CN108974382B - 一种基于磁流变的二级隔振云台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于磁流变的二级隔振云台，属于航拍无人机云台领域。一级隔振平台通过连接平台固定在无人机上，二级隔振阻尼器通过螺钉紧固连接在一级隔振平台上，连载单元通过调稳平台装配在二级隔振阻尼器上，承载单元与连载单元通过伺服电机一连接，相机夹持机构通过伺服电机二连接在承载单元上。本发明的优点是结构新颖，利用能量俘获单元实现机械能到电能的转化，对无人机用二级隔振阻尼器进行供电，从而减小无人机能量消耗、间接提高无人机续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种航拍无人机云台搭载辅助拍摄装置技术领域，特别涉及一种基于磁流变的二级隔振云台。
背景技术
随着科技的不断发展，近年来航拍无人机不断兴起，云台也渐渐进入人们的视线，云台是监控系统中用于安装和固定摄像设备的支撑设备，用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，其广泛应用于工程勘察、灾情勘察、抢险救灾等实用性航拍方面，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，导致无人机在飞行过程中存在抖动大、振动强等问题，从而严重影响了航拍的质量。因此，用来搭载摄像机或其他设备的航拍云台，其自身的稳定性直接决定了拍摄质量的好坏，近年来国内的一些学者已经开始广泛关注智能材料对减振设备的研究与应用，并已经研制出在减振方面性能良好的智能材料，尤其是近几年发展迅速的磁流变液最为突出，因为本身的物理特性，在外界不加磁场时，磁流变液为液体状态，流动性能强、阻尼力小，当施加外界磁场时，磁流变液会迅速从液体转变为类固体，此时流动性能弱而阻尼力大，在发生变化过程中仅仅需要几毫秒的时间就可完成，并且该变化是可逆的，因此对于不同振动形式下的振动，可通过施加磁场强度的大小来改变阻尼力的大小，所以它的性能远远优于其他阻尼液，故被广泛用于汽车行业的阻尼器及减振器中，而国内大部分无人机公司对于航拍云台的增稳措施一般是通过电子检测系统来实现，但电子检测系统均有耗电问题，导致其工作效率降低，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。
基于以上原因，现有无人机云台面临的问题有以下几点：
(1)现有云台中，普遍通过减震球用于解决振动强的问题，但减震球仅能对频率较高的振动起到隔振作用，对频率较低的振动隔振效果较差，造成云台隔振不足甚至失效，致使拍摄画面不稳定，易造成拍摄装置损坏。
(2)现有云台中，对于多方位振动或振幅较大的情况，无法迅速作出反应，导致对于较大振幅的振动情况，减振效果变差，从而起不到良好的成像效果。而且当云台姿态形变较大时，如不能良好的进行振动控制，极易影响云台结构甚至造成破坏，减少云台使用周期。
(3)云台调整过程中需要通过电子设备检测系统来实现相机平稳，但存在一定的滞后性和耗电问题，严重影响无人机的续航时间，造成无人机能源不足，易出现突发问提以及工作效率低的问题。
(4)现有云台中，用到的智能材料相对较少，没有发挥出它们的特点。
发明内容
本发明提供一种基于磁流变的二级隔振云台，以解决现有云台在宽频段隔振效果欠佳，对于振幅较大的情况无法完全迅速调节的问题，以及无人机在进行姿态调整过程中耗费多余电量，导致续航时间短，无法实现能量转化并利用的问题。
本发明采取的技术方案是：包括一级隔振平台、二级隔振阻尼器、连载单元、承载单元和相机夹持机构，所述的一级隔振平台通过连接平台固定在无人机上，所述的二级隔振阻尼器通过螺钉紧固连接在一级隔振平台上，所述的连载单元通过调稳平台装配在二级隔振阻尼器上，所述的承载单元与连载单元通过伺服电机一连接，所述的相机夹持机构通过伺服电机二连接在承载单元上。
本发明所述的一级隔振平台包括主被动减振杆、需调平台、连接平台、球铰和球铰槽，所述的主被动减振杆与需调平台和连接平台均通过球铰连接，所述的连接平台用于将一级隔振平台固定在无人机上，所述的球铰装配在连接平台和需调平台的球铰槽中。
本发明所述的主被动减振杆包括顶盖、刚度调节元件、加速度传感器、压头、橡胶环、粘弹性橡胶块、限位卡槽、管型压电、直线轴承、压电保护装置一、压电保护装置二和约束套筒，所述的顶盖与约束套筒通过螺钉紧固连接，所述的刚度调节元件安装在约束套筒滑槽中且分别与顶盖、压头焊接，所述的加速度传感器固定在刚度调节块上，所述的橡胶环安装在压头和约束套筒内壁二之间，所述的粘弹性橡胶块安装在约束套筒凸台上，所述的压电保护装置一安装在约束套筒腔体中，所述的管型压电置于压电保护装置一和压电保护装置二之间，所述的压电保护装置二安装在管型压电上，所述的限位卡槽与约束套筒内壁一刚性连接，所述的直线轴承置于限位卡槽中，所述的直线轴承装配在管型压电外。
本发明所述的二级隔振阻尼器包括能量俘获单元、T形滑轨安装座、缸筒、输出杆传递装置、氮气室、工作腔、挡板、固定底座、线圈一、线圈安装盒和外侧通道，所述的输出杆传递装置焊接在调稳平台上，所述的T形滑轨安装座安装在缸筒上，所述的缸筒通过螺钉紧固在固定底座上，在缸筒外部设置了六个外侧通道，在缸筒内部通过挡板将其分成氮气室和工作腔，氮气室位于工作腔下面，所述的固定底座与需调平台通过螺钉紧固连接，所述的线圈安装盒安装在外侧通道上，所述的线圈一安放在线圈安装盒中。
本发明所述的能量俘获单元包括线圈二、永磁环、压电片、隔磁铜罩和楔形块，所述的压电片通过胶粘连接在楔形块上表面，所述的楔形块置于T形轨道中，所述的永磁环镶嵌于隔磁铜罩内部，所述的隔磁铜罩焊接在缸筒上，所述的线圈二缠绕在活塞杆上。
本发明所述的输出杆传递装置包括活塞杆、橡胶圆块和活塞，所述的活塞杆与所述的调稳平台焊接在一起，所述的橡胶圆块硫化连接在活塞杆上，所述的活塞与活塞杆通过螺钉紧固连接，其中活塞包括上盖、下盖、孔一、孔二、搅拌器和阻尼通道，所述的上盖和下盖通过螺钉紧固连接，所述的搅拌器焊接在阻尼通道内侧。
本发明所述的T形滑轨安装座包括T形轨道、限位锁和粘弹性体，所述的粘弹性体置于T形轨道中，其两端分别与楔形块底部和限位锁通过胶粘连接，所述的限位锁与T形轨道外侧端部通过螺钉紧固连接。
本发明所述的连载单元包括调稳平台、承重杆、柱形空心橡胶、伺服电机一和电机罩一，所述的调稳平台与承重杆焊接在一起，所述的柱形空心橡胶嵌于需调平台上，所述的电机罩一焊接在承重杆上，所述的伺服电机一装配在电机罩一里。
本发明所述的承载单元包括伺服电机二、电机罩二、承重臂和环形底座，所述的伺服电机二通过电机罩二固定在承重臂上，所述的承重臂与伺服电机一径向连接，在其两端设置了减重孔，所述的环形底座与伺服电机二连接且与承重臂通过螺钉连接。
本发明所述的相机夹持机构包括夹持机械臂、伸缩杆、井字滑块、十字圆形滑块轨道、限位弹簧、保护罩、伺服电机三、电机罩三、井字盖和滑块，所述的夹持机械臂尾端连接在十字圆形滑块轨道上，且与伸缩杆通过滑块连接，所述的伸缩杆一端固定在井字滑块上另一端通过滑块连接在夹持机械臂，所述的井字滑块置于十字圆形滑块轨道内部，与伺服电机三相连接，所述的十字圆形滑块轨道通过四个支撑杆与保护罩焊接，所述的限位弹簧两端固定在井字滑块和伸缩杆上，所述的保护罩通过螺钉紧固连接在环形底座上，所述的伺服电机三装配在电机罩三中，所述的电机罩三通过螺钉紧固在环形底座上，所述的井字盖与十字圆形滑块轨道通过螺钉紧固连接，所述的十字圆形滑块轨道通过四个支撑杆与保护罩焊接，所述的保护罩通过螺钉紧固连接在环形底座上。
本发明采用一级隔振平台中的主被动减振杆，结合并联机构实现对宽频段的振动进行减振控制，同时，设置二级隔振阻尼器，选择以磁流变液作为阻尼液，利用磁流变液其自身的物理性能可有效削弱大振幅的振动，最后，利用能量俘获单元实现机械能到电能的转化，对无人机用二级隔振阻尼器进行供电，从而减小无人机能量消耗、间接提高无人机续航能力。
本发明的优点是：
(1)无人机在空中作业时，由机体本身或环境产生的振动先传递到一级隔振平台，由于一级隔振平台采用的是六维正交并联隔振机构，其作动器为主被动减振杆，六个主被动减振并联在一起相互配合，可以实现对宽频带的振动进行减振。
(2)二级隔振阻尼器采用磁流变液作为阻尼液，根据其特有的物理特性，能使其在发生振动时迅速作出反应，以达到减振目的。当二级隔振阻尼器接收到振动的激励信号时，二级隔振阻尼器上的能量俘获单元向线圈一供电，使线圈一产生磁场，故该区域内的磁流变液由液体转变为类固体，产生较大阻尼力，消耗振动产生的能量，以减少振幅对稳定效果的影响，特别遇到振幅较大时，由于较大的振动，会使俘能单元产生的电能增大，进而使线圈一产生的磁感应强度增强，进一步使类固体中的颗粒链抵抗破坏的能力增强，所以对振幅较大的振动的减振效果更佳。
(3)二级隔振阻尼器接受到振动的激励信号时，由于其安装有能量俘获单元，振动带动活塞杆作往复运动，促使缠绕在其上的线圈二做切割磁感线的运动，利用电磁感应原理将动能转化为电能，同时硫化连接在活塞杆上的橡胶圆块也作往复运动，从而使粘接在楔形块上的压电片在橡胶圆块的作用下产生形变，利用压电的正压电效应将动能转化为电能，产生的电能可以为二级隔振阻尼器供电，实现能量俘获单元的高效俘能从而达到电磁循环。
(4)选用智能材料磁流变液作为二级隔振阻尼器的阻尼液，利用其特有的物理特性，当外界施加磁场时，磁流变液可以在几毫秒的时间内由液体转变为类固体，且此过程是可逆的，所以在减振过程中面对无规律的振动可以有效的、快速的做出反应，产生不同的阻尼力，以消耗振动所产生的能量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明一级隔振平台的结构示意图；
图3是本发明一级隔振平台的减振杆的整体剖面图；
图4是本发明一级隔振平台的减振杆拉伸爆炸图；
图5是本发明一级隔振平台的约束套筒剖面图；
图6是本发明一级隔振平台的刚度调节元件轴侧图；
图7是本发明一级隔振平台的刚度调节元件正视图；
图8是本发明二级隔振阻尼器的结构示意图；
图9是本发明二级隔振阻尼器的剖面图；
图10是本发明T形滑轨安装座的结构示意图；
图11是本发明限位锁的结构示意图；
图12是本发明活塞的剖面图；
图13是本发明连载单元及承载单元的结构示意图；
图14是本发明承载单元的轴侧图；
图15是本发明相机夹持机构的结构示意图；
图16是本发明相机夹持机构的局部示意图；
图17是本发明相机夹持机构的内部示意图；
图18是本发明磁流变液工作流程图；
附图标记说明：一级隔振平台1、二级隔振阻尼器2、连载单元3、承载单元4、相机夹持机构5、主被动减振杆1-1、需调平台1-2、连接平台1-3、球铰1-4、球铰槽1-5、能量俘获单元2-1、T形滑轨安装座2-2、缸筒2-3、输出杆传递装置2-4、氮气室2-5、工作腔2-6、挡板2-7、固定底座2-8、线圈一2-9、线圈安装盒2-10、外侧通道2-11、调稳平台3-1、承重杆3-2、柱形空心橡胶3-3、伺服电机一3-4、电机罩一3-5、伺服电机二4-1、电机罩二4-2、承重臂4-3、环形底座4-4、夹持机械臂5-1、伸缩杆5-2、井字滑块5-3、十字圆形滑块轨道5-4、限位弹簧5-5、保护罩5-6、伺服电机三5-7、电机罩三5-8、井字盖5-9、滑块5-10、顶盖1-1-1、刚度调节元件1-1-2、加速度传感器1-1-3、压头1-1-4、橡胶环1-1-5、粘弹性橡胶块1-1-6、限位卡槽1-1-7、管型压电1-1-8、直线轴承1-1-9、压电保护装置一1-1-10、压电保护装置二1-1-11、约束套筒1-1-12、线圈二2-1-1、永磁环2-1-2、压电片2-1-3、隔磁铜罩2-1-4、楔形块2-1-5、T形轨道2-2-1、限位锁2-2-2、粘弹性体2-2-3、活塞杆2-4-1、橡胶圆块2-4-2、活塞2-4-3、弹簧一1-1-2-1、刚度调节块1-1-2-2、弹簧二1-1-2-3、约束套筒滑槽1-1-12-1、约束套筒内壁一1-1-12-2、约束套筒腔体1-1-12-3、约束套筒内壁二1-1-12-4、约束套筒凸台1-1-12-5、上盖2-4-3-1、下盖2-4-3-2、孔一2-4-3-3、孔二2-4-3-4、搅拌器2-4-3-5、阻尼通道2-4-3-6。
具体实施方式
如图1所示，包括一级隔振平台1、二级隔振阻尼器2、连载单元3、承载单元4和相机夹持机构5，其中一级隔振平台1通过连接平台1-3固定在无人机上，可以实现对不同频率范围的振动进行减振及对无人机的飞行姿态进行调节，二级隔振阻尼器2通过螺钉紧固连接在一级隔振平台1上，可以实现对不同振幅的振动进行减振亦可以实现对振动产生的能量转化为电能，连载单元3通过调稳平台3-1装配在二级隔振阻尼器2上，承载单元4与连载单元3通过伺服电机一3-4连接，可以实现对相机在航向轴上的角度调节，相机夹持机构5通过伺服电机二4-1连接在承载单元4上，用于安装相机并可以实现对相机在俯仰轴上的角度调节。
如图2所示，所述的一级隔振平台1包括主被动减振杆1-1、需调平台1-2、连接平台1-3、球铰1-4和球铰槽1-5，其中主被动减振杆1-1与需调平台1-2和连接平台1-3均通过球铰1-4连接，无人机飞行姿态发生变化时，主被动减振杆1-1通过调控需调平台1-2的姿态角变化，从而使拍摄装置达到相对稳定的状态，所述的连接平台1-3用于将一级隔振平台1固定在无人机上，球铰1-4装配在需调平台1-2和连接平台1-3的球铰槽1-5中，目的在于使主被动减振杆1-1在一定角度范围内能够自由移动。
如图3到图7所示，所述的主被动减振杆1-1包括顶盖1-1-1、刚度调节元件1-1-2、加速度传感器1-1-3、压头1-1-4、橡胶环1-1-5、粘弹性橡胶块1-1-6、限位卡槽1-1-7、管型压电1-1-8、直线轴承1-1-9、压电保护装置一1-1-10、压电保护装置二1-1-11和约束套筒1-1-12，其中顶盖1-1-1与约束套筒1-1-12通过螺钉紧固连接，顶盖1-1-1可以实现保护内部零件，使整体结构达到完整的目的，所述的刚度调节元件1-1-2安装在约束套筒滑槽1-1-12-1中且分别与顶盖1-1-1、压头1-1-4焊接，其通过刚度调节块1-1-2-2和弹簧一1-1-2-1、弹簧二1-1-2-3相互配合实现阻尼的调节，用以初步抵消振动产生的振幅，所述的加速度传感器1-1-3固定在刚度调节块1-1-2-2上，目的在于测量出振动产生的振幅，所述的橡胶环1-1-5安装在压头1-1-4和约束套筒内壁二1-1-12-4之间，其可以吸收振动产生的能量，抵消所产生的高频段振动，所述的粘弹性橡胶块1-1-6安装在约束套筒凸台1-1-12-5上，其利用粘弹性材料的弹性和粘性抵消中频段振动，所述的压电保护装置一1-1-10安装在约束套筒腔体1-1-12-3中，其目的在于保护管型压电1-1-8，所述的管型压电1-1-8置于压电保护装置一1-1-10和压电保护装置二1-1-11之间，目的在于利用压电陶瓷的逆压电效应抵消低频段振动，所述的压电保护装置二1-1-11安装在管型压电1-1-8上，其用以保护管型压电1-1-8，防止压头1-1-4直接与管型压电1-1-8接触，所述的限位卡槽1-1-7与约束套筒内壁一1-1-12-2刚性连接，所述的直线轴承1-1-9置于限位卡槽1-1-7中，其限位卡槽1-1-7用于固定直线轴承1-1-9，所述的直线轴承1-1-9装配在管型压电1-1-8外，目的在于使管型压电1-1-8沿直线运动，防止向其他位置的偏移。在压头1-1-4和压电保护装置二1-1-11之间存留一定空隙，此空隙称为管型压电1-1-8所需工作的极限位移，当振动发生时，振动会使压头1-1-4产生位移。但由于此时产生的位移不足以达到极限位移的长度，所以此时管型压电1-1-8不作用，然而振动会从压头1-1-4传递到刚度调节元件1-1-2上，使得焊接在压头1-1-4上的弹簧二1-1-2-3因振动的作用而产生形变，进而带动刚度调节块1-1-2-2和弹簧一1-1-2-1，通过改变弹簧一1-1-2-1和弹簧二1-1-2-3的长度，实现刚度的可调节，从而达到减缓振动冲击，与此同时，振动会从压头1-1-4传递给橡胶环1-1-5与粘弹性橡胶块1-1-6，利用橡胶及粘弹性材料的本身性质，可分别对高频段的振动和中频段的振动进行减振，当振动增强时，此时压头1-1-4产生的位移大于极限位移，利用安装在刚度调节块1-1-2-2上的加速度传感器1-1-3，经过数据处理测出此时振动产生的位移，再计算出该位移与极限位移的差值，根据此差值经过系统处理计算出需向管型压电1-1-8输送的电压量，利用管型压电1-1-8输出的位移来弥补此时振动产生的位移与极限位移的差值，从而达到减振作用。由于橡胶环1-1-5可抵消高频段的振动、粘弹性橡胶块1-1-5其利用粘弹性材料的弹性和粘性抵消中频段振动，管型压电1-1-8利用压电陶瓷的逆压电效应抵消低频段的振动，结合综上所述，该减振杆实现了对振动的全频段减振。
如图8和图9所示，所述的二级隔振阻尼器2包括能量俘获单元2-1、T形滑轨安装座2-2、缸筒2-3、输出杆传递装置2-4、氮气室2-5、工作腔2-6、挡板2-7、固定底座2-8、线圈一2-9、线圈安装盒2-10和外侧通道2-11，所述的输出杆传递装置2-4焊接在调稳平台3-1上，所述的T形滑轨安装座2-2安装在隔磁铜罩2-1-4上，所述的缸筒2-3通过螺钉紧固在固定底座2-8上，在缸筒2-3外部设置了六个外侧通道2-11，在缸筒2-3内部通过挡板2-7将其分成氮气室2-5和工作腔2-6，氮气室2-5位于工作腔2-6下面，由于活塞杆2-4-1位移而引起工作腔2-6内体积的变化由高压氮气来补偿故而达到活塞2-4-3复位的目的，工作腔2-6是存放磁流变液的空间，根据磁流变液的物理特性可提供大小可变的阻尼力，减小振幅提高其稳定性，所述的固定底座2-8与需调平台1-2通过螺钉紧固连接，当振动发生时，二级隔振阻尼器2会接收到调稳平台3-1的激励信号，根据信号强度的大小，输出相应的阻尼力，该装置在使用过程中，当调稳平台3-1接收到振动信号时，会带动二级隔振阻尼器2中的活塞杆2-4-1上下往复运动，工作腔2-6中的磁流变液一小部分会从活塞2-4-3的孔二2-4-3-4流入到阻尼通道2-4-3-6中，搅拌器2-4-3-5会随着液体的流动进行旋转并搅拌，从而达到磁流变液中磁粉颗粒不会沉降的目的，最后从孔一2-4-3-3流出(由于阻尼通道2-4-3-6相对于外侧通道2-11孔径很小并且将其设计成拱形结构，所以不会影响阻尼力的变化)，而磁流变液绝大部分会流入到工作腔2-6的外侧通道2-11中，所述的线圈安装盒2-10安装在外侧通道2-11上，所述的线圈一2-9安放在线圈安装盒2-10中，磁流变液在流经线圈安装盒2-10的过程中，可向线圈安装盒2-10中的线圈一2-9供电，使线圈一2-9覆盖的区域内形成磁场，从而改变磁流变液的物理特性，以此提高阻尼力。
如图8和图9所示，所述的输出杆传递装置2-4包括活塞杆2-4-1、橡胶圆块2-4-2和活塞2-4-3，所述的活塞杆2-4-1与调稳平台3-1焊接在一起，所述的橡胶圆块2-4-2硫化连接在活塞杆2-4-1上，所述的活塞2-4-3与活塞杆2-4-1通过螺钉紧固连接，其作用在磁流变液与调稳平台3-1之间，起传递力的作用。
如图8和图9所示，所述的能量俘获单元2-1包括线圈二2-1-1、永磁环2-1-2、压电片2-1-3、隔磁铜罩2-1-4和楔形块2-1-5，所述的压电片2-1-3通过胶粘连接在楔形块2-1-5上表面，振动发生时，橡胶圆块2-4-2随着活塞杆2-4-1做往复运动，从而会与压电片2-1-3表面接触，使压电片2-1-3产生形变，利用压电材料的正压电效应将动能转换为电能，实现压电发电，所述的楔形块2-1-5置于T形轨道2-2中，所述的永磁环2-1-2镶嵌于隔磁铜罩2-1-4内部，所述的隔磁铜罩2-1-4焊接在缸筒2-3上，所述的线圈二2-1-1缠绕在活塞杆2-4-1上，振动发生时，线圈二2-1-1随着活塞杆2-4-1做往复运动，使得线圈二2-1-1与隔磁铜罩2-1-4内部的永磁环2-1-2作切割运动，基于电磁感应原理，从而使线圈二2-1-1产生感应电流，实现电磁发电，产生的电能通过可为无人机用二级隔振阻尼器2供电，实现了无人机振动能量的高效俘能。
如图13所示，所述的活塞2-4-3包括上盖2-4-3-1、下盖2-4-3-2、孔一2-4-3-3、孔二2-4-3-4、搅拌器2-4-3-5和阻尼通道2-4-3-6，所述的上盖2-4-3-1和下盖2-4-3-2通过螺钉紧固连接，所述的搅拌器2-4-3-5焊接在阻尼通道2-4-3-6内侧，其可充分搅拌磁流变液，防止沉降，所述的阻尼通道2-4-3-4呈拱形，能够提高该通道对磁流变液的阻力。
如图10和图11所示，所述的T形滑轨安装座2-2包括T形轨道2-2-1、限位锁2-2-2和粘弹性体2-2-3，所述的粘弹性体2-2-3置于T形轨道2-2-1中，其两端分别与楔形块2-1-5底部和限位锁2-2-2通过胶粘连接，用于限制楔形块2-1-7的位移和使其复位，所述的限位锁2-2-2与T形轨道2-2-1外侧端部通过螺钉紧固连接，对粘弹性体2-2-3起到支持并固定的作用。
如图13所示，所述的连载单元3包括调稳平台3-1、承重杆3-2、柱形空心橡胶3-3、伺服电机一3-4和电机罩一3-5，所述的调稳平台3-1焊接在承重杆3-2上，调稳平台3-1可以将振动传递到二级隔振阻尼器2中，所述的柱形空心橡胶3-3胶嵌于需调平台1-2上，目的在于保护承重杆3-2，防止在振动过程中承重杆3-2与需调平台1-2直接接触碰撞而产生破坏，所述的电机罩一3-5焊接在承重杆3-2上，所述的伺服电机一3-4装配在电机罩一3-5里，用于连接承载单元4并实现航向轴方向的角度调节。
如图13和图14所示，所述的承载单元4包括伺服电机二4-1、电机罩二4-2、承重臂4-3和环形底座4-4，所述的伺服电机二4-1通过电机罩二4-2固定在承重臂4-3上，用于连接环形底座4-4并且实现俯仰轴方向上的角度调节，所述的承重臂4-3与伺服电机一3-4径向连接，在其两端设置了减重孔4-3-1，所述的环形底座4-4与伺服电机二4-1连接且与承重臂4-3通过螺钉连接，用于固定相机夹持机构5。
如图15到图17所示，所述的相机夹持机构5包括夹持机械臂5-1、伸缩杆5-2、井字滑块5-3、十字圆形滑块轨道5-4、限位弹簧5-5、保护罩5-6、伺服电机三5-7、电机罩三5-8、井字盖5-9和滑块5-10，所述的夹持机械臂5-1尾端连接在十字圆形滑块轨道5-4上，且与伸缩杆5-2通过滑块5-10连接，所述的伸缩杆5-2一端固定在井字滑块5-3上另一端通过滑块5-10连接在夹持机械臂5-1，目的在于通过其可以控制夹持机械臂5-1伸张的大小，以达到满足不同型号的相机，所述的井字滑块5-3置于十字圆形滑块轨道5-4内部，与伺服电机三5-7相连接，所述的十字圆形滑块轨道5-4通过四个支撑杆与保护罩5-6焊接，所述的限位弹簧5-5两端固定在井字滑块5-3和伸缩杆5-2上，目的在于防止伸缩杆5-2反向旋转角度过大，所述的保护罩5-6通过螺钉紧固连接在环形底座4-4上，目的在于保护相机，所述的伺服电机三5-7装配在电机罩三5-8中，利用伺服电机5-7与井字滑块5-3的相互啮合，带动井字滑块5-3进行前后移动，从而使伸缩杆5-2进行伸缩，进而控制夹持机械臂5-1的开口大小，所述的电机罩三5-8通过螺钉紧固在环形底座4-4上，所述的井字盖5-9与十字圆形滑块轨道5-4通过螺钉紧固连接，防止井字滑块5-3位移过大，导致其脱离轨道。
如图18所示，磁流变液的作用机理：d1、d2、d3表示活塞下表面距离底部的距离，其大小关系为d1＞d2＞d3；T1、T2表示磁感应强度，其大小关系为T1＜T2；振动产生的作用力为F1、F2，其大小关系为F1＜F2；颗粒链与通道内壁的总摩擦阻力为f1、f2，其大小关系为f1＜f2；颗粒链之间的相互作用力为fn1、fn2，其大小关系为fn＜fn1，Fz1、Fz2为阻尼力，其大小关系为Fz1＜Fz2。
如图18的1部所示，无人机不工作时且环境处于理想状态下，外界无振动作用时二级隔振阻尼器中的磁流变液处于静止状态，活塞下表面到底部的距离为d1。
如图18的2和3部所示，当无人机由于环境以及自身原因发生轻微抖动或云台姿态发生改变时会产生振动，振动产生的作用力为F1，其会经调稳平台和活塞杆传递到活塞，使活塞向下运动，此时活塞到底部距离为d2，在活塞杆运动的过程中线圈二切割磁感线，基于电磁感应原理产生电能，同时压电片会在橡胶圆块的作用下发生形变，基于正压电效产生电能，将产生的电能通过模块处理后向线圈一供电，在线圈所覆盖的区域内形成磁感应强度为T1的磁场，使该区域内的磁流变液中的磁性颗粒会从无序状态迅速聚集在一起并沿着磁场方向形成抵抗振动的颗粒链，颗粒链之间形成的相互作用力为fn1，且与通道内壁产生的总摩擦阻力为f1，即抵抗振动产生作用力F1的阻尼力Fz1＝fn1+f1。
如图18的4部所示，当无人机在恶劣天气条件下工作时，振动产生的作用力增加到F2时，促使活塞继续向下移动，如图18的5部所示，在活塞向下运动时，压电片形变量增大，能量俘获单元俘获电能增多，向线圈一输出的电能也随之而增加，从而使磁场中的磁感应强度增加到T2，在其覆盖区域内的颗粒链之间相互作用力增加到fn2，摩擦阻力增加到f2，即抵抗振动产生作用力F2的阻尼力Fz2＝fn2+f2，消耗更多振动产生的能量，达到更好的减振效果，在18的1到18的5部的过程中，体现出了磁流变液在减振过程中反应灵敏，转化速度快，变化可逆的良好物理特性。
Claims (6)
1.一种基于磁流变的二级隔振云台，其特征在于：包括一级隔振平台、二级隔振阻尼器、连载单元、承载单元和相机夹持机构，其中二级隔振阻尼器通过螺钉紧固连接在一级隔振平台上，所述的连载单元通过调稳平台装配在二级隔振阻尼器上，所述的承载单元与连载单元通过伺服电机一连接，所述的相机夹持机构通过伺服电机二连接在承载单元上；
所述的二级隔振阻尼器包括能量俘获单元、T形滑轨安装座、缸筒、输出杆传递装置、氮气室、工作腔、挡板、固定底座、线圈一、线圈安装盒和外侧通道，其中输出杆传递装置焊接在所述的调稳平台上，所述的T形滑轨安装座安装在隔磁铜罩上，所述的缸筒通过螺钉紧固在固定底座上，在缸筒外部设置了六个外侧通道，在缸筒内部通过挡板将其分成氮气室和工作腔，氮气室位于工作腔下面，工作腔是存放磁流变液的空间，所述的固定底座与需调平台通过螺钉紧固连接，所述的线圈安装盒安装在外侧通道上，所述的线圈一安放在线圈安装盒中；
所述的输出杆传递装置包括活塞杆、橡胶圆块和活塞，所述的活塞杆与所述的调稳平台焊接在一起，所述的橡胶圆块硫化连接在活塞杆上，所述的活塞与活塞杆通过螺钉紧固连接，其中活塞包括上盖、下盖、孔一、孔二、搅拌器和阻尼通道，所述的上盖和下盖通过螺钉紧固连接，所述的搅拌器焊接在阻尼通道内侧；
所述的能量俘获单元包括线圈二、永磁环、压电片、隔磁铜罩和楔形块，所述的压电片通过胶粘连接在楔形块上表面，所述的楔形块置于T形轨道中，所述的永磁环镶嵌于隔磁铜罩内部，所述的隔磁铜罩焊接在缸筒上，所述的线圈二缠绕在所述的活塞杆上；
当振动发生时，二级隔振阻尼器会接收到调稳平台的激励信号，根据信号强度的大小，输出相应的阻尼力，该装置在使用过程中，当调稳平台接收到振动信号时，会带动二级隔振阻尼器中的活塞杆上下往复运动，工作腔中的磁流变液一小部分会从活塞的孔二流入到阻尼通道中，搅拌器会随着液体的流动进行旋转并搅拌，从而达到磁流变液中磁粉颗粒不会沉降的目的，最后从孔一流出，而磁流变液绝大部分会流入到工作腔的外侧通道中，磁流变液在流经线圈安装盒的过程中，可向线圈安装盒中的线圈一供电，使线圈一覆盖的区域内形成磁场，从而改变磁流变液的物理特性，以此提高阻尼力。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变的二级隔振云台，其特征在于：所述的一级隔振平台包括主被动减振杆、需调平台、连接平台、球铰和球铰槽，所述的主被动减振杆与需调平台和连接平台均通过球铰连接，所述的连接平台用于将一级隔振平台固定在无人机上，所述的球铰装配在连接平台和需调平台的球铰槽中；
所述的主被动减振杆包括顶盖、刚度调节元件、加速度传感器、压头、橡胶环、粘弹性橡胶块、限位卡槽、管型压电、直线轴承、压电保护装置一、压电保护装置二和约束套筒，所述的顶盖与约束套筒通过螺钉紧固连接，所述的刚度调节元件安装在约束套筒滑槽中且分别与顶盖、压头焊接，其通过刚度调节块和弹簧一、弹簧二相互配合实现阻尼的调节，用以初步抵消振动产生的振幅，所述的加速度传感器固定在刚度调节块上，所述的橡胶环安装在压头和约束套筒内壁二之间，所述的粘弹性橡胶块安装在约束套筒凸台上，所述的压电保护装置一安装在约束套筒腔体中，所述的管型压电置于压电保护装置一和压电保护装置二之间，目的在于利用压电陶瓷的逆压电效应抵消低频段振动，所述的压电保护装置二安装在管型压电上，所述的限位卡槽与约束套筒内壁一刚性连接，所述的直线轴承置于限位卡槽中，所述的直线轴承装配在管型压电外；目的在于使管型压电沿直线运动，防止向其他位置的偏移；在压头和压电保护装置二之间存留一定空隙，此空隙称为管型压电所需工作的极限位移，当振动发生时，振动会使压头产生位移，但由于此时产生的位移不足以达到极限位移的长度，所以此时管型压电不作用，然而振动会从压头传递到刚度调节元件上，使得焊接在压头上的弹簧二因振动的作用而产生形变，进而带动刚度调节块和弹簧一，通过改变弹簧一和弹簧二的长度，实现刚度的可调节，从而达到减缓振动冲击，与此同时，振动会从压头传递给橡胶环与粘弹性橡胶块，利用橡胶及粘弹性材料的本身性质，可分别对高频段的振动和中频段的振动进行减振，当振动增强时，此时压头产生的位移大于极限位移，利用安装在刚度调节块上的加速度传感器，经过数据处理测出此时振动产生的位移，再计算出该位移与极限位移的差值，根据此差值经过系统处理计算出需向管型压电输送的电压量，利用管型压电输出的位移来弥补此时振动产生的位移与极限位移的差值，从而达到减振作用，由于橡胶环可抵消高频段的振动、粘弹性橡胶块其利用粘弹性材料的弹性和粘性抵消中频段振动，管型压电利用压电陶瓷的逆压电效应抵消低频段的振动，该减振杆实现了对振动的全频段减振。
3.根据权利要求1一种基于磁流变的二级隔振云台，其特征在于：所述的T形滑轨安装座包括T形轨道、限位锁和粘弹性体，所述的粘弹性体置于T形轨道中，其两端分别与楔形块底部和限位锁通过胶粘连接，所述的限位锁与T形轨道外侧端部通过螺钉紧固连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变的二级隔振云台，其特征在于所述的连载单元包括调稳平台、承重杆、柱形空心橡胶、伺服电机一和电机罩一，所述的调稳平台焊接在承重杆上，所述的柱形空心橡胶嵌于需调平台上，所述的电机罩一焊接在承重杆上，所述的伺服电机一装配在电机罩一里。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变的二级隔振云台，其特征在于所述的承载单元包括伺服电机二、电机罩二、承重臂和环形底座，所述的伺服电机二通过电机罩二固定在承重臂上，所述的承重臂与伺服电机一径向连接，在其两端设置了减重孔，所述的环形底座与伺服电机二连接且与承重臂通过螺钉连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变的二级隔振云台，其特征在于：所述的相机夹持机构包括夹持机械臂、伸缩杆、井字滑块、十字圆形滑块轨道、限位弹簧、保护罩、伺服电机三、电机罩三、井字盖和滑块，所述的夹持机械臂尾端连接在十字圆形滑块轨道上，且与伸缩杆通过滑块连接，所述的伸缩杆一端固定在井字滑块上另一端通过滑块连接在夹持机械臂，所述的井字滑块置于十字圆形滑块轨道内部，与伺服电机三相连接，所述的十字圆形滑块轨道通过四个支撑杆与保护罩焊接，所述的限位弹簧两端固定在井字滑块和伸缩杆上，所述的保护罩通过螺钉紧固连接在环形底座上，所述的伺服电机三装配在电机罩三中，所述的电机罩三通过螺钉紧固在环形底座上，所述的井字盖与十字圆形滑块轨道通过螺钉紧固连接，所述的十字圆形滑块轨道通过四个支撑杆与保护罩焊接，所述的保护罩通过螺钉紧固连接在环形底座上。
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