的第二摆臂以及安装于所述第二摆臂上的两根第二连杆，两个第二连杆的两端分别与第二摆臂和旋转内框旋转连接。
4.根据权利要求1所述的农情监测无人机，其特征在于：
所述的快换装置包括固定在所述机身主体的底部的悬块和固定在所述连接板的顶部的楔块，所述悬块上设有与所述楔块配合的滑槽，悬块的侧面设有紧固螺钉。
5.根据权利要求1所述的农情监测无人机，其特征在于：
所述的减震装置包括固定在所述连接板的四角处的圆盘形悬板以及两端分别与圆盘形悬板和所述的减震板固定的减震球。
6.根据权利要求1所述的农情监测无人机，其特征在于：
所述的横滚轴和俯仰轴的端部安装有旋转阻尼器。
7.根据权利要求6所述的农情监测无人机，其特征在于：
所述的横滚轴和俯仰轴与旋转阻尼器连接的端部设有沿轴向的安装孔，安装孔具有防转平面，旋转阻尼器设有与安装孔配合的插轴，该插轴具有与所述防转平面对应的平面。
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