CN108609193B - 用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，包括：能耗优化模块和位移补偿模块；所述能耗优化模块包括电机控制模块和云台锁定模块；所述电机控制模块，用于控制电机的转速/转角；所述云台锁定模块，用于锁定云台；所述位移补偿模块，用于根据飞行路径及目标相对位置不断变化，实时调整云台姿态，稳定凝视目标，改善对地侦察探测效果；并根据融合目标运动状态估计值将相对运动引入到云台控制环节。本发明提供的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，通过采用码盘平滑运行设计，尽可能地减小云台方位/高低角度变化时所驱动的机械传动及限位所需的电机传动输出扭矩，从而降低电机实际的工作能耗。
Description
技术领域
本发明涉及热气飞艇领域，具体地说，特别涉及一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台。
背景技术
云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。
现有技术云台中，电机实际的工作能耗过高。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，包括：能耗优化模块和位移补偿模块；
所述能耗优化模块包括电机控制模块和云台锁定模块；
所述电机控制模块，用于控制电机的转速/转角；
所述云台锁定模块，用于锁定云台；
所述位移补偿模块，用于根据飞行路径及目标相对位置不断变化，实时调整云台姿态，稳定凝视目标，改善对地侦察探测效果；并根据融合目标运动状态估计值将相对运动引入到云台控制环节。
进一步的，用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台还包括：数字化码盘；所述数字化码盘包括第一数字化码盘和第二数字化码盘，所述第一数字化码盘和所述第二数字化码盘之间设置有运动减振/消抖动电子控制装置；所述第一数字化码盘的上端设置有空气减振连接装置，所述第二数字化码盘的下端设置有空气减振装置；
所述第一数字化码盘的上端还设置有与飞艇平台连接位置。
进一步的，所述第一数字化码盘内设置有XYZ三轴数据处理/传输电路/接口装置；所述第二数字化码盘内设置有XYZ三轴联动码盘电机传动/位置锁定电路；所述第一数字化码盘与所述第二数字化码盘连接；
所述第二数字化码盘通过所述XYZ三轴联动码盘电机传动/位置锁定电路连接所述Z向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置的一端；所述Z向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置的另一端连接所述X向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置和所述Y向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置。
进一步的，所述电机控制模块具有用于，由计算机读取水平码盘方位角脉冲信号、垂直码盘高低角脉冲信号，所设定的输入脉冲数决定总转动角度，输入脉冲的频率决定电机转速。
进一步的，所述云台锁定模块具体用于：当确定在某一图形界面停留时长超过5秒，则计算机控制云平台运行位置进入电子限位并机械锁定。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，通过采用码盘平滑运行设计，尽可能地减小云台方位/高低角度变化时所驱动的机械传动及限位所需的电机传动输出扭矩，从而降低电机实际的工作能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台的模块示意图；
图2是本发明实施例的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台的正视图；
图3是本发明实施例的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台的俯视图；
图4是本发明实施例的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台的侧视图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，参见图1，包括：能耗优化模块100和位移补偿模块200；
所述能耗优化模块包括电机控制模块110和云台锁定模块120；
所述电机控制模块110，用于控制电机的转速/转角；
所述云台锁定模块120，用于锁定云台；
所述位移补偿模块200，用于根据飞行路径及目标相对位置不断变化，实时调整云台姿态，稳定凝视目标，改善对地侦察探测效果；并根据融合目标运动状态估计值将相对运动引入到云台控制环节。
具体地，本实施例中，通过采用二次优化技术设计的三轴防抖航拍云台，从而适应多旋翼无人热气飞艇高空全景拍摄需要。
采用码盘平滑运行设计的目的是尽可能地减小云台方位/高低角度变化时所驱动的机械传动及限位所需的电机传动输出扭矩，从而降低电机实际的工作能耗。
进一步的，参见图2-4，用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台还包括：数字化码盘；所述数字化码盘包括第一数字化码盘1和第二数字化码盘2，所述第一数字化码盘1和所述第二数字化码盘2之间设置有运动减振/消抖动电子控制装置3；所述第二数字化码盘2的下端设置有空气减振装置4，并通过空气减振连接装置5连接；
所述第一数字化码盘1的上端还设置有与飞艇平台连接位置11。
所述第一数字化码盘1内设置有XYZ三轴数据处理/传输电路/接口装置6；所述第二数字化码盘1内设置有XYZ三轴联动码盘电机传动/位置锁定电路7；所述第一数字化码盘1与所述第二数字化码盘2连接；
所述第二数字化码盘2通过所述XYZ三轴联动码盘电机传动/位置锁定电路7连接所述Z向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置8的一端；所述Z向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置8的另一端连接所述X向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置9和所述Y向数字化码盘电机转轴控制/锁定装置10。
具体地，本实施例中，多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台主要用于空对地观测的云台工作特点要求，其结构主要由优化技术设计的数字化码盘、二次优化技术的数字化PWM可逆直流调速系统设计的12V/76W大扭矩直流无刷电机构成。
采用光刻技术将360°角度光刻划分为6000密位，刻制制成数字化码盘，对划定的密位数值采取数字化状态编码形式输出，刻制的数字化码盘的旋转位置的数字状态值编码输出用于计算机读取与处理。
数字化码盘的工作过程：依照优化设计的软件进行设置预置位操作，对所设置的数字预置位进行运行位置设定、位移量设定、位移量控制设定以及位置定位锁定设定，并由计算机处理后由大扭矩可逆电机按照计算机对数字化码盘所设定的预置位状态值处理，并驱动12V/76W大扭矩直流无刷电机调速运行与旋转定位。
PWM(脉宽调制变换器)的作用是：把恒定的直流电源电压用脉冲宽度调制的方法调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，通过改变平均输出电压的大小，实现对电机转速的调节。
采用可逆直流调速系统设计，其低速平稳性好，在电动机停止时仍有高频微震电流“动力润滑”作用，较好地消除正、反向时静摩擦死区问题。
消抖动电子控制装置运用数字化码盘精确测量转子的位置与电机的转速，经由闭环控制器把的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。达到一个机械系统的位置，扭矩，速度或加速度的控制，实现高性能的转角测量与控制，对云台系统运行的抖动作电传动自校正，消除由于云台旋转工作引起的沿光轴轴向抖动。
多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台运用数字化码盘及软件的数字预置位的设定，较好地解决了可控云台运行的位(角)偏移及偏移(误差)累积，实现云台的三轴精确定位并目标位置锁定的要求。
主要技术参数：
多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台为可控精密电机驱动，反应灵敏，运转平稳，精度≤0.05度(≤1密位)。具备防雷、防水、防雾、防模糊、防震、防浪涌、防突波功能。
主要参数：
1.X轴向角度调整：-75°～+50°，Y轴向角度调整：-60°～+60°，Z轴向角度调整：360°连续旋转；
2.水平速度≤65°/s，垂直速度≤30°/s；
3.支持多级数字宽动态可调，数据断电不丢失，任何速度下无抖动；
4.云台的数据波特率支持2400/4800/9600/19200bps，传输接口为RS232、RS485；
5.电源：DC 12V，功耗≤76W；
6.工作温度：-40℃+55℃；
7.湿度：90％RH以内；
8.防护等级IP66；
9.TVS 6000V防雷、防浪涌、防突波。
进一步的，所述电机控制模块具有用于，由计算机读取水平码盘方位角脉冲信号、垂直码盘高低角脉冲信号，所设定的输入脉冲数决定总转动角度，输入脉冲的频率决定电机转速。
进一步的，所述电机控制模块110具有用于，由计算机读取水平码盘方位角脉冲信号、垂直码盘高低角脉冲信号，所设定的输入脉冲数决定总转动角度，输入脉冲的频率决定电机转速
进一步的，所述云台锁定模块120具体用于：当确定在某一图形界面停留时长超过5秒，则计算机控制云平台运行位置进入电子限位并机械锁定。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供的一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，通过采用码盘平滑运行设计，尽可能地减小云台方位/高低角度变化时所驱动的机械传动及限位所需的电机传动输出扭矩，从而降低电机实际的工作能耗。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，其特征在于，包括：能耗优化模块和位移补偿模块；
所述能耗优化模块包括电机控制模块和云台锁定模块；
所述电机控制模块，用于控制电机的转速和转角；
所述云台锁定模块，用于锁定云台；
所述位移补偿模块，用于根据飞行路径及目标相对位置不断变化，实时调整云台姿态，稳定凝视目标，改善对地侦察探测效果；并根据融合目标运动状态估计值将相对运动引入到云台控制环节；
还包括：数字化码盘；所述数字化码盘包括第一数字化码盘和第二数字化码盘，所述第一数字化码盘和所述第二数字化码盘之间设置有运动减振和消抖动电子控制装置；所述第一数字化码盘的上端设置有空气减振连接装置，所述第二数字化码盘的下端设置有空气减振装置；
所述第一数字化码盘的上端还设置有与飞艇平台连接位置；
所述第一数字化码盘内设置有XYZ三轴数据处理和传输电路和接口装置；所述第二数字化码盘内设置有XYZ三轴联动码盘电机传动和位置锁定电路；所述第一数字化码盘与所述第二数字化码盘连接；
所述第二数字化码盘通过所述XYZ三轴联动码盘电机传动和位置锁定电路连接Z向数字化码盘电机转轴控制和锁定装置的一端；所述Z向数字化码盘电机转轴控制和锁定装置的另一端连接X向数字化码盘电机转轴控制和锁定装置和Y向数字化码盘电机转轴控制和锁定装置；所述电机控制模块具有用于，由计算机读取水平码盘方位角脉冲信号、垂直码盘高低角脉冲信号，所设定的输入脉冲数决定总转动角度，输入脉冲的频率决定电机转速。
2.如权利要求1所述用于多旋翼无人热气飞艇的三轴防抖航拍云台，其特征在于，所述云台锁定模块具体用于：当确定在某一图形界面停留时长超过5秒，则计算机控制云平台运行位置进入电子限位并机械锁定。
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